Ricetta per calcestruzzo romano

Di recente ho letto in un articolo online che i ricercatori hanno trovato la ricetta del calcestruzzo utilizzato dagli architetti romani imperiali. L' articolo citato utilizza tuttavia una ricetta descritta da Vitruvio, che ha 2000 anni. Quindi, come sta esattamente trovando la ricetta?

Tuttavia, in realtà voglio chiedere se si può estrarre una ricetta dettagliata dall'articolo, comprensibile per un laico. Anche se ho letto l'articolo, non sono nemmeno vicino a un ingegnere e quindi è difficile per me giudicare se l'articolo aggiunge qualcosa di nuovo all'antica ricetta data da Vitruvio. Alla fine, sto cercando un approccio di istruzioni passo-passo, molto simile a questo articolo , forse anche più dettagliato (ad esempio, nell'articolo, il processo per creare la calce viva non è descritto con molti dettagli, temperatura mancante, eccetera). Fondamentalmente voglio sapere quale sia la formulazione più accurata del processo di produzione dell'antico calcestruzzo romano supportato dalla scienza.

civil-engineering concrete

— Daphil
fonte

Hai accesso al pdf completo qui = pnas.org/content/111/52/18484.full.pdf?with-ds=yes

— Russell McMahon

Concordo con te sul fatto che non è possibile conoscere la ricetta precisa, che probabilmente sarebbe cambiata nel tempo, dall'articolo di riferimento. Le ceneri vulcaniche sono piuttosto variabili in termini di chimica e proprietà fisiche e semplicemente non conosciamo il processo di fabbricazione / preparazione a cui potrebbero essere state sottoposte. Le caratteristiche della calce sarebbero anche un fattore significativo. L'articolo è molto interessante da un punto di vista analitico, ma solleva più domande che risposte. Quindi concordo con te sul fatto che non può essere utilizzato per estrarre una ricetta per il calcestruzzo romano.

— AsymLabs

Sarei più interessato a come hanno fatto il cemento.

— fabbro37

Contesto
Prima di spiegare perché questo tipo di calcestruzzo romano è diverso, lasciami spiegare che cos'è il calcestruzzo tipico. Il calcestruzzo è composto da 4 materiali primari:

Aggregato fine (sabbia)
Aggregato grosso (ghiaia)
acqua
Cemento

Nel cemento tipico, il cemento è cemento Portland, quindi viene generalmente indicato come cemento cemento Portland (PCC) per distinguerlo dal cemento asfalto, che ha anche aggregato fine e grossolano, ma utilizza asfalto per il legante anziché cemento Portland.

Esistono diverse varietà di cemento Portland a cui sono assegnati i numeri romani da I a V e sono utilizzati per vari scopi

Tipo I - Uso generale
Tipo II - Resistenza ai solfati moderata
Tipo III - Alta resistenza precoce
Tipo IV - Basso calore di idratazione
Tipo V - Alta resistenza ai solfati (per evitare una reazione chimica dannosa ASR )

Materiali
cementizi Il cemento Portland non è l'unico legante che può essere utilizzato nel calcestruzzo, è solo molto comune, disponibile (non è un materiale naturale ma è fabbricato), forte e ha una durata ragionevolmente buona.

Altri materiali che reagiscono con l'acqua per formare leganti cementizi sono chiamati pozzolani . Questi possono essere vari materiali naturali o spesso sono sottoprodotti di altri processi produttivi. Ad esempio ceneri volanti , fumi di silice , ceneri di carbone, scorie, ecc.

Questi pozzolani alternativi vengono spesso sostituiti con cemento Portland in varie quantità. In genere non si tratta di una sostituzione completa, ma piuttosto di una sostituzione parziale. L'esatto rapporto tra cemento Portland e sostituzione di pozzolana varia in base al design della miscela e al tipo di pozzolana. Puoi leggere di più su di loro qui .

Calcestruzzo romano Il cemento
e i pozzolani reagiscono con l'acqua per formare vari composti chimici composti principalmente da calcio-alluminio-silicato-idrato (CASH). I composti esatti che si formano dipendono dal tipo di cemento utilizzato. Questa è la parte chiave del motivo per cui credono che il calcestruzzo romano fosse così forte, ed è il fulcro dell'articolo che hai collegato. Dall'articolo

Le fondamenta in cemento, le pareti e i soffitti a volta sono composti da tufo vulcanico di dimensioni decimali e aggregato grossolano di mattoni (caementa) delimitato da malta vulcanica di cenere-calce .

Quindi hanno appena detto che hanno usato tufo vulcanico e mattoni come aggregato, e hanno usato la cenere vulcanica mescolata con calce come pozzolana.

$SiO_2$ $AlO$ $CaO$

C a O + A l O + S i O_{2} + H_{2} O \to C A S H

$CaO + AlO + SiO_2 + H_2O \to CASH$

Si noti che i romani non avevano cemento Portland al momento, quindi questo è stato un completo rimpiazzo per quanto riguarda i pozzolani. Gli autori hanno scoperto che un particolare composto si forma durante la reazione chiamata strätlingite e lo nota

I cristalli di strätlingite nella malta romana imperiale assomigliano alle microfibre che vengono aggiunte alla pasta di cemento delle malte e dei calcestruzzi odierni per produrre indurimento, tranne per il fatto che si cristallizzano in situ e rinforzano le zone interfacciali, il componente più vulnerabile del tessuto della malta.

Gli autori sottolineano il significato di questi cristalli

Esistono tre differenze principali tra i cristalli di strätlingite autentici nella malta romana e gli additivi in microfibra nelle attuali paste di cemento.
Innanzitutto, le sferuliti radiali di strätlingite crescono preferibilmente nelle zone interfacciali della scoria, mentre gli additivi in microfibra rimangono nella pasta di cemento e non rafforzano le zone interfacciali aggregate.
In secondo luogo, la strätlingite è resistente alla corrosione, rispetto alle fibre di vetro e acciaio nelle matrici di cemento.
In terzo luogo, la cristallizzazione autentica delle fitte intergrowth di strätlingite si verifica nelle complesse zone perimetrali accessorie di scorie, massa di scorie e matrice cementizia (Fig. 3F) molto tempo dopo che la portlandite è stata consumata a circa 90 d di idratazione.

— CoryKramer
fonte