Rimske građevine odolijevaju zubu vremena milenijima, a sada je laboratorija koju je osnovao dr. Admir Mašić pri Massachussets Institute of Technology (MIT) otkrila i kako je to moguće. Beton koji su pravili Rimljani ima svojstva „pametnih materijala” i može se sam „zacjeljivati”.
Rimljani zgrade poput čuvenog hrama Panteona nisu gradili tek slagajući isklesani kamen i cigle. Oni su posjedovali znanje pravljenja betona i to je opisano u knjigama poput „De architectura” koju je napisao antički arhitekt Vitruvius.
Problem modernog betona leži u činjenici da je proizvodnja ovog materijala stvara oko 8% emisija ugljičnog dioksida. Ovo djeluje tako što pojačava efekt staklene bašte i klimatske promjene. Međutim, samo oko polovine ovih emisija može biti smanjeno. Vođeni potragom za održivijim i okolišno prihvatljivijim betonom, naučnici iz MIT laboratorije dr. Admira Mašića pokušali su bolje shvatiti tehnološki proces stvaranja betona u rimsko doba.
Od bosanskog izbjeglice do profesora na MIT
Admir Mašić je porijeklom iz malog mjesta Gornje Kolibe kod Bosanskog Broda, a živio je u Slavonskom Brodu, pa potom u Rijeci. Kada je njegova porodica izbjegla u Rijeku, on, tada tinejdžer, i njegova majka tražili su srednju škola koja bi ga primila. Statusi izbjeglica u to doba, početkom devedesetih, još nisu bili regulisani i sve je bilo puno teže.
„Moja karijera nastala je iz mješavine sreće i očaja. Osjećao sam se kao da živim u paralelnom svijetu. Sastavljenom od diskriminacije. Patnje. Bez prava, bez novca, bez izgleda. Ali nadao sam se obrazovanju”, kaže Mašić.
Admir Mašić (Fotografiju ustupio Admir Mašić)
„Prvu školu koju smo našli ja i mama, kada smo hodali po Rijeci i tražili školu da upišem, bila je Kemijsko-tehnološka škola. Tu sam prve dvije godine bio gost, jer tada zakoni još nisu regulisali izbjeglički status, nagovorili smo nekako direktora da me kao izbjeglicu iz Bosne pusti”, prisjeća se Mašić.
U školi se istakao kao vrstan hemičar na takmičenjima, svojevrsnim hemičarskim olimpijadama.
„Otkrio sam talenat za hemiju i primijetili su me Talijani koji su dolazili kod nas u izbjeglički kamp i predložili mi da studiram hemiju u Torinu”, priča Mašić.
Diplomirao je s najvišim ocjenama, cum laude, a potom osnovao firmu koja se bavila restauracijom starina, što je pobudilo njegovo interesovanje za drevne kulture.
Doktorirao je radeći na čuvenim Svicima Mrtvog mora, i počeo raditi na Institutu Max Planck za koloide u Potsdamu, u Njemačkoj. Na kraju su ga ova istraživanja i vrijedan rad doveli do čuvenog američkog MIT-a, gdje predaje na fakultetu, ali je i osnivač svoje laboratorije i istraživačke grupe.
„Ja sam Bosanac, imam talijansko srce, njemački pasoš, američki mozak. Osjećam se građaninom svijeta”, kaže Mašić.
Vruće miješanje i živi kreč tajne rimskog betona
Mašićeva laboratorija na MIT istražuje građevinske materijale i traži inspiraciju iz bioloških materijala i drevnih materijala.
„Sve što radimo je u cilju da napravimo beton i cement koji će biti održivi materijali. Beton u ovom trenutku nije održiv i proizvodnja ima velike emisije ugljičnog dioksida, što nije dobro po okoliš”, govori on.
