Antický svět 

Římané postavili stovky budov, které se do dnešních dní dochovaly v překvapivě kompaktním stavu. Mezi hlavní příčiny tohoto stavu můžeme počítat fakt, že Římané, jako vůbec první civilizace vůbec, rozjeli stavbu betonových staveb ve velkém měřítku. Dodnes se setkáváme se spoustou římských betonových budov všeho užití, které přes mizernou údržbu a častý výskyt v oblastech se slanou vodou nebo tektonickou činností vypadají více než zachovale. Podívejme se tedy, jaké bylo tajemství římského betonu.

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. 

Není zcela jisté, kdy vlastně do Říma užití betonu přišlo, ale někdy kolem roku 150 před n.l. máme jasně dokázané, že šlo o obecně užívaný a dobře známý materiál. Betonové prvky můžeme najít při stavbě silnice Via Appia, podobně jako dnes potopeného přístavu v Puteoli, který vznikl někdy kolem roku 199 před n.l. Beton tak do Říma došel asi koncem třetího století před n.l., přičemž je možné, že šlo o import z řeckých měst na jihu Itálie nebo z východu – vůbec nejstarší struktury vytvořené z betonu vytvořili Nabatejci někdy kolem roku 700 před 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. 

Dnešní beton se vyrábí smísením vody, písku, portlandského cementu a případně i štěrku nebo jiného plniva, přičemž jeho nejčastější užití v dnešní době je pro lité betonové konstrukce, takže beton je nejčastěji připravován v tekutém stavu. Jeho pevnost pak dále zvyšují železné roxory zfrormované do armatury. Římský beton byl postaven na poněkud odlišné bázi. Jeho základem 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 a poněkud odlišnou tvář, než kterou má dnešní beton. Římský beton navíc nebyl armován a jeho úprava se omezila na dusání relativně primitivními nástroji. 

Sopečný popel se jako pojivo ukázal být velmi šťastným řešením. Šlo nejen o pouhého předchůdce dnešního cementu, ale a v mnohém jej i překonával. Šlo v podstatě o přírodní hlinku, kterou koncem třetího století před naším letopočtem našli starověcí Římané u osady Puteoli (část dnešní Neapole). Tato hlinka zvaná puzzolano vznikla přírodní cestou vypálením slínu (vápnitého jílovce) žhavou lávou tekoucí z blízké sopky a jeho další přeměnou působením horkých roztoků. Obsahovala ve správných poměrech všechny složky, které má dnešní portlandský cement: silikáty, alumosilikáty a oxidy alkalických kovů a alkalických zemin schopné hydratace.

Známe tedy ingredience, jak si namíchat klasický římský beton? Bude to chtít trochu cestování, zbytek je už rutina. Římští inženýři vyráběli beton tak, že nejdříve vyrobili de facto maltu – smíchali mořskou nebo sladkou vodu, vápno a sopečný popel,  O poměrech stavebních hmot píše Vitruvius  tak, že pro běžné stavební účely je poměr 1 díl vápence na tři díly pucolánu, pro podvodní stavby pak tento poměr upravuje na 1:2. Poté do směsi dle potřeby vmísíte úlomky vulkanických hornin, rozdrcené nebo rozbité cihly, případně jiné plnivo dle potřeb konkrétní stavby a místních možností. Jako přísady se však přidávaly i další laskominy, například živočišný tuk, mléko nebo krev. Následně připravíte bednění a beton do něj nasypete, udusáte...a pak už se jen radujete z dobré práce. Radost můžete jen zvětšit tím, že nebudete používat stavební kolečka, která Římané neznali, a potrénujete tak svalstvo o to více. Poměr vody a přísad pak už je jen ve vaší režii, přesný recept na beton se nedochoval, takže musíte improvizovat dle účelu, pro který beton mícháte.

Dále už totiž příroda pracuje za vás. Kombinace popela, vody a vápna spouští takzvanou pucolánovou aktivitu, tedy reakci s hydroxidem vápenatým, a následně vznik krystalů v mezerách a průduších v konstrukci. Podobná reakce totiž probíhá také v přírodě a lze předpokládat, že právě z ní se Římané inspirovali, stačilo se zkrátka jen dívat na spečené sopečné horniny, pak experimentovat a dále už jen vylepšovat. Sopečný popel díky svému specifickému složení zreagoval s vápnem a výsledná struktura byla velmi odolná vůči zvětrávání. Nejlepším důkazem jsou stovky římských staveb, které jsou dochovány do dnešních časů s užitelném stavu a bez nutnosti totálních oprav.

Římané samozřejmě také používali litý beton a zhruba v Augustově době se lité betony staly standardní součástí stavebnictví. Nejslavnější stavbou, při které Římané ve velkém měřítku použili litý pucolánový beton je betonová stavba asi vůbec nejslavnější, římský Pantheon, jehož kupole právě je litou strukturou.

Pantheon je vůbec unikátní stavbou. Pamatuje císaře Augusta, posléze vyhořela a obnovil ji císař Hadrianus. Od jeho dob nebylo do stavby nijak strukturálně stavebně zasahováno, přestavba za kostel byla jen kosmetickou záležitostí. Dóm Pantheonu byl největší takovou strukturou po třináct staletí a dodnes je největší nevyztuženou stavbou z betonu na světě. Kupole Pantheonu měří v průměru 43,22 metru, váží 4535 tun a byla navržena asi Apollodorem z Damašku.

