Romanii erau, dacă ne permitem analogia, maeștri ai mortarului. Adevărați genii ai ingineriei. Datorită abilităților lor arhitecturale excepționale, au creat vaste rețele de drumuri, apeducte, amfiteatre, porturi și poduri cu o asemenea măiestrie încât multe dintre aceste structuri au supraviețuit până în zilele noastre. Colosseumul, de exemplu, principalul monument al Romei Antice, a început construcția în anul 70 d.Hr., terminându-se 10 ani mai târziu și încă dăinuie, o emblemă a acestei civilizații.
Spania oferă, de asemenea, câteva exemple excelente: teatrul roman din Mérida, „prințul dintre monumentele Méridei”, a fost inaugurat în anii 16-15 î.Hr. și încă servește drept loc de desfășurare a spectacolelor și concertelor. Între timp, teatrul roman din Cartagena, construit între anii 5 și 1 î.Hr., își păstrează o mare parte din structură într-o stare remarcabil de bună. În schimb, multe structuri inginerești moderne s-au prăbușit după doar câteva decenii.
Timp de decenii, știința încearcă să explice cum au reușit romanii să creeze structuri atât de durabile acum mii de ani. Aceste construcții, în unele cazuri, au rezistat la tone de greutate; în altele, au fost construite în zone seismic active și au rezistat trecerii neobosite a timpului și activității seismice care emană din adâncurile Pământului.
Acum, un grup internațional de cercetători de la MIT, Universitatea Harvard și diverse laboratoare din Italia și Elveția tocmai au rezolvat misterul rezistenței betonului roman. Conform studiului, publicat recent în revista Science Advances, romanii au folosit strategii de fabricație care au dus la o masă ultra-rezistentă, care a înzestrat construcțiile lor cu o rezistență cu adevărat admirabilă datorită unui proces de „auto-vindecare”.
De ceva vreme, cercetătorii au bănuit că cheia rezistenței și durabilității betonului roman rezida într-un singur ingredient: utilizarea materialelor pozzolanice – care conțin silice – cum ar fi cenușa vulcanică găsită în regiunea Pozzuoli, la nord de Napoli. Această cenușă era transportată în tot Imperiul Roman pentru a fi utilizată în construcții. De fapt, mulți arhitecți și istorici au descris-o ca fiind un ingredient cheie în beton.
Însă acest lucru nu este nou. O analiză mult mai detaliată a confirmat că secretul betonului roman nu constă doar în materialele pozzolanice pe care le conține, ci și în substanțe minerale minuscule, strălucitoare, albe, de doar câțiva milimetri, numite claste de calcar. „Încă de când am început să cercetez betonul roman antic, am fost întotdeauna fascinat de caracteristicile sale”, spune Admir Masic, profesor de inginerie civilă și de mediu la MIT și unul dintre autorii studiului. „Nu găsim aceste caracteristici în formulările moderne de beton. Așadar, de ce sunt prezente în aceste materiale antice?”, adaugă el.
Ciment cu „capacitate de auto-vindecare”
Cititorul ar putea crede că romanii au ajuns la această formulă printr-o amestecare neglijentă. Cu toate acestea, știința exclude această posibilitate. Această nouă cercetare susține că calcarele incluse de romani în betonul lor i-au conferit acestuia o „capacitate de auto-vindecare” remarcabilă, necunoscută anterior. Mai mult, departe de a fi un simplu noroc, betonul lor a fost rezultatul a secole de optimizare. „Dacă romanii au depus atât de mult efort pentru a crea un material de construcție remarcabil, urmând rețete detaliate care au fost rafinate de-a lungul multor secole, de ce au depus atât de puțin efort pentru a asigura producția unui beton bine amestecat?”, întreabă Masic.
Adevărul este că problema este și mai complexă. Profesorul de la MIT și ceilalți cercetători implicați în acest studiu și-au propus să utilizeze tehnici de imagistică multiscală și de cartografiere chimică de înaltă rezoluție pentru a analiza mai în profunzime acest ciment antic. Datorită acestor metode, au obținut noi descoperiri legate de potențiala funcționalitate a clastelor de calcar folosite de romani.
În mod tradițional, se credea că varul încorporat în betonul roman fusese preamestecat cu apă pentru a forma un material păstos, extrem de reactiv. Cu toate acestea, acest proces singur nu putea explica prezența clastelor de calcar. Astfel, studiind noi probe de beton antic, au ajuns la concluzia că incluziunile albe conțineau diferite forme de carbonat de silice. „Examinarea spectroscopică a oferit indicii că acestea s-au format la temperaturi extreme, așa cum era de așteptat din reacția exotermă produsă de utilizarea varului nestins în loc de, sau în plus față de, varul stins în amestec.”.
Cu alte cuvinte, amestecarea la cald a diferitelor ingrediente ale betonului roman a fost esențială pentru crearea unei mase super-durabile și ultra-rezistente. „Beneficiile amestecării la cald sunt duble”, explică Masic. „În primul rând, amestecarea la temperaturi ridicate permite procese chimice care nu sunt posibile dacă se folosește doar var stins, producând compuși asociați cu aceste temperaturi ridicate care altfel nu s-ar forma. În al doilea rând, această creștere a temperaturii reduce semnificativ timpii de întărire și priză, deoarece toate reacțiile sunt accelerate, permițând o construcție mult mai rapidă”, subliniază expertul.
Dar asta nu e tot. Principala descoperire a studiului, publicată astăzi în Science Advances, indică faptul că acest material a fost capabil să se regenereze sau să se „autovindece”. „În timpul procesului de amestecare la cald, clastele de calcar dezvoltă o arhitectură de nanoparticule caracteristică fragilității, care creează o sursă de calciu ușor fracturabilă și reactivă.” Cercetătorii au descoperit că această sursă de calciu a dat betonului capacitatea de a se regenera atunci când s-a fracturat.
„Acest material poate reacționa cu apa, creând o soluție saturată de calciu care se poate recristaliza ca carbonat de calciu și poate umple rapid fisura sau poate reacționa cu materiale pozzolanice pentru a întări și mai mult materialul compozit.”.
Potrivit oamenilor de știință, aceste reacții s-au produs spontan, vindecând automat fisurile înainte ca acestea să se poată răspândi în întreaga structură. De fapt, pentru a-și demonstra descoperirile, cercetătorii au creat cimentul în același mod în care făceau romanii: la cald, apoi l-au spart și au lăsat apă să curgă prin crăpături. Au putut verifica că, „în decurs de două săptămâni”, betonul s-a regenerat, iar apa a încetat să se infiltreze în interior. În urma acestei descoperiri, echipa condusă de Masic a anunțat deja că lucrează la comercializarea acestui beton modificat, astfel încât să poată fi utilizat în proiecte de construcții moderne.
