Het gebruik van zelfherstellend beton zou de reden zijn waarom zoveel Romeinse constructies eeuwenlang overeind zijn blijven staan. Dat is de conclusie van een studie door wetenschappers aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT). De onderzoekers merken daarbij op dat deze oude technologie ook bij moderne constructies een belangrijke meerwaarde zou kunnen betekenen.
“Vele oude Romeinse structuren hebben een lange rij van potentieel desastreuze situaties overleefd”, merkt onderzoeksleider Admir Masic, professor civiele bouwtechnologie aan het Massachusetts Institute of Technology, op. “Maar waarom deze constructies van Romeins beton zo duurzaam zijn, is lange tijd een mysterie gebleven.”
Het onderzoek van Masic heeft nu echter één mogelijke verklaring ontdekt. De duurzaamheid van deze gebouwen zou immers gelinkt moeten worden aan de techniek die werd gebruikt om het materiaal te vervaardigen, waardoor het product zelfherstellende eigenschappen zou hebben gekregen.
Versterkende eigenschappen
“Romeins beton werd gemaakt van brokken vulkanisch gesteente en andere aggregaten, samengehouden door een mortel met ingrediënten zoals puzzolaan (zoals vulkanische as), kalk (calciumoxide) en water”, verduidelijkt Admir Masic.
“De Romeinse filosoof Plinius de Oudere had al opgemerkt dat het beton met de jaren sterker kon worden, maar toch is het onwaarschijnlijk dat de Romeinen op de hoogte waren van de betrokken chemie of dat ze wisten hoe lang het materiaal zou standhouden. De Romeinse bouwers wisten dat hun beton van uitstekende kwaliteit was, maar ze wisten waarschijnlijk niet dat het materiaal duizenden jaren zou meegaan.”
Eerder al merkten wetenschappers op dat de sterkte van het Romeinse beton te danken was aan de aanwezigheid van de mineralen tobermoriet en phillipsiet, die versterkende eigenschappen bezitten. Nu zeggen de onderzoekers dat de technieken die werden gebruikt om Romeins beton te bereiden, eveneens kunnen helpen verklaren waarom deze structuren de tand des tijds hebben doorstaan.
Masic wijst erop dat monsters van Romeins beton kleine structuren bevatten die bekend staan als kalkkorrels en die niet worden aangetroffen in moderne constructies. Hoewel eerder werd aangegeven dat deze kalkkorrels zouden zijn gecreëerd door een onvolmaakte aanmaak van de mortel of andere fouten, moet volgens Masic worden vermoed dat er ook andere verklaringen kunnen worden gegeven.
Ook vandaag nog altijd nuttig
Het team van professor Masic onderzocht een monster Romeins beton uit een muur in de oude stad Privernum bij Rome. Daarbij stelden de onderzoekers naar eigen zeggen vast dat de stenen poreus waren en scheuren vertoonde.
Dit zou suggereren dat het materiaal werd gevormd in een omgeving met een hoge temperatuur en weinig water. Deze hoge temperaturen zouden niet alleen geholpen hebben om de mortel te laten uitharden, maar zouden tevens het watergehalte in en rond de kalkstenen hebben verlaagd.
Dit zou het beton geholpen hebben om zichzelf te herstellen. “Het water dat in de scheuren van het materiaal sijpelt en door de kalkstenen stroomt, zal het calciumcarbonaat oplossen”, verduidelijkt professor Masic. “Wanneer deze calciumrijke vloeistof reageert met het vulkanische materiaal, zou de breuk in het beton in staat worden gesteld zichzelf te herstellen.”
Om hun theorie te testen produceerden de onderzoekers beton dat aan de Romeinse bouwmethodes voldeed. “Vervolgens werd het materiaal mechanisch gebroken en werden de brokstukken 0,5 millimeter uit elkaar geplaatst”, verduidelijkt professor Masic.
“Daarna werd het materiaal gedurende dertig dagen aan stromend water blootgesteld. Monsters met kalksteen bleken zich daardoor met nieuw gevormd calciet te verzegelen. Controlemonsters zonder kalksteen gaven daarentegen geen enkel signaal zich te zullen kunnen herstellen.”
Professor Masic werpt nog op dat de Romeinse technologie ook in de moderne bouw nuttig zou kunnen zijn. “Deze methode zou een kostenefficiënte manier kunnen zijn om infrastructuur – dankzij de ontdekte zelfherstellende mechanismen – langer te laten meegaan”, betoogt hij.