Waarom was Romeins beton zo duurzaam?

Wetenschappers proberen al tientallen jaren te achterhalen van het geheim is van Romeins beton en vooral de betonnen constructies die bijzonder zware omstandigheden hebben doorstaan. Al tweeduizend jaar blijkt het materiaal nagenoeg onverwoestbaar en de vraag is: ‘hoe komt dat?’
Een internationaal team van onderzoekers1 zegt nu te hebben ontdekt dat de de truc zit in het gebruik van ongebluste kalk in het betonmengsel.
De onderzoekers kwamen op het spoor van het Romeinse proces door zogenaamde klasten, een soort kalk-insluitsels die in eerder onderzoek werden afgedaan als het resultaat van onzorgvuldig mengen. Door monsters van dit oude beton nader te bestuderen, stelden het team vast dat de witte insluitsels inderdaad waren gemaakt van verschillende vormen van calciumcarbonaat. En spectroscopisch onderzoek leverde aanwijzingen op dat deze bij extreme temperaturen waren gevormd, zoals te verwachten was van de exotherme reactie die werd veroorzaakt door ongebluste kalk te gebruiken in plaats van of naast de gebluste kalk in het mengsel. ‘Heet mengen,’ concludeerde het team, was eigenlijk de sleutel tot het superduurzame karakter van Romeins beton.
‘Heet mengen’ heeft volgens de onderzoekers twee belangrijke voordelen. Ten eerste, wanneer het totale beton tot hoge temperaturen wordt verwarmd, zijn chemieën mogelijk die niet mogelijk zijn als je alleen gebluste kalk gebruikt, waardoor hoge-temperatuur-geassocieerde verbindingen worden geproduceerd die anders niet zouden worden gevormd. Ten tweede verkort deze verhoogde temperatuur de uithardings- en uithardingstijden aanzienlijk, aangezien alle reacties worden versneld, waardoor een veel snellere constructie mogelijk is.
Tijdens het hete mengproces ontwikkelen de kalkclasten een karakteristieke brosse nanodeeltjesarchitectuur, waardoor een gemakkelijk gebroken en reactieve calciumbron ontstaat, die, zoals het team voorstelde, een kritische zelfherstellende functionaliteit zou kunnen bieden. Zodra zich kleine scheurtjes in het beton beginnen te vormen, kunnen deze zich bij voorkeur door de kalkclasten met een groot oppervlak verplaatsen. Dit materiaal kan vervolgens reageren met water, waardoor een met calcium verzadigde oplossing ontstaat, die kan herkristalliseren als calciumcarbonaat en de scheur snel kan vullen, of kan reageren met puzzolane materialen om het composietmateriaal verder te versterken. Deze reacties vinden spontaan plaats en genezen daardoor automatisch de scheurtjes voordat ze zich uitbreiden.
De onderzoekers denken dat hun ontdekking bouwen met beton duurzamer en milieuvriendelijker kan maken.

Bron: MIT

1 MIT en Harvard University in de VS, DMAT (Italië), Istituto Meccanica dei Materiali (Zwitserland)