Il mistero del calcestruzzo millenario: la formula romana per un cemento autoriparante Gli scienziati hanno rivelato il segreto del cemento romano, che potrebbe ridurre drasticamente l’impronta di carbonio dei materiali moderni. Il Pantheon di Roma, costruito 2000 anni fa, sfida il tempo con i suoi marmi e la più grande cupola di cemento non armato al mondo. Da anni, gli studiosi cercano di comprendere la longevità delle antiche strutture in cemento rispetto a quelle moderne, che possono sgretolarsi dopo pochi decenni.
In uno studio recente, gli scienziati hanno scoperto che il calcestruzzo romano è molto più resistente e autoriparante rispetto a quello moderno. Creare un equivalente moderno più duraturo potrebbe ridurre le emissioni di gas serra e contribuire alla realizzazione di infrastrutture più resilienti, come le dighe marittime. Attualmente, il cemento è il secondo materiale più utilizzato al mondo dopo l’acqua, rappresentando il 7% delle emissioni globali.
Admir Masic, ricercatore presso il MIT, ha condotto lo studio sul calcestruzzo romano. Fino ad ora, la longevità del cemento romano è stata attribuita all’uso di tefra vulcanica, estratta nella zona di Napoli e trasportata in tutto l’impero romano. Tuttavia, Masic e i suoi colleghi del MIT, insieme a ricercatori di Harvard e laboratori in Italia e Svizzera, suggeriscono un’altra ragione: il calore. Mediante diverse tecniche di scansione, hanno esaminato un campione di un muro a Privernum, un sito archeologico vicino Roma, concentrandosi su piccoli blocchi bianchi chiamati clasti di calce, non presenti nel calcestruzzo moderno.
Masic e il suo team hanno scoperto che i clasti si sono formati a temperature estremamente elevate e sono composti da varie forme di carbonato di calcio. Contengono un tipo di calcio che potrebbe riparare le crepe reagendo con l’acqua, creando una soluzione che si ricristallizza nelle fessure per riempirle. Tale calcio potrebbe essere la chiave per spiegare la durabilità del materiale.
Per verificare la teoria, il team ha creato cemento con e senza calce viva, una forma più reattiva di calcio. Solo le crepe nel cemento realizzato con la calce viva si sono chiuse, dimostrando di aver trovato la formula del materiale autoriparante. I brevetti sono stati concessi al MIT e un’azienda inizierà a produrre il cosiddetto cemento di ispirazione romana entro la fine dell’anno.
Il calcestruzzo romano è resistente, non necessita di acciaio per rinforzarlo e risulta relativamente economico. Prolungare la vita del calcestruzzo prodotto oggi ridurrebbe significativamente la domanda e le emissioni di gas serra
Per anni, gli esperti hanno analizzato campioni di strutture romane in cemento – tombe, frangiflutti, acquedotti e moli – per capire perché resistono mentre il cemento moderno può sgretolarsi in pochi decenni.
Uno studio recente ha portato gli scienziati a scoprire che il calcestruzzo romano non solo è molto più resistente di quello moderno, ma può anche auto-ripararsi. Creare un materiale simile con una durata superiore potrebbe ridurre le emissioni climatiche e divenire un elemento essenziale per infrastrutture resilienti, come le dighe marittime. Attualmente, il cemento è il secondo materiale più utilizzato al mondo dopo l’acqua e rappresenta circa il 7% delle emissioni globali.
Admir Masic, ricercatore del MIT, ha guidato questa nuova ricerca sul calcestruzzo romano. “Stiamo lavorando con un materiale estremamente complesso”, afferma. “Decodificare o comprendere come queste civiltà hanno creato questo materiale è un vero incubo”.
