Rimski beton

Že od pradavnine se ljudje ukvarjamo s gradnjo, vendar o začetku gradbeništva pa lahko začnemo
govoriti v času antike. Prvi mojstri gradnje so bili Egipčani, Grki in Bizantinci, vendar so jih kaj kmalu
prehiteli Rimljani in Vitruvij s pucolanskim betonom.
Že pred obdobjem Rimskega imperija uporaba malt in betona ni bila antičnim kulturam tuja. Grki so
uporabljali pucolansko malto kot zaščitna plast na akvaduktih. Najbolj znan primer uporabe je na
podzemnem akvaduktu Magare, kjer so notranjost viadukta oblekli z 12mm debelo plastjo pucolanske
malte, ki je delovala podobno kot današnji hidravlični cement – ob stiku z vodo pridobiva na trdnosti,
prav tako pa deluje vodo neprepustno.
Evropska celina pa ni edini dokaz uporabe betonskih mešanic v antiki. Na Filipinih so za velike
spomenike in grobnice uporabljali apnene opeke, katere so na koncu prevlekli z maso podobno
antičnemu betonu. Na podoben način so izdelani tudi kipi slonov in Tabonskih jam.

Glede na grške podvige s pucolansko malto in bližino Rima pa presenečenje, da so prav Rimljani
izboljšali ta material in postali pravi antični mojstri gradnje z opus caementicium – rimskim betonom.
Rimljani so kot glavni material za gradnjo začeli uporabljati v času pozne rimske republike in vse skozi
čas rimskega imperija. Pravi razcvet pa se je zgodil približno 25 pr.n.št., ko je Vitruvij začel določati
betonske mešanice. Rimski oz. pucolanski beton je baziran na današnjem hidravličnem cementu,
vendar se vseeno zelo razlikuje. Glavna značilnost rimskega betona je, da namesto cementa kot vezivo
uporablja mešanico vulkanskega pepela – pucolana in apna. Kljub temu, da se je na začetku uporabljal
predvsem kot malta oz. lepilo za opeke, je kasneje ob večjem razumevanju in izboljšanju materiala
vodilo k t.i. betonski revoluciji, ki je prispevala k bolj zapletenim in razgibanim arhitekturnim oblikam
– obok, lok, kupola, …. Beton se je uporabljal tudi za gradnjo cest in pločnikov. Prav tako pa se je po
velikem požigu Rima leta 64, ki je uničil velik del mesta, začela gradnja po Nerotovih načelih, ki je
vzpodbudila razvoj betonske industrije in opeke – negorljivi material.
Kadar pa govorimo o rimskem betonu pa moremo omeniti tudi »očeta« rimskega betona, ki je že zelo
zgodaj določil mešanice, ki bi bile primerne za apnenske betone. Za strukturne betone je najboljši
pucolan, v razmerju 1 del apna 3 deli pucolana za zgradbe in 1 del apna 2 dela pucolana za podvodno
gradnjo. O deležu vode ni govoril ter ni bil zasleden v nobenem zapisu in še danes ni znan.

Opus caementicium
Ideja rimskega betona se ne razlikuje od današnjega, saj prav tako sestoji iz agregata in veziva, ki se ob
prisotnosti vode strdi. Razlika pa je v vezivu saj vezivo sestoji iz apna in vulkanskega pepela – pucolana.
Prav tako agregat ni bil določen in je variiral, v njem se je lahko našlo od kamenja, keramike do opečnih
ruševin predhodno porušenih zgradb. Armature, ki prenaša natezne napetosti niso poznali. Proces
pridobivanja trdnosti betona poteka kot pri sodobnih betonih skozi proces hidratacije. Vulkanski pepel
je v betonu dajal večjo odpornost na morsko sol in večjo plastičnost.

Sodobni približek rimskemu betonu
Glede na značilnosti in trajnost rimskih konstrukcij kot je panteon se zdi smiselno probati narediti
sodobni približek rimskemu betonu s sodobnimi materiali. Ideja bi bila zamenjati vulkanski pepel, ki
je težko dostopen in cenovno zelo drag, z cenejšim in bolj dostopnim elektrofiltrskim pepelom iz
termoelektrarne, ki se uporablja kot mineralni dodatek k sodobnim betonskim mešanicam. Prav tako
pa je pridobivanje apna okolju bolj prijazno kot pridobivanje cementa v energetskem smislu, saj se
klinker žge približno na 1450°

c med tem, ko apno žgemo samo na približno 500°c
.

