Una nueva mirada dentro del hormigón de 2.000 años de antigüedad --fabricado de ceniza volcánica, cal (el producto de piedra caliza al horno) y agua de mar-- ha proporcionado nuevas pistas sobre el desarrollo químico y los cementos minerales que permiten a las antiguas estructuras portuarias resistir la prueba del tiempo. La investigación también ha inspirado una búsqueda de la receta original para que los fabricantes de hormigón moderno puedan fabricarlo como los romanos.
El nuevo estudio, publicado en 'American Mineralogist', está ayudando a los investigadores a reconstruir cómo y dónde se formaron los cristales de tobermorita aluminosa, un mineral en capas, que desempeñaron un papel clave en el fortalecimiento del hormigón durante la larga historia de las estructuras de hormigón.
Los investigadores sugieren que podría probarse una receta reformulada para el hormigón romano para aplicaciones tales comoestructuras frente al mar y puede ser útil para proteger los desechos peligrosos.
La directora del estudio, Marie Jackson afirma que la cal, expuesta al agua de mar en la mezcla de hormigón romano, probablemente reaccionó a fondo con cenizas volcánicas al principio de la historia de las masivas estructuras portuarias. Estudios previos mostraron cómo la tobermorita aluminosa cristalizó en los restos calcáreos durante un periodo de temperatura elevada.
Los nuevos hallazgos sugieren que después de que la cal se consumió a través de estas reacciones químicas puzolánicas (llamadas así por la ceniza volcánica encontrada en la región de Pozzuoli, o Nápoles, Italia), comenzó un nuevo periodo de crecimiento mineral. El nuevo crecimiento de la tobermorita aluminosa se asocia a menudo con cristales de phillipsita, otro mineral.
Los minerales forman fibras finas y placas que hacen que el hormigón sea más resistente y menos susceptible a la fractura con el tiempo. Pueden explicar una antigua observación del científico romano Plinio el Viejo, que opinaba que el hormigón, "tan pronto como entra en contacto con las olas del mar y se sumerge, se convierte en una sola masa de piedra, inexpugnable a las olas y cada día más fuerte".
De hecho, los romanos confiaron en la reacción de una mezcla de roca volcánica con agua de mar para producir los nuevos cementos minerales. En raras ocasiones, los volcanes submarinos, como el volcán Surtsey en Islandia, producen los mismos minerales hallados en el hormigón romano. "Contrariamente a los principios del hormigón moderno basado en el cemento, los romanos crearon un hormigón parecido a una roca que prospera en el intercambio químico abierto con el agua de mar".
La antigua receta romana es muy diferente de la moderna para el hormigón, señala Jackson. La mayoría del hormigón moderno es una mezcla de cemento portland --piedra caliza, arenisca, ceniza, tiza, hierro y arcilla, entre otros ingredientes, calentado para formar un material vítreo que es finamente molido-- mezclado con los llamados "agregados".
Estos son materiales como arena o piedra triturada que no están destinados a reaccionar químicamente. Si se producen reacciones en estos agregados, pueden generarse expansiones no deseadas en el hormigón.
Para entender los procesos químicos a largo plazo que ocurrieron en las estructuras romanas, los científicos usaron láminas finas y pulidas del hormigón con un microscopio electrónico en Alemania para mapear la distribución de elementos en las microestructuras minerales. Estos expertos unieron estos análisis con una técnica en el laboratorio de Berkeley ALS conocida como microdifracción de rayos X, una técnica en la Universidad de Berkeley conocida como espectroscopia Raman, para aprender más sobre la estructura de los cristales en las muestras.
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