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 espectacularmente duradero que le 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 -llamada así por la ciudad italiana de Pozzuoli, donde se encuentra un importante depósito- y cal. Cuando se mezclan con agua, los dos materiales pueden reaccionar para producir concreto fuerte.
Pero eso, como se ve, 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 fragmentos se había atribuido anteriormente a una mezcla o materiales deficientes, pero eso no tenía sentido para el científico de materiales Admir Masic del MIT.
“Siempre me molestó la idea de que la presencia de estos clastos de cal se atribuyera simplemente a un control de calidad bajo”, Masic dijo en un comunicado de enero de 2023.
“Si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un material de construcción sobresaliente, siguiendo todas las recetas detalladas que habían sido optimizadas a lo largo de muchos siglos, ¿por qué pusieron tan poco esfuerzo en asegurar la producción de un producto final bien mezclado? ? Tiene que haber más de ésta historia.”
Masic y el equipo, dirigido por la ingeniera civil del MIT Linda Seymour, estudiaron cuidadosamente muestras de hormigón romano de 2000 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.
La mezcla de cal viva con agua produce cal apagada o hidróxido de calcio: una pasta ligeramente menos reactiva y menos cáustica. Según la teoría, fue esta cal apagada la que los antiguos romanos mezclaron con la puzolana.
Según el análisis del equipo, los clastos de cal en sus muestras no son consistentes con este método. Más bien, el concreto romano probablemente se hizo mezclando la cal viva directamente con la puzolana y agua a temperaturas extremadamente altas, solo 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 el concreto en general se calienta a altas temperaturas, permite procesos químicos que no son posibles si solo se usa cal apagada, lo que produce compuestos asociados a altas temperaturas que de otro modo no se formarían. Segundo, este aumento de temperatura reduce significativamente el curado y el fraguado veces ya que todas las reacciones se aceleran, lo que permite una construcción mucho más rápida”.
Y tiene otro beneficio: los clastos de cal le dan al concreto notables habilidades de autocuración.
Cuando se forman grietas en el hormigón, viajan preferentemente a los clastos de cal, que tienen un área superficial 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 extienda más.
Este ha sido observado 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 los diques construidos hace 2.000 años ha sobrevivido intacto durante milenios a pesar del constante embate del océano.
Entonces, el equipo probó sus hallazgos haciendo concreto 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 de su 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 expandir no solo la vida útil de estos materiales, sino también cómo podrían mejorar la durabilidad de las formulaciones de concreto impresas en 3D”. Masic dijo.
La investigación ha sido publicada en Avances de la ciencia.
Una versión de este artículo se publicó por primera vez en enero de 2023.