Starożytni Rzymianie byli mistrzami budownictwa i inżynierii, jednym z najbardziej znanych przykładów ich umiejętności są akwedukty, konstrukcje mostowe z kanałami doprowadzającymi wodę. Jak donosi ScienceAlert, podstawą takich cudów inżynierii był unikalny beton pucolanowy – niezwykle trwały materiał budowlany, który ma zdolność samoleczenia.

Jedna z budowli starożytnych Rzymian – prawie 2000-letni, ale doskonale zachowany Panteon – do dziś pozostaje rekordzistą świata w zakresie największej kopuły wykonanej z niezbrojonego betonu.

Właściwości betonu rzymskiego związane są z jego składem, w skład którego wchodzi pucolana, mieszanina popiołu i tufu wulkanicznego, oraz wapno. Po zmieszaniu z wodą oba materiały reagują, tworząc mocny beton. Pucolana została nazwana na cześć włoskiego miasta Pozzuoli, gdzie znajdują się jej znaczące złoża.

W 2023 roku międzynarodowy zespół badaczy pod kierownictwem Massachusetts Institute of Technology (MIT) odkrył, że nie chodzi tylko o materiały starożytnych Rzymian, ale także o metody stosowane przy mieszaniu betonu.

„Niepodważalnym dowodem” dla naukowców była obecność małych białych kawałków wapna w betonie, który poza tym wydawał się dobrze wymieszany. Obecność tych fragmentów wyjaśniono wcześniej brakiem kontroli jakości wśród starożytnych Rzymian, ale materiałoznawca Admir Masic w to nie wierzył.

„Skoro Rzymianie włożyli tyle wysiłku w stworzenie wyjątkowego materiału budowlanego, kierując się optymalizowanymi przez wieki recepturami, dlaczego nie zadbali o jego dokładne wymieszanie?” – wyjaśnił naukowiec.

Masic, inżynier budownictwa Linda Seymour i ich zespół zbadali próbki rzymskiego betonu sprzed dwóch tysięcy lat, pochodzące ze stanowiska archeologicznego we włoskiej gminie Priverno. Próbki badano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego, spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii, proszkowej dyfrakcji promieni rentgenowskich i obrazowania ramanowskiego.

Przed przystąpieniem do badań uważano, że beton pucolanowy zawiera wapno gaszone. Naukowcy z MIT doszli do innego wniosku: najprawdopodobniej beton rzymski wytwarzano przez zmieszanie wapna palonego z pucolaną i wodą w niezwykle wysokich temperaturach, samodzielnie lub w dodatku do wapna gaszonego. Naukowcy nazwali ten proces „mieszaniem na gorąco” i podkreślili, że to właśnie on powoduje powstawanie gruzu wapiennego w betonie.

Cząsteczki wapna nadają betonowi rzymskiemu zdolność do „samoleczenia”. Kiedy w betonie tworzą się pęknięcia, preferują one przemieszczanie się w kierunku cząstek wapna, które mają większą powierzchnię niż pozostałe. Gdy woda dostanie się do pęknięcia, reaguje z wapnem, tworząc roztwór bogaty w wapń, który wysycha i twardnieje w postaci węglanu wapnia, uszczelniając pęknięcie i zapobiegając jego dalszemu rozprzestrzenianiu się.

Zespół MIT pracuje obecnie nad komercjalizacją analogu rzymskiego betonu, nazywając go bardziej ekologiczną alternatywą dla istniejących betonów.