Rzymianie zaczęli wytwarzać beton ponad 2000 lat temu, ale nie był taki jak dzisiejszy beton. Miały inną formułę, w wyniku czego substancja nie była tak silna jak nowoczesny produkt. Jednak budowle takie jak Panteon i Koloseum przetrwały od wieków, często z niewielką lub żadną konserwacją. Geolodzy, archeolodzy i inżynierowie badają właściwości starożytnego rzymskiego betonu, aby rozwiązać tajemnicę jego długowieczności.
„Rzymski beton jest. . . znacznie słabsze niż nowoczesne betony. Jest około dziesięć razy słabszy ”- mówi Renato Perucchio, inżynier mechanik z University of Rochester w Nowym Jorku. „Zakłada się, że materiał ten ma fenomenalny opór w czasie”.
Ta odporność lub wytrzymałość na działanie czynników może wynikać z jednego z kluczowych składników betonu: popiołu wulkanicznego. Nowoczesny beton to mieszanka cementu na bazie wapna, wody, piasku i tak zwanych kruszyw, takich jak drobny żwir. Formuła rzymskiego betonu zaczyna się również od wapienia: budowniczowie spalili go, aby wyprodukować wapno palone, a następnie dodali wodę, aby utworzyć pastę. Następnie zmieszali się z popiołem wulkanicznym - zwykle trzy części popiołu wulkanicznego na jedną część wapna, zgodnie z pismami Witruwiusza, architekta i inżyniera z I wieku pne Popiół wulkaniczny zareagował z pastą wapienną, tworząc trwałą zaprawę, którą połączono z kawałkami cegieł lub skał wulkanicznych wielkości pięści zwanymi tufem, a następnie upakowano na miejscu, tworząc struktury takie jak ściany lub sklepienia.
Na początku drugiego wieku pne Rzymianie używali tego betonu już w dużych projektach budowlanych, co sugeruje, że eksperymenty z materiałem budowlanym rozpoczęły się jeszcze wcześniej. Inne starożytne społeczeństwa, takie jak Grecy, prawdopodobnie również stosowały zaprawy wapienne (w starożytnych Chinach dodano lepki ryż w celu zwiększenia siły). Jednak połączenie zaprawy z kruszywem podobnym do cegły w celu uzyskania betonu było prawdopodobnie wynalazkiem rzymskim, mówi Perucchio.
W najwcześniejszych betonach Rzymianie wydobywali popiół z różnych starożytnych złóż wulkanicznych. Ale budowniczowie byli wybredni, gdy August został pierwszym rzymskim cesarzem, w 27 rpne W tym czasie August zainicjował szeroko zakrojony program naprawy starych zabytków i wznoszenia nowych, a budowniczowie używali wyłącznie popiołu wulkanicznego ze złoża Pozzolane Rosse, przepływ popiołu, który wybuchł 456 000 lat temu z wulkanu Alban Hills, 12 mil na południowy wschód od Rzymu.
Panteon, świątynia bogów, została ukończona w 128 roku ne. Kopuła świątyni jest wciąż największą niezbrojoną betonową kopułą na świecie. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool via Getty Images) 
Koloseum, zainaugurowane w 80 rne, gościło 50 000 osób i gościło gry gladiatorów, rytualne polowania na zwierzęta, parady i egzekucje. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
Grób Caecilii Metelli, córki rzymskiego konsula. Ten dagerotyp z 1841 r. Jest jednym z pierwszych znanych zdjęć Włoch. (SSPL / Getty Images) 
Kopuła Tempio di Venere e Roma, świątyni poświęconej dwóm boginiom, zainaugurowanej przez cesarza Hadriana w AD 135. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) „Cesarz August był siłą napędową systematyzacji, standaryzacji mieszanek zapraw z Pozzolane Rosse”, mówi Marie Jackson, geolog i inżynier badań na University of California w Berkeley. Dodała, że rzymscy budowniczowie prawdopodobnie preferowali złoże popiołu ze względu na trwałość wykonanego z niego betonu. „To był sekret betonów, które były bardzo dobrze związanymi, spójnymi, solidnymi materiałami.”
Jackson i jej koledzy badali skład chemiczny betonów wykonanych z Pozzolane Rosse. Wydaje się, że unikalna mieszanka minerałów popiołu pomogła betonowi wytrzymać rozkład chemiczny i uszkodzenia.
Rzymianie faworyzowali inny konkretny popiół wulkaniczny podczas wykonywania betonowych konstrukcji portowych zanurzonych w słonych wodach Morza Śródziemnego. Pulvis Puteolanus wydobywano ze złóż w pobliżu Zatoki Neapolitańskiej. „Rzymianie wysłali tysiące ton popiołu wulkanicznego wokół Morza Śródziemnego, aby budować porty od wybrzeży Włoch do Izraela, Aleksandrii w Egipcie i Pompeiopolis w Turcji” - mówi Jackson.
Woda morska jest bardzo szkodliwa dla nowoczesnego betonu. Ale w betonie rzymskim Pulvis Puteolanus „faktycznie odgrywa rolę w łagodzeniu zepsucia, gdy woda przesiąka przez niego”, mówi Jackson. Chociaż dokładny mechanizm nie jest znany, wydaje się, że reakcje chemiczne między wapnem, popiołem wulkanicznym i wodą morską stworzyły mikroskopijne struktury w betonie, które uwięziły cząsteczki, takie jak chlorki i siarczany, które szkodzą dziś betonowi.
Pomimo sukcesu rzymskiego betonu wykorzystanie materiału zniknęło wraz z Cesarstwem Rzymskim. Perucchio mówi, że betonowe konstrukcje rzadko budowano w średniowieczu, co sugeruje, że popiół wulkaniczny nie był jedynym sekretem wytrzymałości rzymskiego betonu. „Te naprawdę duże projekty można było zrealizować tylko przy odpowiedniej biurokracji i przy odpowiedniej organizacji zapewnianej przez Imperium Rzymskie”.
Erin Wayman jest asystentką redaktora Smithsonian i pisze blog Hominid Hunting.
