Cum a rezistat betonul din Roma antică peste 2.000 de ani: Cercetătorii au descoperit răspunsul la întrebarea veche de secole

La aproape două milenii de la apogeul Imperiului Roman, unele dintre structurile sale sunt încă în picioare. Aceste minunății au trecut testul timpului, inclusiv Panteonul din Roma, apeductele romane din Segovia, Spania, și băile romane din Anglia.

Longevitatea acestor structuri poate fi atribuită în mare parte betonului roman. Dar ce face betonul roman atât de special? Ce anume are acest material care a permis structurilor să reziste timp de mii de ani?

Cercetătorii încă nu știu exact cum a fost fabricat betonul roman, dar au câteva indicii, inclusiv multe dintre ingredientele sale și faptul că se autovindecă atunci când plouă, potrivit Live Science.

Cum se face betonul

În primul rând, este important să înțelegem cum se fabrică betonul, în general. Betonul modern începe cu cimentul, care este o pulbere fină care se transformă într-o pastă atunci când este amestecată cu apă. Un ingredient-cheie al cimentului este roca sedimentară calcar, care este alcătuită în mare parte din carbonat de calciu, un compus prezent și în natură, inclusiv în ouă și scoici.

Calcarul este amestecat cu alte materiale, cum ar fi argila, și apoi este încălzit într-un cuptor la 1.482 de grade Celsius pentru a produce un material numit clincher. Prin măcinarea clincherului, precum și a unor aditivi, într-o pulbere fină, se obține cimentul.

Cel mai frecvent utilizat ciment în prezent se numește ciment Portland. În funcție de mediu, structurile realizate din ciment Portland au o durată de viață de 75-100 de ani, potrivit lui Somayeh Nassiri, profesor asociat de inginerie civilă și de mediu la Universitatea din California, Davis.

Cum și când au fost inventate cimentul și betonul

Betonul s-a schimbat în mod clar de la utilizarea sa în timpul epocii romane, dar adevărul este că s-a schimbat încă de la inventarea sa.

Utilizarea materialelor asemănătoare betonului datează încă din 6500 î.Hr. Sirienii din epoca de piatră au dezvoltat accidental compusul anorganic de construcție cunoscut sub numele de var prin utilizarea gropilor lor de foc, care probabil încălzeau rocile din jur într-o versiune primitivă a procesului modern cunoscut sub numele de calcinare.

Între timp, mayașii din Mesoamerica, în jurul anului 1100 î.Hr., au dezvoltat precursori ai betonului folosind var rapid, care rezultă din calcarul încălzit la temperaturi ridicate, eliberând dioxid de carbon și transformând carbonatul de calciu în oxid de calciu, a declarat Nassiri.

„Betonul a construit Imperiul Roman”

Dar betonul roman a fost un amestec unic și a făcut minuni. „Betonul a construit imperiul”, a declarat Kevin Dicus, profesor asociat de studii clasice la Universitatea din Oregon, pentru Live Science. Potrivit lui Dicus, romanii și-au folosit betonul încă din secolul al III-lea î.Hr.

Secretele din spatele betonului roman provin atât din ingredientele sale, cât și din metodele de amestecare a acestora. Potrivit lui Dicus, un element care a „schimbat regulile jocului” a fost puzzolanul sau cenușa. Romanii foloseau cenușa din straturile vulcanice ale orașului italian Pozzuoli și o expediau în tot imperiul.

Astăzi, pozzolanul include piatra ponce și cenușa zburătoare, care este un produs secundar al arderii cărbunelui. Siliciul și alumina din cenușă reacționează cu varul și apa în cadrul unei reacții puzzolanice la temperaturi ambientale, rezultând un beton mai rezistent și mai durabil. Puzzolana este utilizată și la fabricarea cimentului hidraulic, care se poate întări sub apă.

De ce este betonul roman atât de rezistent: Se vindecă singur

Un alt ingredient-cheie este reprezentat de clastele de var, sau de bucățile mici de calcar viu, a spus Dicus. Aceste blocuri dau betonului roman capacitatea sa de autovindecare. Betonul îmbătrânește și slăbește în timp, dar apa se poate infiltra în crăpăturile sale și poate ajunge la claste. Atunci când reacționează cu apa, clastele creează cristale numite calcit care umplu fisurile. În acest fel, betonul roman se poate vindeca singur.

De exemplu, Mormântul Caecilia Metella de lângă Roma, vechi de 2.000 de ani, prezintă fisuri umplute cu calcit, ceea ce sugerează că, la un moment dat de la construcția sa, apa a activat clastele din beton.

O echipă de cercetători de la MIT a ilustrat efectul clonelor într-un studiu din 2023 publicat în revista Science Advances. Ei au analizat betonul roman cu microscoape electronice de scanare și raze X pentru a vedea ce îl făcea rezistent și pentru a înțelege cum a fost fabricat, în timp ce romanii păreau să intuiască această minune a ingineriei. „A fost acesta doar un accident fericit sau chiar știau ce fac?” se gândea Dicus.

Romanii foloseau, de asemenea, o metodă cunoscută sub numele de amestecare la cald, care presupune combinarea varului viu cu puzzolan, apă și alte ingrediente și apoi încălzirea acestora. Echipa MIT a constatat că această metodă ajută la deblocarea capacităților de autovindecare ale claselor de var și poate duce la o întărire mai rapidă decât cimentul făcut cu o soluție de var rapid și apă numită var stins, care, potrivit lui Dicus, este norma în prezent.

Cimentul produs astăzi nu se poate vindeca singur

Cercetătorii încă sapă în betonul roman. „Încă descoperim unele dintre metodele pe care le foloseau pentru amestecarea și pregătirea materialelor”, a spus Nassiri.

În procesul său actual de amestecare, cimentul Portland nu permite formarea de claste de var, a explicat Dicus. Clincherul produs în cuptor este măcinat până la obținerea unei pulberi fine, distrugând toate clastele potențiale. În schimb, atunci când romanii probabil amestecau la cald var, cenușă și apă, clastele rămâneau „ca mici incluziuni în ciment”, a spus el.

Indiferent dacă romanii au înțeles întreaga strălucire a rețetei lor de ciment, măreția acesteia strălucește prin longevitatea sa. Chiar și astăzi, nimic nu se compară cu atingerea unui zid roman.

„Acesta are o vechime de 2.000 de ani și este la fel de dur ca în ziua în care a fost turnat”, a spus Dicus.