Secretele uimitoare ale betonului roman de acum 2.000 de ani. Descoperirile din Pompei întrec tehnologia modernă
0Cercetătorii caută opțiuni mai ecologice și durabile, explorând secretele betonului de acum 2.000 de ani. Acesta s-a dovedit a fi mai rezistent și durabil decât betonul modern, având abilitatea de a se auto-repara și de a rezista la condiții extreme.
În luna iunie 2024, Ministerul Culturii din Italia anunța descoperirea unei noi încăperi în ruinele din Pompei, ocazie cu care arheologii s-au adunat pentru a se minuna de pereții acoperiți cu o vopsea de un albastru strălucitor – un pigment costisitor rezervat camerelor speciale – și de frescele detaliate cu imagini agricole, remarcabil de bine conservate după aproape 2.000 de ani.
Într-un colț al camerei s-a găsit o grămadă obișnuită de pământ nisipos care i-a uimit de această dată pe specialiștii de la M.I.T. - prestigioasa universitate de cercetare din Cambridge, Massachusetts. Materialul, de culoare bej deschis și granulat, reprezenta de fapt un component esențial al Imperiului Roman, după cum aveau să constate experții. Este vorba despre precursorul betonului, o piatră de temelie a infrastructurii imperiale, folosit inclusiv la construcția apeductelor prin care apa potabilă ajungea în orașe precum Pompei.
Descoperirea a deschis așadar, noi oportunități de cercetare a materialelor de construcție din Roma Antică, subliniind importanța lor în găsirea de soluții moderne sustenabile. Acestea au potențialul de a transforma modul în care se construiesc și se conservă structurile, mai noi sau mai vechi. Astfel, cercetătorii au început să reinventeze betonul inspirându-se din tehnicile folosite de constructorii romani acum două milenii, potrivit The New York Times.
Materialul care i-a uimit pe cercetători
„Au reușit să aducă apă în oraș, iar odată cu apa a venit igiena. Acest progres tehnologic le-a permis, în primul rând, să construiască Roma așa cum o știm, dar și să reproducă acest model oriunde s-ar duce în lumea largă”, a remarcat Admira Masic, un chimist de la M.I.T., făcând referire la grandioasele construcții romane care au rămas în picioare până în zilele noastre.
Betonul modern, bazat pe un material cunoscut sub numele de ciment Portland, a fost dezvoltat în Anglia secolului al XIX-lea și este, cu siguranță, cel mai popular material de construcție din lume. Este ieftin, rezistent și standardizat, oferind inginerilor din întreaga lume un material ușor de utilizat pentru construirea caselor, barajelor, zgârie-norilor și nu numai.
Cu toate acestea, nu mică a fost mirarea specialiștilor de a constata că este mult mai puțin rezistent decât betonul folosit în vremurile antice în Imperiul Roman. De-a lungul timpului, s-a descoperit că betonul zilelor noastre dezvoltă fisuri care pot duce în cele din urmă la distrugerea materialului, dacă apa pătrunde în interior.
Producerea betonului modern este extrem de poluantă
În plus, fabricarea betonului din zilele noastre este un factor major în schimbările climatice, generând 8% din emisiile de dioxid de carbon la nivel mondial.
Prin descifrarea secretelor betonului antic roman, cercetători precum dr. Masic încearcă să dezvolte opțiuni moderne, mai ecologice și mai durabile.
„Chiar și betonul marin (un material special utilizat de romani în construcții subacvatice, cum ar fi diguri, porturi și alte structuri expuse la apă de mare - n.red.) a supraviețuit într-unul dintre cele mai agresive medii de pe Pământ, fără nicio întreținere”, a remarcat și dr. Marie Jackson, geolog la Universitatea din Utah, făcând referire la pericolul coroziunii apei sărate.
