Megfejtették a tartós ókori római építkezés, a római beton titkát

A beton volt az ókori római birodalom alapja. Lehetővé tette a rómaiaknak az emeletes építkezést, valamint, hogy épületeket, hidakat, és vízvezetékeket építsenek, melyek közül sok a megalkotásuk után körülbelül 2000 évvel is használatban vannak. A MIT kutatói, Admir Masic egyetemi docens és kollégái 2023-ban már publikáltak egy dolgozatot a római betonról: mészdarabokat kevertek össze vulkáni hamuval és más száraz hozzávalókkal, majd vizet adtak hozzá. Amint a keverékhez vizet adunk, hő fejlődik. Amint beton megköt, ez a forró keveredési folyamat csapdába ejti és megőrzi a nagyon reaktív, fehér, kavicsszerű meszet. Amikor repedések keletkeznek a betonban, a mésztöredékek visszaoldódnak és kitöltik a repedéseket, vagyis a római beton öngyógyító tulajdonsággal bír.

Ezzel csak az volt a probléma, hogy ez eltér attól, amit a híres római építész, Vitruvius leír. Vitruvius írt egy könyvet az ókori építészetről. A Kr.e. 1. században írt nagy hatású munkája (“De architectura”) az első ismert könyv, ami az építészet elméletéről szól. Ebben Vitruvius azt írja, hogy a rómaiak a mészhez vizet adtak, pasztaszerű anyagot hozva létre, amit aztán összekevertek más hozzávalókkal. Masic és kollégái Pompeiiben egy újonnan felfedezett konstrukciót tanulmányoztak, mely a Kr.u. 79-ben kitört Vezúvból származó vulkáni hamunak köszönhetően remek állapotban fennmaradt és megerősítették, hogy a rómaiak valóban használtak forró keveréket. Vizsgálták azt a vulkáni anyagot is, amit a rómaiak összekevertek a mésszel, és reaktív ásványok meglepően diverz sorát találták, amik szintén hozzájárulnak az ókori római beton azon képességéhez, hogy még sok évvel a struktúrák építése után is megjavítja önmagát. Ez az anyag reaktív és nagyon dinamikus, évezredek után is képes megjavítani magát. Túlélt földrengéseket, vulkánokat, fennmaradt a tenger alatt és túlélte az elemekből származó degradációt.

Egy ókori fal Pompeiiben egy újonnan feltárt helyszínen, ahol Admir Masic egyetemi docens azt vizsgálta, hogy mitől olyan tartós az ókori római beton, hogy még évezredeket is túlél. A kép jobb oldalán a kompozíciós elemzés látható.
Fotó: Massachusetts Institute of Technology

 

Az ókori római beton egy öngyógyító építőanyag

A 2023-as tanulmányban annak az Itália délnyugati részén lévő Priverno városnak a falából vett mintákat használták, amit a rómaiak Kr.e. 4. században hódítottak meg. Kérdés volt viszont, hogy vajon ez a fal jellemzi-e az egész Római Birodalmat? A nemrégiben Pompeiiben tett felfedezés példa nélküli lehetőséget kínál, mert egy halom olyan anyagot találtak a helyszínen, ami készen állt a fal építésének felhasználására. A tanulmány során a kutatók elemezték ezekből az előkevert, száraz anyagokból, egy építés alatt álló falból, egy befejezett támpillérből és szerkezeti falakból, és olyan habarcsból vett mintát, ami egy létező falat állít helyre. A helyszín bizonyítja, hogy a rómaiak használtak forró keveréket a betonkészítéshez. A betonminták nem csak mészdarabokat tartalmaztak, amit a korábbi dolgozatban már leírtak, hanem egy száraz nyersanyaghalomban felfedeztek más hozzávalókkal előkevert, érintetlen, oltatlan mészdarabokat is. Ez pedig a forró keverékű beton előkészítésének első, meghatározó lépése.

Az egyik föld- és bolygótudomány professzor segített kidolgozni olyan eszközöket, amikkel a helyszínen el kehet különíteni az anyagokat. Ezen stabil izotópokat tanulmányozva nyomon tudták követni az idők folyamán történt szenesedési reakciókat, ami lehetővé tette a kutatóknak, hogy megkülönböztessék a forrón összekevert meszet a Vitruvius által eredetileg leírt oltott mésztől. 

 

Ebből kiderült, hogy a rómaiak úgy készítették a kötőanyagot, hogy az égetett meszet bizonyos méretűre darálták, összekeverték száraz vulkáni hamuval, aztán vizet adtak hozzá. Az eredmény: a cementáló kötőanyag. A kutatók elemezték a cementben lévő vulkáni összetevőket is, köztük az egyik vulkáni hamu fajtát, a habkövet és azt találták, hogy az idők folyamán a habkő részecskék kémiai reakcióba léptek a környező pórusoldattal, új ásványi üledékeket hozva létre, melyek tovább erősítették a betont.

 

A kalcium az ókori és a modern betonoknak is kulcsfontosságú összetevője, ezért annak ismerete, hogy az idők folyamán hogyan lép reakcióba, segít megérteni a modern cementekben zajló dinamikus folyamatokat is, ezért Masic létrehozott egy olyan vállalatot (DMAT), ami ezeket a ókori római módszereket alkalmazza, hogy tartós modern betonokat hozzanak létre. A római cement tartós, öngyógyító, dinamikus rendszer. A kutatók szeretnék átültetni a modern anyagokba azt az eljárást, ahogyan az újrakristályosodáson keresztül a vulkáni összetevőkben lévő lyukak betömődnek. A cél az, hogy az anyagok regenerálják magukat.

Masik úgy véli Vitruviust félreértették, mert Vitruvius említi a cement keverése során létrejövő látens hőt, ami a forró keverésre utalhat.

A tanulmányt a Nature Communications tudományos magazinban jelent meg.

(Forrás: Massachusetts Institute of techology: https://news.mit.edu/)