Γιατί τα ρωμαϊκά κτίρια είναι τόσο ανθεκτικά

Η αξιοθαύμαστη αντοχή των ρωμαϊκών κατασκευών αποτελεί απόδειξη της εφευρετικότητας των Ρωμαίων μηχανικών, οι οποίοι είχαν τελειοποιήσει τη χρήση του σκυροδέματος.

Οι αρχαίοι Ρωμαίοι κατασκεύαζαν τεράστια οδικά δίκτυα, υδραγωγεία, λιμάνια και ογκώδη κτίρια, τα απομεινάρια των οποίων σώζονται εδώ και δύο χιλιετίες. Πολλά από αυτά κατασκευάστηκαν με σκυρόδεμα, όπως το Πάνθεον, ηλικίας σχεδόν 2.000 ετών, το οποίο κατέχει το ρεκόρ του μεγαλύτερου θόλου από μη ενισχυμένο σκυρόδεμα στον κόσμο.

Οι ερευνητές έχουν περάσει δεκαετίες προσπαθώντας να ανακαλύψουν το μυστικό αυτού του εξαιρετικά ανθεκτικού αρχαίου δομικού υλικού. Οι ιδιότητες αυτού του σκυροδέματος αποδίδονται γενικά στα συστατικά του: την ποζολάνη, ένα μείγμα ηφαιστειακής τέφρας – που πήρε το όνομά της από την ιταλική πόλη Ποζουόλι, όπου υπάρχει ένα σημαντικό κοίτασμα αυτής της τέφρας – και τον ασβέστη.

Τώρα, σύμφωνα με την ΕΡΤ, μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ), υποστηρίζει ότι ανακάλυψε το μυστηριώδες συστατικό που έκανε το δομικό υλικό τόσο ανθεκτικό. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όχι μόνο τα υλικά είναι ελαφρώς διαφορετικά από ό,τι ίσως νομίζαμε, αλλά και ότι οι τεχνικές που χρησιμοποιούσαν οι Ρωμαίοι για την ανάμιξή τους, ήταν διαφορετικές.

Η ομάδα ανέλυσε δείγματα σκυροδέματος ηλικίας 2.000 ετών, τα οποία ελήφθησαν από ένα τείχος στον αρχαιολογικό χώρο του Privernum, στην κεντρική Ιταλία, και είναι παρόμοια σε σύνθεση με άλλο σκυρόδεμα που βρέθηκε σε όλη τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία.

Διαπίστωσαν ότι τα λευκά κομμάτια στο σκυρόδεμα, που είναι γνωστά ως «κροκάλες ασβεστόλιθων», έδιναν στο σκυρόδεμα την ικανότητα να επιδιορθώνει τις ρωγμές που σχηματίζονταν με την πάροδο του χρόνου.

«Το σκυρόδεμα επέτρεψε στους Ρωμαίους να κάνουν μια αρχιτεκτονική επανάσταση», δήλωσε ο Μάσικ. «Οι Ρωμαίοι ήταν σε θέση να δημιουργήσουν και να μετατρέψουν τις πόλεις σε κάτι εξαιρετικό και όμορφο για να ζει κανείς. Και αυτή η επανάσταση ουσιαστικά άλλαξε εντελώς τον τρόπο με τον οποίο ζουν οι άνθρωποι», δήλωσε ο Αντμίρ Μάσικ, επιστήμονας υλικών στο MIT..

Κροκάλες ασβέστη και ανθεκτικότητα του σκυροδέματος

Το σκυρόδεμα είναι ουσιαστικά τεχνητή πέτρα ή βράχος, που σχηματίζεται με την ανάμειξη τσιμέντου, ενός συνδετικού υλικού που συνήθως παρασκευάζεται από ασβεστόλιθο, νερό, άμμο ή λεπτόκοκκο βράχο και χαλίκι ή θρυμματισμένος βράχος.

Τα ρωμαϊκά γραπτά αναφέρουν τη χρήση σβησμένου ασβέστη (όταν ο ασβέστης συνδυάζεται πρώτα με νερό πριν αναμιχθεί) και γι’ αυτό οι μελετητές είχαν υποθέσει ότι έτσι παρασκευαζόταν το ρωμαϊκό σκυρόδεμα, σύμφωνα με τον Μάσικ. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι κροκάλες προέκυψαν εξαιτίας της χρήσης ασβέστου (οξείδιο του ασβεστίου) κατά την ανάμιξη του σκυροδέματος, και όχι εξαιτίας του σβησμένου ασβέστη. Πρόσθετη ανάλυση έδειξε ότι αυτά τα κομμάτια σχηματίστηκαν σε ακραίες θερμοκρασίες και αυτό ενίσχυσε την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος.

«Τα οφέλη της θερμής ανάμιξης είναι διπλά», έγραψε ο Μάσικ σε δελτίο Τύπου. «Πρώτον, όταν το συνολικό σκυρόδεμα θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, επιτρέπει χημικές σχέσεις που δεν θα ήταν δυνατές αν χρησιμοποιούσατε μόνο σβησμένο ασβέστη, καθώς παράγονται ενώσεις που σχετίζονται με υψηλές θερμοκρασίες. Δεύτερον, αυτή η αυξημένη θερμοκρασία μειώνει σημαντικά τους χρόνους σκλήρυνσης και πήξης, καθώς όλες οι αντιδράσεις επιταχύνονται, επιτρέποντας πολύ ταχύτερη κατασκευή».

Για να επιβεβαιώσει την ικανότητα του ρωμαϊκού σκυροδέματος να αυτοεπιδιορθώνεται, η ομάδα διεξήγαγε ένα πείραμα.

Κατασκεύασε δύο δείγματα σκυροδέματος- το ένα σύμφωνα τον ρωμαϊκό τρόπο και το άλλο σύμφωνα με τα σύγχρονα πρότυπα – και στη συνέχεια δημιούργησαν ρωγμές. Μετά από δύο εβδομάδες, το νερό δεν μπορούσε να εισχωρήσει στο σκυρόδεμα που παρασκευάστηκε σύμφωνα με το ρωμαϊκό τρόπο, σε αντίθεση με το κομμάτι σκυροδέματος που παρασκευάστηκε χωρίς ασβέστη.

Τα ευρήματά τους υποδηλώνουν ότι οι κροκάλες ασβέστη μπορούν να διαλυθούν μέσα στις ρωγμές και να ανακρυσταλλωθούν μετά την έκθεση στο νερό, επιδιορθώνοντας τις ρωγμές που δημιουργήθηκαν από τις καιρικές συνθήκες. Οι ερευνητές δήλωσαν ότι αυτή η δυνατότητα αυτοεπιδιόρθωσης θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για την παραγωγή πιο μακροχρόνιου, και συνεπώς πιο βιώσιμου σκυροδέματος. Μια τέτοια κίνηση θα μείωνε το αποτύπωμα άνθρακα του σκυροδέματος, το οποίο ευθύνεται για το 8% των παγκόσμιων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, σύμφωνα με τη μελέτη.