Mohutná kupole je zajímavá tím, že ukazuje, do jaké míry si už tehdy Římané s betonem rozuměli. Dovedli totiž používat beton o různé měrné hustotě na různé účely a to tak, aby nepřekonali nosnost zdiva držícího kupoli. Takže zatímco kupole chrámu je složena ze střídajících se vrstev tufového a pemzového betonu o hustotě 1350 kg/kubík, základy budovy jsou vytvořeny z travertinového betonu o hustotě 2200 kg/kubík. Kdyby byla kupole postavena dnes z běžného nearmovaného betonu, neunesla by svoji váhu a zřítila by se.

Římané vytvořili stovky staveb z konstrukčního betonu, který až ve finále předezdívali nebo zdobili štuky a reliéfy. Velkou vzpruhou pro betonářskou lobby v Římě byl slavný požár města za císaře Nerona, který zničil velkou část Věčného města a uvolnil prostory pro kvalitnější výstavbu z nových materiálů, třeba i z betonu. Jednou z nejrychleji postavených byl Neronův palác Domus Aurea. Velký význam měl rozvoj práce s betonem pro stavby oblouků, což našlo mohutné využití pro stavby mostů a akvaduktů mnohem trvanlivějšího rázu než dříve - akvadukt Pont du Gard je jedním z příkladů. Z dalších dnech slavných staveb najdeme beton třeba v Koloseu  nebo Traianově trhu.

Římané používali více druhů popela pro specializaci betonu. Pokud zaměnili běžně užívaný sopečný popel za popel z okolí Neapolského zálivu, vznikla směs velmi odolná vůči působení mořské vody, která se výborně hodila pro budování mořských hrází – díky svému chemickému složení totiž na povrchu vytvořila jakési brnění, které dovedlo vázat solné ionty, které jinak spolehlivě dokáží beton degradovat. Takový beton byl pak užíván i vyvážen do celého Středomoří pro budování přístavů, hrází a vlnolamů.

Prvním takovým velkým přístavem byla blízkovýchodní Caesarea, zbytky přístavních zařízení můžeme dodnes navštívit v římském přístavu Ostia  nebo se na něho můžete podívat na videu a fotografiích přístavu Lechaion v Korinthu podívat zde https://www.theguardian.com/science/2017/dec/14/new-underwater-discoveries-in-greece-reveal-ancient-roman-engineering?CMP=share_btn_fb 

Zjištění o principu fungování podvodního betonu je relativně nové a vysvětluje, proč dnešní porézní beton v moři nemá dlouhodobě šanci, zatímco římské stavby v Ostii drží pohromadě dodnes a dokonce jsou ještě pevnější, než bývaly – chemická reakce totiž nekončí umístěním betonu do moře, ale v právě v moři tento materiál ještě více časem tvrdne a zpevňuje se. Římané si toho byli dobře vědomi, jak dokládá Plinius Starší ve své přírodovědné encyklopedii Naturalis Historia, když píše, že beton „vzdoruje i mořským vlnám a den ze dne sílí“.

Jaké je tedy konkrétní vysvětlení tohoto nevšedního jevu? Příčinou tvrdosti římského betonu je 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 dokonalé brnění proti mořské vodě. Dnešní beton pak žádnou reakci s vodou po vytvrdnutí neprodělává a pouze je degradován. Římský beton byl degradován také, ale degradace vedla naopak k jeho zpevnění. Toto zjištění z roku 2017 může změnit náhled na fungování betonu a jeho užití ve specializovaných stavbách. Sopečný popel je totiž poměrně hojným materiálem a jeho spotřeba je ve srovnání s moderním cementem jen desetinová, přičemž při přípravě navíc není nutno vyvinout teplotu 1450 stupňů, ale jen 900, což přináší významné úspory topiv a paliv. Nezapomeňme také, že regenerující se beton, to je sen každého stavbaře. Zkrátka další zkoumání římských materiálů může významně obohatit stavebnictví i v 21.století.

Již dnes zvlášť v Severní Americe 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.

Závěrem se pak podívejme, jak na vynález speciálního betonu nahlíží Robert Graves v knize Claudius Bůh  a jeho žena Messalina. Sice je na tom pramálo pravdy, ale je to hezké: "Strach mu zbystřil mozek a po osmi dnech zběsilého experimentování vynalezl speciální cementový prášek, který ztvrdl jako skála, jakmile přišel do styku s mořskou vodou. Bylo to směs obyčejného cementového prášku z cementáren v Cumách se zvláštním prachem z pahorků z okolí Puteol, a tak tvar té obeliskové lodi je teď zvěčněn v tom nejtvrdším kameni, jaký je možno si představit, v ústí ostijského zálivu." 

Návod na přípravu betonu: 
https://www.youtube.com/watch?v=tOhAfaFboNU  

Více o římském betonu: 

https://www.novinky.cz/veda-skoly/252246-cesky-vedec-skvara-uspesne-experimentuje-s-betonem-bez-cementu.html  
https://www.researchgate.net/profile/Anna_Sinopoli/publication/259580420_Construction_techniques_of_Roman_vaults_and_opus_caementicium_The_cases_of_Lupo_and_St_Gregory%27s_bridges/links/54f4b76e0cf2ba615063c91c/Construction-techniques-of-Roman-vaults-and-opus-caementicium-The-cases-of-Lupo-and-St-Gregorys-bridges.pdf  
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1110/1110.5230.pdf 
https://books.google.cz/books?hl=cs&lr=&id=xZVe8teAUkQC&oi=fnd&pg=PP1&dq=roman+concrete+building&ots=vY6Mf36-Jt&sig=Fk7tNwdE9M-76-ufXZBc2Cw87jY&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false