Un frammento di calcestruzzo prelevato dal collettore di scarico sotto i sedili di una latrina comune di Villa Adriana, a Tivoli, ha conservato per quasi 1.900 anni una storia chimica ancora in movimento. Dentro il materiale, la calcite ha riempito pori e minuscole fratture, rendendo la struttura più compatta e contribuendo alla sua durata.
La scoperta arriva da uno studio pubblicato su Science Advances da un gruppo internazionale coordinato da Xiaohong Zhu e Paulo J. M. Monteiro, ingegnere civile dell’Università della California a Berkeley. Adriano aveva fatto costruire nella sua residenza imperiale terme, giardini, padiglioni e sale monumentali. A consegnare uno dei dettagli più utili sull’ingegneria romana è stato il bagno.
La calcite si è fatta strada dentro pori e fratture
Il campione proveniva dalle strutture occidentali del Canopo, il grande complesso ispirato alla città egizia inserito nella villa del II secolo. I ricercatori lo hanno osservato con tomografie tridimensionali a raggi X, microscopi elettronici e analisi spettroscopiche, passando dai frammenti visibili a occhio nudo fino alle strutture misurabili in nanometri.
Il calcestruzzo era stato preparato mescolando frammenti di lava vulcanica, materiale pozzolanico, calce e una quantità d’acqua piuttosto contenuta, con un rapporto tra acqua e legante compreso all’incirca tra 0,4 e 0,45. La miscela originaria, però, racconta soltanto una parte della sua longevità. Il resto è avvenuto dopo, molto dopo.
Nel materiale erano rimaste particelle di ossido di calcio che, entrando in contatto con l’umidità e con l’anidride carbonica dell’aria, hanno prodotto carbonato di calcio, soprattutto sotto forma di calcite. I cristalli sono cresciuti lungo le pareti dei pori e dentro le fratture. Alcuni hanno assunto una struttura fibrosa e radiale, simile a piccole barbe minerali, restringendo progressivamente gli spazi vuoti.
Questo processo, chiamato carbonatazione, ha reso il calcestruzzo più denso, ha limitato le vie attraverso cui l’acqua poteva penetrare e ha contribuito a richiudere le crepe più sottili. Gli autori parlano infatti di una potenziale capacità di autoriparazione: il campione mostra i minerali depositati nelle fratture, senza trasformare una latrina romana in un materiale indistruttibile per decreto archeologico.
La cenere vulcanica rimane una parte decisiva della ricetta
La nuova ricerca amplia la spiegazione tradizionale della durata del calcestruzzo romano. Da tempo gli studiosi conoscono l’importanza della reazione pozzolanica: la cenere vulcanica reagisce con la calce e l’acqua formando composti cementizi capaci di legare la miscela.
Anche nel campione di Villa Adriana sono state trovate piccole quantità di idrati di calcio, alluminio e silicio attorno ai frammenti vulcanici. Questi composti rafforzavano le zone di contatto tra la malta e le pietre, uno dei punti dove nei calcestruzzi possono svilupparsi debolezze.
La calcite, però, occupava una parte molto più ampia del materiale ed era presente nei pori e nelle fratture. Secondo gli autori, la carbonatazione protratta per secoli ha quindi lavorato insieme alle reazioni pozzolaniche: la prima ha riempito gli spazi rimasti aperti, le seconde hanno consolidato i legami attorno agli aggregati.
Il risultato si collega a un precedente studio del MIT pubblicato nel 2023. In quel caso i ricercatori avevano analizzato i grumi bianchi di calce presenti nel calcestruzzo romano, a lungo considerati il risultato di una miscelazione poco accurata. Gli esperimenti mostrarono che potevano funzionare come riserve di calcio: quando l’acqua entrava in una crepa, il materiale si scioglieva parzialmente e ricristallizzava nella fessura.
Il lavoro su Villa Adriana osserva il risultato di processi analoghi dentro un campione rimasto esposto al tempo per quasi due millenni. La malta romana, insomma, smetteva di essere fresca; la sua chimica continuava a lavorare.
I ponti moderni hanno un problema in più: l’acciaio
Copiare la miscela romana tale e quale servirebbe a poco. Gran parte delle infrastrutture contemporanee utilizza calcestruzzo armato, quindi contiene barre di acciaio. L’ambiente inizialmente molto alcalino del cemento protegge il metallo dalla corrosione; una carbonatazione profonda può abbassare il pH e favorire la ruggine. L’acciaio corroso aumenta di volume, esercita pressione sul materiale circostante e può provocare nuove crepe.
Le indicazioni dello studio potrebbero essere più utili per materiali privi di armature metalliche, grandi strutture in calcestruzzo massivo, interventi di conservazione o nuove miscele progettate per sfruttare una carbonatazione controllata. Gli autori guardano anche a cementi con meno clinker, la componente la cui produzione richiede temperature elevate e genera una parte consistente delle emissioni del settore.
I tempi restano il limite più ingombrante. Nel campione romano la mineralizzazione è proceduta lentamente, mentre l’anidride carbonica penetrava nel materiale per diffusione. Parliamo di secoli, perfino millenni: un ritmo inadatto a trasformare il fenomeno in una soluzione rapida per assorbire le emissioni dell’edilizia moderna.
Lo studio riguarda inoltre un campione proveniente da una sola struttura. Le tecniche romane cambiavano a seconda delle epoche, dei luoghi, delle materie prime e della funzione degli edifici. La latrina di Villa Adriana documenta con una precisione insolita un meccanismo di lunga durata; non fornisce la ricetta universale usata in ogni angolo dell’Impero.
Da quel collettore di scarico arriva comunque un’indicazione concreta: la chimica del calcestruzzo romano proseguiva molto dopo la posa. Aria, umidità e minerali hanno continuato il lavoro. Soprattutto il tempo, ingrediente di cui i cantieri moderni dispongono con una certa parsimonia.
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Ilaria Rosella Pagliaro
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