Por volta de 79 d.C., O autor romano Plínio, o Velho, escreveu em seu Naturalis Historia que estruturas de concreto em portos, exposto ao ataque constante das ondas de água salgada, tornar-se "uma única massa de pedra, inexpugnável para as ondas e cada dia mais forte. "

Ele não estava exagerando. Enquanto as modernas estruturas de concreto marinho desmoronam em décadas, 2, Cais e quebra-mares romanos de 000 anos perduram até hoje, e são mais fortes agora do que quando foram construídos. A geóloga Marie Jackson, da Universidade de Utah, estuda os minerais e as estruturas em microescala do concreto romano como faria com uma rocha vulcânica. Ela e seus colegas descobriram que a filtragem da água do mar através do concreto leva ao crescimento de minerais interligados que conferem ao concreto maior coesão. Os resultados são publicados hoje em Mineralogista americano.

Concreto romano vs. cimento Portland

Os romanos faziam concreto misturando cinzas vulcânicas com cal e água do mar para fazer uma argamassa, e, em seguida, incorporar nessa argamassa pedaços de rocha vulcânica, o "agregado" no concreto. A combinação de cinzas, agua, e a cal produz o que é chamado de reação pozolânica, nomeado após a cidade de Pozzuoli na Baía de Nápoles. Os romanos podem ter tido a ideia dessa mistura a partir de depósitos de cinzas vulcânicas naturalmente cimentadas, chamados tufos, que são comuns na área, como Plínio descreveu.

O concreto semelhante a conglomerado foi usado em muitas estruturas arquitetônicas, incluindo o Panteão e os Mercados de Trajano em Roma. Enormes estruturas marinhas protegiam os portos do mar aberto e serviam como ancoradouros extensos para navios e armazéns.

O concreto de cimento Portland moderno também usa agregado de rocha, mas com uma diferença importante:as partículas de areia e cascalho devem ser inertes. Qualquer reação com a pasta de cimento pode formar géis que se expandem e racham o concreto.

“Essa reação álcali-sílica ocorre em todo o mundo e é uma das principais causas de destruição de estruturas de concreto de cimento Portland, "Jackson diz.

Redescobrindo o concreto romano

O interesse de Jackson pelo concreto romano começou com um ano sabático em Roma. Ela primeiro estudou tufos e depois investigou depósitos de cinzas vulcânicas, logo ficou fascinado com seu papel na produção da notável durabilidade do concreto romano.

Junto com colegas, Jackson começou a estudar os fatores que tornavam o concreto arquitetônico de Roma tão resistente. Um fator, ela diz, é que os intercrescimentos minerais entre o agregado e a argamassa evitam que as fissuras aumentem, enquanto as superfícies de agregados não reativos no cimento Portland apenas ajudam as rachaduras a se propagar mais longe.

Em outro estudo de testemunhos de concreto de porto romano coletados pelo projeto ROMACONS em 2002-2009, Jackson e seus colegas encontraram um mineral excepcionalmente raro, tobermorite aluminosa (Al-tobermorite) na argamassa marinha. Os cristais minerais formados nas partículas de cal através da reação pozolânica a temperaturas um tanto elevadas. A presença de Al-tobermorite surpreendeu Jackson. "É muito difícil de fazer, "diz ela sobre o mineral. Sintetizá-lo em laboratório requer altas temperaturas e resulta em pequenas quantidades.

Corrosão da água do mar

Para o novo estudo, Jackson e outros pesquisadores voltaram aos núcleos de perfuração ROMACONS, examinando-os com uma variedade de métodos, incluindo análises de microdifração e microfluorescência na linha de luz 12.3.2 da Advanced Light Source no Lawrence Berkeley National Laboratory. Eles descobriram que Al-tobermorita e um mineral zeólita relacionado, filipsita, formado em partículas de pedra-pomes e poros na matriz de cimentação. Do trabalho anterior, a equipe sabia que o processo de cura pozolânica do concreto romano durava pouco. Outra coisa deve ter feito com que os minerais crescessem em baixa temperatura muito depois de o concreto ter endurecido. "Ninguém produziu tobermorita a 20 graus Celsius, "ela diz." Oh - exceto os romanos! "

"Como geólogos, sabemos que as rochas mudam, "Jackson diz." Mudança é uma constante para os materiais terrestres. Então, como a mudança influencia a durabilidade das estruturas romanas? "

A equipe concluiu que, quando a água do mar se infiltrou pelo concreto em quebra-mares e píeres, dissolveu componentes da cinza vulcânica e permitiu que novos minerais crescessem a partir dos fluidos lixiviados altamente alcalinos, particularmente Al-tobermorita e filipsita. Esta Al-tobermorita tem composições ricas em sílica, semelhantes aos cristais que se formam nas rochas vulcânicas. Os cristais têm formas em placas que reforçam a matriz de cimentação. As placas interligadas aumentam a resistência do concreto à fratura frágil.

Jackson diz que esse processo semelhante à corrosão normalmente seria uma coisa ruim para os materiais modernos. "Estamos procurando um sistema contrário a tudo que não se desejaria em concreto à base de cimento, "ela diz." Estamos olhando para um sistema que prospera na troca química aberta com a água do mar. "

Concreto romano moderno

Dadas as vantagens de durabilidade do concreto romano, por que não é usado com mais frequência, particularmente porque a fabricação de cimento Portland produz emissões substanciais de dióxido de carbono?

"A receita foi completamente perdida, "Jackson diz. Ela estudou extensivamente textos romanos antigos, mas ainda não descobriu os métodos precisos para misturar a argamassa marinha, para recriar totalmente o concreto.

"Os romanos tiveram sorte no tipo de rocha com que trabalharam, "ela diz." Eles observaram que a cinza vulcânica cresceu cimentos para produzir o tufo. Não temos essas pedras em grande parte do mundo, então teria que haver substituições. "

Ela agora está trabalhando com o engenheiro geológico Tom Adams para desenvolver uma receita de substituição, Contudo, usando materiais do oeste dos EUA. A água do mar em seus experimentos vem de Berkeley, Califórnia, marina, coletado pela própria Jackson.

O concreto romano leva tempo para desenvolver resistência a partir da água do mar, e apresenta menos resistência à compressão do que o cimento Portland típico. Por essas razões, é improvável que o concreto romano possa se espalhar, mas pode ser útil em contextos específicos.

Jackson recentemente avaliou a proposta de uma lagoa de marés a ser construída em Swansea, Reino Unido, para aproveitar a energia das marés. A lagoa, ela diz, precisaria operar por 120 anos para recuperar os custos incorridos para construí-lo. "Você pode imaginar isso, com a forma como construímos agora, seria uma massa de aço corrosivo naquela época. "Um protótipo de concreto romano, por outro lado, poderia permanecer intacta por séculos.

Jackson diz que embora os pesquisadores tenham respondido a muitas perguntas sobre a argamassa do concreto, as reações químicas de longo prazo nos materiais agregados permanecem inexploradas. Ela pretende continuar o trabalho de Plínio e outros estudiosos romanos que trabalharam assiduamente para descobrir os segredos de seu concreto. "Os romanos estavam preocupados com isso, "Jackson diz." Se vamos construir no mar, devemos nos preocupar com isso também. "