Oamenii de știință au aflat, în sfârșit, de ce betonul roman antic a rezistat mii de ani

Vechii romani erau maeștri ai construcțiilor și ai ingineriei, poate reprezentați cel mai faimos de apeducte. Iar aceste minuni încă funcționale se bazează pe un material de construcție unic: betonul – unul spectaculos de durabil, care a conferit structurilor romane rezistența lor incredibilă.

Chiar și astăzi, una dintre structurile lor – Panteonul, încă intact și vechi de aproape 2.000 de ani – deține recordul pentru cea mai mare cupolă din lume din beton nearmat.

În general, proprietățile acestui beton au fost atribuite ingredientelor sale: pozzolana, un amestec de cenușă vulcanică – numită astfel după orașul italian Pozzuoli, unde se găsește un important depozit de cenușă – și var. Atunci când sunt amestecate cu apă, cele două materiale pot reacționa pentru a produce un beton rezistent.

Dar, după cum se pare, aceasta nu este întreaga poveste. În 2023, o echipă internațională de cercetători condusă de Massachusetts Institute of Technology (MIT) a descoperit nu numai că materialele sunt ușor diferite de ceea ce am fi crezut, dar și tehnicile folosite pentru a le amesteca erau diferite.

Armele fumegânde au fost bucăți mici, albe, de var care pot fi găsite în ceea ce pare a fi beton bine amestecat. Prezența acestor bucăți fusese atribuită anterior unui amestec sau unor materiale necorespunzătoare, dar acest lucru nu avea sens pentru Admir Masic, cercetător în domeniul materialelor din cadrul MIT.

Vechii romani erau maeștri ai construcțiilor și ai ingineriei

„Ideea că prezența acestor bucăți de var a fost atribuită pur și simplu unui control scăzut al calității m-a deranjat întotdeauna”, a declarat Masic în ianuarie 2023. „Dacă romanii au depus atât de mult efort pentru a produce un material de construcție excepțional, urmând toate rețetele detaliate care au fost optimizate pe parcursul mai multor secole, de ce ar depune atât de puțin efort pentru a asigura producerea unui produs final bine amestecat? Trebuie să existe mai mult în această poveste”.

Masic și echipa sa, condusă de inginerul civil de la MIT Linda Seymour, au studiat cu atenție eșantioane de beton roman vechi de 2.000 de ani din situl arheologic Privernum din Italia. Aceste eșantioane au fost supuse microscopiei electronice de baleiaj pe arii extinse și spectroscopiei cu raze X cu dispersie de energie, difracției de raze X a pulberilor și imagisticii Raman confocale pentru a înțelege mai bine clastele de var, scrie ScienceAlert.

Una dintre întrebări a vizat natura varului utilizat. Înțelegerea standard a betonului este că acesta utilizează var stins. În primul rând, calcarul este încălzit la temperaturi ridicate pentru a produce o pulbere caustică foarte reactivă numită var rapid sau oxid de calciu.

Amestecând varul viu cu apă se obține varul stins sau hidroxidul de calciu: o pastă ceva mai puțin reactivă și mai puțin caustică. Conform teoriei, romanii antici amestecau acest var stins cu puzzolana.

Recordul pentru cea mai mare cupolă din lume din beton nearmat

Pe baza analizei echipei, clastele de var din probele lor nu corespund acestei metode. Mai degrabă, betonul roman a fost probabil fabricat prin amestecarea varului viu direct cu puzzolana și apă la temperaturi extrem de ridicate, singur sau în plus față de varul stins, un proces pe care echipa îl numește „amestecare la cald” și care are ca rezultat clastele de var.

„În primul rând, atunci când betonul în ansamblu este încălzit la temperaturi ridicate, acesta permite chimicale care nu sunt posibile dacă ați folosi doar var stins, producând compuși asociați la temperaturi ridicate care altfel nu s-ar forma. În al doilea rând, această temperatură crescută reduce semnificativ timpii de întărire, deoarece toate reacțiile sunt accelerate, permițând o construcție mult mai rapidă.”

Și mai are și un alt beneficiu: clastele de var conferă betonului capacități remarcabile de autovindecare.

Atunci când se formează fisuri în beton, acestea se îndreaptă în mod preferențial către clastele de var, care au o suprafață mai mare decât alte particule din matrice. Atunci când apa pătrunde în fisură, aceasta reacționează cu varul pentru a forma o soluție bogată în calciu care se usucă și se întărește sub formă de carbonat de calciu, lipind fisura la loc și împiedicând-o să se extindă în continuare.

Acest lucru a fost observat în betonul de la un alt sit vechi de 2.000 de ani, Mormântul lui Caecilia Metella, unde fisurile din beton au fost umplute cu calcite. Aceasta ar putea explica, de asemenea, de ce betonul roman din digurile construite acum 2 000 de ani a supraviețuit intact timp de milenii, în ciuda loviturilor constante ale oceanului.

Cercetarea a fost publicată în Science Advances.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Betonul fără ciment ar putea reduce emisiile de carbon din industria construcțiilor

Inginerii au descoperit cum să stocheze CO2 în beton fără a-i compromite rezistența

Casele viitorului ar putea fi făcute din beton care stochează electricitate

Betonul care se încălzește singur va putea topi zăpada fără sare