Γιατί το ρωμαϊκό τσιμέντο αντέχει μέχρι σήμερα

Στα γνωστά γραπτά του για την αρχιτεκτονική, κάπου στο 79 μ.Χ., ο Πλίνιος εξέφραζε τον θαυμασμό του που από την «καταστροφή της Γης παράγεται η σκόνη των Πουτεόλι για αντίσταση στην εισροή της θάλασσας και η οποία αμέσως μόλις πέσει στο νερό γίνεται πέτρα», αναφερόμενος στην κορυφαία τεχνολογία των ρωμαϊκών τσιμέντων, τα caementi.

Επί αιώνες οι Ρωμαίοι κατασκεύαζαν τα λιμάνια τους με ένα συνδυασμό των τσιμέντων αυτών, ενεργού ασβέστου και ηφαιστειακών υλικών, που η σύγχρονη τεχνολογία παρασκευής σκυροδέματος άργησε πολλούς αιώνες να ξαναεφεύρει. Σήμερα, γεωλόγοι και μηχανικοί πασχίζουν να ανακαλύψουν ποια είναι η ακριβής σύνθεση των ρωμαϊκών τσιμέντων, που κατορθώνουν να παραμένουν άθικτα 1.500 χρόνια μετά, εκεί που σύγχρονες κατασκευές διαβρώνονται από το θαλασσινό νερό.

Οι επιστήμονες τονίζουν πως, σε αντίθεση με το σημερινό σκυρόδεμα -που μόλις έλθει σ’ επαφή με το αλμυρό νερό έχει αμέσως απώλεια αλκαλικών στοιχείων και ασβεστοποιείται- το τσιμέντο που κατασκεύαζαν οι Ρωμαίοι αποκτά μεγαλύτερη συμπύκνωση κι ανθεκτικότητα με την επαφή του με το θαλασσινό νερό, χάρις στην αντίδρασή του με τα ηφαιστειακά υλικά της σύνθεσής του.

Όπως τονίζει η γεωλόγος Μαρί Τζάκσον, που συνυπογράφει μελέτη του Πανεπιστημίου της Γιούτα στις ΗΠΑ για τις ρωμαϊκές κατασκευές, οι ρωμαίοι μηχανικοί «είχαν αφιερώσει τρομερό όγκο εργασίας για την ανάπτυξη αυτού (του τύπου τσιμέντου). Ήταν πολύ έξυπνοι άνθρωποι».

Η Τζάκσον κι οι συνεργάτες της αναφέρουν στο American Mineralogist πως έχουν πλέον ανακαλύψει τη σύσταση των ρωμαϊκών τσιμέντων και των θαυματουργών ιδιοτήτων τους, που σήμερα μόνο με την ανάπτυξη των σκυροδεμάτων τύπου Πόρτλαντ –που παράγεται από την επίτηξη σε 1500 C ενώσεων οξειδίου του ασβεστίου, αναμεμειγμένες με οξείδια πυριτίου, αργιλίου και σιδήρου—μπορούμε να επιτύχουμε.

Η ανάλυση των υλικών στο μηχάνημα σύγχροτρο στο Εθνικό Εργαστήριο «Λόρενς Μπέρκλεϊ» με τη βοήθεια της ειδικής φασματοσκοπικής τεχνικής Raman, αποκάλυψαν «διάφορα μεταλλικά στοιχεία και ιδιαίτερα αινιγματικές ακολουθίες κρυστάλλωσης σε μικροσκοπική κλίμακα» τονίζει η Τζάκσον.

Η ίδια εξηγεί πως σε προηγούμενες αναλύσεις είχαν διαπιστωθεί μέσα στον ασβεστόλιθο του μίγματος η παρουσία του τοβερμορίτη (ενός μεταλλικού παραπροϊόντος της ασβέστου, που σε φυσική μορφή έχει εντοπισθεί σε εκπομπές ηφαιστείων στην Ισλανδία και τεχνικά παράγεται από τον 19ο αιώνα) κατά την αντίδρασή της με το θαλασσινό νερό και τα ηφαιστειακά υλικά, παράγοντας θερμότητα.

