Știm în sfârșit cum a reușit betonul roman antic să reziste mii de ani: ScienceAlert

Vechii romani au fost maeștri în construcții și inginerie, poate cel mai notabil reprezentați de apeducte. Aceste minuni care încă funcționează se bazează pe un material de construcție unic: betonul puzolanic, un beton uimitor de durabil care a conferit structurilor romane rezistența lor incredibilă.

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

Proprietățile acestui beton sunt în general atribuite ingredientelor sale: puzzolana, un amestec de cenușă vulcanică – numit după orașul italian Pozzuoli, unde se găsesc depozite mari din acesta – și Lămâie verde. Când sunt amestecate cu apă, cele două materiale pot reacționa pentru a produce beton puternic.

Dar, după cum se dovedește, asta nu este toată povestea. Și în 2023, o echipă internațională de cercetători condusă de Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) a descoperit că nu numai că materialele erau puțin diferite decât credeam, dar și tehnicile folosite pentru a le amesteca erau diferite.

Pistoalele fumegătoare erau mici bucăți albe de var care puteau fi găsite în ceea ce părea a fi beton bine amestecat. Prezența acestor piese fusese atribuită anterior amestecării sau materialelor slabe, dar asta nu avea sens pentru cercetătorul de materiale Admir Masek de la MIT.

„Ideea că prezența acestor blocuri de calcar se datorează pur și simplu unui control slab al calității m-a deranjat întotdeauna.” spuse Macek În ianuarie 2023.

„Dacă romanii au depus atât de mult efort în realizarea unui material de construcție premium, urmând toate rețetele detaliate care au fost rafinate de-a lungul mai multor secole, de ce au depus atât de puțin efort pentru a se asigura că a fost produs un produs final bine amestecat? Trebuie să existe mai multe la această poveste”.

Macek și echipa, condusă de inginerul civil MIT Linda Seymour, au studiat mostre de beton roman vechi de 2.000 de ani din situl arheologic Perevernum din Italia. Aceste probe au fost supuse microscopiei electronice cu scanare pe suprafețe mari, spectroscopiei cu raze X cu dispersie de energie, difracției cu raze X pe pulbere și imagistică Raman confocală pentru a obține o mai bună înțelegere a maselor calcaroase.

Una dintre întrebările din mintea mea a fost natura varului folosit. Înțelegerea standard a betonului puzolanic este că este utilizat Lamaie hidratata. În primul rând, calcarul este încălzit la temperaturi ridicate pentru a produce o pulbere caustică foarte reactivă numită calcar. Var netedSau oxid de calciu.

Amestecarea varului nestins cu apa produce var stins sau hidroxid de calciu: o pasta mai putin reactiva si mai putin caustica. Conform teoriei, acest var hidratat a fost amestecat de vechii romani cu puzolana.

Pe baza analizei echipei, blocurile de var găsite în probele lor nu au fost în concordanță cu această metodă. Alternativ, betonul roman poate fi realizat prin amestecarea varului neted direct cu puzolana și apă la temperaturi extrem de ridicate, singur sau în plus față de var hidratat, un proces pe care echipa îl numește „amestecare la cald” care produce firimituri de var.

„Beneficiile amestecării la cald sunt duble.” spuse Macek.

„În primul rând, când betonul agregat este încălzit la temperaturi ridicate, permite să aibă loc chimie care nu sunt posibile dacă utilizați numai var hidratat, creând compuși lipiți la temperatură înaltă care nu se pot forma altfel. În al doilea rând, această temperatură crescută reduce dramatic întărirea și timpii de întărire, deoarece toate reacțiile sunt accelerate, permițând o construcție mult mai rapidă.”

Are un alt beneficiu: pesmetul de var confera betonului o capacitate remarcabila de autovindecare.

Când se formează fisuri în beton, ele se deplasează de preferință în blocuri de var, care au o suprafață mai mare decât alte particule din matrice. Când apa intră în crăpătură, ea reacționează cu varul pentru a forma o soluție bogată în calciu care se usucă și se întărește precum carbonatul de calciu, lipând fisura înapoi împreună și împiedicând-o să se răspândească în continuare.

acest S-a observat În beton dintr-un alt sit vechi de 2.000 de ani, mormântul Ceciliei Metella, unde crăpăturile din beton au fost umplute cu calcit. Ar putea explica, de asemenea, de ce betonul roman din ziduri construite în urmă cu 2.000 de ani a rămas intact timp de mii de ani, în ciuda bătăilor constante ale oceanelor.

Așadar, echipa și-a testat descoperirile făcând beton puzolanic din rețete antice și moderne, folosind var neted. De asemenea, au realizat beton de control fără var nestins și au efectuat teste de fisurare. Destul de sigur, betonul de calcar fisurat a fost complet vindecat în două săptămâni, dar betonul de control a rămas crăpat.

Echipa lucrează acum pentru a-și comercializa betonul ca o alternativă mai ecologică față de betonul actual.

„Este interesant să ne gândim la modul în care aceste compoziții de beton mai durabile pot crește nu numai durata de viață a acestor materiale, ci și modul în care pot îmbunătăți durabilitatea compozițiilor de beton imprimate 3D.” spuse Macek.

Cercetarea a fost publicată în Avansarea științei.

O versiune a acestui articol a fost publicată pentru prima dată în ianuarie 2023.