V roku 79, rímsky autor Plinius starší v jeho Prírodovede (Naturalis Historia) napísal, že betónové stavby v prístavoch, ktoré sú vystavené neustálemu vplyvu slaných vĺn, sa stávajú "jednoliatou kamennou masou, nepriepustnou pre vlny a každý deň silnejšou".
Nepreháňal. Zatiaľ čo moderné stavby z námorného betónu sa rozpadávajú v priebehu desaťročí, 2 000 rokov staré rímske móla a vlnolamy pretrvávajú dodnes a sú teraz silnejšie ako keď boli prvýkrát postavené. Geologička Marie Jacksonová z University of Utah skúma minerály a mikroštruktúry Rímskeho betónu, ako by to bola sopečná skala. Ona a jej kolegovia zistili, že pretekanie-filtrovanie morskej vody cez betón vedie k rastu blokujúcich minerálov, ktoré dodávajú betónu pridanú súdržnosť. Výsledky uverejnili v magazíne American Mineralogist.
Rímský betón vs. Portlandský cement
Rimania vyrábali betón zmiešaním sopečného popola s vápnom a morskou vodou na maltu, a potom zamiešaním kúskov sopečnej horniny do tejto malty. Kombinácia popola, vody a nehaseného vápna vytvára takzvanú pozzolanickú reakciu nazvanú po mestečku Pozzuoli v Neapolskom zálive. Rimania možno získali nápad na vytvorenie tejto zmesi z prirodzene spevneného sopečného popola nazývaného tuf, ktorý je bežný v tejto oblasti, ako to opísal Plinius.
Zmiešaný betón sa používal v mnohých architektonických štruktúrach vrátane Pantheónu a Traianových trhov v Ríme. Masívne námorné stavby chránili prístavy od otvoreného mora a slúžili ako rozsiahle kotvištia lodí a sklady.
Moderný portlandský cementový betón tiež používa kamene, ale s významným rozdielom: piesočnaté a štrkové častice sú určené na to, aby boli nečinné-inertné. Každá reakcia s cementovou pastou môže tvoriť gély, ktoré roztiahnú a popraskajú betón.
"Táto reakcia medzi alkalickým (zásaditým) cementom a nekryštalickým kremíkom sa objavuje na celom svete a je jednou z hlavných príčin zničenia konštrukcií z betónu z portlandského cementu," hovorí Jacksonová.
Znovuobjavenie Rímskeho betónu
Jacksonovej záujem o Rímsky betón začal počas jej sabatického roku v Ríme. Najprv študovala tufy a potom skúmala ložiská sopečného popola, čoskoro ju začalal fascinovať ich úloha v pozoruhodnej trvanlivosti Rímskeho betónu.
Spolu s kolegami Jacksonová začala študovať faktory, ktoré robili architektonický betón v Ríme tak odolným. Jedným z faktorov je, že minerálne zrasty medzi prísadami-agregátom a maltou zabraňujú predĺženiu trhlín, zatiaľ čo povrchy nereaktívnych prísad-agregátov v portlandskom cemente len pomáhajú rozširovať trhliny.
V inej štúdii o vyvrtaných jadrách Rímskeho prístavného betónu zozbieraného projektom ROMACONS v rokoch 2002 až 2009 našli Jacksonová a jej kolegovia výnimočne v morskej malte zriedkavý minerál, tobermorit hlinitý (Al-tobermorit). Minerálne kryštály sa tvoria vo vápenatých čiastočkách puzzolánovou reakciou pri trochu vyšších teplotách. Prítomnosť Al-tobermoritu prekvapila Jacksonovú. "Je veľmi ťažké ho vytvoriť," hovorí. Syntetizácia v laboratóriu si vyžaduje vysoké teploty a vedie len k produkcii malých množstiev minerálu.
Korózia morskou vodou
V prípade novej štúdie sa Jacksonová a ďalší vedci vrátili k vyvŕtaným jadrám z projektu ROMACONS a skúmali ich rôznymi metódami, vrátane mikrodifrakčných a mikrofluorescenčných analýz na zdroji Advanced Light Source 12.3.2 v National Laboratory of Lawrence Berkeley. Zistili, že Al-tobermorit a príbuzný zeolitový minerál, fillipsit, sa tvoria v pemze a póroch v cementačnej matrice. Z predchádzajúcej práce tím vedel, že puzzolánový proces vytvrdzovania Rímskeho betónu netrvá dlho. Niečo iného musí spôsobiť, že minerály rastú pri nízkej teplote dlho potom, ako sa betón vytvrdil. "Nikto neprodukoval tobermorit pri 20 stupňoch Celsia," hovorí. "Och - okrem Rimanov!"
