Amerikanske forskere ser på gamle romerske konstruksjoner. Vulkanske bergarter ble mineralisert i kontakt med sjøvann og ga en selvtettende og varig betong. Men metodene kan ikke uten videre overføres til dagens sementproduksjon.

Romerne viste mange eksempler på ingeniørkunst, som Pantheon og Trajans marked, der mineraliseringen har gitt styrke til betongen. Men disse står tørt – et større mysterium er hvordan strukturer i sjøen har kunne overleve den konstante påvirkningen av bølgeslag.

Selvreparerende egenskaper

Forskere ved Universitetet i Utah, under ledelse av Marie Jackson, professor i geologi og geofysikk har undersøkt den bestandige betongen ved hjelp av kraftige røntgenstråler som kan analysere størrelser ned til 1 m (0,001 millimeter). Noen av disse mineralene hadde nesten selvreparerende egenskaper.

Romerne brukte vulkansk aske, brent kalk (CaO) og sjøvann til å lage mørtel, for så å tilsette vulkansk stein. Mørtelblandingen førte til en pozzolanisk effekt, hvor det dannes et mineral, aluminøs tobermoritt. Forskerne fant ut at når tidevannet etter hvert svekker betongen, vil mineralet fylle hull og sprekker som oppstår.

«Betong er verdens mest bruke byggemateriale, bare i Norge går det med 17,6 millioner tonn i året.»

- Jan Eldegard Hjelle

Fenomenet ble beskrevet så tidlig som av Plinus den eldre i Naturalis Historia i år 79 e.kr. Han noterte at betongstrukturer i gamle havner ble til en massiv steinformasjon, ugjennomtrengelig for bølgene, og sterkere for hver dag, til tross for at salt sjøvann konstant hamret mot den.

Den eksakte oppskriften på romersk sement har gått tapt, men forskerteamet jobber sammen med geologer for å finne en erstatning. De bruker sjøvann fra San Francisco Bay og vulkansk stein fra vestre deler av USA.

Store volum

I dag er sementproduksjon svært energikrevende og en stor bidragsyter til utslipp av karbondioksid og global oppvarming. Hvis forskerne lykkes, kan entreprenører bygge bølgevern som holder i hundrevis av år – noe som også er bra for miljøet. Det er imidlertid et par betenkninger. Romerne lagde ikke armert betong. Og mye av CO2-utslippet er knyttet til transport.

– Betong er verdens mest bruke byggemateriale, og nesten alle konstruksjoner krever betong. Bare i Norge går det med 17,6 millioner tonn betong i året, det sier seg selv at dette må produseres lokalt, sier Jan Eldegard Hjelle, leder i FABEKO – Norsk Fabrikkbetongforening.

De siste 30 årene har betong i Norge og mange andre deler av verden blitt tilsatt pozzolane materialer som det henvises til i artikkelen, nettopp for å sikre lang levetid for betong, samt for å redusere karbonfotavtrykket. ”Moderne” pozzolaner er vanligvis ikke fra vulkanske kilder, men avfallsstoffer fra industriell virksomhet med de samme egenskapene. Det kan være flyveaske fra kullfyrte kraftverk, slagg fra råjernsproduksjon eller silikastøv fra silisiumproduksjon.

«Det er neppe optimal utnyttelse av forskningsmidler å kun lete etter svaret på hvordan vi kan bygge bærekraftige betongkonstruksjoner ved å gå tilbake til den byggeteknikken og de materialene man brukte for 2000 år siden.»

- Gunrid Kjellmark

– Det forskes på alternativer til kalkstein som bindemiddel i sementen. Uansett hva man kommer opp med må man sørge for at det ikke skal transporteres over lange strekninger, sier Hjelle.

– Selv om det kan være spennende og lærerikt å kartlegge hvordan den romerske betongen var laget og hva som gjorde den så godt egnet til de konstruksjonene den ble brukt til, er det neppe er optimal utnyttelse av forskningsmidler å kun lete etter svaret på hvordan vi kan bygge bærekraftige betongkonstruksjoner ved å gå tilbake til den byggeteknikken og de materialene man brukte for 2000 år siden, sier forskningsleder Gunrid Kjellmark ved SINTEF Byggforsk.

I norsk klima må betong tåle både frost og høye temperaturer. Videre er armering av betongen i dag en forutsetning for å bygge materialeffektive bygg og anlegg som møter samfunnets krav til bærekraft, og den største utfordringen med moderne betong er å beskytte armeringsstålet mot korrosjon som følger av kloridinntregning (fra f.eks. sjøvann) eller karbonatisering.

Moderne betong tåler sjøvann, smuldrer ikke bort og har den samme effekten med at mindre riss og sprekker gradvis tettes igjen av betongen selv. I tillegg har den langt høyere styrke og ikke minst tidligfasthet, samt en rekke nye egenskaper som åpner opp for mange bruksområder der det hadde vært utenkelig å bruke den gamle romerske betongen, sier Kjellmark.

Romerne brukte ikke armering

Kjellmark peker på at betongbransjen i Norge, Europa og andre deler av verden har et stort fokus på å utvikle betong til å bli et enda mer bærekraftig materiale ved å ta i bruk nye materialer og utførelsesmetoder. Forskningsmiljøene ved SINTEF og NTNU samarbeider med bransjen om flere spennende forskningsprosjekter, hvor målene er mer bærekraftige bygg og konstruksjoner.

– Forskningen retter seg blant annet mot å bedre styrke- og bestandighetsegenskapene, utvikle nye bindemidler (sementer) som inneholder mindre andel Portlandsement, nye typer armering eller finne nye materialkombinasjoner. Dette kan f.eks. være betong i kombinasjon med tre eller aluminium, hvor de beste egenskapene fra hvert materiale utnyttes optimalt, sier hun.

– Det er også en økt interesse for utvikling av ultrahøyfast betong (UHPC) med trykkfasthet på mer enn 150 MPa og ekstremt god bestandighet. Ved å bruke slike ultrahøyfaste betongkvaliteter som kan produseres kommersielt ved etablerte betongprodusenter, kan man bygge langt slankere konstruksjoner med meget lang levetid, forteller Kjellmark.