Los antiguos romanos eran maestros de construcción e ingeniería, quizás la más famosa representada por los acueductos. Y esas maravillas funcionales aún dependen de un material de construcción único: concreto puzolánico, un concreto espectacularmente duradero que le dio a las estructuras romanas su increíble fuerza.
Incluso hoy, una de sus estructuras, el Panteón, todavía intacto y de casi 2,000 años, tiene el récord de la cúpula más grande del mundo de concreto no reforzado.
Las propiedades de este concreto generalmente se han atribuido a sus ingredientes: Pozzolana, una mezcla de cenizas volcánicas, que llevan el nombre de la ciudad italiana de Pozzuoli, donde se puede encontrar un depósito significativo, y cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir un concreto fuerte.
Pero eso, como resultado, no es toda la historia. En 2023, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Instituto de Tecnología 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.
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Las pistolas fumadoras eran pequeños trozos de lima blancos que se pueden encontrar en lo que parece ser concreto bien mezclado. La presencia de estos fragmentos se había atribuido previamente a una mezcla o materiales deficientes, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales admiros MAT del MIT.
“La idea de que la presencia de estos clastos de lima simplemente se atribuyó al control de baja calidad siempre me molestó”. Dijo Masic en enero de 2023.
“Si los romanos hicieron tanto esfuerzo en hacer un material de construcción excepcional, siguiendo todas las recetas detalladas que se habían optimizado en el transcurso de muchos siglos, ¿por qué pondrían tan poco esfuerzo para garantizar la producción de un producto final bien mezclado? Tiene que haber más en esta historia”.
Masic y el equipo, dirigido por la ingeniera civil del MIT, Linda Seymour, estudiaron cuidadosamente muestras de concreto romano del sitio arqueológico de Privernum en Italia.
Estas muestras se sometieron a microscopía electrónica de barrido de área grande, espectroscopía de rayos X dispersiva de energía, difracción de rayos X de polvo e imágenes de Raman confocales para obtener una mejor comprensión de los clastos de cal.
Una de las preguntas en mente era la naturaleza de la lima utilizada. La comprensión estándar del hormigón puzolánico es que usa lima apagada. Primero, la piedra caliza se calienta a altas temperaturas para producir un polvo cáustico altamente reactivo llamado cal vivao óxido de calcio.
Mezclar la media rápida con agua produce lima apagada, o hidróxido de calcio: una pasta ligeramente menos reactiva y menos cáustica. Según la teoría, fue esta lima apagada que los antiguos romanos mezclaban con el puzolana.
Según el análisis del equipo, los clastos de cal en sus muestras no son consistentes con este método. Por el contrario, el concreto romano probablemente se hizo mezclando la rápida directamente con el puzolana y el agua a temperaturas extremadamente altas, por sí misma o además de la lima apagada, un proceso que el equipo llama ‘mezcla caliente’ que resulta en los clastos de lima.
“Los beneficios de la mezcla caliente son dobles”, Dijo Masic.
“Primero, cuando el concreto general se calienta a altas temperaturas, permite las químicas que no son posibles si solo usó la cal a la baja, produciendo compuestos asociados a alta temperatura que de otro modo no se formarían. En segundo lugar, esta temperatura aumentada reduce significativamente el curado y los tiempos de ajuste ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida”.
Y tiene otro beneficio: los clastos de lima dan a las habilidades de autocuración notables concretas.
Cuando se forman grietas en el concreto, viajan preferentemente a los clastos de cal, que tienen una superficie más alta que otras partículas en 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, pegando la grieta y evitando que se propague aún más.
Este ha sido observado En concreto de otro sitio de 2.000 años de antigüedad, la tumba de Caecilia Metella, donde las grietas en el concreto se han llenado de calcita. También podría explicar por qué el hormigón romano de los malos marítimos construidos hace 2.000 años ha sobrevivido intacto durante milenios a pesar del maltrato del océano.
Entonces, el equipo probó sus hallazgos al hacer concreto puzolánico a partir de recetas antiguas y modernas que usan tarifa. También hicieron un concreto de control sin rápido y realizaron pruebas de grietas. Efectivamente, el hormigón de rápida agrietado se curó por completo en dos semanas, pero el concreto de control permaneció agrietado.
El equipo ahora está trabajando para comercializar su concreto como una alternativa más ecológica a los concretos actuales.
“Es emocionante pensar en cómo estas formulaciones concretas más duraderas podrían expandir no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo podría mejorar la durabilidad de las formulaciones concretas impresas en 3D”. Dijo Masic.
La investigación ha sido publicada en Avances científicos.
Una versión de este artículo se publicó por primera vez en enero de 2023.