"Ako geológovia vieme, že sa horniny menia," hovorí Jacksonová. "Zmena je konštanta pre zemské materiály. Takže ako zmena ovplyvňuje trvanlivosť rímskych stavieb?"
Tím dospel k záveru, že keď morská voda prenikla cez betón vo vlnolamoch a v mólach, rozpustila zložky sopečného popola a umožnila rast nových minerálov z vysoko alkalických kvapalín, najmä Al-tobermoritu a fillipsitu. Tento Al-tobermorit má kompozície bohaté na oxid kremičitý, podobné kryštálom, ktoré tvoria vulkanické horniny. Kryštály majú platňové tvary, ktoré spevňujú cementovú matricu. Spojovacie dosky zvyšujú odolnosť betónu pred krehkým lomom.
Jacksonová hovorí, že tento proces podobný korózii by bol pre moderné materiály zlý. "Pozeráme sa na systém, ktorý je v rozpore so všetkým, čo by ste chceli v betóne na báze cementu," hovorí. "Pozeráme sa na systém, ktorému sa darí v otvorenej chemickej výmene s morskou vodou."
Projekt ROMACONS, vŕtanie na námornej stavbe v Portus Cosanus, Toskánsko, 2003. Vŕtanie je povolené Soprintendenza Archeologia per la Toscana. Photo credit: J. P. Oleson
Moderný Rímský betón
Vzhľadom na výhody Rímskeho betónu, prečo sa nepoužíva častejšie? Okrem trvanlivosti Rímskeho betónu najmä preto, že výroba portlandského cementu spôsobuje značné emisie oxidu uhličitého.
"Recept sa úplne stratil," hovorí Jacksonová. Aj keď dôkladne študovala staroveké rímske texty, zatiaľ nedokázala zistiť presné metódy miešania morskej malty, aby mohla znovu vytvoriť Rímsky betón.
"Rimania mali šťastie na druh kameňov, s ktorým museli pracovať," hovorí. "Pozorovali, že sopečný popol vyrábal cementy na výrobu tufu. Vo väčšine sveta teraz nemáme tieto kamene, takže bude potrebné vyrobiť náhrady."
Teraz pracuje s geologickým inžinierom Tomom Adamsom, aby vyvinula náhradný recept, avšak s použitím materiálov zo západných USA. Morská voda v jej pokusoch pochádza z prístavu v Berkeley v Kalifornii.
Rímsky betón si vyžaduje čas, aby získal silu z morskej vody a vyznačuje sa nižšou pevnosťou v tlaku ako typický portlandský cement. Z týchto dôvodov je nepravdepodobné, že by sa mohol rímsky betón rozšíriť, ale mohol by byť užitočný v niektorých konkrétnych situáciách.
Jacksonová nedávno navrhla vybudovať prílivovú lagúnu v meste Swansea v Spojenom kráľovstve, aby využila prílivovú energiu. Lagúna, povedala, bude musieť fungovať po dobu 120 rokov, aby sa vrátili náklady na jej vybudovanie. "Môžete si predstaviť, že vďaka spôsobu, akým teraz staviame, by to v tom čase bola len veľká kopa korodujúcej ocele." Na druhej strane, prototyp Rímskeho betónu by mohol zostať neporušený po celé stáročia.
Jacksonová hovorí, že hoci vedci odpovedali na mnohé otázky o maltách betónu, dlhodobé chemické reakcie v agregovaných materiáloch zostávajú nepreskúmané. Má v úmysle pokračovať v práci Plinia a ďalších rímskych učencov, ktorí pracovali na objavovaní tajomstiev ich betónu. "Rimania sa s tým zaoberali," hovorí Jacksonová. "Ak budeme stavať v mori, mali by sme sa tým tiež zaoberať."
Štúdiu nájdete na tomto linku.
Zdroj: unews.utah.edu
Ondro1
Curuj
Okolosediaci
Murkoslav2
front22
PCfans