Betón, ktorý sa sám zacelí a vydrží tisíce rokov. Čo sa môžu dnešní stavitelia naučiť od Rimanov?
Piesok, vápno a voda tvoria dnes najobľúbenejší stavebný materiál – betón. Pred 2 000 rokmi sa však v Ríme používali aj ďalšie, miestami nečakané prísady. Vďaka nim bol výsledný materiál trvácnejší a šetrnejší k životnému prostrediu. Nemeckí vedci teraz intenzívne skúmajú túto historickú úspešnú receptúru.
Víno, ocot a olivový olej – už tisícročia nielen zdokonaľujú stredomorskú kuchyňu, ale v antike mohli slúžiť aj ako špeciálne „korenie“ v stavebníctve. Práve tieto prísady totiž mohli prispieť k tomu, že stavebný materiál z antických čias – rímsky betón – dodnes udáva štandard a zamestnáva hlavy vedcov skúmajúcich materiál.
Vyznačuje sa pozoruhodnou pevnosťou, sám zaceľuje trhliny, a preto má mimoriadne dlhú životnosť. Rímski stavitelia ho vedeli namiešať tak, že na rozdiel od dnešného bežného cementu odolával slanej vode a z prístavných zariadení robil trváce stavby.
Jeho najvýraznejšou výhodou je, že pri jeho výrobe sa uvoľňovalo menej oxidu uhličitého (CO₂) než pri výrobe moderného cementu. Ako presne Rimania tieto vlastnosti dosiahli, nie je dodnes celkom jasné.
Materiálovú vedu zaujala predovšetkým ekologickosť a dlhá životnosť rímskeho betónu. Na tomto „supervzorci“ preto okrem iných pracuje aj tím pod vedením Bettiny Lotschovej z Inštitútu Maxa Plancka pre výskum pevných látok v Stuttgarte.
Moderné prekážky
Mnohé inštitúcie sa snažia zvýšiť udržateľnosť betónu, pretože tento hojne používaný stavebný materiál sa podľa odhadov podieľa približne ôsmimi percentami na celosvetových emisiách CO₂. K tomu sa pridáva relatívne krátka životnosť dnešných stavieb.
„V miernom podnebnom pásme betón vydrží asi 70 rokov, v trópoch najviac 30,“ uviedol Sebastian Bette, jeden z výskumníkov Inštitútu Maxa Plancka.
Potom je potrebné stavebné dielo opraviť, často však pomôže len jeho zbúranie a nová výstavba. Aby vedci predĺžili životnosť betónu, a tak znížili emisie, hľadajú inšpiráciu u Rimanov. Nie je to však také jednoduché. „Naše poznatky o rímskom betóne sú obmedzené,“ dodal Bette. „Rimania o betóne síce veľa písali, ale ich záznamy nemajú vždy dostatočnú výpovednú hodnotu.“
V spisoch sa ako prísady spomínajú aj víno, olej a ocot. Prečo ich primiešavali, nie je úplne jasné. Kyselina octová a vínna mali možno ovplyvniť rýchlosť tvrdnutia.
Aj vznik rímskeho betónu zahalili tisícročia do hmly. Začalo sa to pravdepodobne spájaním kamenných blokov maltou. Časom sa kamene zmenšovali a podiel malty rástol, až sa napokon zrodil betón.
Betón – pestrá chemická zmes
To, že stavebný priemysel nemôže jednoducho siahnuť po recepte starých Rimanov, súvisí aj s tým, že jediná univerzálna receptúra nikdy neexistovala. Tento materiál sa totiž nevyrábal vo veľkých továrňach ako dnes, ale v malých remeselných dielňach, ktoré si pripravovali vlastné zmesi.
Pri rekonštrukcii zloženia narážajú na svoje limity aj najmodernejšie analytické metódy, ktoré má dnes materiálová veda k dispozícii. Jednak preto, že stavebný materiál za tisícročia zvetral, a jednak preto, že hoci sa na betón pozeráme ako na banálny masový produkt, z vedeckého pohľadu ním rozhodne nie je. Platí to pre antický betón rovnako ako pre jeho moderných nástupcov.
Vo vytvrdnutom betóne sa napríklad nachádza 20 až 30 rôznych kryštalických fáz. Fáza v chémii označuje látku s jednotným chemickým zložením a štruktúrou. Pri takejto zložitej zmesi až 30 fáz je náročné dospieť k jasnému prehľadu.
Táto zložitá štruktúra prekvapuje aj preto, že dnešný betón sa v podstate mieša len z troch základných zložiek: kameniva (piesku alebo štrku), vody a, samozrejme, cementu ako spojiva. Samotné zložky sa však skladajú z rôznych chemických zlúčenín a pri tuhnutí vznikajú ďalšie.
Priemysel navyše používa prísady, ktorými upravuje vlastnosti betónu. Pri najčastejšie používanom portlandskom cemente je to napríklad oxid vápenatý, známy aj ako pálené vápno. Po zmiešaní s hlinou a ďalšími prísadami sa z neho vypaľuje cementový slinok.
Z pohľadu ochrany klímy je pálené vápno problematické, pretože jeho výroba spotrebúva veľa energie a uvoľňuje veľké množstvo CO₂. Zároveň však pálené vápno pri tuhnutí dokáže viazať oxid uhličitý z okolia. Rimanom to bolo jedno, keďže do ich betónu sa oxid vápenatý pridával len v malom množstve.
Sopečný popol ako kľúčová zložka
Rímski stavitelia namiesto neho primiešavali sopečný popol. Popol obsahuje puzolány – hlinitokremičitany, ktoré dokážu oxid vápenatý nahradiť. Z rôznych dôvodov je však takmer nemožné preniesť antickú receptúru do súčasnosti.
