Effettivamente, la composizione del cemento romano, a base di cenere vulcanica e calce, era ben nota, ma replicarlo perfettamente si è rivelato un’impresa ardua per molto tempo. La chiave per il successo degli antichi romani risiedeva nell’aggiunta di calce viva ad alte temperature, come scoperto dagli scienziati del MIT grazie a sofisticate analisi scientifiche:

Questo elemento aggiuntivo conferiva al cemento romano una proprietà straordinaria: la capacità di autoripararsi. Quando si creavano delle crepe nel calcestruzzo, l’acqua inevitabilmente vi penetrava, innescando una reazione con la calce viva. Questa reazione generava una soluzione ricca di calcio che, nel giro di appena due settimane, guariva completamente la fessura, rinforzando la struttura. In pratica, gli ingegneri romani avevano ideato un materiale edile rivoluzionario, capace di auto-rigenerarsi, ben 2000 anni fa. Un’invenzione che mette in luce la loro ingegnosità e la profonda conoscenza dei materiali. Per contro, il calcestruzzo odierno, pur con i progressi tecnologici, ha una durata media di appena 50-100 anni, evidenziando un divario significativo in termini di prestazioni e longevità. La scoperta del segreto del cemento romano apre nuove strade per la ricerca e lo sviluppo di materiali edili più duraturi e sostenibili, capaci di resistere alle sfide del tempo e di ridurre l’impatto ambientale dell’industria delle costruzioni. In precedenza, GloboChannel.com aveva anche parlato di un altro studio americano svoltosi presso l’Advanced Light Source (ALS) del Berkeley Lab, insieme ad altre strutture sperimentali presso l’UC Berkeley, l’Università di Scienza e Tecnologia King Abdullah in Arabia Saudita e il Sincrotrone BESSY in Germania, Monteiro e i suoi colleghi hanno studiato il cemento marittimo della baia di Pozzuoli. All’epoca, i ricercatori hanno scoperto che il calcestruzzo romano differisce da quello moderno in diversi modi essenziali:

Uno è il tipo di colla che lega insieme i componenti del calcestruzzo. Nel calcestruzzo realizzato con cemento Portland questo è un composto di calcio, silicati e idrati (CSH). Il calcestruzzo romano produce un composto significativamente diverso, con aggiunta di alluminio e meno silicio. Il risultante silicato di calcio-alluminio-idrato (CASH) è un legante eccezionalmente stabile. Nelle linee di luce ALS 5.3.2.1 e 5.3.2.2, la spettroscopia a raggi X ha mostrato che il modo specifico in cui l’alluminio sostituisce il silicio nel CASH può essere la chiave per la coesione e la stabilità del calcestruzzo di acqua di mare. Un altro sorprendente contributo del team di Monteiro riguarda i prodotti per l’idratazione del calcestruzzo. In teoria, il CSH nel calcestruzzo realizzato con cemento Portland assomiglia a una combinazione di minerali stratificati presenti in natura, chiamati tobermorite e jennite. Sfortunatamente queste strutture cristalline ideali non si trovano da nessuna parte nel calcestruzzo moderno convenzionale. I ricercatori del Mit, invece, ricordano come il materiale usato dai romani fosse tipicamente composto da tufo vulcanico e altri aggregati grossolani (caementa) e legato da una malta a base di calce e materiali pozzolanici come la cenere vulcanica (pulvis) ( 6 ), le cui formulazioni dettagliate erano adattate alle specifiche applicazioni previste. ( 7 , 8 ). Mentre le malte aeree di calce si basavano sull’assorbimento di CO ₂ dall’aria per indurire, le malte idrauliche combinavano calce e acqua con silicati e alluminosilicati reattivi (materiali pozzolanici) per formare idrati cementizi [ad esempio, idrati di alluminosilicati di calcio (CASH)] ( 9 – 13 ). Questa reazione, nota anche come reazione pozzolanica, può essere scritta con la seguente formula;