Primerjava elektrofiltrskega pepela in vulkanskega pepela
Vulkanski pepel so fragmenti uprašenih delcev kamnov, mineralov in vulkanskega stekla
(nekristaliziran produkt hitro hlajene magme), ki nastanejo med vulkanskimi izbruhi ter imajo
premer manjši od 2mm. Sama kemijska sestava vulkanskega pepela pa variira glede na
kemijsko sestavo magme vulkana iz katere je izbruhnil. Kljub temu pa so še vedno glavni deli
kremen (SO2) in kisik (O2). Pepel oz. izbruhe pa delimo glede na vsebnost kremena:
1. Nizko energetski izbruhi iz bazalta; ti imajo temnejši pepel in vsebujejo približno 45-
55% kremena, je pa zato bogat z železom (Fe) in Magnezijem (Mg).
2. Visoko energetski izbruhi iz riolitov; ti proizvedejo felzični pepel, ki ima visoko
vsebnost kremena in sicer 69% ali več.
3. Normalno energetski izbruhi; to so drugi tipi pepela ki nastanejo pri izbruhih iz
andesita ali dacita in imajo srednjo vrednost kremena-55-69% ter so najpogostejši v
naravi.
Povzamemo, da so Rimljani večinoma imeli dostop do pepela, ki je nastal pri normalno
energetskih izbruhih, saj so ti najpogostejši. Kot primer kemijske sestave predstavimo
kemijsko analizo vulkanskega pepela, ki je nastal med izbruhom vulkana Mout St. Helens,
Washington, ZDA.
Tabela 1 : Sestava vulkanskega pepela

Kemijska sestava Delež [%]Kremen (SiO2) 65
Aluminijev oksid (Al2O3) 18
Železov oksid (FetO3) 5
Magnezijev oksid (MgO) 2
Kalcijev oksid (CaO) 4
Natrijev oksid (Na2O) 4
Žveplo (S) 0,1
V pepelu pa se pojavljajo v manjših količinah tudi barij (Ba), baker (Cu), mangan (Mn),
stroncij (Sr), vanadij (V), cink (Zn), cirkonij (Zr). Pojavljajo se tudi nekatere soli kot natrijev
klorid (NaCl), kalijev klorid (KCl), kalcijev sulfat (CaSO4), magnezijev sulfat (MgSO4), vendar
samo 1500-2000 μg/g. Zasledili so pa tudi sledi organskega dušika (130 μg/g), fluora (5 μg/g)
in broma (0,5 μg/g).

Elektrofiltrski pepel je eden izmed produktov pri izgorevanju premoga. Sestavljajo ga fini
delci, ki se izločajo med izgorevanjem iz kotla, ter skupaj s številnimi plini preidejo skozi filter,

kjer se zaustavijo, med tem ko plini zapustijo skozi dimnik. Ta pepel se v večini primerih
ujame v elektrofiltrih in ostalih filtracijskih sistemih za filtracijo finih delcev. V osnovi ima
precej podobno sestavo kot vulkanski pepel. Ima veliko vsebnost kremena (SiO2),
aluminijevega oksida (Al2O3) in kalcijevega oksida (CaO), to je glavna sestava premoga.
Poslužili se bomo pepela iz termoelektrarne Šoštanj, ki je v Sloveniji najbolj dostopen, kateri
nastane ob izgorevanju lignita (nizko energetskega premoga),
Tabela 2: Sestava elektrofiltrskega pepela

Kemijska sestava ̧Delež [%]Kremen (SiO2) 38
Aluminijev oksid (Al2O3) 22
Železov oksid (Fe2O3) 4
Kalcijev oksid (CaO) 24
Magnezijev oksid (MgO) 5
Žveplov oksid (SO3) 3
Žaro izguba 1

Ob primerjavi kemijskih značilnosti elektrofiltrskega in vulkanskega pepela ugotovimo, da
kljub različnim izvorom se sestavno zelo malo razlikujeta. Predvsem se razlikujeta po
vsebnosti kremena SiO2, ki je v EFP-ju za približno polovico manjša. Prav tako se razlikujeta po
vsebnosti kalcijevega oksida, ki je manjša v elektrofiltrskem pepelu. Natrijev oksid in žveplo
se nahajata le v vulkanskem pepelu.
Eksperimentalno delo
Približek rimskega betona se je zamešala tako, da se najprej ugotovila delež vode, ki je potreben, da
dosežemo standardno oz. plastično konsistenco. Poslužilo se je Vitruvijevega razmerja za stavbe, ki
določa, da je delež v vezivu 3 deli pepela in 1 del apna. Zamešala se je mešanica veziva z vodo, ki se je
nato napolnila v Vicatov obroč, ko se obroč ni posedel več kot za 6mm, se je dosegla standardna
konsistenca. Vodo-cementno razmerje je bilo 0,61.
Kasneje se je kot referenčni vzorec pripravila mešanica za gredice s portlandskim cementom v
razmerju 3:2:1 (agregat:vezivo:voda), torej s vodo-cementnim faktorjem 0,5. Enako se je ponovilo s
mešanico približka antičnega betona, v razmerju 3:2 (agregat:vezivo) s vodo-cementnim faktorjem
0,61).
Gredice so se po približno 24 urah odstranile iz kalupov, kjer so se pojavili prvi zapleti. Dva od treh
vzorcev iz mešanice približka antičnemu betonu sta se prelomili. Gredice so šle v nego v klimatsko
komoro na 98% zračno vlažnost pri temperaturi 20°c. Prelomljena vzorca sta bila deležna suhe nege
pri 20°
c
in 40% zračne vlažnosti.
Po sedmih dneh nege so se opravili obremenitveni preskusi. Referenčna vrednost po 28 dneh za
kontrolno mešanico (s portlandskim cementom) je bila 8 MPa upogibne trdnosti. Kontrolni vzorci so
po samo sedmih dneh nege dosegli 4MPa, pri obremenitvi cca. 1,5kN, ob tem so se pojavile
deformacije približno 3mm. Vzorci iz približka antičnega betona so dosegli 1,15MPa pri obremenitvi

0,5kN, kar je 1/3 v primerjavi s kontrolnimi vzorci. Deformacije so pa kljub nizki obremenitvi bile
0,29mm.

