Beton – historia niezwykła

Beton – nie tylko jeden z najpopularniejszych, ale i najstarszych materiałów budowlanych.
Czy to możliwe, że był wykorzystywany już przy budowie egipskich piramid, dwa tysiące lat wcześniej niż datuje się pierwsze rzymskie betonowe obiekty?

W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat przeprowadzano badania mające na celu znalezienie niepodważalnego dowodu na potwierdzenie, bądź obalenie tej tezy. Niestety, bezskutecznie. Naukowcy wciąż dyskutują nad różnymi możliwościami budowy piramid; zmagają się z biurokracją, by uzyskać pozwolenie na zebranie kolejnych dowodów i próbują logicznie wytłumaczyć uzyskane już wyniki.
Wśród tych kilku badaczy znajdują się tacy jak profesor Joseph Davidovits, czy profesor Michel Barsoum, których poglądy, poparte stosownymi dowodami na użycie betonu do budowy piramid, zostały opublikowane, wzbudzając niemało kontrowersji w gronie egiptologów zdających się nie zauważać problemów z własnymi próbami wytłumaczenia historii ich powstania.

Skąd jednak pomysł, że bloki były odlewane? Oczywiście, jeśli przyjmiemy, że słowo „odlewane” nie oznacza współczesnego wykorzystania wysokowydajnych pomp do betonu, betoniarek i zaawansowanych szalunków - a co oznacza, o tym dalej. Czy więc ów pomysł wynika z czystej kalkulacji mówiącej, że za panowania jednego faraona, czyli w okresie około dwudziestu lat, niezmiernie trudne byłoby wykucie, przetransportowanie i ułożenie tak wielkich fragmentów skalnych? Zwłaszcza, jeśli weźmiemy pod uwagę to z jaką precyzją, przy ówczesnym stanie wiedzy technicznej, bez żadnych twardych przyrządów, bez wykorzystania koła, czy bloczków, budowle te powstawały? Pamiętając, że samo zgromadzenie tylu ludzi, którzy byliby potrzebni do wciągnięcia tak wielkiej liczby bloków, byłoby niezmiernie trudnym przedsięwzięciem logistycznym.
Jeżeli dodamy do tego fakt, iż miało to miejsce przed epoką brązu, czyli najtwardszą możliwą do cięcia substancją mogła być miedź, na tyle miękka, że nie nadająca się do obróbki tak twardego kamienia, to idea wytwarzania bloków skalnych z litego kamienia staje się coraz bardziej absurdalną.

Bardziej prawdopodobnym wytłumaczeniem wydaje się być teoria profesora Josepha Davidovits'a. Zgodnie z nią egipscy niewolnicy mieli rozpuszczać w wodzie stosunkowo miękki materiał z odsłoniętej skały wapiennej, mieszać go z materiałami tworzącymi tektoglinokrzemian: wapnem, glinką kaolinową, mułem i natronem, a następnie przenosić w wiadrach i wlewać do form ustawionych już na stokach piramid. Tam formuła miała twardnieć i stawać się odporną na zewnętrzne warunki.

Cały proces chemiczny opierał się na dwóch formułach wymyślonych przez Imhotepa. Ten, ponadprzeciętnie uzdolniony projektant i budowniczy, a zarazem kapłan, lekarz i geometra, utożsamiany był po śmierci z boską siłą właśnie ze względu na umiejętność swobodnego kształtowania kamieni. Tę zdolność wykorzystał również do budowy piramid. Jeden ze sformułowanych przez niego wzorów odnosił się do powstawania kamieni tworzących wewnętrzną strukturę piramidy i opierał na prostym szeregu reakcji: najpierw węglan sodu oraz wapno reagują ze sobą, dając kalcyt i sodę kaustyczną, katalizującą następnie scalenie krzemianów i tlenku glinu. Substratem tej reakcji jest również glinka kaolinowa, a produktem hydrosodalit. Do tego minerału dodaje się następnie karnalit, uzyskując halit i mika-chloryt. Możliwe jest również zajście reakcji z pozostałego po pierwszym etapie natronu z karnalitem, w wyniku czego uzyskamy dodatkowo magnezyt i halit. Druga formuła, służąca do wytworzenia bloków okładzinowych, jest bardzo podobna. Zamiast gliny kaolinowej lub wraz z nią do sody kaustycznej dodaje się uwodnione minerały krzemionkowe, uzyskując krzemian sodu, który później w reakcji z karnalitem spowoduje powstanie również krzemianu magnezu.

