Οι Ρωμαίοι άρχισαν να γίνονται συγκεκριμένοι πριν από περισσότερα από 2.000 χρόνια, αλλά δεν ήταν αρκετά όπως το σημερινό σκυρόδεμα. Είχαν μια διαφορετική φόρμουλα, η οποία είχε ως αποτέλεσμα μια ουσία που δεν ήταν τόσο ισχυρή όσο το σύγχρονο προϊόν. Ωστόσο, δομές όπως το Πάνθεον και το Κολοσσαίο έχουν επιβιώσει για αιώνες, συχνά με ελάχιστη ή καθόλου συντήρηση. Γεωλόγοι, αρχαιολόγοι και μηχανικοί μελετούν τις ιδιότητες του αρχαίου ρωμαϊκού σκυροδέματος για να λύσουν το μυστήριο της μακροζωίας του.
"Ρωμαϊκό σκυρόδεμα είναι. . . πολύ ασθενέστερη από τα σύγχρονα σκυροδέματα. Είναι περίπου δέκα φορές πιο αδύναμη », λέει ο Renato Perucchio, μηχανικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Rochester στη Νέα Υόρκη. "Αυτό που υποτίθεται ότι έχει αυτό το υλικό είναι η εκπληκτική αντίσταση με την πάροδο του χρόνου."
Αυτή η αντοχή ή ανθεκτικότητα στα στοιχεία μπορεί να οφείλεται σε ένα από τα βασικά συστατικά του σκυροδέματος: ηφαιστειακή τέφρα. Το σύγχρονο σκυρόδεμα είναι ένα μείγμα τσιμέντου με βάση ασβέστη, νερού, άμμου και λεγόμενων αδρανών όπως λεπτό χαλίκι. Η φόρμουλα για το ρωμαϊκό σκυρόδεμα ξεκινά επίσης με ασβεστόλιθο: οι οικοδόμοι έκαψαν για να παράγουν ασβέστη και έπειτα πρόσθεσαν νερό για να δημιουργήσουν μια πάστα. Στη συνέχεια αναμίχθηκαν σε ηφαιστειακή τέφρα - συνήθως τρία μέρη ηφαιστειακής τέφρας σε ένα μέρος ασβέστη, σύμφωνα με τα γραπτά του Βιτρούβιου, πρώτου αιώνα π.Χ. αρχιτέκτονα και μηχανικός. Η ηφαιστειακή τέφρα αντέδρασε με την ασβέστη για να δημιουργήσει ένα ανθεκτικό κονίαμα που συνδυάστηκε με χοντρά κομματάκια τούβλων ή ηφαιστειακών πετρωμάτων που ονομάζεται τούφ, και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε θέση για να σχηματίσουν δομές όπως τοίχους ή θόλους.
Από τις αρχές του δεύτερου αιώνα π.Χ., οι Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν ήδη αυτό το συγκεκριμένο σε μεγάλης κλίμακας κατασκευαστικά έργα, υποδηλώνοντας ότι ο πειραματισμός τους με το οικοδομικό υλικό άρχισε ακόμα νωρίτερα. Άλλες αρχαίες κοινωνίες όπως οι Έλληνες πιθανότατα χρησιμοποίησαν κονιάματα με βάση ασβέστιο (στην αρχαία Κίνα προστέθηκε κολλώδες ρύζι για αυξημένη αντοχή). Αλλά συνδυάζοντας ένα κονίαμα με ένα αδρανές σαν τούβλο για να κάνει σκυρόδεμα ήταν πιθανότατα μια ρωμαϊκή εφεύρεση, λέει ο Perucchio.
Στα πρώιμα σκυροδέματα, οι Ρωμαίοι εξόρυξαν τέφρα από μια ποικιλία αρχαίων ηφαιστειακών κοιτασμάτων. Αλλά οι οικοδόμοι πήραν επιφυλακτικότητα γύρω στο χρόνο που ο Αυγουστίνος έγινε ο πρώτος Ρωμαίος αυτοκράτορας, το 27 π.Χ. Εκείνη την εποχή ο Αύγουστος ξεκίνησε ένα εκτεταμένο πρόγραμμα σε όλη την πόλη για την επισκευή παλαιών μνημείων και την ανέγερση νέων και οι οικοδόμοι χρησιμοποίησαν αποκλειστικά ηφαιστειακή τέφρα από μια κατάθεση που ονομάζεται Pozzolane Rosse τέφρα ροή που ξέσπασε πριν από 456.000 χρόνια από το ηφαίστειο Alban Hills, 12 μίλια νοτιοανατολικά της Ρώμης.
