Finalmente sabemos por qué el concreto romano antiguo resistió la prueba del tiempo. Alerta científica:

Los antiguos romanos eran maestros constructores e ingenieros, quizás los más famosos representados por sus acueductos que aún funcionan. Y estas maravillas arquitectónicas se basan en un material de construcción único: el hormigón puzolánico, un material impresionantemente duradero que le dio a las estructuras romanas una fuerza increíble.

Incluso hoy en día, una de sus estructuras, el Panteón, aún intacto y con casi 2000 años de antigüedad, ostenta el récord de la cúpula de hormigón no reforzado más grande del mundo.

Las propiedades de este hormigón se atribuyen principalmente a sus ingredientes: puzolana, una mezcla de ceniza volcánica que lleva el nombre de la localidad italiana de Pozzuoli, donde se encuentra un importante depósito de la misma, y de cal. Cuando se mezclan con agua, las dos sustancias pueden reaccionar para producir concreto resistente.

Pero eso, como se ve, no es toda la historia. Un equipo internacional de investigadores dirigido por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrió que los materiales no solo son ligeramente diferentes de lo que podríamos haber pensado, sino que los métodos para mezclarlos también son diferentes.

Las pistolas humeantes eran pequeñas piezas blancas de piedra caliza que se pueden encontrar en hormigón bien mezclado. La presencia de estos bultos se atribuía anteriormente a una mezcla o materiales deficientes, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales del MIT, Admir Masic.

«La idea de que la presencia de este clasto de piedra caliza se atribuyó simplemente a un control de calidad deficiente siempre me molestó». Masich dijo en una declaración de enero de 2023.

“Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un excelente material de construcción, siguiendo todas las recetas detalladas que habían sido optimizadas durante muchos siglos, ¿por qué pusieron tan poco esfuerzo en producir un producto final bien mezclado? Tiene que haber más de ésta historia.»

Masich y un equipo dirigido por la ingeniera civil del MIT Linda Seymour estudiaron cuidadosamente muestras de hormigón romano de 2000 años de antigüedad del sitio arqueológico de Privernum, Italia. Estas muestras se sometieron a microscopía electrónica de barrido de área grande y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía, difracción de rayos X en polvo e imágenes Raman confocales para comprender mejor el clasto de piedra caliza.

Una pregunta que se planteó fue la naturaleza de la cal utilizada. El concepto estándar del hormigón puzolánico es que utiliza cal apagada. Primero, la cal se calienta a una temperatura alta para producir un polvo cáustico altamente reactivo llamado polvo cáustico. cal vivau óxido de calcio.

La mezcla de cal apagada con agua produce cal apagada o hidróxido de calcio, una pasta ligeramente menos reactiva y menos cáustica. Según la teoría, era esta cal apagada la que los antiguos romanos mezclaban con la puzolana.

Según el análisis del equipo, los clastos de piedra caliza en sus muestras no se ajustaban a este método. Más bien, el concreto romano probablemente se hizo mezclando cal viva directamente con puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, ya sea solo o además de la cal apagada, un proceso que el equipo llama «mezcla en caliente» que da como resultado grupos de piedra caliza.

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

“Primero, cuando el concreto agregado se calienta a una temperatura alta, permite una química que no es posible si solo usa cal apagada, creando compuestos asociados con altas temperaturas que de otro modo no ocurrirían. En segundo lugar, esta temperatura elevada reduce significativamente el fraguado y el curado. veces, porque todas las reacciones se aceleran, lo que te permite construir mucho más rápido».

Y tiene otro beneficio. los clastos de piedra caliza le dan al concreto notables habilidades de autocuración.

Cuando se forman grietas en el hormigón, se desplazan preferentemente hacia los cúmulos de caliza, 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 se endurece como carbonato de calcio, volviendo a pegar la grieta y evitando que se extienda más.

Este ha sido observado con hormigón de otro sitio de 2.000 años de antigüedad, la tumba de Caecilia Metella, donde las grietas del hormigón se rellenan con calcita. También puede explicar por qué el hormigón romano de los diques construidos hace 2.000 años ha permanecido intacto durante milenios a pesar del constante embate del océano.

Entonces, el equipo probó sus hallazgos al hacer concreto puzolánico a partir de recetas antiguas y modernas usando cal fundida. También se preparó hormigón de control sin cal y se realizaron pruebas de fisuración. Efectivamente, el concreto de piedra caliza agrietado sanó completamente en dos semanas, pero el concreto de control permaneció agrietado.

El equipo ahora está trabajando en la comercialización de su concreto como una alternativa más ecológica a los concretos actuales.

«Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones de concreto más duraderas pueden extender no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo pueden mejorar la durabilidad de las formulaciones de concreto impresas en 3D». Masich dijo.

El estudio ha sido publicado El progreso de la ciencia.

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