Svelato il mistero del cemento romano

Recentissimi studi hanno finalmente svelato il mistero del cemento romano che è stato in grado di sfidare i millenni

Il lavoro pubblicato sul sito del MIT https://news.mit.edu/2023/roman-concrete-durability-lime-casts-0106 e sulla rivista Science Advances ha richiesto anni di studi. Il team guidato dal Professor Admir Masic esperto sulla caratterizzazione di materiali strutturali biomineralizzati e archeologici con l’obiettivo di ispirare la progettazione di materiali da costruzione più sostenibili e durevoli.

Una particolare attenzione desta la figura di questo Professore, laureato in Chimica a Torino che da profugo bosniaco è divenuto professore del MIT.

Dice di sé: “Sono bosniaco, ho il cuore italiano, il passaporto tedesco, il cervello in America. Mi sento cittadino del mondo”. Il team del MIT si è anche avvalso della collaborazione del Museo Archeologico di Priverno quindi c’è anche un po’ di Italia in questa scoperta

La durevolezza del cemento romano

Già da molti anni, all’ammirazione per le opere architettoniche dell’antica Roma, si affiancava un dibattito scientifico sui materiali utilizzati. Quel cemento che Plinio il Vecchio descrive come “inespugnabile alle onde marine e ogni giorno più resistente del giorno precedente” destava interesse e curiosità.

Si tenga conto che questo materiale era in grado di affrontare condizioni difficili ed estreme. Oltre al Pantheon che rappresenta, da più di duemila anni, l’espressione massima della gloria di Roma questo materiale era utilizzato per moli, fogne e dighe e in costruzioni giacenti su siti sismicamente attivi

Recenti studi indicavano che la sua forza sarebbe derivata dalla reazione dell’acqua di mare con la cenere vulcanica, che avrebbe dato origine a nuovi minerali. Questo studio era supportato dal fatto che gli storici dell’epoca indicavano che la cenere vulcanica era spedita in tutto l’impero e utilizzata nel materiale da costruzione.

Gli studi preliminari

L’esame di tutti i campioni evidenziava la presenza di minerali bianchi brillanti di scala millimetrica indicati come clasti di calce non presenti nei materiali moderni. Si riteneva che ciò fosse dovuto a una miscelazione poco efficiente o a materiali di scarsa qualità. Tuttavia il Professor Admir Masic era poco incline a ritenere verosimile questa ipotesi stante la perizia e le indubbie capacità degli antichi romani.

Si riteneva che la calce viva, prima di essere incorporata nel cemento, fosse prima combinata con l’acqua. Questa reazione, altamente esotermica, è detta di spegnimento della calce. Tuttavia, questo processo, da solo, non giustifica la presenza di clasti calcarei

La scoperta

Utilizzando tecniche di imaging multiscala e mappatura chimica ad alta risoluzione il team di scienziati ha finalmente svelato il mistero del cemento romano.

Si è infatti determinato che le inclusioni bianche sono costituite da varie forme di carbonato di calcio.

Gli esami spettroscopici indicano che essi si erano formati a temperature alte, come ci si aspetterebbe dalla reazione esotermica prodotta in loco utilizzando calce viva al posto della calce spenta nella miscela. La miscelazione a caldo, ha ora concluso il team, era in realtà la chiave per comprendere il mistero del cemento romano.

Nel corso della miscelazione a caldo i clasti di calce sviluppano un’architettura costituita da nanoparticelle caratteristicamente fragile, creando una fonte di ione calcio facilmente fratturabile e reattiva.

Il materiale finale può reagire con l’acqua creando una soluzione satura di calcio, che può ricristallizzarsi come carbonato di calcio e riempire rapidamente le fessure che vengono a crearsi con le crepe all’interno del cemento prodotte con il passare del tempo o reagire con materiali pozzolanici per rafforzare ulteriormente il materiale composito. È quindi un cemento che si auto ripara

Oltre all’interesse storico questa scoperta apre la strada allo sviluppo di forme di calcestruzzo che potrebbero contribuire a ridurre l’impatto ambientale della produzione di cemento, che attualmente rappresenta circa l’8% delle emissioni globali di gas serra