Betonul roman: în sfârşit ştim de ce rezistă de mii de ani clădirile antice ale romanilor

Betonul roman a reprezentat un mister vreme de mii de ani, având în vedere proprietăţile sale unice în ceea ce priveşte calitatea şi rezistenţa în timp. Romanii antici au fost maeștri în construcții și inginerie, unele dintre cele mai cunoscute realizări ale lor fiind apeductele, clădirile şi drumurile lor celebre. Iar aceste minuni încă funcționale se bazează pe un material de construcție unic: betonul puzzolanic, un beton spectaculos de durabil care a conferit structurilor romane rezistența lor incredibilă.

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

Proprietățile acestui beton au fost în general atribuite ingredientelor sale: puzzolana, un amestec de cenușă vulcanică – numită astfel după orașul italian Pozzuoli, unde se găsește un depozit semnificativ – și var. Atunci când sunt amestecate cu apă, cele două materiale pot reacționa pentru a produce un beton extrem de rezistent.^[sursa]

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

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

„Ideea că prezența acestor cioburi de var a fost pur și simplu atribuită unui control scăzut al calității m-a deranjat întotdeauna. 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 a numeroase secole, de ce ar depune atât de puțin efort pentru a asigura obținerea unui produs final bine amestecat? Trebuie să existe mai mult în această poveste.”, a declarat Adam Masic în ianuarie 2023.

Adam 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 de la Privernum, din Italia. Aceste mostre au fost analizate cu microscoape electronice cu scanare de mare suprafață, fiind supuse și spectroscopiei cu raze X cu dispersie de energie, difracției de raze X pe pulbere, precum și imagisticii Raman confocale pentru a înțelege mai bine claste de var.

Betonul roman şi secretele unui material antic misterios

Una dintre întrebările avute în vedere a fost natura varului utilizat. Înțelegerea standard a betonului puzzolanic este că acesta folosește var stins. În primul rând, calcarul este încălzit la temperaturi ridicate pentru a produce o pulbere caustică foarte reactivă numită var nestins, sau oxid de calciu.

Amestecarea varului nestins cu apă produce var stins sau hidroxid de calciu: o pastă puțin mai puțin reactivă și mai puțin caustică. Conform teoriei, această var stins era varul stins pe care romanii antici îl amestecau cu puzzolana.

Pe baza analizei echipei, cioburile de var din probele lor nu sunt în concordanță cu această metodă. Mai degrabă, betonul roman a fost probabil fabricat prin amestecarea varului nestins direct cu puzzolană 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”, care are ca rezultat apariția cioburilor de var.

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

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

Atunci când se formează fisuri în beton, acestea se deplasează 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 mai mult.

Practic, acest beton se repară singur.^[sursa]

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

Așadar, echipa și-a testat descoperirile făcând betonul roman din rețete antice și moderne, folosind var nestins. De asemenea, au făcut un beton de control fără var nestins și au efectuat teste de fisurare. În mod evident, betonul fisurat cu var nestins s-a vindecat complet în două săptămâni, dar betonul de control a rămas fisurat.

Echipa lucrează acum la comercializarea betonului lor ca o alternativă mai ecologică la betoanele actuale.

„Este interesant să ne gândim la modul în care aceste formule de beton mai durabile ar putea extinde nu numai durata de viață a acestor materiale, ci și la modul în care ar putea îmbunătăți durabilitatea reţetelor de beton tipărite 3D.”, a declarat Masic.