Roomalaiset aloittivat betonin valmistuksen yli 2000 vuotta sitten, mutta se ei ollut aivan kuten nykypäivän betoni. Heillä oli erilainen kaava, mikä johti aineeseen, joka ei ollut niin vahva kuin nykyaikainen tuote. Silti Pantheonin ja Colosseumin kaltaiset rakenteet ovat säilyneet vuosisatojen ajan, usein vain vähän tai ei ollenkaan. Geologit, arkeologit ja insinöörit tutkivat antiikin Rooman betonin ominaisuuksia ratkaistakseen sen pitkäikäisyyden mysteerin.
”Roomalainen betoni on. . . huomattavasti heikompi kuin nykyaikaiset betonit. Se on noin kymmenen kertaa heikompi ”, sanoo konepajainsinööri Renato Perucchio New Yorkin Rochesterin yliopistosta. "Se mitä tällä materiaalilla oletetaan olevan ilmiömäinen vastus ajan myötä."
Tämä vastus tai kestävyys elementtejä vastaan voi johtua yhdestä betonin keskeisistä aineosista: vulkaanisesta tuhkasta. Nykyaikainen betoni on seos kalkkipohjaisesta sementistä, vedestä, hiekasta ja ns. Kiviaineksista, kuten hienosta sorasta. Roomalaisen betonin kaava alkaa myös kalkkikivellä: rakentajat polttivat sen tuottamaan sammuvaa kalkkia ja lisäsivät sitten vettä tahnaksi. Seuraavaksi ne sekoitettiin vulkaanisessa tuhkassa - yleensä kolmessa osassa vulkaanista tuhkaa yhdeksi osaksi kalkkia, Vitruviuksen, ensimmäisen vuosisadan eKr. Arkkitehdin ja insinöörin kirjoitusten mukaan. Tulivuorentuhka reagoi kalkkitahnan kanssa luomaan kestävän laastin, joka yhdistettiin nyrkkikokoisilla tiilet tai tuffi-nimeltään vulkaanikiviillä ja pakattiin sitten paikalleen rakenteiden muodostamiseksi, kuten seinät tai holvit.
Toisen vuosisadan alussa eKr. Roomalaiset käyttivät tätä betonia jo suurissa rakennushankkeissa, mikä viittasi kokeiluihin rakennusmateriaalin kanssa jo aiemmin. Muut muinaiset yhteiskunnat, kuten kreikkalaiset, käyttivät todennäköisesti myös kalkkipohjaisia laastia (muinaisessa Kiinassa lisättiin tahmeaa riisiä lujuuden lisäämiseksi). Mutta laastin yhdistäminen kiviaineksen, kuten tiilen kanssa betonin valmistamiseksi oli todennäköisesti roomalainen keksintö, Perucchio sanoo.
Roomalaiset louhivat varhaisissa betoneissa tuhkaa monista muinaisista vulkaanisista esiintymistä. Mutta rakentajat tulivat nirsoihin ajallaan, kun Augustuksesta tuli ensimmäinen Rooman keisari, vuonna 27 eKr. Tuolloin Augustus aloitti laajan kaupunginlaajuisen ohjelman vanhojen muistomerkkien korjaamiseksi ja uusien pystyttämiseksi, ja rakentajat käyttivät yksinomaan vulkaanista tuhkaa Pozzolane Rosse -nimisen talletuksen nimeltä. tuhkavirta, joka purskahti 456 000 vuotta sitten Alban Hillsin tulivuoresta, 12 mailia kaakkoon Roomasta.
Pantheon, temppeli jumalille, valmistui jKr 128. Temppelin kupoli on edelleen suurin vahvistamaton betonikupoli maailmassa. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool kautta Getty Images) 
Kolosseum, joka vihittiin käyttöön vuonna 80 jKr., Istui 50 000: lla ja isännöi gladiaattorin pelejä, rituaalieläinmetsästyksiä, paraateja ja teloituksia. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
Roomalaisen konsulin tytär Caecilia Metellan hauta. Tämä vuoden 1841 dagerotyyppi on yksi varhaisimmista tunnetuista valokuvista Italiasta. (SSPL / Getty Images) 
Tempio di Venere e Roma -kampus, temppeli, joka on omistettu kahdelle jumalatarlle ja jonka keisari Hadrian vihki vuonna 1355 (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) "Keisari Augustus oli liikkeellepanevana voimana laastisekoitusten systemaation, standardisoinnin ja Pozzolane Rossen kanssa", sanoo geologi ja tutkimusinsinööri Marie Jackson Berkeleyn Kalifornian yliopistossa. Roomalaiset rakentajat todennäköisesti pitivät tuhkavarastoa siitä valmistetun betonin kestävyyden vuoksi, hän lisää. "Tämä oli salaisuus betoneille, jotka olivat erittäin hyvin sitoutuneita, johdonmukaisia, kestäviä materiaaleja."
Jackson ja hänen kollegansa ovat tutkineet Pozzolane Rossen kanssa tehtyjen betonien kemiallista koostumusta. Tuhkan ainutlaatuinen mineraaliseos näyttää auttaneen betonia kestämään kemiallista hajoamista ja vaurioita.
Roomalaiset suosivat toista erityistä tulivuorentuhkaa tehdessään konkreettisia satamarakenteita, jotka upotettiin Välimeren suolaisiin vesiin. Pulvis Puteolanus louhittiin Napolin lahden lähellä olevista esiintymistä. "Roomalaiset lähettivät tuhansia ja tuhansia tonneja tuulen tulkkausta Välimeren ympärille rakentaakseen satamia Italian rannikolta Israeliin Alexandriaan Egyptiin Pompeiopolisiin Turkkiin", Jackson sanoo.
Merivesi on erittäin vahingollista nykyaikaiselle betonille. Mutta roomalaisessa betonissa Pulvis Puteolanus ”tosiasiallisesti auttaa vähentämään huonontumista, kun vesi tunkeutuu sen läpi”, Jackson sanoo. Vaikka tarkkaa mekanismia ei tunneta, näyttää siltä, että kemialliset reaktiot kalkkitahnan, vulkaanisen tuhkan ja meriveden keskuudessa loivat mikroskooppiset rakenteet betoniin, joka loukkasi molekyylejä kuten klorideja ja sulfaatteja, jotka vahingoittavat betonia.
Roomalaisen betonin menestyksestä huolimatta materiaalin käyttö katosi Rooman valtakunnan myötä. Betonirakenteita rakennettiin harvoin keskiajalla, mikä viittaa siihen, että tulivuoren tuhka ei ollut Rooman betonin kestävyyden ainoa salaisuus, Perucchio sanoo. "Nämä todella suuret projektit voitaisiin tehdä vain asianmukaisella byrokratialla Rooman valtakunnan järjestämällä asianmukaisella organisaatiolla."
Erin Wayman on avustava toimittaja Smithsonianissa ja kirjoittaa Hominid Hunting -blogia.
