Het graf van de adellijke dame onthult nieuwe geheimen van oud beton in het oude Rome

Onder de vele beroemde toeristische trekpleisters in Rome bevindt zich een indrukwekkend 2000 jaar oud mausoleum langs de Via Appia, bekend als de Het graf van Cecilia Metella, adel leefde in de eerste eeuw na Christus. Lord Byron was een van degenen die zich verwonderden over de tempel, en hij verwees er zelfs naar in zijn epische gedicht Bedevaart voor kind Harold (1812-1818). Wetenschappers hebben nu monsters geanalyseerd van oud beton dat is gebruikt om de tombe te bouwen, en beschrijven hun bevindingen in a een paper gepubliceerd in oktober in het Journal of the American Ceramic Society.

“De bouw van dit innovatieve en zeer krachtige monument en oriëntatiepunt aan de Via Appia Antica geeft aan dat [Caecilia Metella] Hij werd zeer gerespecteerd”, Co-auteur Mary Jackson zei:, geofysicus in Universiteit van Utah. “De betonstructuur na 2050 jaar weerspiegelt een sterke en veerkrachtige aanwezigheid.”

zoals vandaag Portlandcement (essentieel onderdeel van modern beton), oud Romeins beton Het was eigenlijk een mengsel van halfvloeibare slurry en aggregaat. Portlandcement wordt meestal gemaakt door kalksteen en klei (evenals zandsteen, as, krijt en ijzer) in een oven te verhitten. De resulterende klinker wordt vervolgens vermalen tot een fijn poeder, waarbij slechts een vleugje gips wordt toegevoegd – hoe hoger hoe beter om een ​​glad, vlak oppervlak te krijgen. Maar het aggregaat dat werd gebruikt om Romeins beton te maken, waren vuistgrote stukken steen of baksteen

in zijn proefschrift architectuur (ongeveer 30 na Christus), Romeins architect en ingenieur Vitruvius Hij schreef over hoe je betonnen muren kon bouwen voor funeraire structuren die lang mee konden gaan zonder in puin te vallen. Hij adviseerde dat de muren minstens 60 cm dik waren, ofwel gemaakt van “vierkante rode steen of van in lagen gelegde baksteen of lava”. Aggregaten van bakstenen of stollingsgesteenten moeten worden gebonden met een suspensie bestaande uit gebluste kalk en poreuze fragmenten van glas en kristallen van vulkaanuitbarstingen (bekend als vulkanische tefra).

Jackson had jarenlang de ongewone eigenschappen van oud Romeins beton bestudeerd. Zo heeft zij en vele collega’s hebben geanalyseerd De mortel die wordt gebruikt in het beton waaruit het is samengesteld Markten van Trajanus, gebouwd tussen 100 en 110 na Christus (waarschijnlijk het oudste winkelcentrum ter wereld). Ze waren vooral geïnteresseerd in de “lijm” die wordt gebruikt in de bindingsfase van het materiaal: calcium-aluminiumsilicaathydraat (CASH), versterkt met kristallen van Stratlingette. Ze ontdekten dat de strattgate-kristallen de vorming en verspreiding van microscheuren in de slurry verhinderden, wat kan leiden tot grotere breuken in de structuren.

In 2017 was Jackson co-auteur van papier Analyse van de concrete vorm van de ruïnes van zeeweringen langs de Middellandse Zeekust van Italië, die al tweeduizend jaar bestand zijn tegen het barre mariene milieu. De constante golven van zout water die tegen de muren beuken, zouden lang geleden moderne betonnen muren in ruïnes veranderen, maar de Romeinse zeewering lijkt in feite sterker te zijn geworden.

Jackson en haar collega’s ontdekten dat het geheim van de lange levensduur een speciaal recept was, met een mengsel van zeldzame kristallen en een poreus metaal. In het bijzonder veroorzaakte blootstelling aan zeewater chemische reacties in het beton, waardoor kristallen van aluminiumtobermoriet uit phillipsiet werden gevormd, een veel voorkomend mineraal dat wordt aangetroffen in vulkanische as. De kristallen zijn vastgemaakt aan het gesteente, wat opnieuw de vorming en verspreiding van scheuren voorkomt die de structuren zouden hebben verzwakt.

Daarom was Jackson van nature gefascineerd door de Caecilia Metella, die algemeen wordt beschouwd als een van de best bewaarde monumenten op de Via Appia. Jackson bezocht de begraafplaats in juni 2006, toen ze kleine monsters mortel nam voor analyse. Hoewel de dag van haar bezoek erg warm was, herinnert ze zich dat zodra ze de gang van het heiligdom binnenkwam, de lucht extreem koud en vochtig was. “Het was erg rustig, behalve het gefladder van de duif in het open midden van de cirkelvormige structuur,” Jackson zei:.

