Sement er et bindemiddel og er grunnlaget for et av våre viktigste og mest brukte byggematerialer, nemlig betong, hvor sand, stein eller andre stoffer blandes inn i sementen.

Romerne ble mestere i å bruke betong som byggemateriale, og bygde store og kompliserte byggverk mellom ca. 300 f.Kr. og 400 e.Kr. Colosseum er stort sett bygget av betong og stein, og Pantheon-tempelet i Roma fra 120 e.Kr. har fortsatt verdens største ikke-forsterkede betongkuppel.

Sement brukes også i mørtel, som blant annet brukes til å binde murstein sammen.

Flere av disse oldtidsbyggene står fortsatt, og har overlevd store påkjenninger uten å falle fra hverandre. Nå har italienske, amerikanske og kinesiske forskere prøvd å undersøke den romerske sementen, for å se hva som gjorde den så holdbar.

Aske og kalk

Forskerne prøvde å gjenskape den romerske sementen ved å undersøke mørtelen fra Trajans Marked i Roma.

Trajans Marked er et stort bygningskompleks med mange buer oppå hverandre, som sannsynligvis inneholdt både butikker og kontorer. Det ble bygget for rundt 1900 år siden, og står fortsatt støtt i dagens Roma.

Romersk sement består av knust og brent kalkstein og vulkansk aske. Når dette blandes med vann startes en kjemisk herdeprosess som tilslutt gjør bindemiddelet steinhardt. Vulkansk aske med slike egenskaper kalles gjerne pozzolana etter byen Pozzuoli i Napoli, hvor romerne hadde steinbrudd hvor vulkansk aske ble gravd fram.

Da forskerne skulle gjenskape sementen, brukte de akkurat den samme miksen av vulkansk aske som romerne hadde tatt i bruk. Pozzolanaen har mange forskjellige mineraler og metaller i seg, noe som viste seg å være svært viktig for sementens kvalitet.

Små sprekker

Etter 180 dager med tørking var den gjenskapte romerske mørtelen blitt svært hard og sterk, og mineralene i den vulkanske asken hadde spesielt gode bindingsegenskaper.  

Forskerne observerte de samme mineralene i deres gjenskapte sement, sammenlignet med den nesten 2000 år gamle sementen fra Trajans Marked.

Noen av disse mineralene hadde nesten selvreparerende egenskaper. Gjennom århundrene har Trajans Marked blitt utsatt for mange påkjenninger, for eksempel jordskjelv. Dette skaper bitte små sprekker i betongen, men sprekkene ble forhindret i å utvide seg.

På grunn av kjemiske reaksjoner med forskjellige mineraler i blandingen, vokste det krystallstrukturer inne i selve mørtelen. Utvidelsen av de bitte små sprekkene ble stoppet opp, blant annet på grunn av disse krystallene.

Romerne bygde også etter forholdene. Ingeniørene visste at jordskjelv var en jevnlig trussel, og romerne hadde mange erfaringer med at bygninger raste sammen etter store jordskjelv, skriver forskerne i studien sin. Italia ligger i et veldig aktivt geologisk område i Europa.

Buene i Trajans Marked var svært solide, og var kanskje bevisst bygget for å ta i mot kraften fra jordskjelv.  Materialene som ble brukt for å lage betongen, blant annet vulkansk stein, bidro også til å gjøre betongen ekstremt holdbar og solid.

Betongen som forsvant

Etter Vest-Romerrikets kollaps mot slutten av 400 e.Kr., forsvant nesten all bruk av betong og sement i Europa.

Oppskriften på romersk sement ble glemt, og ble ikke gjenoppdaget i vår del av verden før på 1700-tallet. Sementproduksjon slik vi kjenner det i dag begynte på midten av 1850-tallet. Nå er betong det aller mest brukte bygningsmaterialet i verden.

Forskerne lurer på om romernes teknikker og materialbruk kan brukes til å lage mer miljøvennlig betong, og om den Trajanske sementen kan sees på som en prototype for mer miljøvennlig semen

Sementproduksjon er veldig energikrevende, og står for en stor andel av menneskeskapt CO2 i atmosfæren, både utslipp fra brenningen av kalkstein, og energibruk. Rundt 5 prosent av CO2-utslippene i verden kommer fra sementproduksjon.

Selv om betongen deres var solid, lagde de ikke armert betong som vi gjør i dag, hvor for eksempel stålkabler inne i betongen gjør den enda sterkere.

Referanse:

Marie D. Jackson mfl: Mechanical resilience and cementitious processes in Imperial Roman architectural mortar. PNAS, desember 2014, doi/10.1073. Sammendrag.