Graf 1: Graf upogibnih trdnosti [Avtorjeva osebna zbirka]Tabela 3: Upogibne trdnosti [Vir: avtorjeva osebna zbirka]

Prav tako so vzorci opravili preskus tlačne trdnosti. Testirala sta se dva vzorca, ki sta imela suho nego
in dva iz mokre nege. Vzorca, ki sta imela suho nego, sta prenesla obtežbo približno 2500 N, napetost,
ki pa se je pojavila v teh dveh vzorcih, pa je znašala približno 1,7 MPa, deformacija pa 0,5 mm.
Vzorca, ki sta pa bila deležna nege v klimatski komori, pa sta prenesla obtežbo kar 4000 N, ter

napetost 2,4 MPa, deformirala pa sta se za 0,7 mm. Kljub tem razlikam pa vseeno ni primerljivo s
sodobnim betonom, pri katerem se je moral preskus predčasno prekiniti, saj je kljub starosti 7 dni
presegel obremenitev 10000 N, kar pa je maksimalna obremenitev, ki jo premore naprava, katera se
je uporabljala za preizkuse.

Graf 2: Primerjava tlačnih trdnosti [Vir: Avtorjeva osebna zbirka]Tabela 4: Tlačne trdnosti [Vir: Avtorjeva osebna zbrika]

Izsledki in zaključek
Beton je takoj za vodo druga najpogosteje uporabljena snov na svetu in najpogosteje uporabljen
gradbeni material, ki se je začel uporabljati v antičnih časih in izginil do 19. stoletja. Trajnost betona
dokazuje rimski panteon, ki še danes kraljuje kot največja nearmirana betonska kupola na svetu.
Če povzamemo rezultate eksperimentalnega dela, lahko pridemo do razumevanja zakaj antično
rimske stavbe kljub obsežni potresni dejavnosti na območju Italije še vedno stojijo saj rezultati
narekujejo, da kljub nizkim obremenitvam se pojavljajo velike deformacije v materialu, kar pomeni,
da je dosti bolj prožen in pride kasneje do porušitve oz. razpok v konstrukciji kot pa pri sodobnem
zelo togem betonu.
Prav tako beležimo veliko potrebo po vodi, kar nam ni tuje tudi pri sodobnih betonih, kjer je
ključnega pomena ob zgodnjem pridobivanju trdnosti nega oz. dovolj visoka vlaga za potek procesa
hidratacije. Ob pogledu na rezultate preskusa tlačne trdnosti vidimo, da so vzorci, ki so bili deležni
mokre nege dosegli 100% boljše rezultate kot vzorci, ki so bili deležni suhe nege. Kljub temu izsledku
so pa rezultati tlačne trdnosti neprimerljivi s sodobnimi betoni.
Eksperiment bi bilo smiselno ponoviti na večjem številu vzorcev, kot tudi podaljšati čas v kalupih kot v
negi. Glede na število vzorcev in ponovitev eksperimenta (0 ponovitev), ne moremo govoriti o
dejanskih izsledkih. Smiselno bi bilo tudi izboljšati mešanico z uporabo sodobnih kemijskih dodatkov
za betona kot so plastifikatorji za redukcijo vode in višje doseganje zgodnjih tlačnih trdnosti.
Kljub slabim rezultatom pa se vidi aplikativna uporaba v betonski industriji za nekonstrukcijske oz. v
obliki urbane opreme, kjer ni potrebe po visokih tlačnih trdnostih in zgodnjem odpiranju kalupov.
Prav tako bi bilo smiselno raziskati trajnostne lastnosti tega približka rimskega betona in napraviti
preskus odpornosti na mraz in soli ter preveriti kakšen je prodor vode saj se pojavlja opcija trajnega
okolju prijaznega nekonstrukcijskega izdelka.

VIRI IN LITERATURA
Literatura
MARINKO, Jože. Antična arhitektura. Ljubljana: Družina, 1997. 391 str. ISBN 961-222-087-5
OSMANOVIĆ, Zehrudin. Proizvodnja portland-cementa. Tuzla: Univerzitet, 2010. 323 str. ISBN 978-
9958-897-04-7
Viri
https://en.wikipedia.org/wiki/Roman_concrete , 20.5.2024
http://slocem.si/proizvodnja_cementa/ , 3.5.2024
http://www.finance.si/8333077/Opus-caementicum-temelj-za-preporod-rimske-arhitekture ,
3.5.2024
https://sl.wikipedia.org/wiki/Cement , 10.5.2024