Ωστόσο, η τωρινή φασματοσκόπηση αποκάλυψε κι άλλο ένα μυστικό του ρωμαϊκού τσιμέντου: «μελετώντας ξανά το σκυρόδεμα ανακάλυψα μεγάλο σχηματισμό τοβερμορίτη μέσα στον ιστό του τσιμέντου, συχνά σε συνδυασμό με φιλιπσίτη (ενός ζεόλιθου που απαντάται σε δευτερογενή ορυκτά σε κοιλότητες πυριγενών πετρωμάτων, π.χ. σε ηφαίστεια)».

Η ίδια τονίζει πως στον συνδυασμό αυτό αποκαλύφθηκε η νέα αντίδραση, που προσδίδει την ιδιαίτερη αυτή σκλήρυνση στο ρωμαϊκό τσιμέντο: «με τον καιρό, η κάθιση του θαλασσινού νερού στο σκυρόδεμα διέλυε τους ηφαιστειακούς κρυστάλλους και υάλους, με τον τοβερμορίτη και τον φιλιπσίτη να παίρνουν τη θέση τους στη δομή».

Κατά την ίδια τα υλικά αυτά ενισχύουν το σκυρόδεμα, αποτρέποντας τη δημιουργία ‘σκασιμάτων’, με τη δομή του τσιμέντου να γίνεται πιο ανθεκτική όσο περνά ο καιρός, σε αντίθεση με τα σημερινά σκυροδέματα Πόρτλαντ, που δεν πρέπει να υφίστανται αλλαγές μετά την πήξη τους, με οποιαδήποτε δευτερεύουσα αντίδραση να τους προκαλεί βλάβες.

Σύμφωνα με τον καθηγητή Μηχανικής Κατασκευών του Πολυτεχνείου της Βαλένθια Βίκτορ Γιέπες, «το ρωμαϊκό τσιμέντο ήταν καλύτερο από το σημερινό κακό σκυρόδεμα, αλλά όχι καλύτερο από το καλό τωρινό σκυρόδεμα». Η επαναστατικότητα της επινοητικότητας των Ρωμαίων, κατά τον ίδιον, έγκειται στο γεγονός ότι χρησιμοποιούσαν Πουζολανικά υλικά, φυσικά ηφαιστειακά υλικά, «που δεν απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα κατά την παρασκευή τους, σε αντίθεση με τα σημερινά». Η βιομηχανία σκυροδέματος είναι υπεύθυνη για το 5% των εκπομπών ρύπων CO2, μόλο που κατά τον κύκλο ζωής του σκυροδέματος μεγάλο μέρος από τις εκπομπές αυτές ανακτάται κατά τη διαδικασία ανθρακοποίησης που υφίστανται οι κατασκευές.

Εάν όμως η σύγχρονη τεχνολογία σκυροδέματος κατόρθωνε να επιτύχει την ‘κρύα επίτηξη’ του ρωμαϊκού τσιμέντου, η συμμετοχή της βιομηχανίας σκυροδέματος στο φαινόμενο της υπερθέρμανσης του πλανήτη θα μειωνόταν σημαντικά, τονίζει η Τζάκσον, που εργάζεται προς την κατεύθυνση αυτή με τη συμμετοχή του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.

Ωστόσο, ο δρόμος για την πρακτική εφαρμογή της ρωμαϊκής τεχνολογίας σκυροδέματος αναμένεται να είναι ακόμη μακρύς. Στα εργαστηριακά πειράματα εξομοίωσης της ρωμαϊκής μεθόδου, η Τζάκσον χρησιμοποίησε νερό από τον κόλπο του Σαν Φρανσίσκο και ηφαιστειακά υλικά από τις δυτικές ΗΠΑ, χωρίς όμως να επιτύχει τα ίδια χαρακτηριστικά με τα ρωμαϊκά τσιμέντα.

Κατά την Τζάκσον, μολονότι «η έρευνα δεν έχει επιλύσει τα ζητήματα της παρασκευής των πρώτων υλών και της μεθόδου παρασκευής τους», ωστόσο «ανοίγει νέους δρόμους για τον τρόπο κατασκευής του σκυροδέματος—το πώς αυτό που εμείς εννοούμε σήμερα ως διάβρωση μπορεί να ουσιαστικά να παραγάγει εξαιρετικά χρήσιμο ορυκτό τσιμέντο και να οδηγήσει στην διηνεκή αντοχή, ενισχύοντας ίσως την αντοχή του κατά την πορεία». «Η πρόκληση έγκειται στη χρήση κοινών ηφαιστειακών προϊόντων—κι αυτό κάνουμε τώρα», κατέληξε.

ΑΠΕ-ΜΠΕ