Secretul betonului pe care romanii l-au folosit şi a rezistat milenii întregi se află în cenușa vulcanică din zona Pozzuoli din Golful Napoli / O altă componentă cheie a vechiului amestec de beton sunt ”clastele de var”

Construcțiile romane umplu în prezent teritoriul național, clădiri care s-au păstrat în stare bună ani de zile. Oamenii de știință s-au concentrat pe descoperirea secretului marii durabilităţi a betonului roman. Acesta fost subiectul unui nou studiu publicat în „Science Advances”, care a descoperit că o strategie de producție străveche și neașteptată poate fi cheia faptului că betonul roman a rezistat milenii, transmite 20 Minutos, citată de Rador.

Vechii romani au fost maeștri ai ingineriei și au construit rețele vaste de drumuri, apeducte, porturi și clădiri masive, ale căror rămășițe au supraviețuit timp de două milenii. Multe dintre aceste structuri au fost construite cu beton, cum ar fi Panteonul din Roma, care are cea mai mare cupolă din beton nearmat din lume și a fost sfințit în anul 128 d.Hr. și este încă intact, sau unele apeducte romane care continuă să alimenteze Roma cu apă în prezent, în comparație cu multe structuri moderne din beton care s-au prăbușit după câteva decenii.

Cercetătorii au încercat să dezvăluie secretul acestui material de construcție străvechi, extrem de rezistent de-a lungul veacurilor, în special în structurile care au suportat condiții deosebit de dure, cum ar fi digurile, canalele sau construcţiile din zone active din punct de vedere seismic.

Acum, o echipă de cercetători de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) și Universitatea Harvard, din Statele Unite, și laboratoare din Italia și Elveția au făcut progrese în acest domeniu, descoperind strategii străvechi de fabricare a betonului care au încorporat mai multe funcționalități cheie.

Timp de mulți ani, cercetătorii au presupus că cheia durabilității betonului antic s-a bazat pe un ingredient: materialul puzzolanic, cum ar fi cenușa vulcanică din zona Pozzuoli din Golful Napoli. Acest tip specific de cenușă a fost chiar transportat în întregul Imperiu Roman pentru a fi folosit în construcții și a fost descris ca un ingredient cheie în beton în relatările arhitecților și istoricilor epocii. La o examinare mai atentă, aceste eșantioane antice conțin, de asemenea, caracteristici minerale albe strălucitoare la scară milimetrică mici, recunoscute de mult timp ca o componentă omniprezentă a betoanelor romane. Aceste bucăți albe, adesea denumite „claste de var”, provin din var, o altă componentă cheie a vechiului amestec de beton.

„De când am început să lucrez cu betonul roman antic, am fost întotdeauna fascinat de aceste caracteristici”, spune Admir Masic, profesor de inginerie civilă și de mediu la MIT, care a fost coautor al studiului împreună cu fosta doctorandă Linda Seymour și alții patru cercetători. „Nu se găsesc în formulele moderne de beton, așa că de ce sunt prezente în aceste materiale antice?”, s-au întrebat cercetătorii.

Noul studiu, care până acum a fost considerat o simplă indicație a practicilor de amestecare neglijentă sau a materiilor prime de proastă calitate, sugerează că aceste mici claste de var au dat betonului o capacitate de auto-vindecare nerecunoscută până acum.

„Ideea că prezența acestor claste de var a fost pur și simplu atribuită unui control slab al calității m-a tulburat întotdeauna”, spune Masic. „Dacă romanii depuneau atât de mult efort pentru a realiza un material de construcție excepțional, urmând toate rețetele detaliate care au fost optimizate de-a lungul multor secole, de ce ar depune atât de puțin efort pentru a asigura producerea unui produs final bine amestecat? Trebuia să fie ceva mai mult în această poveste”, comentează el.

