Het geheim van het superbestendige beton dat door de oude Romeinen werd gebruikt, is ontdekt: het onderzoek
De monumenten van het oude Rome die met beton zijn gemaakt, lijken eeuwig te zijn: het mysterie van de lange levensduur van dit materiaal, dat millennia kan weerstaan, is eindelijk opgelost.
Het beton dat in het oude Rome werd gebruikt, is ongelooflijk duurzaam
Science Advances
Het valt niet te ontkennen: de oude Romeinen waren deskundige architecten, zozeer zelfs dat veel van hun monumenten en gebouwen tot op de dag van vandaag bewaard zijn gebleven. De meeste hiervan, zoals het Colosseum en het Pantheon in Rome, Italië, werden gebouwd met beton, een bouwmateriaal dat bestaat uit een mengsel van zand, grind, water en bindmiddel. Om nog maar te zwijgen van de oude aquaducten, waarvan sommige nog steeds water aan de stad Rome leveren. Jarenlang hebben onderzoekers geprobeerd te begrijpen wat het geheim van dit superbestendige materiaal was en een nieuwe studie is erin geslaagd er iets meer over te ontdekken, waardoor belangrijke vooruitgang is geboekt bij het begrijpen van dit mysterie.
Het internationale team, bestaande uit onderzoekers van de Harvard University, MIT en Zwitserse en Italiaanse laboratoria, ontdekte dat het oude beton op een manier was geproduceerd die een zelfherstellende strategie mogelijk maakte. Eerder dachten experts dat het geheim van de sterkte van het materiaal lag in de vulkanische as uit Pozzuoli, gelegen in de Golf van Napels, Italië, die naar het hele Romeinse Rijk werd gestuurd voor gebruik in de bouw en die in veel teksten uit die tijd wordt beschreven als een cruciaal element in beton. "Het cement van het oude Rome is al duizenden jaren bewaard gebleven, maar het mechanistische inzicht in hun duurzaamheid blijft een raadsel”, aldus de studie.
Kalkresten ontdekt in Romeins beton uit de oudheid
Science Advances
Het team nam monsters die bij nader onderzoek kleine kalkkorrels bleken te bevatten, die in alle Romeinse cementen voorkomen. Dit zijn kleine, helderwitte elementen afkomstig van kalk, dat ook veel werd gebruikt in het mengsel van antiek cement. Maar, zoals de eerste auteur van het onderzoek Admir Masic opmerkt, zijn ze afwezig in het beton dat vandaag de dag wordt gebruikt: "Ze worden niet gevonden in moderne betonformuleringen, dus waarom zijn ze aanwezig in deze oude materialen?"
Voorafgaand aan het onderzoek werden ze beschouwd als simpelweg slechte kwaliteitselementen voor het mengen van cement, maar het team toonde een andere realiteit aan: het zijn de kleine kalkkorrels die beton het vermogen geven om zichzelf te herstellen, een aspect dat eerder werd genegeerd. "Het idee dat de aanwezigheid van deze kalkkorrels simpelweg werd toegeschreven aan slechte kwaliteitscontrole heeft me altijd gestoord. Als de Romeinen zoveel moeite deden om een uitzonderlijk bouwmateriaal te maken, door alle gedetailleerde recepten te volgen die in de loop van vele eeuwen waren geoptimaliseerd, waarom zouden ze dan zo weinig moeite doen om ervoor te zorgen dat er een goed gemengd eindproduct werd gemaakt? Er moet meer aan de hand zijn," verduidelijkte Masic.
Na het chemisch in kaart brengen van de kalkresten en het gebruik van beeldvormingstechnieken met hoge resolutie, verkreeg het team nieuwe gegevens over deze ondergewaardeerde bestanddelen van beton. De algemene overtuiging was dat kalk, voordat het werd toegevoegd aan Romeins cement, werd gemengd met water om het reactief te maken, maar dit kon niet voldoende zijn om de aanwezigheid van de kalkkorrels te verklaren.
Dit is het geheim van het beton van de oude Romeinen
FeaturedPics/Wikimedia commons - CC BY-SA 4.0
Masic vroeg zich dus af of de Romeinen niet direct ongebluste kalk, de meest reactieve vorm ervan, hadden gebruikt. Door oude betonmonsters te onderzoeken, kwamen hij en zijn collega's tot de conclusie dat de kalk was samengesteld uit verschillende vormen van calciumcarbonaat, gevormd bij zeer hoge temperaturen. Dit past bij de hypothese van het gebruik van ongebluste kalk, dat een exotherme reactie veroorzaakte toen het aan het mengsel werd toegevoegd. Het team ontdekte dus dat het geheim van de lange levensduur van beton het hete mengen is, wat het beton supersterk en duurzaam maakt. Dit heeft volgens Masic twee voordelen: "Ten eerste, wanneer het beton in zijn geheel wordt verhit tot een hoge temperatuur, kunnen chemische stoffen worden toegevoegd die niet mogelijk zouden zijn als er alleen gebluste kalk zou worden gebruikt. Ten tweede verkort deze temperatuurverhoging de uithardingstijd aanzienlijk omdat alle reacties worden versneld, waardoor er veel sneller kan worden gebouwd.
Bij warm mengen vormen de kalkkorrels een brosse structuur, waardoor een reactieve en breekbare bron van calcium ontstaat. Wanneer zich scheuren in beton beginnen te vormen, reageert het materiaal met water om een verzadigde calciumoplossing te creëren, die de scheuren kan opvullen en ze kan helen. Om deze theorie te bewijzen voerden de auteurs tests uit in het laboratorium, waarbij ze vaststelden dat de opzettelijk veroorzaakte scheuren binnen twee weken hersteld waren. De volgende stap is het patenteren van deze oude variant van geregenereerd beton om de milieu-impact van modern beton te verminderen.