Fino ad ora, si riteneva che la longevità del cemento romano fosse dovuta all’uso di tefra vulcanica, frammenti di roccia emessi durante le eruzioni, estratti vicino a Napoli e trasportati ai cantieri dell’impero romano. Tuttavia, Masic e i suoi colleghi del MIT, insieme a ricercatori di Harvard e laboratori italiani e svizzeri, suggeriscono un’altra ragione: il calore. Utilizzando diverse tecniche di scansione, hanno esaminato un campione di una cinta muraria a Privernum, un sito archeologico di 2000 anni vicino Roma, focalizzandosi su piccoli blocchi bianchi chiamati clasti di calce, assenti nel calcestruzzo moderno.
Masic spiega che si credeva che i clasti di calce fossero il risultato di una miscelazione imprecisa del calcestruzzo. Tuttavia, le analisi del team hanno rivelato che i clasti si sono formati a temperature estremamente elevate e sono composti da diverse forme di carbonato di calcio. Contengono un tipo di calcio che, secondo il team di Masic, potrebbe riparare le crepe reagendo con l’acqua e formando una soluzione che si ricristallizza nelle fessure per colmarle. Quel calcio potrebbe essere la chiave della durabilità del materiale.
Per verificare la teoria, il team ha creato cemento con e senza calce viva. Hanno poi rotto i blocchi prodotti e fatto scorrere l’acqua attraverso le crepe. Solo le crepe nel cemento fatto con la calce viva si sono chiuse, indicando di aver trovato la formula del materiale autoriparante.
Dei brevetti sono stati concessi al MIT e Masic afferma che un’azienda inizierà a produrre cemento ispirato ai romani entro la fine dell’anno. “Tradurre questa conoscenza del mondo antico in applicazioni moderne è il prossimo passo”,.
Per approfondire ulteriormente l’argomento del calcestruzzo romano e il motivo per cui è così resistente, è importante capire le differenze fondamentali tra il calcestruzzo moderno e quello romano. Il calcestruzzo moderno è composto principalmente da cemento Portland, aggregati e acqua, mentre il calcestruzzo romano è composto da una miscela di calce, aggregati, pozzolana e acqua. La pozzolana è una cenere vulcanica ricca di silice e alluminio, che si trova in abbondanza vicino ai vulcani.
Nel calcestruzzo romano, la pozzolana reagisce con la calce in presenza di acqua per formare composti idraulici simili al cemento. Questi composti, chiamati C-S-H (Silicato di Calcio Idrato) e C-A-H (Alluminato di Calcio Idrato), sono responsabili della resistenza e durabilità del calcestruzzo romano. Inoltre, la struttura del calcestruzzo romano contiene anche materiali che reagiscono con l’acqua per formare nuovi minerali, come la struvenite, che rinforzano ulteriormente il calcestruzzo.
Il calcestruzzo romano si differenzia dal moderno anche per la sua microstruttura. Mentre il calcestruzzo moderno ha una microstruttura porosa e disomogenea, il calcestruzzo romano presenta una struttura più compatta e uniforme. Questa struttura compatta consente al calcestruzzo romano di resistere meglio all’infiltrazione d’acqua e agli attacchi chimici, aumentandone la durabilità nel tempo.
La scoperta dei clasti di calce, come menzionato nella risposta precedente, offre un ulteriore spiegazione per la resistenza del calcestruzzo romano. Poiché questi clasti di calce reagiscono con l’acqua per formare una soluzione che si ricristallizza nelle crepe, il calcestruzzo romano può auto-ripararsi e mantenere la sua integrità strutturale nel tempo.
La sfida per gli scienziati e ingegneri moderni è quella di ricreare un calcestruzzo simile al romano per applicazioni moderne. Se riuscissero a farlo, potrebbero ridurre significativamente le emissioni di CO2 legate alla produzione di cemento e migliorare la durabilità delle infrastrutture.
In sintesi, il calcestruzzo romano è così resistente a causa della sua composizione unica, della sua microstruttura compatta e della presenza di clasti di calce che gli conferiscono proprietà auto-riparanti. La ricerca e lo sviluppo in questo campo potrebbero avere un impatto significativo sulle infrastrutture moderne e sulla sostenibilità ambientale.
