Romeinse havens en andere betonnen bouwsels aan zee worden door blootstelling aan zeewater alleen maar sterker, ontdekten wetenschappers.

Slimme jongens, die Romeinen. Ze stonden er al om bekend hun gebouwen en wegen zo vernuftig te maken dat veel ervan nog altijd bestaan. Ook bij het bouwen aan zee stonden ze hun mannetje. Waar moderne betonnen structuren als havens, zeemuren en pieren binnen een paar decennia al verweren, hebben Romeinse betonnen bouwsels de tand des tijds zonder problemen overleefd. Onderzoekers van de University of Utah ontdekten waarom.

Mengsel van vulkaanas

Modern beton wordt meestal gemaakt van Portlandcement. Dit cement is een mix van zand, kalk, kalksteen, gips en klei die op hoge temperatuur is verhit. In beton bindt deze pasta stukken rots en zand samen tot een stevige structuur.

Romeins beton ziet er anders uit. Het wordt gemaakt van cement bestaande uit een mengsel van vulkaanas, kalksteen en zeewater. De Romeinen hadden de kunst afgekeken van gecementeerde afzettingen van vulkaanas: tufsteen.

Groeien dankzij zeewater

Enkele jaren geleden al verzamelde het onderzoekteam monsters van Romeinse betonnen bouwsels aan zee. Die legden de onderzoekers recent onder de elektronenmicroscoop. Ook brachten ze de atoomstructuren van de ingrediënten van het beton in kaart met behulp van röntgen-microdiffractie en Raman-spectroscopie.

Wat bleek? Het calciumsilicaat aluminium-tobermoriet was in overvloed aanwezig in het Romeinse beton. Dat is bijzonder, want het mineraal is vrij zeldzaam en lastig te maken in het lab. Aluminium-tobermoriet groeit uit andere mineralen, zeolieten genoemd, wanneer er voldoende zeewater aanwezig is, zo denken de onderzoekers nu.

Stevige netwerken

Zeewater reageert met het mengsel van as, brokken en kalk, waardoor de nieuwe mineralen groeien, aan elkaar klonterden en uiteindelijk stevige netwerken vormden. Oftewel: klotsend zeewater zorgde voor een duurzame, extra versteviging van het Romeinse beton. Dat is het tegenovergestelde van modern beton; daar leidt blootstelling aan zeewater juist tot het oplossen van de netwerken en veroorzaakt daarmee verwering.

“Onderzoek aan Romeinse bouwwerken en -constructies doet ons telkens weer verbazen over de diepgaande kennis over de eigenschappen van bouwmaterialen die de Romeinen al hadden”, zegt geoloog Manfred van Bergen (Universiteit Utrecht). Zijn collega aan de Universiteit Utrecht, geochemicus Gert de Lange, verbaast het niets dat Romeins cement zo sterk is: “Onder de alkalische omstandigheden in cement-specie, lost vulkanische materiaal goed op. Zo kunnen makkelijker andere mineralen vormen samen met het calcium van de cement-specie. Daardoor krijg je sterke structuren van het beton.”

Recept verloren

Als Romeins beton zo goed is, waarom gebruiken we het dan niet overal aan zee? Het probleem is dat het precieze recept voor het maken van dit soort beton in tegenstelling tot het beton zelf de tand des tijds niet heeft overleefd. De studie moet eraan bijdragen het recept te reconstrueren. Dat hoopt ook Van Bergen: “Dit gedegen onderzoek nodigt ertoe uit om meer te gaan experimenteren met praktische toepassingen voor onze huidige betonconstructies. Van de Romeinen valt waarschijnlijk nog veel te leren.”

Bronnen: American Mineralogist, Nature, Science Alert

Beeld: Carole Raddato/CC-by-SA 2.0