Come i Romani costruivano strutture permanenti utilizzando cemento “autorigenerante”.

Per generazioni, una domanda che ha sconcertato storici e archeologi di tutto il mondo: come hanno fatto gli antichi romani a costruire strutture in cemento così forti da essere ancora in piedi e funzionanti oggi?

Lo studio ha coinvolto scienziati dell’Università di Harvard, del DMAT in Italia e dell’Instituto Meccanica dei Materiali in Svizzera.

Un tempo si pensava che i blocchi di calce, che sono pezzi di calcare, fossero un sottoprodotto di cattive tecniche di miscelazione del cemento, quando in realtà aiutano a legare insieme il cemento in modi interessanti.

Il professore del MIT e autore dello studio Admir Masic ha affermato che la tecnologia lo ha sempre interessato.

“Da quando ho iniziato a lavorare nell’antico cemento romano, sono sempre stato affascinato da queste caratteristiche”, ha detto Musk.

“Questi non sono presenti nelle moderne strutture in cemento, quindi perché sono presenti in questi materiali più antichi?”

Lo studio indica che gli antichi romani usavano la calce nella sua forma reattiva, una sostanza nota come calce viva, e la mescolavano con il calcare per creare una reazione chimica che potesse autorigenerare il cemento, un processo che chiamano “miscelazione a caldo”.

Le antiche strutture romane come il Partenone e gli acquedotti di Roma contengono enormi quantità di cemento non rinforzato.

Le strutture, che furono costruite già nel 128 d.C., sono ancora in piedi e persino funzionanti nelle loro forme originali.

Lo studio indica che la sua durata deriva dal processo di miscelazione a caldo.

Non è ancora noto se gli antichi costruttori romani sapessero che stavano creando questo legame, o se fosse solo una stupida fortuna, tuttavia, gli scienziati affermano che la maggior parte delle antiche strutture in cemento in piedi oggi avrebbe la stessa composizione chimica creata dal processo di miscelazione a caldo.

La calce viva consiste principalmente di carbonato di calcio.

Gli antichi costruttori romani mescolavano la calce viva con il suo fratello meno reattivo, le frazioni di calce, per creare un materiale autorigenerante.

Come il calcareo aderente di nuova formazione, sviluppa sulla sua superficie piccole nanoparticelle di calcio.

Le nanoparticelle di calcio sono altamente reattive, quindi quando si formano minuscole crepe nel cemento e l’acqua inizia a fluire, il calcio e l’acqua provocano una reazione chimica che ricristallizza il cemento come carbonato di calcio, riempiendo le crepe mentre si accumula su se stesso.

Questa reazione chimica avviene istantaneamente e allo stesso tempo, il che significa che le crepe nel cemento possono “guarire” da sole prima che si diffondano.

Il gruppo di ricerca ha dimostrato che questo è il modo in cui i romani costruivano robuste strutture in cemento imitando l’antica tecnica di miscelazione del cemento.

Il team di ricerca ha miscelato due blocchi di cemento, uno con una miscela di calce viva e l’altro senza.

Entro due settimane dal versamento dell’acqua nella versione in cemento con calce viva, le crepe erano completamente “guarite”.

Le crepe nell’identico blocco di cemento senza calce viva non sono mai guarite e le crepe hanno continuato a propagarsi.

Il futuro dell’edilizia

Il successo dei loro test ha portato il team a prendere in considerazione la possibilità di commercializzare il potenziale di autoriparazione del cemento.

“È emozionante pensare a come queste strutture in calcestruzzo più durevoli possano aumentare non solo la durata di questi materiali, ma anche come possono migliorare la durata delle strutture in calcestruzzo stampate in 3D”, ha affermato Musk.

Masic spera che questa nuova tecnologia di miscelazione del cemento contribuirà a ridurre l’impatto ambientale della moderna produzione di cemento, che contribuisce all’8% delle emissioni globali di gas serra.