Descoperirile surprinzătoare ale experților despre betonul antic roman
Cu ocazia cercetării betonului antic folosit de romani în construcții s-a descoperit că mare parte din puterea sa de rezistență provine dintr-un amestec hidratat de silicate de calciu și de aluminiu, cunoscut sub numele de CASH, cu formule chimice variate. Totuși, modul exact în care romanii produceau acest material rămâne neclar.
Conform credinței tradiționale, romanii încălzeau calcarul, format în principal din carbonat de calciu, pentru a obține un material extrem de reactiv numit var nestins sau oxid de calciu. Apoi adăugau apă, formând hidroxid de calciu, cunoscut sub numele de var stins. În cele din urmă, acest material era combinat cu un ingredient voluminos, cel mai adesea cenușă vulcanică, care furniza aluminiul și siliciul necesare pentru beton – A și S din CASH.
Specialistul de la MIT contestă această explicație, remarcând că multe exemplare de beton antic conțin bucăți albe vizibile cunoscute sub denumirea de claste: „Le vezi peste tot - în Roma, în Africa, în Israel”.
Substanța auto-reparantă
Până acum se credea că aceste bucăți reprezentau rezultate neintenționate ale unor lucrări proaste, dar dr. Admira Masic crede că de fapt inginerii romani erau prea ingenioși pentru a produce constant un beton plin de defecte: „Oamenii spun că aceste claste de var ar fi rezultatul amestecării proaste a varului stins. Ipoteza noastră este că nu se poate vorbi despre un proces defectuos, ci despre o parte integrantă din tehnologie”.
Conform cercetărilor M.I.T. aceste claste de var erau, de fapt, rezervoare de calciu care ajutau la umplerea fisurilor, transformând betonul într-un material auto-reparant. Pe măsură ce se formau crăpături, apa se infiltra și dizolva calciul din var, care apoi forma carbonat de calciu solid, creând practic o rocă nouă care umplea fisura.
Teoria specialistului de la M.I.T. este că fragmentele de var nu provin din var stins, ci din var nestins, pe care romanii îl adăugau direct, într-un proces numit amestecare la cald. Cum varul nestins este extrem de reactiv, generează căldură când este combinat cu cenușă vulcanică, încălzind materialul la peste 77 de grade Celsius, ceea ce determină o întărire mult mai rapidă a betonului. Această tehnică a creat, de asemenea, zone fierbinți de aproape 200 de grade Celsius, făcând ca o parte din varul nestins să rămână în bucăți mici și intacte - clastele vizibile în betonul conservat până în zilele noastre, care conferă proprietățile de auto-reparare.
Adezivul ce sigilează fisurile din beton, creat de un specialist de la M.I.T.
Părea misiune imposibilă să demonstrezi că romanii au lăsat intenționat bucăți de var nestins în betonul auto-reparant, având în vedere că aceste fragmente s-au modificat chimic de-a lungul secolelor, dar prin examinarea clastelor cu microscoape speciale, Dr. Admira Masic și colegii săi au demonstrat că acestea au început cu adevărat ca var nestins.
Cercetările l-au determinat pe specialistul MIT să înființeze o companie, numită DMAT, care și-a propus să integreze principiile chimiei betonului antic în versiunile moderne. Aceasta vinde un aditiv care pretinde că sigilează fisurile din beton, ceea ce, în teorie, ar putea reduce dependența de cimentul Portland, cunoscut pentru amprenta sa de carbon.
Reacții vulcanice
Dar nu toți cercetătorii împărtășesc teoria amestecării la cald, nefiind convinși că aceasta este cheia betonului auto-reparant al romanilor. Dr. Marie Jackson, spre exemplu, crede că secretul constă de fapt în materialele voluminoase care au fost amestecate cu varul, adesea un tip de cenușă vulcanică numită pozzolana. Aceasta are proprietăți de legare și reacționează cu varul (calciu) în prezența apei, contribuind la durabilitatea și rezistența betonului.
