Hemligheten med den superresistenta betongen som användes av de antika romarna har upptäckts: forskningen

Monumenten i det antika Rom skapade med betong verkar hålla för evigt: mysteriet med livslängden för detta material, som kan stå emot årtusenden, har äntligen lösts.

Betongen som användes i antikens Rom är otroligt hållbar

Science Advances

Det går inte att förneka det, de antika romarna var experter på arkitektur, så pass att många av deras monument och byggnader har överlevt till våra dagar. De flesta av dessa, som Colosseum och Panthenon i Rom, Italien, byggdes med betong, ett byggmaterial som består av sand, grus, vatten och bindemedel. För att inte tala om de gamla akvedukterna, av vilka några fortfarande förser Rom med vatten. Under många år har forskare försökt förstå vad hemligheten bakom detta superresistenta material är och en nyligen utförd studie har lyckats upptäcka något om det, och tagit viktiga steg för att förstå detta mysterium.

Ett internationellt team av forskare från University of Harvard, MIT, schweiziska och italienska laboratorier upptäckte att den antika betongen producerades på ett sådant sätt att man övervägde en sjäivreparerande strategi. Tidigare trodde experter att hemligheten bakom detta materials styrka var vulkanaska från Pozzuoli, belägen i Neapelbukten, Italien, som skickades till det Romerska Riket för användning till kontruktion och som i många texter beskriver den som ett avgörande element för betong.

"Forntida romerska cement har överlevt i årtusenden, men mekaniska insikter om deras hållbarhet förblir en gåta" står det i studien.

Kalkklaster har upptäckts i antik romersk betong

Science Advances

Teamet analyserade prover som, efter mer noggranna analyser, verkade innehålla små klasar av kalk, som finns i alla romerska cement. Det är små ljusa vita element som härrör från kalk, som också användes i gammal cementblandning. Men, som huvudförfattaren till studien, Admir Masico, säger:

"Detta finns inte i moderna betongformuleringar, så varför finns det i detta gamla material?".

Innan studien ansågs de vara enkla element av dålig kvalitet för att blanda cement, men teamet visade en annan verklighet: det är just dessa små kalkklaster som gör att betongen kan självreparera, en aspekt som tidigare har ignorerats.

"Tanken att förekomsten av dessa kalkklaster helt enkelt tillskrivs dålig kvalitetskontroll har alltid stört mig. Om romarna ansträngde sig så mycket för att skapa ett exceptionellt byggmaterial, efter alla de detaljerade recept som har optimerats under många århundraden, varför skulle de då lägga så lite ansträngning på att säkerställa produktionen av en välblandad slutprodukt? Det måste finnas mer i denna historia." förtydligar Masico.

Efter att kemiskt kartlagt kalkklaster och använt högupplösta bildtekniker, framkom ny data om dessa underskattade komponenter i betongen. Den vanliga uppfattningen var att kalk, innan det tillsattes i romerskt cement, blandades med vatten för att göra det reaktivt, men detta kunde inte vara tillräckligt för att förklara förekomsten av kalklaster.

Detta är hemligheten bakom de antika romarnas betong

FeaturedPics/Wikimedia commons - CC BY-SA 4.0

Således undrade Masico om inte romarna hade använt bränd kalk, eller dess mest reaktiva form. Genom att undersöka uråldriga betongprover drog han och hans kollegor slutsatsen att kalkstenarna var sammansatta av olika former av kalciumkarbonat, bildat under höga temperaturer.

Detta stämmer överens med hypotesen om användningen av bränd kalk, som ger en exoterm reaktion när den tillsätts i blandningen. Teamet har alltså upptäckt att hemligheten bakom betongens livslängd är en varm blandning, vilket gör den superbeständig och långvarig. Detta skulle, enligt Masico, ha två fördelar:

"För det första, när all betong värms upp till höga temperaturer, tillåter det kemikalier som inte skulle vara möjliga om bara kall kalk hade använts . För det andra minskar denna temperaturökning avsevärt härdningen och sammansättningen när alla reaktioner accelereras, vilket möjliggör en snabbare konstruktion".

Vid upphettning producerar kalkklaster en spröd struktur, vilket skapar en reaktiv och lättförstörbar kalciumkälla. När sprickor börjar bildas i betong reagerar materialet med vatten och skapar en mättad kalciumlösning, som kan fylla sprickorna och reparera dem. För att bevisa denna teori utförde forskarna laboratorietester och observerade att de medvetet orsakade sprickorna självreparerades inom loppet av två veckor.

Nästa steg blir att patentera denna urgamla regenererande betongvariant, för att minska miljöpåverkan från modern betong.