Roma antica: il MIT scopre il segreto del cemento che dura millenni

Gli antichi romani erano maestri costruttori e ingegneri, in grado di costruire acquedotti e cupole ancora oggi intatti.  E quelle meraviglie architettoniche si basano su un materiale da costruzione unico: il cemento pozzolanico, un materiale straordinariamente durevole che ha conferito alle strutture romane la loro incredibile forza.

Ancora oggi, una delle loro strutture, il Pantheon, ancora intatto e vecchio di quasi 2000 anni, detiene il record per la cupola di cemento non armato più grande del mondo.

Le proprietà di questo calcestruzzo sono state generalmente attribuite ai suoi ingredienti: pozzolana, una miscela di cenere vulcanica – prende il nome dalla città italiana di Pozzuoli, dove se ne trova un deposito significativo – e calce. Se miscelati con acqua, i due materiali possono reagire per produrre calcestruzzo resistente.

Ma questo cemento romano era , a quanto pare, molto diverso. Un team internazionale di ricercatori guidato dal Professsor Masic del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha scoperto che non solo i materiali sono leggermente diversi da quello che avremmo potuto pensare, ma anche le tecniche utilizzate per mescolarli erano diverse.

Le prove sono state trovate in piccoli pezzi bianchi di calce che si possono scoprire in quello che sembra essere cemento altrimenti ben miscelato. La presenza di questi blocchi era stata precedentemente attribuita a scarsa miscelazione o materiali, ma ciò non aveva senso per lo scienziato dei materiali Admir Masic del MIT. I romani costruivano in modo programmato, per durare, e i capimastro non avrebbero mai tollerato un cemento mal mescolato.

“Se i romani si sono impegnati così tanto per realizzare un materiale da costruzione eccezionale, seguendo tutte le ricette dettagliate che erano state ottimizzate nel corso di molti secoli, perché avrebbero fatto così poco sforzo per garantire la produzione di un prodotto finale ben miscelato ? Ci deve essere di più in questa storia.” ha affermato il ricercatore.

Masic e il team, guidato dall’ingegnere civile del MIT Linda Seymour, hanno studiato attentamente campioni di cemento romano di 2000 anni fa provenienti dal sito archeologico di Privernum in Italia. Questi campioni sono stati sottoposti a microscopia elettronica a scansione di grandi aree e spettroscopia a raggi X a dispersione di energia, diffrazione di raggi X in polvere e imaging Raman confocale per ottenere una migliore comprensione dei clasti di calce.

Una delle domande in mente era la natura della calce utilizzata. La comprensione standard del calcestruzzo pozzolanico è che utilizza calce spenta. Innanzitutto, il calcare viene riscaldato ad alte temperature per produrre una polvere caustica altamente reattiva chiamata calce viva o ossido di calcio.

Mescolando calce viva con acqua si ottiene calce spenta, o idrossido di calcio: una pasta leggermente meno reattiva e meno caustica. Secondo la teoria, era questa calce spenta che gli antichi romani mescolavano alla pozzolana.

Sulla base dell’analisi del team, i clasti calcarei nei loro campioni non sono coerenti con questo metodo. Piuttosto, il calcestruzzo romano è stato probabilmente realizzato mescolando la calce viva direttamente con la pozzolana e l’acqua a temperature estremamente elevate, da sola o in aggiunta alla calce spenta, un processo che il team chiama “miscelazione a caldo” che si traduce nei clasti di calce.

“I vantaggi della miscelazione a caldo sono duplici”, ha affermato Masic.

“In primo luogo, quando l’intero calcestruzzo viene riscaldato a temperature elevate, consente la creazione di sostanze chimiche che non sono possibili se si utilizzasse solo calce spenta, producendo composti associati ad alta temperatura che altrimenti non si formerebbero. In secondo luogo, questa temperatura aumentata riduce significativamente i tempi di indurimento, permettendo tempi di costruzione molto più rapide”

E ha un altro vantaggio: i clasti di calce conferiscono al calcestruzzo notevoli capacità di auto-riparazione.

Quando si formano crepe nel calcestruzzo, si spostano preferenzialmente verso i clasti di calce, che hanno una superficie maggiore rispetto ad altre particelle nella matrice. Quando l’acqua entra nella fessura, reagisce con la calce formando una soluzione ricca di calcio che si asciuga e si indurisce sotto forma di carbonato di calcio, incollando nuovamente la fessura e impedendole di diffondersi ulteriormente.

Questo è stato osservato nel cemento di un altro sito di 2000 anni fa, la Tomba di Caecilia Metella, dove le crepe nel cemento sono state riempite di calcite. Potrebbe anche spiegare perché il cemento romano delle dighe costruite 2000 anni fa sia sopravvissuto intatto per millenni nonostante le continue percussioni dell’oceano.

Quindi, il team ha testato le proprie scoperte producendo cemento pozzolanico da ricette antiche e moderne utilizzando calce viva. Hanno anche realizzato un calcestruzzo di controllo senza calce viva ed eseguito prove di fessurazione. Abbastanza sicuro, il calcestruzzo di calce viva incrinato si è completamente riprato entro due settimane, ma il calcestruzzo di controllo è rimasto incrinato.

Il team sta ora lavorando alla commercializzazione del calcestruzzo come alternativa più rispettosa dell’ambiente ai calcestruzzi attuali. I romani ci insegnano ancora come costruire.