A kép csak illusztráció (Forrás: Pixabay)
Az ókori rómaiak a mérnöki és építészeti tudás mesterei voltak, amelynek talán legismertebb példája az aquaductusok rendszere. Ezek az építészeti csodák egy különleges anyagra, a pozzolános betonra támaszkodtak, amely lenyűgöző tartósságának köszönhetően adta a római építmények hihetetlen szilárdságát.
Még ma is az egyik római építmény, a csaknem 2000 éves Pantheon, tartja az erősítés nélküli betonból készült legnagyobb kupola világrekordját.
A beton tulajdonságait általában az összetevőinek tulajdonították: a pozzolánnak – amely vulkáni hamu és mész keveréke –, és a víznek, amelyek reakciója erős betont eredményez, írja a Science Alert.
Ám kiderült, hogy ez nem a teljes történet. 2023-ban a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) által vezetett nemzetközi kutatócsoport felfedezte, hogy nemcsak az összetevők különböztek az eddig feltételezettektől, hanem a keverési technika is más volt.
A döntő bizonyítékok a betonban talált kis, fehér mészdarabok voltak, amelyek látszólag az egyenletesen kevert betonban bukkantak fel. Korábban ezeket a darabokat a rossz keverés vagy az alacsony minőségű anyagok következményének tartották, de Admir Masic, az MIT anyagtudományi kutatója szerint ez az elmélet nem állja meg a helyét.
„Az az elképzelés, hogy ezek a mészdarabok az alacsony minőség-ellenőrzés miatt kerültek a betonba, mindig zavart” – mondta Masic 2023 januárjában. - „Ha a rómaiak annyi energiát fektettek abba, hogy egy kiemelkedően jó építőanyagot hozzanak létre, amelyet évszázadokon át tökéletesítettek, miért fordítottak volna kevés figyelmet arra, hogy jól kevert végterméket állítsanak elő? Ennek többnek kell lennie.”
Masic és a csapat, Linda Seymour, az MIT építőmérnöke vezetésével, alaposan megvizsgálták az olaszországi Privernum régészeti lelőhelyéről származó 2000 éves római betondarabokat. A mintákat nagy területű pásztázó elektronmikroszkópiával, energiadiszperzív röntgenspektroszkópiával, por-röntgendiffrakcióval és konfokális Raman-képalkotással elemezték, hogy jobban megértsék a mészdarabok természetét.
Az egyik kérdés az volt, hogy milyen típusú mészt használtak az ókori mérnökök. Az általánosan elfogadott nézet szerint a római beton oltott mészt használt fel. Az eljárás során a mészkövet magas hőmérsékleten hevítik, hogy reaktív kalcium-oxidot, más néven égetett meszet állítsanak elő.
Amikor az égetett mészt vízzel keverik, oltott mész, azaz kalcium-hidroxid keletkezik, amely kevésbé reaktív és kevésbé maró hatású. A hagyományos elmélet szerint az ókori rómaiak ezt az oltott meszet keverték össze a pozzolánnal.
A kutatócsoport elemzése azonban azt mutatta, hogy a minták mészdarabjai nem felelnek meg ennek a módszernek. Ehelyett valószínű, hogy a római beton az égetett mész, a pozzolán és a víz közvetlen, rendkívül magas hőmérsékleten történő keverésével készült – ezt a folyamatot a kutatók „forró keverésnek” nevezték el, amely során kialakulnak a mészdarabok.
„A forró keverés előnyei kettősek” – magyarázta Masic. - „Egyrészt, amikor a beton teljes egésze magas hőmérsékletre hevül, olyan kémiai reakciók játszódnak le, amelyek oltott mész használatával nem lennének lehetségesek. Másrészt, a magas hőmérséklet jelentősen csökkenti a kötési és szilárdulási időt, mivel minden reakció felgyorsul, így a beton gyorsabban elkészülhet.”
És van még egy előnye: a mészdarabok rendkívüli öngyógyító képességet adnak a betonnak. Azaz amikor repedések alakulnak ki a betonban, ezek előnyösen a mészdarabok felé terjednek, amelyek felülete nagyobb, mint a mátrix többi részecskéjéé. Ha víz jut a repedésbe, az reakcióba lép a mészdarabokkal, és kalciumban gazdag oldatot hoz létre, amely száradáskor kalcium-karbonáttá keményedik, lezárva a repedést és megakadályozva annak továbbterjedését.
Ezt a jelenséget megfigyelték egy másik 2000 éves helyszínen, Caecilia Metella sírjánál is, ahol a beton repedéseit kalcit töltötte ki. Ez magyarázhatja azt is, hogy a római tengeri betonfalak hogyan maradtak fenn épségben az óceán állandó eróziója ellenére.
A kutatók tesztelték eredményeiket: ókori és modern receptek alapján készítettek pozzolános betont égetett mész hozzáadásával, és készítettek kontrollmintát is égetett mész nélkül. A repedéspróbák során az égetett mészes beton két héten belül teljesen „meggyógyult”, míg a kontrollmintában a repedések megmaradtak.
A kutatócsoport jelenleg azon dolgozik, hogy kereskedelmi forgalomba hozzák ezt a betont, mint a jelenlegi betonnál környezetbarátabb alternatívát.
„Izgalmas belegondolni, hogy ezek a tartósabb betonformulák nemcsak az anyagok élettartamát növelhetik, hanem a 3D-nyomtatott beton tartósságát is javíthatják” – mondta Masic.
A kutatás az Science Advances folyóiratban jelent meg.
Kapcsolódó anyagok:
98%-kal kevesebb szén-dioxid: Új technológia a cementgyártásban
Forradalmi áttörés a nulla szén-dioxid-kibocsátású cementgyártásban
Az új beton sokkal nehezebben reped, mint az eddig használt
Forradalmi lépés a téglagyártásban: Hidrogénnel a karbonsemlegesség felé
Csiszolt - a tégla XXI. századi innovációja
Íme az energiahatékony tégla, mely üveg és más hulladékból készül
A nyitóképen a Pantheon, forrás: Stefano képe a Pixabay -en.
