Γιατί το τσιμέντο των Ρωμαίων άντεξε 2.000 χρόνια

Όλοι ξέρουν ότι οι αρχαίοι Ρωμαίοι ήταν εξαιρετικοί μηχανικοί που έχτισαν υδραγωγεία, λουτρά, ναούς και ναυτικές εγκαταστάσεις. Το μυστικό της επιτυχίας αυτών των κατασκευών που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν και σήμερα ήταν ένα είδος τσιμέντου, που σήμερα ονομάζεται ποζολανικό. Το υλικό αυτό είναι εξαιρετικά ανθεκτικό και απόδειξη αυτού είναι ο θόλος του Πάνθεου, που ακόμα στέκει μετά από 2.000 χρόνια - είναι ο μεγαλύτερος θόλος από μη οπλισμένο σκυρόδεμα.

Πώς παράγεται το ποζολανικό τσιμέντο

Το ποζολανικό τσιμέντο έχει πάρει το όνομά του από την πόλη Ποτσουόλι, δυτικά της Νάπολης, που έχει σημαντικά αποθέματα ηφαιστειακής τέφρας και ασβέστη. Με την ανάμιξη των δύο υλικών με νερό, τα συστατικά αντιδρούν σχηματίζοντας πολύ ισχυρούς δεσμούς και ένα πολύ ανθεκτικό, ακόμα και για τα σημερινά δεδομένα, τσιμέντο. Ωστόσο, αυτό είναι μόνο η αρχή της ιστορίας.

Το ποζολανικό τσιμέντο έχει και άλλα χαρακτηριστικά που αρχικά αποδόθηκαν σε ατέλειες της διαδικασίας παραγωγής. Πιο συγκεκριμένα, περιέχει χονδροειδή κομμάτια ασβέστη λευκού χρώματος που ξεχωρίζουν μέσα στο καλά ανακατεμένο τσιμέντο (ονομαζόμενα κλάστες ασβέστη). Μια νέα θεωρία λέει ότι οι σχηματισμοί αυτοί δεν ήταν καθόλου τυχαίοι.

Τι έδειξαν οι έρευνες για τη σύσταση του ποζολανικού τσιμέντου

Σύμφωνα με τον Αντμίρ Μάσιτς, τα κομμάτια ασβέστη δεν ήταν απλές προσμίξεις σε ένα κατά τα άλλα καλά αναμεμειγμένο υλικό. Ο Μάσιτς και η ομάδα του, με επικεφαλής την πολιτικό μηχανικό Λίντα Σέιμουρ, εξέτασαν δείγματα ποζολανικού τσιμέντου με τεχνικές ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, φασματοσκοπίας ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας, περιθλασιμετρία ακτίνων Χ και συνεστιακή φασματοσκοπία Raman. Καταρχήν, η παρουσία κλαστών ασβέστη δεν μπορούσε να εξηγηθεί με την υποτιθέμενη διαδικασία παραγωγής του ποζολανικού τσιμέντου, που ήθελε τη θέρμανση του ασβέστη σε υψηλές θερμοκρασίες και την ανάμιξή του με νερό. Αντί αυτού, οι Ρωμαίοι μάλλον ανακάτευαν συγχρόνως τον ασβέστη, την ηφαιστειακή τέφρα και το νερό σε υψηλή θερμοκρασία, διαδικασία που δημιουργεί τις κλάστες ασβέστη.

Τα πλεονεκτήματα της θερμής ανάμιξης είναι δύο, λέει ο Μάσιτς στο Science Alert. «Πρώτα, το τσιμέντο αναμιγνύεται σε υψηλές θερμοκρασίες και αυτό επιτρέπει τη δημιουργία χονδροειδών συσσωματωμάτων που δεν θα σχηματίζονταν αλλιώς. Δεύτερον, αυτή η αυξημένη θερμοκρασία μειώνει τον χρόνο σχηματισμού του τσιμέντου καθώς όλες οι αντιδράσεις επιταχύνονται».

Τσιμέντο που «θεραπεύει» μόνο του τις ρωγμές

Ωστόσο, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι κλάστες ασβέστη δίνουν στο τσιμέντο τη δυνατότητα επούλωσης των ρηγμάτων. Όταν σχηματίζονται ρωγμές, κατευθύνονται στις κλάστες, γιατί έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια από τα υπόλοιπα σώματα στο τσιμέντο. Όταν το νερό περάσει στις ρωγμές, αντιδρά με τον ασβέστη και δημιουργεί ένα διάλυμα πλούσιο σε ασβέστιο που ξεραίνεται, επιδιορθώνοντας τη ρωγμή και εμποδίζοντάς την να μεγαλώσει.

Τα συμπεράσματα των ερευνητών επιβεβαιώθηκαν εξετάζοντας ένα ακόμα μνημείο, το Μαυσωλείο της Καικίλιας Μετέλλας, όπου οι ρωγμές έχουν αποκατασταθεί με ασβεστίτη. Επίσης, εξηγούν γιατί τα παράκτια τείχη άντεξαν τόσο, πολύ παρά το σφυροκόπημα του θαλασσινού νερού.

Η ομάδα των ερευνητών από το ΜΙΤ αφού δοκίμασε στην πράξη να δημιουργήσει ποζολανικό και «συμβατικό» τσιμέντο, διαπίστωσε ότι το πρώτο έχει μεγαλύτερη αντοχή στις ρωγμές λόγω των κλαστών ασβέστη. «Είναι συναρπαστικό ότι αυτές οι πιο ανθεκτικές φόρμουλες σκυροδέματος μπορούν να επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής των κτιρίων, αλλά και να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος που χρησιμοποιείται στη 3D εκτύπωση», καταλήγει ο Μάσιτς.