Denumită după orașul de coastă Pozzuoli, din Italia, de unde a fost excavată în mare parte, pozzolana activa reacții chimice speciale care confereau betonului antic durabilitatea sa inegalabilă, este de părere specialista în geologie de la Utah.
Potrivit cercetărilor sale, reacția inițială dintre var și pozzolana ar fi generat de fapt compușii CASH, care au acționat ca un adeziv în betonul roman antic.
Aceste materiale au continuat să reacționeze în timp, formând minerale rare, precum strätlingita, a mai descoperit dr. Marie Jackson. Cristalele acestui mineral, cu forme asemănătoare fulgilor și acelor, ajutau la legarea bucăților aspre de materialul din beton și au împiedicat dezvoltarea fisurilor.
Arcadele din cenușă vulcanică - pozzalana - ce se întăresc în apă
„Întărirea betonului pare a fi esențială pentru rezistența pe termen lung”, a remarcat specialista în geologie adăugând că acest proces „a contribuit la întărirea legăturii și integrității materialului de-a lungul secolelor”.
Dr. Jackson și colaboratorii săi și-au testat ipotezele despre betonul antic creând analogi moderni ai acestuia. Într-un experiment, cercetătorii au construit arcade de beton, pe care le-au scufundat în apă sărată timp de 50 de zile, iar apoi au aplicat presiune pe partea superioară a acestora, până când betonul a început să se deformeze și să crape.
Apoi arcadele au fost scufundate din nou timp de aproape un an și testate. Cercetătorii au descoperit cum compușii CASH au umplut micile fisuri / crăpături, iar arcadele au rezistat la o forță de două până la trei ori mai mare decât înainte, în funcție de testul specific.
„Constructorii romani erau adevărații maeștri”
Echipa a scufundat arcadele din nou, iar la sfârșitul lunii octombrie 2024, planifică să le testeze din nou, după aproape trei ani de expunere la apa de mare.
„Modul în care romanii au ales materialele a împiedicat, de fapt, propagarea fisurilor”, a afirmat dr. Marie Jackson.
Specialista în geologie și colaboratorii săi cred că știu exact momentul în care romanii au atins această măiestrie în construcție: secolul I î.Hr.. Teatrul lui Marcello și Piețele lui Traian - două dintre sit-urile din Roma studiate de echipa din Utah – vin în sprijinul acestei teorii.
Argila îmbogățită cu caolinit, inovația cheie inspirată din tehnicile romane
Și o ingineră de la Universitatea din Texas, Arlington, Warda Ashraf, a dezvoltat un tip de beton inspirat din tehnicile romane, destinat utilizării subacvatice, pentru a construi poduri, diguri și recife artificiale mai durabile, oferind în același timp o rezistență comparabilă cu cea a betonului modern obișnuit.
Inovația cheie a constat în utilizarea argilei îmbogățite cu mineralul caolinit, un material ieftin și accesibil, pentru a înlocui cenușa vulcanică din rețeta antică. „Folosim exact aceleași proporții pe care le utilizau inginerii romani antici”, a spus inginera.
Pentru a activa chimic argila, a încălzit-o la peste 700 de grade Celsius. Dar spre deosebire de cimentul Portland obișnuit, care trebuie copt în cuptoare la aproximativ 1.400 de grade Celsius, acest proces reprezintă o economie semnificativă de energie, ceea ce duce la o reducere cu 70% a amprentei de carbon, potrivit dr. Ashraf.
Cercetătorii din Texas și-au testat creația în apele Golfului Mexic, realizând zeci de obiecte din beton - cilindri, cuburi și discuri - pe care le-au pus în curți pe fundul mării, cu ajutorul scafandrilor. După un an, au constata că rezistența betonului a crescut considerabil.
Aceste abordări inovatoare nu doar că reduc costurile energetice, dar contribuie și la dezvoltarea unor soluții mai ecologice în construcții.
Se încarcă comentariile...