După o caracterizare mai detaliată a acestor claste de var, folosind tehnici de imagistică de înaltă rezoluție și cartografiere chimică inițiate la laboratorul de cercetare Masic, cercetătorii au obținut noi perspective asupra funcționalității potențiale a acestor claste de var.

Din punct de vedere istoric, s-a presupus că atunci când varul a fost încorporat în betonul roman, acesta a fost mai întâi combinat cu apă pentru a forma un material păstos foarte reactiv, într-un proces cunoscut sub numele de stingere. Dar acest proces singur nu ar putea explica prezența clastelor de var. Masic s-a întrebat dacă varul în forma sa cea mai reactivă, cunoscută sub numele de var neted, ar fi putut fi folosit direct de romani.

Studiind mostre din acest beton antic, el și echipa sa au stabilit că incluziunile albe erau într-adevăr făcute din diferite forme de carbonat de calciu. Și examinarea spectroscopică a oferit indicii că s-au format la temperaturi extreme, așa cum era de așteptat din reacția exotermă produsă de utilizarea varului nestins în locul sau pe lângă varul stins în amestec. Amestecarea la cald, a concluzionat echipa, a fost de fapt cheia naturii super-durabile.

„Amestecarea la cald are două avantaje”, explică Masic. „În primul rând, atunci când betonul este încălzit la temperaturi ridicate, se produc compuși chimici care nu ar fi posibili dacă s-ar folosi numai var stins, producând compuși asociați la temperaturi înalte care altfel nu s-ar forma. În al doilea rând, această creștere a temperaturii reduce semnificativ întărirea și timpii de setare, deoarece toate reacțiile sunt accelerate, permițând o construcție mult mai rapidă”, adaugă el.

În timpul procesului de amestecare la cald, clastele de var dezvoltă o arhitectură nanoparticulată caracteristic fragilă, creând o sursă de calciu ușor fracturabilă și reactivă, care ar putea oferi o funcționalitate critică de auto-vindecare.

De îndată ce mici fisuri încep să se formeze în beton, acestea se deplasează de preferință prin clastele de var cu suprafață înaltă. Acest material poate reacționa apoi cu apa, creând o soluție saturată de calciu, care se poate recristaliza sub formă de carbonat de calciu și poate umple rapid fisura sau poate reacționa cu materiale puzzolanice pentru a întări și mai mult compozitul.
Aceste reacții apar spontan și, prin urmare, vindecă automat fisurile înainte ca acestea să se răspândească. Examinarea altor probe de beton roman care prezentau fisuri umplute cu calcit a coroborat această ipoteză.

Pentru a demonstra că acesta a fost într-adevăr mecanismul responsabil pentru durabilitatea betonului roman, echipa a produs mostre de beton amestecat la cald care încorporează formule antice și moderne, le-a fisurat în mod deliberat și apoi a curățat apa prin fisuri. Și, după două săptămâni, crăpăturile se închiseseră complet și apa nu mai putea curge. O bucată identică de beton făcută fără var nestins nu a fost niciodată închisă și apa a continuat să curgă prin eșantion. După succesul acestor teste, echipa lucrează la comercializarea acestui material cimentar modificat.

„Este interesant să ne gândim la modul în care aceste formule de beton mai durabile ar putea prelungi nu numai durata de viață a acestor materiale, ci și cum ar putea fi îmbunătățită durabilitatea formulelor de beton imprimate 3D”, a spus Masic.

Prin extinderea duratei de viață funcționale și dezvoltarea unor formule de beton mai ușoare, el speră că aceste eforturi pot ajuta la reducerea impactului asupra mediului al producției de ciment, care reprezintă în prezent aproximativ 8% din emisiile globale de gaze cu efect de seră.

Alături de alte formule noi, cum ar fi betonul capabil să absoarbă dioxidul de carbon din aer, o altă cercetare în curs de desfășurare a laboratorului Masic, aceste îmbunătățiri ar putea ajuta la reducerea impactului betonului asupra climei.

Sursa: 20 Minutos / Rador/ Traducerea: Rodezia Costea