Římský beton (Opus caementum)
Římský beton je jedním z mála opravdu římských a ne převzatých vynálezů. Díky hojným nalezištím sopečných popelů a hornin mohli Římané vytvořit beton, který stojí v mnoha případech dvě milénia a připravit chemikům hádanky, které rozluštili až v posledních letech. Římský beton se nazýval opus caementum, přičemž opus znamená v latině činnost, caementum původně neznačilo pojivo, ale spíše lomový kámen nebo zdivo. Názvem opus caementum se tak spíše vysvětluje funkce materiálu, neboť bylo prostě zpočátku bráno jako náhrada za cihelné nebo kamenné zdivo spojované maltou. Teprve později Římané přisoudili betonu místo, které mu v konstrukční činnosti právem patří. Beton do Říma došel asi koncem třetího století př.n.l. (tehdy možná ještě import) a kolem roku 150 př.n.l. máme jasně dokázané, že šlo o obecně užívaný a dobře známý materiál. Nutno však poznamenat, že vůbec nejstarší struktury vytvořené z betonu vytvořili Nabatejci někdy kolem roku 700 př.n.l. a materiály na bázi pojiva a plniva známe už z Egypta či Asýrie. Byli to však teprve Římané, kdo začal tento materiál užívat hromadně, a v architektuře tak dosáhli zcela nových možností.
Římský beton byl dlouho považovaný za poměrně standardní stavební hmotu podobnou dnešnímu betonu na bázi portlandského cementu. Na rozdíl od dnešního betonu však římský beton obsahoval příměs vulkanického popela, který díky své struktuře zabraňuje rozšiřování prasklin, respektive je schopen za určitých podmínek se regenerovat. Na druhou stranu však tato příměs snižuje asi desetkrát pevnost betonu, i když tyto propočty nejsou dodnes úplně průkazné a jsou zřejmě odvislé i od míchaného poměru dalších příměsí - římský beton totiž při správném namíchání dosahuje pevnosti dnešních materiálů. Římské betony sice překonávají ty současné trvanlivostí a často i odolností, ale srovnání s dnešním betonem z cementu a štěrku ukazuje, že pevnost římského betonu (okolo 40 MPa) je na stejné úrovni hodnot jako u dnešních normálních betonů.
Základem římského betonu bylo pálené vápno nebo jinak zpracovaný vápenec smíchaný s vodou. Do této směsi se následně míchal sopečný popel, přičemž na tento materiál bohatá Itálie nabízela jistou škálu možností. Dále pak byly přidávány úlomky cihel nebo kusy sopečné horniny tufu, které dávaly výsledné hmotě zrnitost až 70 mm. Římský beton nebyl armován a jeho úprava se omezila na dusání relativně primitivními nástroji. Právě sopečný popel se původně těžil u osady Puteoli (část dnešní Neapole) a tato hlinka (puzzolano) vznikla přírodní cestou vypálením slínu a obsahovala ve správných poměrech všechny nezbytné složky: silikáty, alumosilikáty a oxidy alkalických kovů a alkalických zemin schopné hydratace.
O poměrech stavebních hmot píše Vitruvius tak, že pro běžné stavební účely je poměr 1 díl vápence na 3 díly pucolánu, pro podvodní stavby pak tento poměr upravuje na 1:2. Poté se do směsi dle potřeby vmísily úlomky vulkanických hornin, rozdrcené nebo rozbité cihly, případně jiné plnivo dle potřeb konkrétní stavby a místních možností. Jako přísada se však přidával i živočišný tuk, mléko nebo krev. Následně se beton vsypal do připraveného bednění a řádně udusal. Sopečný popel díky svému specifickému složení následně zreagoval s vápnem a výsledná struktura byla velmi odolná vůči zvětrávání. Zajímavou verzí pak byl i litý pucolánový beton, který se zachoval v podobě kupole Pantheonu. Ta měří v průměru 43,22 metru, váží 4 535 tun a patrně byla navržena Apollodorem z Damašku. Zde také konstruktéři umně využívali různé typy betonů, kdy jsou základy vytvořeny z hutného travertinového betonu a kupole ze střídajících se vrstev tufového a pemzového betonu o téměř poloviční hustotě. Pro stavbu mořských hrází byl běžně používaný sopečný popel nahrazen popelem z okolí Neapolského zálivu, čímž vznikla směs velmi odolná vůči působení mořské vody. Díky svému chemickému složení totiž byly na povrchu vázány solné ionty, které by běžný beton ničily.
Plinius Starší ve své přírodovědné encyklopedii Naturalis Historia, dokonce zmiňuje beton, který v moři časem ještě více tvrdne a zpevňuje se. Příčinou byl velmi vzácný minerál toberomorit hlinitý, který lze připravit jen se značnými obtížemi. Tento minerál vznikal při míchání sopečného popela a jeho působení se posilovalo teplem vznikajícím při schnutí betonu. Toberomorit se pak prorostl strukturou betonu a vytvořil v něm zpevňující mřížku. Mořská voda pak rozpustila vulkanické krystaly i vyvřelé sklo a nahradila jej minerálem s názvem phillipsit a zmíněným toberomoritem, což je v podstatě dokonalá ochrana proti mořské vodě. Další tajemství se ukrývalo ve slově voda. Nešlo totiž o běžnou vodu, ale o vodu mořskou. Tato voda reaguje s vulkanickou horninou a vytvoří se tak další minerály, které materiál ještě více zpevňují. Beton pak dokázal odolávat i mořským vlnám. Momentálně probíhají experimenty s užíváním něčeho, čemu se říká energeticky modefikovaný cement. Jde v podstatě o lehce vylepšený římský beton, který využívá kalifornský sopečný materiál a portlandský cement a dosahuje pevnosti stejné jako klasický beton při delší trvanlivosti a lepších enviromentálních podmínkách. Lidstvo se tak po dvou tisíciletích vrací ke kořenům.
Zdroj:
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1110/1110.5230.pdf
https://books.google.cz/books?hl=cs&lr= ... &q&f=false
https://www.researchgate.net/publicatio ... 7s_bridges
https://www.antickysvet.cz/26146n-beton
https://www.osel.cz/9460-podivuhodny-be ... vodou.html
https://www.osel.cz/12669-prekvapive-re ... etonu.html
https://www.ceskestavby.cz/clanky/rimsk ... 30312.html
