Vlevo lokalita Privernum v Itálii, vpravo 2 cm kus betonu s namapovanými prvky (modrá – křemík, zelená – hliník, červená – vápník). Kredit: A. Masic / MIT.

Starověcí Římané nebyli velcí myslitelé, vynálezci a vůbec ne lidumilové. Vynikali ale v inženýrství, což dokládá nesčetné množství pozoruhodných staveb, které po nich zůstaly. Stavěli rozsáhlé sítě komunikací, velkolepé přístavy, akvadukty i impozantní budovy rozmanitého účelu. Mnoho z těchto staveb je postaveno z úžasného římského betonu.

Je mezi nimi i slavný Pantheon v Římě s největší kupolí světa z nezpevněného betonu postavenou v roce 128 našeho letopočtu, která stále stojí, římské přístavy, které stále omývají vlny Středozemního moře nebo římské akvadukty, z nichž některé stále, tedy po 2 tisících letech, dodávají do Říma vodu. Naproti tomu dnešní betonové stavby jsou v porovnání s nimi jako hrady z písku. Mnoho z nich je pryč po pár desetiletích.

Admir Masic. Kredit: MIT.

S naším betonem je něco špatně. Když se zhroutila Římská říše, tak ve svých ruinách pohřbila i mnoho tehdejších vědomostí. Zmizelo i tajemství výroby římského betonu. Materiáloví vědci strávili celé kariéry na tom, aby rozluštili jeho tajemství. Uplynuly dlouhá desetiletí, ale záhada vytrvale ultrapevného římského betonu odolávala, jako samotný starověký beton.

Mezinárodní tým odborníku, který vedl Admir Masic z amerického institutu MIT, podle všeho objevil zásadní technologický postup, který zřejmě těsně souvisí s ohromujícími mechanickými vlastnostmi římského betonu. Pokud mají pravdu, tak se odborníci až doposud trpce mýlili ve stěžejní záležitosti.

Struktura římského betonu. Kredit: Seymour et al. (2023), Science Advances.

Všichni si totiž až doposud mysleli, že klíčem k mysteriózním trvanlivosti římského betonu, která se vysmívá našim často uboze křehkým betonovým konstrukcím, je pucolán, jemný sopečný křemičitý popel, který pocházel z Pozzuoli v Neapolském zálivu. Římané ho dováželi na své stavby po celé říši a tehdejší architekti i historici jej popisovali jako rozhodující přísadu betonu.

Masic si již dávno všiml, že antický římský beton obsahuje milimetrové jasně bílé úlomky, vápnité klastické částice (lime clasts). V moderních betonech ale nejsou. Jejich příběh je nádherným příkladem zhoubného vlivu paradigmatu ve vědě. Je to jako mít trvale zavázané oči. Dokud panovalo paradigma pucolánu, vápnité klastické částice nikdo nevnímal. Jakoby neexistovaly. Prakticky všichni je považovali za vedlejší produkt chyb při míchání betonu nebo nekvalitních surovin. Masicův tým ale zjistil, že hrají klíčovou roli v samoopravné schopnosti římského betonu. Také jim přišlo divné, proč by Římané, kteří pečlivě pilovali výrobu betonu, prostě často odflákli její finální fázi.

Badatelé se do římského betonu pustili s pokročilými zobrazovacími a analytickými metodami. A nakonec dospěli k překvapivému závěru. Odborníci doposud předpokládali, že když se do římského betonu přidávalo vápno v roli pojiva, bylo nejprve smícháno s vodou, čímž by vzniklo hašené vápno. Jenomže tímto postupem se nevytvářejí pozorované vápnité klastické částice.

Masic s kolegy jsou přesvědčeni, že Římané používali pálené vápno. To je velmi reaktivní a při jeho smíchání se zbytkem betonové směsi by probíhala velmi exotermická reakce, která by zahřála směs na vysokou teplotu. Právě při takových teplotách mohou vznikat zmíněné vápnité částice.

Právě tohle míchání za horka, „hot mixing“, jak říká Masic, by mělo být tím dlouho hledaným klíčem k tajemství římského betonu. Podle Masice přináší antické míchání za horka dvě zásadní výhody. V betonu vznikají látky a struktury, které by za nižších teplot nevznikly. A zároveň se v betonu velmi urychlí nezbytné reakce, takže lze stavět mnohem rychleji. Své závěry potvrdili v experimentech. Jsme na prahu revoluce ve výrobě betonu?

Video: 4 13 22 Build nano Admir Masic

Literatura

MIT News 6. 1. 2023.

Science Advances online 6. 1. 2023.