Powyższe reakcje były możliwe do przeprowadzenia w płytkich kanałach wykopanych w pobliżu placu budowy. Wszystkie niezbędne substancje były łatwo dostępne dla budowniczych piramid. Glinka kaolinitowa wchodziła w skład wapienia z Gizy, a złoża natronu do dziś znajdują się w Wadi El Natrun oraz okolicznych pustyniach. Produkty tego procesu, nazwanego geosyntezą wapnia, mogą zostać wytworzone również w sposób naturalny i dlatego geolodzy nieznający chemii geopolimerowej uważają geologiczny klej wiążący substancje w blokach skalnych albo za zanieczyszczenie, albo za naturalnie powstałe „spoiwo mikrytowe”.

W Instytucie Geopolimerów, gdzie pracuje profesor Davidovids, udało się wytworzyć i odlać prefabrykat konglomeratu wapienia. Wykorzystany w nim materiał geologiczny jest bardzo podobny do znajdującego się na równinie Gizy w Egipcie i jest miękkim materiałem z mnóstwem numulitycznych muszli, pochodzącym z kamieniołomów we Francji. Celem tego testu było pokazanie, że tego typu wapień doskonale nadaje się do ponownego aglomerowania. Najpierw rozmiękczono ten miękki materiał wodą, potem zmieszano wapienny szlam i jego skamieniałe muszelki z glinką kaolinową oraz z prostym spoiwem geopolimerowym. Następnie szlam wapienny został nałożony do formy (o kształcie piramidy!). Ów ponownie zaglomerowny wapień, związany dzięki reakcji geochemicznej, stwardniał w ten sposób w mocny i odporny blok, o wiele twardszy od oryginalnej skały. Dla tych, którzy nie wiedzą co to takiego geopolimery, cytuję za Wikipedią:

„Geopolimer – termin obejmujący klasę nowoczesnych, badanych od lat 50. XX wieku nieorganicznych, amorficznych, syntetycznych polimerów – glinokrzemianów o specyficznym składzie i właściwościach. Badania nad geopolimerami prowadzone są głównie w celu zastąpienia nimi cementu portlandzkiego, a w konsekwencji użycia ich na szeroką skalę w budownictwie”.

O słuszności teorii profesora Josepha Davidovits’a świadczy kilka odrębnych i uzupełniających się wzajemnie dowodów, takich jak chociażby próbka materiału uzyskana z piramidy Cheopsa, w przekroju której widnieją pęcherzyki powietrza, nieistniejące naturalnie w blokach skalnych, czy włos odkryty w badaniu mikroskopowym fragmentu budulca. Można również zauważyć, że krzemiany z piramid są całkowicie amorficzne, a w naturalnym kamieniu znajdują się pierwiastki, które zdążyły ulec krystalizacji. Poza tym wydobywane w Egipcie bloki skalne nie mają aż tak wysokiej zawartości wody.
Co więcej, gdy w Egipcie powstawał naturalny wapień, szczątki organizmów morskich, muszli, czy wodorostów musiały opaść na dno morza, które pokrywało znaczną część tamtejszego terenu, utworzyć muł, który uległszy kondensacji przekształcił się w skałę osadową, zwaną obecnie wapieniem. W takiej skale skamieniałości są przeważnie ułożone w poziome warstwy. W skałach tworzących piramidy odkryto natomiast, że są one nieuporządkowane, jak gdyby zostały sztucznie wymieszane, a nie poddane naturalnemu procesowi.
Za wykorzystaniem betonu do budowy piramid przemawia również fakt, że nie odnaleziono dotąd żadnych okruchów skalnych w pobliżu piramid. Przecież, gdyby przyjąć, że bloki ciosano z litej skały, musiałyby pozostać przycięte fragmenty, czy uszkodzone bloki. W przypadku odlewania form problem ten od razu znika – pozostałości mogły być wykorzystywane ponownie.

