Beton, který zraje. Vědci odhalili zapomenuté římské tajemství

- Technologie autor: Jan Toman

Každý, kdo někdy navštívil Řím, musel vzdát hold umění starověkých stavitelů. Největší obdiv kupodivu nevyvolává Koloseum. Obří amfiteátr sice přečkal staletí, ale také je to na něm dost znát. Nevěřícné pohledy vyvolává zejména Pantheon, chrám všech bohů, který přečkal posledních 1900 let takřka bez poskvrnky. V sedmém století jej Římané pouze přestrojili za kostel, v kterémžto stavu vytrval dodnes.

Římský Pantheon

Římský Pantheon,zdroj: ThinkStock

Jako by nestačily úctyhodné proporce stavby, její stavitelé se ji rozhodli zastřešit gigantickou kopulí – dómem, který držel velikostní rekord po třináct století a dodnes představuje největší nevyztuženou stavbu svého druhu na světě. Stavebním materiálem byl překvapivě beton.

Nejen, že tento materiál Římané znali, ale dokázali s ním zacházet přinejmenším stejně obratně, jako dnešní stavitelé. Ani ti by ale nečekali, že může beton udržet váhu celého dómu bez železné armatury. Jaké tajemství si s sebou římští stavitelé vzali do hrobu?

Možná ještě větší údiv vyvolávají mezi profesionály římské přístavní stavby. Mola, vlnolamy a další podobné počiny možná nejsou na první pohled tak spektakulární jako chrámy a divadla, na druhou stranu jsou ale působení povětrnostních podmínek vystavené o mnoho řádů více.

Klasický beton je zvlášť náchylný na působení slané vody, a proto odborníky doslova šokovalo, v jak dobrém stavu se římské přístavní stavby zachovaly. Na mnoha místech vzdorují vlnám už přes 2000 let, zatímco beton, ze kterého byly zkonstruovány, nezhoršil své vlastnosti ani o píď.

Tajemství římských stavitelů

Moderní beton sestává z cementu, respektive vápence žíhaného s jílem a dalšími příměsemi, vody, štěrku a případně dalších příměsí. Může se chlubit mnoha příhodnými vlastnostmi, ale odolnost k mořské vodě mezi ně nepatří. Už během několika desetiletí za takových podmínek degraduje a zhoršuje své vlastnosti.

Římský beton z přístavních staveb naopak sestává z vápna, sopečného popela, štěrku a vody. Během let své vlastnosti nezhoršuje. Naopak, během prvních desetiletí v mořské vodě spíše zraje a své vlastnosti zlepšuje. Jak napsal už římský historik Plinius starší, pod vodou se tento beton spojuje do jednolité masy, neproniknutelné pro vlny, a každým dnem silnější.

Že nemluvil jen tak do větru, potvrdily i moderní analýzy. Římský beton se při styku s mořskou vodou spekl v jednu kamennou masu. Až nedávno publikované výsledky ale odhalily, jaký proces za celou pozoruhodnou přeměnou stál.

odolný římský beton zkoumají vědci

odolný římský beton zkoumají vědci,zdroj:American Mineralogist

S pomocí elektronových mikroskopů, rentgenového synchrotronu a různých spektroskopických technik se výzkumníkům podařilo zmapovat mikrostrukturu betonových vzorků odebraných na několika lokalitách italského pobřeží. Klíčovou roli ve zrání přístavního betonu podle všeho sehrál sopečný popel. Ten obsahuje částečky křemičitého minerálu obohaceného draslíkem, vápníkem a hliníkem zvaného phillipsit.

To by samo o sobě nebylo nijak výjimečné, kdyby ovšem z těchto částeček nerostly krystaly hliníkatého tobermoritu, velmi vzácného minerálu, který se jinak vyskytuje jen v některých sopečných oblastech. Krystalky propojily celou betonovou masu a doslova spekly jednotlivé složky dohromady. Jejich plochý a podlouhlý tvar navíc zvýšil odolnost betonu k nárazům, takže se pod tlakem mořských vln ohýbá, ale neláme.

Růst tobermoritu umožnil styk phillipsitu s mořskou vodou, která zvýšila pH celé směsi – učinila ji zásaditější. Faktor, který klasickému betonu silně škodí, tedy učinil starověký stavební materiál naopak pevnějším a odolnějším.

Objev přitom skýtá i veskrze moderní použití. Již nějakou dobu například probíhá vývoj "regenerujících se" betonů, které budou prostřednictvím podobné krystalizace schopné vyplnit drobné praskliny a poškození. Běžnou složkou těchto betonů je polétavý popílek zachycený v komínech elektráren, případně další podobné příměsi. Někteří výrobci ale už dnes, bez znalosti římských postupů, experimentují také se sopečným popelem. Zcela zásadní ale patrně bude jeho přesné složení. Důkladné porozumění římským receptům každopádně tyto výzkumy výrazně urychlí.

Zdroj: Jackson MD, Mulcahy SR, Chen H, Li Y, Li Q, Cappelletti P & Wenk HR (2017): Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete. American Mineralogist 102.

Tagy: Itálie stavebnictví archeologie beton dějiny a fakta minerály mineralogie

Zdroje: Vlastní