Finalmente sabemos por qué el concreto romano antiguo ha resistido la prueba del tiempo: ScienceAlert

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

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 han atribuido generalmente a sus ingredientes: puzolana, una mezcla de ceniza volcánica -toma su nombre de la ciudad italiana de Pozzuoli, donde existe un importante depósito- y cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir concreto resistente.

Pero eso, al parecer, 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 las técnicas utilizadas para mezclarlos también eran diferentes.

Las pistolas humeantes eran pequeños trozos blancos de cal que se pueden encontrar en lo que parece ser hormigón bien mezclado. La presencia de estos bloques se había atribuido 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 estos clastos de piedra caliza se atribuyó simplemente a un control de calidad deficiente siempre me ha preocupado». Masic dijo en un comunicado de enero de 2023.

“Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un material de construcción excepcional, siguiendo todas las recetas detalladas que habían sido perfeccionadas durante muchos siglos, ¿por qué deberían poner tan poco esfuerzo en asegurar la producción de un producto final bien mezclado? tiene que estar más en esta historia».

Masic y el equipo, dirigido por la ingeniera civil del MIT Linda Seymour, estudiaron detenidamente muestras de hormigón romano de 2.000 años de antigüedad del sitio arqueológico de Privernum en 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 de polvo e imágenes Raman confocales para obtener una mejor comprensión de los clastos de cal.

Una de las cuestiones en mente era la naturaleza de la cal utilizada. El entendimiento estándar del concreto puzolánico es que usa cal apagada. Primero, la piedra caliza se calienta a altas temperaturas para producir un polvo cáustico altamente reactivo llamado cal vivau óxido de calcio.

Mezclando cal viva con agua se obtiene 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 son consistentes con este método. Más bien, el concreto romano probablemente se hizo mezclando cal viva directamente con puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, ya sea sola o además de la cal apagada, un proceso que el equipo llama «mezcla en caliente», que da como resultado los clastos de cal.

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

«Primero, cuando todo el concreto se calienta a altas temperaturas, permite el uso de productos químicos que no son posibles si solo se usara cal apagada, lo que produce compuestos asociados a altas temperaturas que de otro modo no se formarían. Segundo, este aumento de temperatura reduce significativamente los tiempos de curado y endurecimiento ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida».

Y tiene otra ventaja: los clastos de cal le dan al concreto notables habilidades de autocuración.

Cuando se forman fisuras en el hormigón, se desplazan preferentemente hacia los clastos de cal, que tienen una superficie mayor que otras partículas de la matriz. A medida que el agua entra en la grieta, reacciona con la cal para formar una solución rica en calcio que se seca y se endurece en forma de carbonato de calcio, uniendo la grieta y evitando que se extienda más.

Este se observó en concreto de otro sitio de 2000 años de antigüedad, la Tumba de Caecilia Metella, donde las grietas en el concreto se han llenado con calcita. También podría explicar por qué el hormigón romano de las presas construidas hace 2.000 años ha sobrevivido intacto durante milenios a pesar de los constantes golpes del océano.

Luego, el equipo probó sus hallazgos haciendo cemento puzolánico a partir de recetas antiguas y modernas usando cal viva. También realizaron un control de hormigón sin cal viva y realizaron pruebas de fisuración. Efectivamente, el concreto de cal viva agrietado se curó por completo en dos semanas, pero el concreto de control permaneció agrietado.

El equipo ahora está trabajando en la comercialización del hormigón como una alternativa más respetuosa con el medio ambiente a los hormigones actuales.

“Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones de concreto más duraderas podrían ampliar no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo mejorar la vida útil de las formulaciones de concreto impresas en 3D”. Masic dijo.

La investigación fue publicada en El progreso de la ciencia.

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