Je leest:

Zeewater versterkt Romeins beton

Zeewater versterkt Romeins beton

Auteurs: en | 4 juli 2017

Oud Romeins beton blijkt een duurzaam bouwmateriaal, zeker in de havens. Onderzoekers van de Universiteit van Utah ontdekten dat de oude gebouwen en havens zo stevig zijn omdat het zeewater met het beton reageert. Daardoor ontstaat een zeldzaam maar heel sterk mineraal.

Het Pantheon in Rome, Italië, is een voorbeeld van een Romeinse betonconstructie.

Romeinse gebouwen van beton, zoals het Pantheon in Rome, lijken maar niet te vergaan. Dit geldt helemaal voor golfbrekers en andere bouwwerken in het zoute water van oude havensteden. Romeins beton, opus caementicium in Latijn, staat dus al zo’n tweeduizend jaar overeind terwijl ons huidige beton maar enkele decennia meegaat.

Zeldzaam mineraal

Marcus Vitruvius Pollio (circa 85 – 20 v.Chr.) schreef het boek ‘Over architectuur’.

Romeinse bouwmeesters maakten hun beton uit een mengsel van vulkanisch as, zeewater, kalk en stukken vulkanisch gesteente. In het vulkanische as zitten pollozana – materialen die siliciumdioxide of aluminiumoxide bevatten. Deze pollozona reageren met het vulkanisch gesteente en water tot stevige calciumsilicaat hydraatmoleculen, een soort stevige matrixen die het cement bij elkaar houden. Deze matrix zit door de hele constructie heen en zorgt er onder andere voor dat scheuren niet makkelijk kunnen uitbreiden.

De stevigheid van het Romeinse beton leek dus al verklaard. Maar enkele jaren geleden ontdekte onderzoekster Marie Jackson van de Universiteit van Utah dat het nog meer geheimen bevat. Tijdens de analyse van een stuk beton uit de haven vond ze een zeldzame vorm van het mineraal Al-tobermoriet, een ingewikkeld materiaal opgebouwd uit calcium, silica, zuurstof, waterstof en aluminium. “In het laboratorium kun je deze vorm alleen in kleine hoeveelheden maken als je heel hoge temperaturen gebruikt”, zegt Jackson. “Hoe kan dit materiaal dan zomaar ontstaan in de Romeinse muren?”

In haar nieuwe onderzoek kraakte Jackson het mysterie van het speciale Al-tobermoriet. Het zeewater lost een deel van het achtergebleven vulkanische as in het beton op. “Er ontstaat dan ruimte waar kristallen kunnen groeien”, legt ze uit. “En het water in die holtes is erg basisch geworden. Dit helpt met de groei van Al-tobermoriet.” De kristallen lijken op materialen die geologen al eerder hebben aangetroffen in vulkanisch gesteente en helpen met het verder verstevigen van het beton.

Vitruvius

De oudste tekst waarin Romeins beton wordt genoemd, is geschreven door Theophrastus (circa 382-287 v. Chr). Tot aan de vierde eeuw bouwden Romeinse ingenieurs met beton maar daarna is het recept verloren gegaan. De meest uitgebreide omschrijving die we nu nog hebben komt van Marcus Virtuvius Pollio, een Romeinse ingenieur in het leger van Julius Caesar. Hij schreef rond 25 voor Christus zijn verzamelwerk ‘Over architectuur’. Hierin noemde hij niet alleen verschillende bouwstijlen maar ook de te gebruiken materialen. Vitruvius schreef over het bouwen van havens en het gebruik van beton voor in en onder water. Hij noemde wel de bestanddelen maar niet de exacte verhoudingen.

Veroudering van materialen

Een microscopisch beeld van een calcium-aluminiumsilicaat-hydraat dat vormt als vulkanisch as, kalk en zeewater mixen.

Hoewel Al-tobermoriet een bekend product is dat eigenlijk altijd ontstaat als cement met water reageert, lijkt de vorm die Jackson vond uniek. “We weten nog niet zo veel over de samenstelling van dit soort materialen en welke reactieproducten er bij veroudering ontstaan”, zegt Klaas van Breugel, hoogleraar betonmodelering en materiaal gedrag aan de TU Delft. Hij was niet betrokken was bij het onderzoek en kijkt er op verzoek van NEMO Kennislink naar. “Dit onderzoek geeft ons meer inzicht in het gedrag van materialen over langere tijd.”

Helaas is het precieze recept van dit sterke beton verloren gegaan. Maar ook al wisten we dat wel, dan was het nog niet verstandig om onze eigen bouwsels zomaar met zeewater te bewerken. “De bouwwerken van de Romeinen waren waarschijnlijk niet gemaakt met gewapend beton – beton met stalen staven erin”, vertelt Van Breugel. “Want de chloride in het zeewater zou anders al snel het staal hebben aangetast. Tegenwoordig mag het chloridegehalte van beton niet boven bepaalde grenswaarden komen om dit soort corrosie te voorkomen.” Gelukkig vervangen de stalen draden de kristalstructuren in het oude beton, dus kunnen we met een gerust hart blijven bouwen.

Bronnen

  • C.J Brandon, M.D Jackson, J.P. Oleson ea, Building for eternity. The history and technology of Roman concrete engeneering in the sea. (2014, Oxbow Books Oxford UK & Philadelphia VS)
  • M.D Jackson et. al., Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete, American Mineralogist (2017), DOI: 10.2138/am-2017-5993CCBY
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 juli 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.