„Rímsky betón tuhol celé týždne,“ poznamenal ďalší z výskumníkov, Artem Ševčenko. „Dnes však chceme čo najrýchlejšie zalievať jedno podlažie budovy za druhým.“
Okrem toho nebol k dispozícii dostatok sopečného popola a musel pochádzať zo správnej sopky. Do úvahy prichádzali len tie, ktoré produkovali veľmi jemný popol, aby bol chemicky reaktívny a mohol slúžiť ako spojivo.
Vo verejných stavbách, ako sú Panteón alebo Koloseum, sa nachádza výlučne popol z neďalekého Vezuvu. Pri stavbe súkromných domov boli stavitelia zrejme flexibilnejší.
Analýza vily Capo di Bove v Ríme napríklad ukázala, že siahli aj po miestnych surovinách. Pri výstavbe priľahlých kúpeľov Rimania do betónu dokonca primiešali hlinené črepy, aby bazény dlhodobo odolávali vode. Mierne kyslá voda z kúpeľov totiž bežný betón časom narúša, čo vedie k jeho praskaniu.
Odpad namiesto sopečného popola
Podobne ako kedysi Rimania, aj dnešní stavitelia potrebujú betón na rôzne účely. V jednom bode sa však zásadne líšia: kým rímska zmes bola variabilná, moderní inžinieri vyžadujú presne definované zloženie a podľa noriem čo najjednotnejšie vlastnosti. Odvaha k rozmanitosti by sa však mohla vyplatiť aj v súčasnosti. „Možno by sme mohli zloženie moderného betónu viac obmieňať,“ zamyslel sa Bette.
Práve antický stavebný materiál ukazuje, že dokáže vydržať tisícročia, hoci nespĺňa žiadnu normu DIN. Táto variabilita by mohla mať využitie najmä pri primiešavaní popola zo spaľovní odpadu. Ten sa podobne ako sopečný popol líši vo svojom zložení, no pre niekedy problematické zložky sa považuje za nevhodný na praktické použitie.
Zlou zložkou je napríklad hliník. Pri tuhnutí betónu reaguje s alkalickým roztokom v póroch materiálu, pričom vzniká vodík. Ten by betón roztrhol a budova by sa rozpadla ešte skôr, než by bola vôbec dokončená. Tieto nevhodné súčasti by sa síce mohli z popola z odpadu vopred odstrániť, no zatiaľ to stojí veľa energie.
Existujú však aj zaujímavé zložky. Jednou z nich je takzvaný anorganický popol – pestrá zmes rôznych minerálov, ktoré sa podobajú zložkám sopečného popola a mohli by slúžiť ako spojivo s nízkymi emisiami CO₂.
Do akej miery by sa popol zo spaľovania odpadu mohol v budúcnosti primiešavať do betónu a prípadne vyriešiť environmentálny problém, treba ešte ďalej intenzívne skúmať, tvrdia vedci.
Tajná prísada na zníženie emisií CO₂
V inom ohľade antika inšpiruje vedcov k výsledkom, ktoré by mohli mať praktický význam rýchlejšie. Ide o betón, ktorý podobne ako jeho rímsky vzor obsahuje málo cementového slinku a je preto šetrný k životnému prostrediu, no pre väčšinu stavebných projektov tvrdne príliš pomaly.
„Okrem iného sme našli prísadu, ktorá je ľahko dostupná, lacná a mohla by tuhnutie betónu s nízkymi emisiami CO₂ zjavne urýchliť natoľko, že by sa dal využívať v praxi,“ vysvetľuje Bette. Viac však nemôže prezradiť, pretože výskum stále prebieha.
Vedci pokročili aj v objasňovaní toho, prečo je rímsky betón taký trvanlivý. Rozhodujúce sú samoliečebné schopnosti, ktoré dnešnému betónu chýbajú. Rimania ich mohli dosiahnuť pomocou strätlingitu – prírodného minerálu, ktorý absorbuje vodu a tým nabobtnáva.
„To by mohlo vysvetľovať samoliečebnú schopnosť betónu,“ domnieva sa Ševčenko. „Keď betón praskne, vnikne doň vlhkosť. Strätlingit ju môže pohltiť, pritom sa rozťahuje a trhlinu uzavrie.“
Vedci navyše v rímskom betóne objavili kremíkový katoit (druh minerálu granát), príbuznú zlúčeninu strätlingitu. Či a ako by tento minerál mohol ovplyvňovať vlastnosti betónu, zatiaľ nie je jasné.
Aby vedci ešte lepšie pochopili, čo robí rímsky betón takým výnimočným a ako sa môže moderný betón stať trvanlivým a udržateľným, čaká ich ešte veľa práce. Patrí k tomu dôkladné preskúmanie najdôležitejších, ba dokonca všetkých zložiek antického betónu.
Zostane však pravdepodobne len špekuláciou, či Rimania do svojho betónu miešali víno, olej a ocot vedome, aby ovplyvnili jeho vlastnosti. Možno boli tieto prísady určené aj ako dary bohom, aby nechali stavby stáť naveky.
Článok bol preložený z nemeckej edície Epoch Times.
Trénujte si mozog s našimi hrami! Sudoku, šachové úlohy, hľadanie rozdielov, solitaire HRAŤ ▶Diskusia
Komentáre sú verejné. Zverejňujeme príspevky, ktoré dodržiavajú pravidlá diskusie.
Na pridanie komentára sa alebo si .
