Onderzoekers onthullen techniek achter eeuwenoud zelfhelend Romeins beton

1 dag geleden 4

Eindelijk weten we hoe de Romeinen hun beroemde, extreem duurzame beton maakten. Ze pasten een techniek toe die een chemische reactie veroorzaakte, die het betonmengsel verhit en een zelfhelende eigenschap aan het materiaal toevoegt.

Na vele eeuwen staan iconische Romeinse bouwwerken, zoals het Pantheon met zijn enorme betonnen koepel, nog steeds fier overeind. De Romeinen veroorzaakten een ware revolutie in de bouw, dankzij hun vooruitgang in de betontechnologie.

Toch bleef onze kennis over de precieze constructieprocessen verrassend beperkt. Veel informatie was tot voor kort gebaseerd op geschreven verslagen van onder andere Marcus Vitruvius Pollio. Hij beschreef hoe kalksteen werd verhit en vervolgens geblust om een soort bindmiddel te maken. Fysiek bewijs daarvoor, zoals gereedschappen en ruwe materialen op archeologische vindplaatsen, was echter schaars.

Lees meer: Is dat oude Romeinse beton echt zoveel duurzamer dan de moderne variant?

In Pompeï, de stad die in het jaar 79 bedolven werd door de uitbarsting van de Vesuvius, vonden onderzoekers echter iets verrassends, zo publiceren ze in Nature. Er was een actieve bouwplaats, compleet met achtergelaten gereedschap en onverwerkte bouwmaterialen. Hierdoor konden ze voor het eerst zien hoe Romeinen hun cement daadwerkelijk maakten.

De bouwplaats in Pompeï

De opgegraven ruimtes in Pompeï waren volop in verbouwing na een enorme aardbeving in het jaar 62. Op de bouwplaats stonden containers met bouwmaterialen en gereedschap, opgeslagen op een manier die duidde op een systematische aanpak. De Romeinen gebruikten zelfs markeringen op muren voor werkroosters en materiaalhoeveelheden.

Hoewel ze ook een aantal gereedschappen vonden, zoals een loden gewicht en bronzen en ijzeren schietloden, lag het belangrijkste bewijs in de opgeslagen ruwe materialen. Naast lavastenen en tegelfragmenten voor hergebruik, vonden ze voorgemengde droge stapels die klaar waren voor direct gebruik in het metselwerk. Deze stapels bevatten ongebluste kalk en vulkanische as, een puzzolaan.

Het geheime recept, de hot mixing

De aanwezigheid van ongebluste kalk, in plaats van de door Vitruvius beschreven gebluste kalk, ondersteunt de hypothese van ‘hot mixing’, het warm mengen als de belangrijkste methode voor structureel beton. Bij deze techniek wordt in plaats van de kalk eerst te blussen (door het met water te mengen en te laten uitharden) de ongebluste kalk droog voorgemengd met puzzolaan en daarna pas met water gecombineerd. De hydratatie van ongebluste kalk veroorzaakt een flinke exotherme reactie, er komt hitte bij vrij. De temperatuur van het mengsel kan zo tot boven 200 graden Celsius stijgen.

Lees meer: Duurzamer beton door toevoeging van zeewier in klei

De onderzoekers vonden in de hopen materiaal allerlei verschillende kenmerken die direct aan hot mixing konden worden gekoppeld, waaronder kalkklasten. Deze witte en poreuze insluitsels zijn een belangrijk element van Romeins beton.

Het zelfherstellende vermogen

Deze zogeheten kalkklasten, die ontstaan bij hot mixing, zijn essentieel voor de duurzaamheid en het zelfherstellende vermogen van het Romeinse beton. Dit werkt als volgt: de kalkklasten behouden een reactieve, calciumrijke kern en wanneer het beton kleine scheurtjes ontwikkelt en regen- of zeewater binnendringt, lossen de kalkklasten langzaam op.

Dit zorgt voor een calciumrijke oplossing die op zijn beurt reageert met het puzzolanisch materiaal in het cement en koolstofdioxide uit de lucht. Deze oplossing verhardt en vult de scheuren op. Hierdoor vermindert de porositeit en versterkt de structurele integriteit continu, zelfs eeuwen na de bouw.

Lessen voor de moderne bouw

De studie heeft de traditionele aannames over Romeinse bouwtechnieken weerlegd en biedt een methode om het gebruik van ongebluste en gebluste kalk in verschillende contexten te onderscheiden, zo stellen de onderzoekers. De inzichten in de hot-mixingmethode en het zelfherstellende effect hebben belangrijke gevolgen voor de moderne bouwkunde.

Door deze eeuwenoude technieken toe te passen, kunnen wetenschappers werken aan de ontwikkeling van duurzamer en milieuvriendelijker beton. Daarnaast maakt deze kennis het ook mogelijk om restauratiepraktijken nauwkeuriger af te stemmen op de oorspronkelijke Romeinse materialen.