Za słusznością teorii profesora Josepha Davidovits'a świadczy również analogiczność wytwarzanych materiałów do produkcji mniejszych przedmiotów. W podziemiach Piramidy Schodkowej w Sakkarze znaleziono bowiem wiele naczyń z łupków, diorytu, czy bazaltu, których wygląd wskazuje, iż zostały odlane w formie. Ich kształty są niezwykle piękne, sposób wykonania niemal perfekcyjny i nie mają najmniejszego śladu jakiegokolwiek narzędzia. Podobnie jest z posągiem faraona Chefrena i innymi emaliowanymi statuami. Henri Louis Le Châtelier, francuski ceramik i metalurg, wyciął w nich maleńkie otwory, na podstawie których stwierdził, że emalia stanowi część materiału, z którego został wykonany posąg, a nie jest, jak przypuszczano, nałożona później.

Chociaż trudno, przynajmniej na razie, jednoznacznie stwierdzić jak powstały piramidy, to prace na temat produkcji betonu przez starożytnych Egipcjan będą zapewne kontynuowane przez jeszcze wiele lat. Profesor Michel Barsoum, na co dzień zajmujący się nauczaniem studentów na temat ceramiki i badaniem materiałów tzw. Fazy MAX, próbuje wykorzystać zdobytą wiedzę o formule Imphotepa do opracowania sposobu na uzyskanie nowego materiału budowlanego w bardziej przyjazny środowisku sposób. Badania piramid nie są więc tylko skierowane na zaspokojenie ciekawości, co do historii rozwoju naszej cywilizacji, ale mogą również okazać się przydatne do dalszego rozwoju materiałów budowlanych. Tym bardziej, że tendencja produkcji coraz bardziej dąży do ekologicznych rozwiązań technologicznych, a więc perspektywa wytwarzania substancji niewymagającej jednoczesnego uwalniania do atmosfery ogromnych ilości szkodliwych dwutlenków staje się coraz bardziej kusząca. Do uzyskania wczesnej postaci betonu użytej do budowy piramid nie zużywa się bowiem tyle dwutlenku węgla, co przy produkcji cementu portlandzkiego, będącego obecnie w powszechnym użyciu. Poza tym jest to materiał trwały (przetrwał już ponad pięć tysięcy lat), a do jego wytworzenia nie są niezbędne ani żadne zaawansowane technologie, ani trudno dostępne surowce. Kwestią czasu pozostaje więc zapewne ponowne wykorzystanie formuły Imhotepa tyle, że w unowocześnionej wersji.

Tymczasem pozostaje nam badanie tajemnic piramid wraz z teorią o wytwarzaniu bloków z betonu, która zdaje się tłumaczyć wszystkie uzyskane dotychczas przez badaczy dane. Jednakże, popularnie wciąż uważa się za jedyne słuszne wytłumaczenie stanowisko archeologów twierdzących, że nie ma najmniejszego dowodu na to, że piramidy zostały zbudowane z czegoś innego niż lity kamień. Jakiekolwiek syntetyczne drobiny, znajdywane w testach, uważają za pozostałości z późniejszych napraw, dokonywanych na przestrzeni wieków. Ku takiemu obrazowi skłaniają się również ci, którym odpowiada spektakularna wizja wznoszenia tych monumentalnych budowli przez tysiące półnagich robotników, wciągających liny na dźwięk rozlegającego się co chwilę świstu bata. Cóż – po raz kolejny wygrywa wizja bardziej romantyczna, filmowa niż mało malowniczy pragmatyzm…