Er is bijna niets bekend van Lady Caecilia Metella, de edelvrouw wiens stoffelijke resten in het graf werden begraven, behalve dat ze de dochter was van een Romeinse consul, Quintus Caecilius Metellus Creticus. getrouwd Marcus Licinius Crassus, vader van (met dezelfde naam) maakte deel uit van eerste trio, met Julius Caesar En Pompei de Grote. Het was waarschijnlijk haar zoon – ook genoemd Marcus Licinius Crassus, Waarom is het voor historici gemakkelijk om de familielijn te traceren? – die opdracht gaf tot de bouw van het heiligdom, dat waarschijnlijk tussen 30 en 10 v. Chr. werd gebouwd.

De marmeren sarcofaag in Palazzo Farnese zou afkomstig zijn van het graf van Caecilia Metella, maar het kan zijn dat het niet de edelen zijn geweest, aangezien hij dateert van tussen 180 en 190 na Christus. Bovendien was crematie een van de meest voorkomende begrafenistradities ten tijde van de dood van de dame, en daarom geloven historici dat het Silla-graf ooit een begrafenisurn heeft gehad, in plaats van een soort stenen sarcofaag.

De structuur van het graf zelf is van het grootste belang voor geleerden zoals Jackson en haar collega’s. Het heiligdom bevindt zich op de top van een heuvel. Er is een cilindrische rotonde bovenop een vierkant platform, met aan de achterkant een kasteel dat ergens in de 14e eeuw werd gebouwd. De buitenkant draagt ​​een plaquette met de inscriptie: “To Caecilia Metella, Daughter of Quintus Creticus” [and wife] Crassus”.

De fundering is er gedeeltelijk op gebouwd tufsteen (vulkanische as die onder druk werd samengeperst) en lavastenen uit de oude stroom die ooit het gebied ongeveer 260.000 jaar geleden bedekte. Zowel het platform als de rotonde bestaan ​​uit meerdere lagen dik beton, omgeven door kalksteenblokken als raamwerk, terwijl de betonlagen zich vormen en stollen. De muren van de toren zijn 24 voet dik. Oorspronkelijk zou er een kegelvormige aarden heuvel op zijn geweest, maar deze werd later vervangen door middeleeuwse wallen.

Om de microstructuur van de mortel van dichterbij te bekijken, werkte Jackson samen met MIT-collega’s Linda Seymour en Admir Masek, evenals Nobumichi Tamura van Lawrence Berkeley Lab. Tamura analyseerde monsters in geavanceerde lichtbron, wat hen hielp de vele verschillende mineralen in de monsters te identificeren en te sturen. De ALS-straallijn produceert krachtige röntgenstralen van micronformaat, die de volledige dikte van monsters kunnen doordringen tot in Tamura. Het team heeft de monsters ook in beeld gebracht met een scanning-elektronenmicroscoop.

Ze ontdekten dat de grafmortel vergelijkbaar is met de mortel die in de muren van het graf wordt gebruikt Markten van Trajanus: Vulkanische tephra van Pozzolane Rosse lava stroom, bindt grote stukken baksteen en lava aan elkaar. De tefra die in de grafslurry wordt gebruikt, bevat echter veel kaliumrijk leuciet. Door de eeuwen heen sijpelde regen- en grondwater door de grafmuren, waardoor het leuciet oploste en kalium vrijkwam. Dit zou een ramp zijn in modern beton, resulterend in microscheuren en ernstige structurele verslechtering.

Dit is duidelijk niet gebeurd met het graf. maar waarom? Jackson en anderen. Hij stelde vast dat het kalium in de mortel op zijn beurt oploste en de CASH-bindende fase effectief reconstitueerde. Sommige delen bleven zelfs na meer dan 2000 jaar intact, terwijl andere er zachter uitzagen en enige tekenen van splitsing vertoonden. In feite lijkt de structuur enigszins op die van nanokristallen.

“Het blijkt dat de tussenlagen in het oude Romeinse beton van de necropolis van Caecilia Metella voortdurend evolueren door middel van reconstructie op lange termijn,” Mask zei. “Deze reconstructies versterken de grensvlakken en zullen waarschijnlijk bijdragen aan verbeterde mechanische prestaties en weerstand tegen falen van oudere materialen.”

Hoe meer wetenschappers te weten kwamen over de exacte samenstelling van de mineralen en verbindingen die in Romeins beton worden gebruikt, hoe dichter ze zouden komen bij het kunnen reproduceren van deze eigenschappen in beton vandaag de dag, zoals het vinden van een geschikte vervanging (zoals steenkoolvliegas) voor de extreem zeldzame stollingsgesteenten die de Romeinen gebruikten. Dit kan de energie-emissie van betonproductie tot 85 procent verminderen en de levensduur van moderne betonconstructies aanzienlijk verbeteren.

“Een focus op het ontwerpen van modern beton met continu versterkte tussenlagen kan ons een andere strategie bieden om de duurzaamheid van moderne bouwmaterialen te verbeteren”, Mask zei. “Dit doen door de in de tijd bewezen ‘Romeinse wijsheid’ te integreren, biedt een duurzame strategie die de continuïteit van onze moderne oplossingen met orden van grootte zal verbeteren.”

DOI: Tijdschrift van de American Ceramic Society, 2021. 10.1111 / Jess .18133 (Over DOI’s).