Muinaisten roomalaisten kehittämästä betonista rakennetut rakennelmat ovat kestäneet vuosituhansia, kun taas modernit betonirakennelmat alkavat rappeutumaan parissa vuosikymmenessä. Nyt tutkijat ovat selvittäneet syyn roomalaisen betonin kestävyyden takana, kertoo MIT News.
MIT:n, Harvardin yliopiston ja kahden italialaisen ja sveitsiläisen laboratorion tutkijaryhmä ryhtyi tutkimaan, mistä roomalaisen betonin kestävyys johtuu. Roomalaisten betonirakennelmat ovat kestäneet äärimmäisen vaikeita olosuhteita, ja esimerkiksi aallonmurtajia, viemäreitä ja akvedukteja on säilynyt nykypäiviin asti.
Aiemmin epäiltiin, että roomalaisen betonin kestävyys johtuisi pozzolaanisten materiaalien käytöstä valmistusprosessissa. Näihin materiaaleihin kuuluu vulkaaninen tuhka Pozzuolin kaupungin alueelta, jota aikoinaan kuljetettiin rakennusaineeksi kaikkialle Rooman valtakuntaan.
Tarkemmissa tutkimuksissa roomalaisessa betonissa on havaittu myös ainutlaatuisia, millimetrin kokoisia kirkkaanvalkoisia kalkkikiteitä. Aiemmin kiteitä oli pidetty heikkolaatuisen valmistusprosessin sivutuotteena. Koska kalkkikiteitä ei käytetä modernissa betoninvalmistuksessa, kohdistui tutkijoiden mielenkiinto niihin.
– Jos roomalaiset panostivat niin paljon korkealaatuisiin rakennusmateriaaleihin, seuraten tarkkaan vuosisatojen aikana optimoituja reseptejä, niin miksi he laiminlöisivät lopullisen tuotteen sekoittamisen, pohtii tutkimukseen osallistunut rakennus- ja ympäristötekniikan professori Admir Masic.
Korkearesoluutioisten kuvien ja kemiallisen kartoituksen avulla tutkijat ryhtyivät selvittämään syitä kalkkikiteiden käytölle. Aiemmin oli luultu, että betonia valmistaessaan roomalaiset olisivat sekoittaneet kalkkia veteen, josta syntyi liimamaista sekoitusta, kalsiumhydroksidia. Tämä ei kuitenkaan selittänyt kalkkikiteiden olemassaoloa.
Tämän jälkeen tutkijat havaitsivat betonissa jälkiä äärimmäisen kuumista lämpötiloista. Jos roomalaiset olisivat käyttäneet betonin sekoituksessa kalsiumhydroksidin sijaan tai sen lisäksi myös poltettua kalkkia, tämä selittäisi kalkkikiteet. Poltettu kalkki on äärimmäisen reaktiivista, ja tuottaa helposti lämpöä jos se pääsee kosketuksiin veden kanssa.
Tutkijat totesivatkin, että poltetun kalkin käyttö oli avain roomalaiseen betonin kestävyyteen. Kuumuus mahdollisti betonissa sellaiset kemialliset reaktiot, jotka vahvistivat betonin lujuutta. Lisäksi kuumuus nopeutti kemiallisia reaktioita, jolloin betoni myös kovettui nopeammin.
Lisäksi kuumuudessa kalkkikiteistä muodostuu poltettua kalkkia. Kun betoniin alkaa ilmestyä säröjä, pääsee vesi kosketuksiin kalkkikiteiden kanssa. Tässä reaktiossa taas syntyy kalsiumhydroksidia, joka kristalloituu kalsiumkarbonaatiksi ja täyttää halkeamat.
Roomalaisten betoni siis tavallaan korjasi itse itseään kalkkikiteiden avulla.
Lopuksi tutkijat päättivät vielä testata teoriaansa käytännössä. He mursivat palan roomalaista betonia, jotta siihen syntyisi säröjä. Kahden viikon päästä säröt olivat täyttyneet kalsiumkarbonaatilla. Kalkkikiteet olivat korjanneet rikkoutuneen betonin.
Betonin tuotanto aiheuttaa tällä hetkellä kahdeksan prosenttia maailman kasvihuonepäästöistä. Masic uskoo, että tutkimuksen tietoja voidaan tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi hiilidioksidia absorboivan betonin kehittämisessä.
– On jännittävää ajatella, kuinka kestävämpiä betonilaatuja kehittämällä voitaisiin pidentää ei ainoastaan betonin käyttöikää, vaan myös 3D-tulostettujen betonivalmisteiden kestävyyttä, Masic iloitsee.
