Finalmente sabemos por qué el hormigón de la antigua Roma pudo durar miles de años: ScienceAlert

Los antiguos romanos eran maestros de la construcción y la ingeniería, quizás más notablemente representados por los acueductos. Estas maravillas que aún funcionan se basan en un material de construcción único: el hormigón puzolánico, un hormigón sorprendentemente duradero que dio a las estructuras romanas su increíble resistencia.

Incluso hoy, uno de sus edificios, el Panteón, todavía intacto y con casi 2.000 años de antigüedad, ostenta el récord de ser la cúpula de hormigón no reforzada más grande del mundo.

Las propiedades de este hormigón se atribuyen generalmente a sus ingredientes: puzolana, una mezcla de ceniza volcánica –llamada así por la ciudad italiana de Pozzuoli, donde se pueden encontrar grandes depósitos de la misma– y Cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir hormigón resistente.

Pero resulta que esa no es toda la historia. En 2023, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) descubrió que no sólo los materiales eran ligeramente diferentes de lo que pensábamos, sino que las técnicas utilizadas para mezclarlos también eran diferentes.

Las pruebas humeantes eran pequeños trozos blancos de cal que se podían encontrar en lo que parecía ser hormigón bien mezclado. La presencia de estas piezas se había atribuido anteriormente a una mala mezcla o materiales, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales Admir Masek del MIT.

“Siempre me ha molestado la idea de que la presencia de estos bloques de piedra caliza se debe simplemente a un control de calidad deficiente”. macek dijo En enero de 2023.

“Si los romanos se esforzaron tanto en fabricar un material de construcción excepcional, siguiendo todas las recetas detalladas que se habían perfeccionado a lo largo de muchos siglos, ¿por qué pondrían tan poco esfuerzo en garantizar la producción de un producto final bien mezclado? más a la historia”.

Macek y el equipo, dirigido por la ingeniera civil del MIT Linda Seymour, estudiaron muestras de hormigón romano de 2.000 años de antigüedad del sitio arqueológico de Perevernum en Italia. Estas muestras se sometieron a microscopía electrónica de barrido de gran área, espectroscopia de rayos X de dispersión de energía, difracción de rayos X en polvo e imágenes Raman confocales para obtener una mejor comprensión de las masas calcáreas.

Una de las preguntas que tenía en mente era la naturaleza de la cal utilizada. La comprensión estándar del hormigón puzolánico es que se utiliza cal hidratada. Primero, la piedra caliza se calienta a altas temperaturas para producir un polvo cáustico altamente reactivo llamado piedra caliza. Cal vivaO óxido de calcio.

La mezcla de cal viva con agua produce cal apagada o hidróxido de calcio: una pasta menos reactiva y menos cáustica. Según la teoría, fue esta cal hidratada la que los antiguos romanos mezclaron con puzolana.

Según el análisis del equipo, los bloques de cal encontrados en sus muestras no eran consistentes con este método. Alternativamente, el hormigón romano pudo haberse elaborado mezclando cal viva directamente con puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, sola o además de cal hidratada, un proceso que el equipo llama “mezcla en caliente” que produce migas de cal.

«Los beneficios de la mezcla en caliente son dobles». macek dijo.

“En primer lugar, cuando el concreto agregado se calienta a altas temperaturas, permite que se produzcan reacciones químicas que no son posibles si se usa solo cal hidratada, creando compuestos adheridos a alta temperatura que no se pueden formar de otra manera. En segundo lugar, este aumento de temperatura reduce drásticamente el curado y el proceso. tiempos de endurecimiento ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida”.

Tiene otro beneficio: la cal molida confiere al hormigón una notable capacidad de autocuración.

Cuando se forman grietas en el hormigón, se mueven preferentemente hacia los bloques de cal, que tienen una superficie mayor que otras partículas de la matriz. Cuando el agua entra en la grieta, reacciona con la cal para formar una solución rica en calcio que se seca y endurece como el carbonato de calcio, uniendo la grieta nuevamente y evitando que se propague más.

este se ha notado En hormigón de otro yacimiento de 2.000 años de antigüedad, la tumba de Cecilia Metella, donde las grietas del hormigón se rellenaron con calcita. También podría explicar por qué el hormigón romano de los diques construidos hace 2.000 años ha permanecido intacto durante miles de años a pesar del constante embate de los océanos.

Entonces, el equipo probó sus hallazgos fabricando hormigón puzolánico a partir de recetas antiguas y modernas utilizando cal viva. También elaboraron hormigón de control sin cal viva y realizaron pruebas de fisuración. Efectivamente, el hormigón de piedra caliza agrietado se curó por completo en dos semanas, pero el hormigón de control permaneció agrietado.

El equipo ahora está trabajando para comercializar su hormigón como una alternativa más respetuosa con el medio ambiente que el hormigón actual.

«Es apasionante pensar en cómo estas composiciones de hormigón más duraderas pueden aumentar no sólo la vida útil de estos materiales, sino también cómo pueden mejorar la durabilidad de las composiciones de hormigón impresas en 3D». macek dijo.

La investigación fue publicada en Avance de la ciencia.

Una versión de este artículo se publicó por primera vez en enero de 2023.