Depuis des générations, une question intrigue les historiens et les archéologues du monde entier : comment les anciens Romains ont-ils construit des structures en ciment si solides qu’elles sont encore debout et fonctionnent aujourd’hui ?
L’étude comprenait des scientifiques de l’Université de Harvard, du DMAT en Italie et de l’Instituto Meccanica dei Materiali en Suisse.
On croyait auparavant que les clastes de chaux – qui sont des morceaux de calcaire – étaient un sous-produit de mauvaises techniques de mélange de ciment, alors qu’en réalité, ils aident à maintenir le ciment ensemble de manière intéressante.
Le professeur du MIT et auteur de l’étude, Admir Masic, a déclaré que la technique l’avait toujours intéressé.
« Depuis que j’ai commencé à travailler avec le béton romain antique, j’ai toujours été fasciné par ces caractéristiques », a déclaré Masic.
« Ceux-ci ne se trouvent pas dans les formulations de béton modernes, alors pourquoi sont-ils présents dans ces matériaux anciens? »
L’étude suggère que les anciens Romains utilisaient la chaux sous sa forme réactive, un matériau connu sous le nom de chaux vive, et la mélangeaient avec du calcaire pour créer une réaction chimique qui peut auto-réparer le ciment, un processus appelé « mélange à chaud ».
Les anciennes structures romaines comme le Parthénon de Rome et les aqueducs contiennent d’énormes quantités de ciment non armé.
Les structures, construites dès 128 après JC, sont toujours debout et fonctionnent même dans leurs formes d’origine.
L’étude suggère que leur durabilité provient du processus de mélange à chaud.
On ne sait toujours pas si les anciens constructeurs romains savaient qu’ils créaient ce lien, ou si c’était simplement un coup de chance.
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La chaux vive est composée principalement de carbonate de calcium.
Les anciens constructeurs romains mélangeaient la chaux vive avec son frère moins réactif, les clastes de chaux ardoise, pour créer un matériau auto-cicatrisant.
Lorsque le matériau nouvellement collé est formé, les clastes de chaux développent de minuscules nanoparticules de calcium cassantes à leur surface.
Les nanoparticules de calcium sont très réactives, donc lorsque de minuscules fissures se forment dans le ciment et que l’eau commence à s’infiltrer, le calcium et l’eau provoquent une réaction chimique, qui recristallise le ciment sous forme de carbonate de calcium, remplissant les fissures au fur et à mesure qu’il se construit sur lui-même. .
Cette réaction chimique se produit instantanément et simultanément, ce qui signifie que les fissures dans le ciment peuvent se « réparer » avant de se propager.
L’équipe de recherche a prouvé que c’était ainsi que les Romains construisaient de solides structures en ciment en imitant l’ancienne technique de mélange du ciment.
L’équipe de recherche a mélangé deux blocs de ciment, l’un avec le mélange de chaux vive et l’autre sans.
Dans les deux semaines suivant le versement d’eau dans la réplique de ciment avec la chaux vive, les fissures ont été complètement « guéries ».
Les fissures dans le bloc de ciment identique sans la chaux vive n’ont jamais cicatrisé et les fissures ont continué à se propager.
L’avenir du bâtiment
Le succès de leurs tests a conduit l’équipe à envisager de commercialiser le potentiel d’auto-guérison du ciment.
« C’est excitant de penser à la façon dont ces formulations de béton plus durables pourraient non seulement prolonger la durée de vie de ces matériaux, mais aussi comment elles pourraient améliorer la durabilité des formulations de béton imprimées en 3D », a déclaré Masic.
Masic espère que cette nouvelle technique de mélange de ciment pourra aider à minimiser les impacts environnementaux de la création moderne de ciment, qui contribue à 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.