Una gran bella lezione per il futuro:

I moderni calcestruzzi ecologici includono già ceneri vulcaniche o ceneri volanti provenienti da centrali elettriche a carbone come sostituti parziali del cemento Portland, con buoni risultati. Anche questi cementi misti producono CASH, ma le loro prestazioni a lungo termine non possono essere determinate finché il team di Monteiro non analizza il calcestruzzo romano. Le loro analisi hanno mostrato che la ricetta romana richiedeva meno del 10% di calce in peso, prodotta a due terzi o meno della temperatura richiesta dal cemento Portland. La calce, reagendo con la cenere pozzolana ricca di alluminio e l’acqua di mare, ha formato C‑ASH e Al-tobermorite altamente stabili, garantendo resistenza e longevità. Sia i materiali che il modo in cui i romani li usavano contengono lezioni per il futuro. “Per noi la pozzolana è importante per le sue applicazioni pratiche” – ha affermato all’epoca uno degli autori dello studio. “Potrebbe sostituire il 40% della domanda mondiale di cemento Portland. E ci sono fonti di pozzolana in tutto il mondo. L’Arabia Saudita non ha ceneri volanti, ma ha montagne di pozzolana”.

Attraverso l’estensione della vita utile e lo sviluppo di forme di calcestruzzo più leggere, spera che questi sforzi possano contribuire a ridurre l’impatto ambientale della produzione di cemento, che attualmente rappresenta circa l’8% delle emissioni globali di gas serra. Insieme ad altre nuove formulazioni, come il calcestruzzo che può effettivamente assorbire l’anidride carbonica dall’aria, un altro obiettivo di ricerca attuale del laboratorio Masic, questi miglioramenti potrebbero aiutare a ridurre l’impatto climatico globale del calcestruzzo. Il gruppo di ricerca comprendeva Janille Maragh del MIT, Paolo Sabatini del DMAT in Italia, Michel Di Tommaso dell’Istituto Meccanica dei Materiali in Svizzera e James Weaver del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard. Questo secondo lavoro è stato realizzato con il contributo del Museo Archeologico di Priverno in Italia. “I cementi dell’antica Roma sono sopravvissuti per millenni, ma le intuizioni meccanicistiche sulla loro durabilità rimangono un enigma. Qui, utilizziamo un approccio di mappatura elementare e chimica correlativa multiscala per indagare i clasti di calce relitta, un componente minerale onnipresente e cospicuo associato alle antiche malte romane. Insieme, queste analisi forniscono nuove informazioni sulle metodologie di preparazione della malta e forniscono la prova che i romani utilizzavano la miscelazione a caldo, utilizzando la calce viva insieme o al posto della calce spenta, per creare un ambiente in cui i clasti di calce a scaglie di aggregati ad alta superficie vengono trattenuti all’interno. la matrice della malta. Ispirati da questi risultati, proponiamo che queste inclusioni macroscopiche potrebbero servire come fonti critiche di calcio reattivo per i pori a lungo termine e il riempimento delle crepe o la reattività post-pozzolanica all’interno dei costrutti cementizi. Il successivo sviluppo e sperimentazione di moderne miscele cementizie contenenti clasti di calce dimostrano il loro potenziale di autoriparazione, aprendo così la strada allo sviluppo di formulazioni di calcestruzzo più durevoli, resilienti e sostenibili”. Lo studio scientifico consultabile al seguente link: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602. Sul web c’è persino chi ha provato a riprodurre questo cemento romano, utilizzando anche le conchiglie di alcuni molluschi:

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https://it.wikipedia.org/wiki/Opera_cementizia

https://newscenter.lbl.gov/2013/06/04/roman-concrete/

https://news.mit.edu/2023/roman-concrete-durability-lime-casts-0106

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602

https://www.globochannel.com/2017/07/05/ecco-perche-gli-edifici-degli-antichi-romani-durano-piu-di-quelli-moderni-un-cemento-piu-resistente-e-piu-sostenibile/