Tajemství nezničitelnosti římského betonu: Léčí se sám jako lidská tkáň, odhalili inženýři

Děravý, opotřebený a po pár letech nevyhovující. Tak zná většina lidí beton. A když se pak vydáte do Itálie, spatříte tam na vlastní oči beton, který používali ještě staří Římané. Takový, který je i po dvou tisíciletích stále stejně krásný, pevný a neporušený. Proč není naše moderní civilizace schopná vyrábět tak kvalitní stavební materiál jako v době antiky?

Pantheon je slavný římský chrám, který byl vysvěcen roku 128 našeho letopočtu a dodnes fascinuje stavaře i architekty svou nevyztuženou kopulí vyrobenou právě z betonu. Takového, který je po 2 000 letech stále stejně kvalitní jako v době svého vzniku. A není to žádná výjimka, některé starořímské akvadukty dodnes zásobují Řím vodou a antické vilky z betonu působí stejně pohádkově jako za dob císařů. A současně sledujeme, jak se moderní betonová díla kolem nás rozsypávají jen po pár desítkách let existence.

ČTĚTE VÍCE: Tajemství starých Římanů rozluštěno. Už se ví, proč jejich stavby vydrží víc než naše

Vědci se po celá desetiletí snažili přijít na kloub tajemství tohoto mimořádně odolného starověkého stavebního materiálu, zejména u konstrukcí, které odolávaly obzvlášť drsným podmínkám, jako jsou doky, kanály a mořské zdi. Anebo u konstrukcí postavených v seismicky aktivních lokalitách. Tam všude totiž stále stojí a odolávají zubu času.

Popel ze sopek a záhadný vápenec

V poslední době se tomu věnovala celá řada výzkumů, které přinesly spoustu zajímavých poznatků. Inženýři z americké Massachusetts Institute of Technology (MIT) teď, zdá se, tuto záhadu rozluštili, jak popsali v časopisu Science Advances.

Jednou ze zajímavých římských megastaveb je také Amfiteátr Tří Galií:

Spoustu let se vědci domnívali, že klíč k trvanlivosti starověkého betonu je založen na jedné složce – popelu. Římané totiž prokazatelně používali sopečný popel z oblasti Pozzuoli u Neapolského zálivu. Tento specifický druh byl tak důležitý a vzácný, že ho převáželi po celém impériu. Jeho stopy byly objeveny ve stavbách od severu Afriky, přes Francii a Španělsko, až po Jordánsko. Tam všude stály a mnohdy dodnes stojí majestátní betonové stavby, které přežily zemětřesení, znečištění i války.

Při bližším zkoumání se však ukázalo, že tyto starověké vzorky obsahují také drobné, avšak výrazné milimetrové zářivě bílé minerální prvky, které jsou už dlouho považovány za složku římského betonu. Tyto bílé kousíčky pocházejí z vápna, další klíčové složky antické betonové směsi. „Od chvíle, kdy jsem začal pracovat se starořímským betonem, mě tyto prvky vždy fascinovaly,“ popsal hlavní autor studie, profesor Admir Masic. „V moderních betonových směsích se nevyskytují, tak proč jsou v těchto starověkých materiálech?“ kladl si otázku. Masicova nová studie prokazuje, že drobné vápenné kousky dodávaly betonu neuvěřitelnou schopnost samoregenerace – jednoduše řečeno, sám se opravoval a hojil, jako by byl živý.

Vědci dříve považovali vápenné zbytky za důkaz neschopnosti římských stavitelů, za nečistotu, která se do betonu dostala omylem, zřejmě při míchání. „Pokud Římané věnovali tolik úsilí výrobě vynikajícího stavebního materiálu, přičemž se řídili všemi podrobnými recepty, které v průběhu mnoha staletí stále vylepšovali, jak je možné, že by pak pokazili něco tak důležitého, jako je míchání? Muselo v tom být něco víc,“ byl si jist Masicův tým. A tak prostudoval vápencová zrníčka pomocí těch nejmodernějších metod, které má věda 21. století k dispozici.

Náraz na vápenec

Starověký beton skutečně má různé formy uhličitanu vápenatého. Novou informací ale je, že tyto formy vznikly při extrémních teplotách – tedy při pálení vápna. Až do dnešních dnů si přitom vědci mysleli, že Římané vápno „jen“ hasili. Právě vznik za tepla by však podle studie mohl být hlavní příčinou „superschopností“ tohoto stavebního materiálu. Takové míchání má totiž rovnou dvě výhody. „Zaprvé, když se celý beton zahřeje na vysokou teplotu, umožní to vznik chemických látek, které by nevznikly, pokud by člověk použil pouze hašené vápno. A druhou výhodou je, že tato zvýšená teplota výrazně zkracuje dobu vytvrzování a tuhnutí, protože se urychlují všechny reakce, což umožňuje mnohem rychlejší výstavbu,“ popsal profesor Masic.

Během procesu míchání za horka se podle něj ve vápenných kouscích vytváří velmi zajímavá křehká nanočásticová struktura. A tím vzniká snadno štěpitelný a reaktivní zdroj vápníku, který by podle amerického týmu mohl dávat betonu jeho samoopravné vlastnosti. Jak to funguje? Jakmile se v betonu začnou tvořit drobné trhliny, narazí při šíření na kousky vápence. Když do trhlinek pronikne voda, normálně je rozšiřuje – vymílá v betonu další kousky hmoty. Ale když narazí na vápenec, stane se něco úplně jiného. Tento materiál totiž s vodou reaguje a vytváří chemickou reakci, při které vznikne uhličitan vápenatý ve formě krystalků. A ty velice rychle trhlinu zaplní a zacelí – velmi podobně jako krevní destičky uzavřou ránu v lidské kůži.

Tyto reakce podle vědců z MIT probíhají velice rychle, takže se trhlinky „hojí” úplně samy dřív, než se stačí rozšířit.

Věda není jen o poznání

Aby tým dokázal, že se skutečně jedná o mechanismus zodpovědný za trvanlivost římského betonu, vyrobil vzorky betonu metodou, která odpovídá jejích studii. A ukázalo se, že to funguje: poškozený beton se začal sám léčit prakticky hned a během pouhých dvou týdnů byly všechny praskliny uzavřené.

Tým začal neprodleně pracovat i na tom, jak tento proces komercionalizovat v moderní společnosti, aby se dal „samoléčící“ beton používat i v průmyslu. Profesor Masic věří, že díky prodloužení funkční životnosti a vývoji lehčích betonových forem by to mohlo pomoci snížit dopad výroby tohoto materiálu na životní prostředí, který v současnosti představuje asi osm procent celosvětových emisí skleníkových plynů. Cílem je podle něj vytvořit beton, který by byl nejen schopen regenerace jako ten římský, ale dokonce by pohlcoval oxid uhličitý a pomáhal tak chránit lidstvo před změnou klimatu.