Už dlouho se ví, že stavby z doby antického Říma odolávají zubu času mimořádně dobře. Již dříve vědci popsali, že za to může přidávání sopečných materiálů do betonu – nyní ale popsali, jaký chemický proces tomu zásadně napomáhá.
Beton, který se používá v současné době jako nejběžnější stavební materiál, často začne po několika desetiletích života praskat a drolit se. Ale beton, který používali před dvěma tisíci lety staří Římané, byl prakticky nezničitelný. Stavby, které jsou z něj zbudované, stále stojí a vykazují pozoruhodnou trvanlivost navzdory podmínkám, které by moderní beton už dávno zničily.
Jednou ze starověkých betonových staveb, které vědce už dlouho fascinují, je velká válcovitá hrobka šlechtičny Caecilie Metelly z prvního století. Nový výzkum vědců z americké univerzity MIT a jejich kolegů publikovaný v časopise Journal of the American Ceramic Society ukazuje, že kvalita betonu použitého v této hrobce výrazně převyšuje kvalitu moderních staveb – a to zejména díky vulkanickému kamenivu, které stavitelé zvolili, a neobvyklým chemickým interakcím s deštěm a podzemní vodou.
„Když pochopíme proces vzniku starověkých stavebních materiálů, můžeme tak pomoci k vývoji nových stavebních materiálů pro budoucnost – budou odolnější i udržitelnější,“ popsal smysl práce její hlavní autor Admir Masic. „Hrobka Caecilie Metella je jednou z nejstarších dosud stojících staveb, a díky tomu nám přináší zkušenosti, které mohou inspirovat i moderní stavitelství,“ dodal vědec.
Podivuhodně odolný beton
Hrobka Caecilie Metelly se nachází na nejdůležitější starověké římské cestě známé jako Via Appia neboli Appiova cesta. Skládá se z věže ve tvaru rotundy, která stojí na čtvercové základně, celkem je vysoká asi 21 metrů a má průměr 29 metrů. Byla postavena kolem roku 30 před naším letopočtem, v době, kdy se římská republika měnila v císařství. Hrobka je považována za jednu z nejlépe dochovaných památek na Via Appia.
Caecilia pocházela z aristokratické rodiny, provdala se do rodiny nejbohatšího Římana své doby, Marka Livinia Crassa, který uzavřel známý triumvirát s Juliem Caesarem a Pompeiem.
„Stavba tohoto velmi inovativního a robustního památníku a orientačního bodu na Via Appia Antica naznačuje, že se šlechtična těšila velké úctě,“ popsali autoři výzkumu, „a betonová hmota i po 2050 letech odráží její silnou osobnost.“
Hrobka je ale především příkladem dokonalých technologií betonového stavitelství v pozdně republikánském Římě. Tyto technologie popsal architekt Vitruvius právě v době, kdy se hrobka stavěla. Stavba silných zdí z hrubých cihel nebo kameniva ze sopečných hornin spojených maltou vyrobenou z vápna a sopečné tefry vedla ke vzniku domů, které se ani během tisíciletí nerozpadly.
- Tefra je obecné označení pro sopečné usazeniny všech typů a velikostí.
- Vzniká při explozivních sopečných erupcích. Vrstvy tefry se při těchto erupcích mohou usadit v širokém okolí sopky na tisících kilometrech čtverečních.
Podle vědců je ale výsledek hodně dílem náhody a prostého štěstí: staří Římané totiž nemohli vědět, jak se krystaly minerálu leucitu, který je bohatý na draslík, ve vulkanickém kamenivu časem rozpustí a přeorganizují rozhraní mezi vulkanickým kamenivem a cementem. Právě tím se extrémně zlepšila soudržnost betonu.
Pokud by se i moderní betony více zaměřily na to, aby se pojivo v průběhu času neustále zlepšovalo, mohlo by to podle Masice výrazně pomoci s jeho trvanlivostí – a právě v tom by mohly pomoci zkušenosti starověkých stavitelů. „Využití věky prověřené římské moudrosti poskytuje udržitelnou strategii, která by mohla řádově zlepšit životnost našich moderních řešení,“ tvrdí vědec.
Jeho tým proto prozkoumal mikrostrukturu antického betonu z hrobky pomocí nejmodernějších vědeckých nástrojů. Skenovací elektronová mikroskopie ukázala mikrostruktury stavebních bloků malty v měřítku mikronů, energeticky disperzní rentgenová spektrometrie zase ukázala prvky, z nichž se skládají jednotlivé stavební bloky.
Tajemství malty
Ukázalo se, že malta použitá v hrobce obsahuje podle očekávání sopečnou tefru – složení malty je podobné té, která byla použita na stavbu dnes hůře zachovaného Trajánova trhu o 120 let později. Výrazně častěji ale obsahuje minerál leucit, který je bohatý na draslík. Za staletí, co do hrobky pronikala dešťová i podzemní voda, se leucit rozpouštěl a uvolňoval draslík do malty. V moderním betonu by takové množství draslíku vytvořilo expanzivní gely, jež by způsobily mikrotrhliny, a to by kvalitu betonu zhoršilo.
Jenže v hrobce se draslík rozpustil a změnil vlastnosti betonu – nečekaně k lepšímu.
„Rozhraní mezi kamenivem a maltou jakéhokoli betonu má zásadní význam pro trvanlivost konstrukce,“ říká Masic. „V moderním betonu mohou alkalicko-křemičité reakce, které vytvářejí expanzivní gely, ohrozit rozhraní i toho nejtvrdšího betonu.“
„Ukazuje se, že mezifázové zóny ve starořímském betonu hrobky Caecilie Metelly se dlouhodobým přetvářením neustále vyvíjejí,“ dodává Masic. „Tyto procesy zpevňují mezifázové zóny a přispívají ke zlepšení mechanických vlastností a odolnosti proti selhání starověkého materiálu.“
