Zvětšit obrázek

Vzorek betonu z Pozzuoli, vpravo detail krystalů Al-tobermoritu. Kredit: LBNL.

Paulo Monteiro. Kredit: UC Berkeley.

Beton je vlastně stavebním materiálem od těch nejstarší dob, co lidé staví. Vždy se skládá z pojiva a plniva, přičemž po zatuhnutí pojiva vznikne pevný slepenec. V Asýrii používali jako pojivo jíl, v Egyptě zase sádru. Dnes se nejčastěji používá cementový beton, v němž je pojivem cement, plnivem kamenivo – zrnitý materiál do velikosti zrn 125 mm, a pak také voda. Cementový beton je přitom vynálezem republikánského Říma, kde ho používali již zhruba 200 let před naším letopočtem. Římané přidávali do pojiva jemný písečný sopečný popel pucolán, který zajistil jejich betonu skvělé vlastnosti.

Po druhé světové válce vznikaly betonové stavby s předpokládanou životností 50 let. Mnoho z nich ještě stojí a přesluhuje. V dnešní době stavíme z betonu tak, aby stavba vydržela 100 až 120 let. Ani to ale není žádná sláva. Ve Středomoří jsou k vidění přístavní konstrukce Římanů z betonu, které jsou 2 tisíce let vystavené působení vln a chemie mořské vody. Přesto stále stojí. Vše nasvědčuje tomu, že beton Římanů, včetně celé jeho výrobní technologie byl v mnoha ohledech podstatně kvalitnější, než je ten současný. Jak je to vůbec možné?

Po stopě tajemství 2 tisíce let starého betonu se pustil s týmem spolupracovníků Paulo Monteiro z Lawrence Berkeley National Laboratory a také z Kaliforské univerzity v Berkeley.

Zvětšit obrázek

Místo odběru vzorků v zálivu Pozzuoli. Kredit: LBNL.

Římané dělali beton pro podmořské konstrukce tak, že si připravili matlu smísením vápence s pucolánem a touto maltou a sopečným tufem naplnili dřevěné bednění, v němž poté betonové prvky ponořili do mořské vody. Monteiro a spol. využili experimentálních zařízení pracoviště Advanced Light Source v Lawrence Berkeley National Laboratory a spolu s nimi další pracoviště Kalifornské univerzity v Berkeley, saudsko arabské Technické a přírodovědecké univerzity krále Abdalláha a také berlínského zařízení BESSY. S jejich pomocí analyzovali vzorky římského podmořského betonu z antického přístavu Baiae, v zálivu Pozzuoli z oblasti sopky Vesuv. Nakonec odhalili celou řadu zajímavých rozdílů mezi dnešním a antickým podmořským betonem.

Zvětšit obrázek

Sopečný písek pucolán. Kredit: University of Victoria.

V dnešním betonu se po zavodnění spojuje vápník se silikáty a hydráty (C-S-H). V římském betonu s pucolánem je více zastoupený hliník a je v něm méně křemíku. Vzniklé spojení vápníku, hliníku, silikátů a hydrátů (C-A-S-H) je výjimečně stabilním pojivem. Synchrotronová rentgenová spektroskopie ukázala, že právě specifická role hliníku v C-A-S-H je nejspíš klíčem k zázraku římského podmořského betonu.

Zvětšit obrázek

Záliv Pozzuoli. Kredit: Maurice Chédel, Wikimedia Commons.

Další významný objev se týkal hydrosilikátů v betonu. Teoreticky by v dnešním betonu měly vznikat struktury připomínající minerály tobermorit či jennit. Zatím je tam prý ale ještě nikdo neviděl. V římském podmořském betonu ale tobermorit je a Monteiro s kolegy experimentálně potvrdili, že jeho forma s hliníkem (Al-tobermorit) poskytuje betonu velkou pevnost a trvanlivost. Badatelům se podařilo nalézt i další minerály obsažené v antickém betonu a také odhalili detaily jeho výrobního postupu. Římané podle všeho při výrobě cementu užívali mnohem nižší teplotu, tj. 900 stupňů Celsia namísto dnešních 1 450 a oproti nám přitom spotřebovali jenom jednu desetinu cementu.

Římský podmořský beton by teď mohl významně inspirovat naše technologie ve stavebnictví. Pucolánu je po světě spousta a kdo by nechtěl ušetřit materiál a energii potřebné při výrobě cementu? Římané by na nás jistě byli pyšní, vždyť se nám po 2 tisících letech už skoro povedlo je napodobit.

Literatura

Lawrence Berkeley National Laboratory News 4.6. 2013, Wikipedia (Concrete, Pozzolana).