Jakim cudem ten beton był tak twardy? Sekret w rzymskiej latrynie
Rzymska latryna w willi Hadriana w Tivoli przetrwała niemal nietknięta od prawie dwóch tysięcy lat. Naukowcy sprawdzili, dlaczego jej beton z wiekiem nie słabnie, tylko robi się twardszy.
Latryna jako naukowe laboratorium
Willa cesarza Hadriana leży około 27 kilometrów na wschód od Rzymu. Wspólna latryna liczy sobie blisko 1900 lat i, w odróżnieniu od większości rzymskich zabytków, nigdy nie poddano jej żadnej renowacji. Dzięki temu jej beton przez wieki pozostał nienaruszony. W ten sposób badacze mogli przestudiować strukturę tego materiału, co nie zdarza się często jeśli chodzi o pozostałości z czasów starożytnych.
Badaniem kierował Xiaohong Zhu z Beijing University of Technology, a głównym autorem jest Paulo J.M. Monteiro, inżynier budownictwa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Wyniki opisano w czasopiśmie Science Advances.
Trwałość rzymskiego betonu od dawna tłumaczy się mieszanką wapna i popiołu wulkanicznego, która wywołuje reakcje chemiczne trwające latami po wylaniu konstrukcji. W 2023 roku zespół z MIT pod kierunkiem Admira Masica wykazał, że białe grudki widoczne w takim betonie, zwane bryłkami wapna, wcale nie są śladem niedbałego mieszania. To one odpowiadają za samoistne "gojenie się" pęknięć, bo woda rozpuszcza z nich wapń, który krystalizuje na nowo jako węglan wapnia i zakleja uszkodzenie.
Zespół Monteiro poszedł krok dalej. Za pomocą rentgenowskiego obrazowania i mikroskopii elektronowej prześledził w betonie z latryny proces zwany karbonatyzacją. Polega on na tym, że dwutlenek węgla z powietrza reaguje ze związkami wapnia i tworzy kalcyt, twardy kryształowy minerał. Skany pokazały, że kalcyt tworzy gęstą sieć wypełniającą pory i mikropęknięcia, spajając cały materiał.
Maria Juenger, badaczka cementu i materiałów budowlanych z University of Texas w Austin, niezwiązana z badaniem, porównuje to do współczesnych pieców cementowych, tyle że Rzymianie zamiast wysokiej temperatury wykorzystywali wulkany.
Odkrycie ma jednak ograniczone zastosowanie dziś, bo problemem jest stal. Świeży beton chroni zbrojenie przed korozją dzięki wysokiej zasadowości, ale ta sama karbonatyzacja, która wzmacniała rzymski beton, z czasem obniża pH i osłabia tę ochronę. Inżynierowie widzą za to szansę w kontrolowanej karbonatyzacji jako sposobie wychwytywania CO2, co ma znaczenie, bo produkcja cementu odpowiada za około 8 procent globalnej emisji dwutlenku węgla.
Nienaruszona przez wieki latryna z willi Hadriana pokazała naukowcom to, czego żadna odrestaurowana budowla pokazać by nie mogła. Rzymski beton wciąż ma czego uczyć inżynierów, choć jego lekcji nie da się prosto przenieść do świata zbrojonych konstrukcji.