Upravo je s tog aspekta Mašiću i njegovom tim interesantan beton koji su proizvodili antički Rimljani. Dugo se smatralo da ovaj materijal i zgrade izgrađene s njim duguju svoju trajnost vulkanskom pepelu iz regiona Napulja, ali Mašićev tim, u radu objavljenom u januaru ove godine u Science Advances pokazuje da su tajne trajnosti i dugovječnosti ovog materijala sadržane u tehnološkom procesu pravljenja.
Privernum, arheološki park u Italiji. (Fotografiju ustupio Admir Mašić)
Analize rimskog betona pokazuju da one sadrže grumenčiće vapna. Neki su ovo smatrali prosto nedostatkom u tehnološkom procesu pravljenja betona, ali činjenica da su se Rimljani čvrsto držali upravo tog procesa govori u prilog tome da su zapravi htjeli ovakva svojstva materijala.
Naravno, Rimljani nisu mogli predvidjeti da će njihove građevine trajati ovako dugo i nisu pravili beton s tom namjerom ali im je trebao materijal koji se brzo stvrdnjava da bi mogli brzo graditi – i to ne samo zgrade, nego i pristaništa te akvadukte.
Proučavajući uzorke ovog antičkog betona, Mašić i njegov tim utvrdili su da su bijele grudvice napravljene od različitih oblika kalcijevog karbonata. Spektroskopsko ispitivanje dalo je naznake da su oni nastali na ekstremnim temperaturama, kao što bi se očekivalo od hemijske reakcije u kojoj se oslobađa toplota prilikom korištenja živog kreča (kalcijum oksid) umjesto gašenog kreča (kalcijum hidroksid) u smjesi. Vruće miješanje, zaključio je tim, zapravo je ključ za super-trajnu prirodu ovog materijala.
„Prednosti vrućeg miješanja su dvostruke”, kaže Mašić. „Prvo, kada se cjelokupni beton zagrije na visoke temperature, to omogućuje hemijske reakcije koje nisu moguće ako ste koristili samo gašeni kreč, proizvodeći spojeve povezane s visokom temperaturom koji inače ne bi nastali. Drugo, ova povišena temperatura značajno smanjuje stvrdnjavanje i vezivanje puta jer su sve reakcije ubrzane, što omogućuje puno bržu konstrukciju.
Materijal koji samozacjeljuje
Još jedna neobična stvar se događa prilikom ovakvog procesa proizvodnje: te bijele grudvice kreča od nekoliko milimetara zapravo će u budućnosti postati rezervoari kalcijuma pomoću kojih se mogu zatvarati pukotine u materijalu.
Kada se stvori pukotina i kroz nju prođe voda, voda se zasićuje kalcijumom iz ovih malih rezervoara, koji se potom u pukotinama kristaliziraju i zacjeljuju materijal. Ovaj kalcijum može reagovati i sa silikatom iz vulkanskog pepela koji je također dio smjese i još više učvrstiti materijal. Nešto kao rana koju tijelo samo zacijeli pomoću vlastitog materijala.
„Te grudvice kreča se zbog reakcije vode i kalcijum oksida proširuju, i to proširenje napravi jako porozan materijal i kada voda uđe u tu strukturu, tu postoji jako mnogo površine i voda se automatski zasićuje kalcijumom, koji dalje reaguje, kristalizira i učvršuje materijal”, objašnjava Mašić.
Mašićev tim je proizveo beton modernim i antičkim metodama i onda su izazivali pukotine u materijalu da testiraju pretpostavku. U uzorcima koji nisu pravljeni pomoću živog kreča, voda je samo tekla i nije dolazilo do zacjeljivanja.
Tim sa MIT-a se nada da će ovo stvoriti beton koji ima duži životni vijek te da će utjecati na proizvodnju cementa i betona tako da se emisije ugljičnog dioksida smanje, a ovaj materijal učini održivijim i ekološki prihvatljivijim. Drevne mudrosti Rimljana, koje su počivale i na alhemijskim principima kombinacije četiri elementa – vatre, vode, zraka i zemlje – stvorile su prve „pametne materijale“ od kojih i danas možemo učiti i prilagođavati ih svojim potrebama.