Το Πάνθεον, ένας ναός στους θεούς, ολοκληρώθηκε το 128 μ.Χ. Ο θόλος του ναού εξακολουθεί να είναι ο μεγαλύτερος μη ενισχυμένος θόλος σκυροδέματος στον κόσμο. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool μέσω Getty Images) 
Το Κολοσσαίο, που εγκαινιάστηκε το 80 μ.Χ., καθόρισε 50.000 και φιλοξένησε παιχνίδια μονομάχων, τελετουργικά κυνήγια ζώων, παρελάσεις και εκτελέσεις. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
Ο τάφος της Caecilia Metella, κόρης ενός Ρωμαίου προξένου. Αυτό το 1841 daguerreotype είναι μία από τις παλαιότερες γνωστές φωτογραφίες της Ιταλίας. (SSPL / Getty Images) 
Ο θόλος του Tempio di Venere e Roma, ένας ναός αφιερωμένος σε δύο θεές και εγκαινιάστηκε από τον αυτοκράτορα Αδριανό το 135 μ.Χ. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) "Ο αυτοκράτορας Αύγουστος ήταν η κινητήρια δύναμη πίσω από τη συστηματικοποίηση, την τυποποίηση των κονιαμάτων με το Pozzolane Rosse", λέει η Marie Jackson, γεωλόγος και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ. Οι Ρωμαίοι οικοδόμοι πιθανότατα ευνόησαν την απόθεση τέφρας εξαιτίας της αντοχής του σκυροδέματος που κατασκευάστηκε με αυτό, προσθέτει. "Αυτό ήταν το μυστικό για τα σκυροδέματα που ήταν πολύ καλά συνδεδεμένα, συνεκτικά, γερά υλικά".
Ο Τζάκσον και οι συνεργάτες του μελετούν τη χημική σύνθεση των σκυροδεμάτων που κατασκευάζονται με το Pozzolane Rosse. Το μοναδικό μείγμα μεταλλικών στοιχείων της τέφρας φαίνεται να έχει βοηθήσει το σκυρόδεμα να αντέξει χημική αποσύνθεση και ζημιά.
Οι Ρωμαίοι ευνόησαν μια άλλη συγκεκριμένη ηφαιστειακή τέφρα όταν έκανε συγκεκριμένες λιμενικές κατασκευές που βυθίστηκαν στα αλμυρά νερά της Μεσογείου. Ο Pulvis Puteolanus εξορύσσεται από αποθέσεις κοντά στον κόλπο της Νάπολης. "Οι Ρωμαίοι έστειλαν χιλιάδες και χιλιάδες τόνους αυτής της ηφαιστειακής τέφρας γύρω από τη Μεσόγειο για να χτίσουν λιμάνια από την ακτή της Ιταλίας στο Ισραήλ στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου στην Πομπηειολέπο στην Τουρκία", λέει ο Τζάκσον.
Το θαλασσινό νερό είναι πολύ επιζήμιο για το σύγχρονο σκυρόδεμα. Αλλά στο ρωμαϊκό σκυρόδεμα, ο Pulvis Puteolanus "παίζει πραγματικά ρόλο στην άμβλυνση της επιδείνωσης όταν το νερό διυλίζεται μέσω αυτού", λέει ο Jackson. Αν και ο ακριβής μηχανισμός είναι άγνωστος, φαίνεται ότι οι χημικές αντιδράσεις μεταξύ της ασβέστης, της ηφαιστειακής τέφρας και του θαλασσινού νερού δημιούργησαν μικροσκοπικές δομές εντός του σκυροδέματος που παγιδεύουν μόρια όπως τα χλωριούχα και τα θειικά που βλάπτουν το σκυρόδεμα σήμερα.
Παρά την επιτυχία του ρωμαϊκού σκυροδέματος, η χρήση του υλικού εξαφανίστηκε μαζί με τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία. Οι δομές σκυροδέματος κατασκευάστηκαν σπάνια κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, γεγονός που υποδηλώνει ότι η ηφαιστειακή τέφρα δεν ήταν το μόνο μυστικό για την αντοχή του ρωμαϊκού σκυροδέματος, λέει ο Perucchio. "Αυτά τα πραγματικά μεγάλα έργα θα μπορούσαν να γίνουν μόνο με την κατάλληλη γραφειοκρατία, με την κατάλληλη οργάνωση που θα παρέχει η Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία".
Η Erin Wayman είναι βοηθός συντάκτης στο Smithsonian και γράφει το ιστολόγιο Hominid Hunting.
