Romerne begyndte at fremstille beton for mere end 2.000 år siden, men det var ikke helt som nutidens beton. De havde en anden formel, hvilket resulterede i et stof, der ikke var så stærk som det moderne produkt. Alligevel har strukturer som Pantheon og Colosseum overlevet i århundreder, ofte med lidt til ingen vedligeholdelse. Geologer, arkæologer og ingeniører studerer egenskaberne ved gammel romersk beton for at løse mysteriet om dens levetid.
”Romersk beton er. . . væsentligt svagere end moderne beton. Det er cirka ti gange svagere, ”siger Renato Perucchio, en maskiningeniør ved University of Rochester i New York. "Det antages, at dette materiale har, er fænomenal modstand over tid."
Denne modstand eller holdbarhed over for elementerne kan skyldes en af betonens centrale ingredienser: vulkansk aske. Moderne beton er en blanding af kalkbaseret cement, vand, sand og såkaldte aggregater såsom fin grus. Formlen for romersk beton starter også med kalksten: bygherrer brændte den for at producere quickkalk og tilsatte derefter vand for at skabe en pasta. Derefter blandede de sig i vulkansk aske - normalt tre dele vulkansk aske til en del kalk, ifølge Vitruvius 'skrifter, en arkitekt og ingeniør fra det første århundrede f.Kr. Den vulkanske aske reagerede med kalkpastaen for at skabe en holdbar mørtel, der blev kombineret med knust af størrelse med knytnæve af mursten eller vulkanske klipper kaldet tuff og derefter pakket på plads for at danne strukturer som vægge eller hvælvinger.
I begyndelsen af det andet århundrede f.Kr. brugte romerne allerede denne beton i store byggeprojekter, hvilket antydede, at deres eksperimentering med byggematerialet begyndte endnu tidligere. Andre gamle samfund som grækere brugte sandsynligvis også kalkbaserede mørtler (i det gamle Kina blev klistret ris tilsat for øget styrke). Men at kombinere en morter med en samlet lignende mursten for at fremstille beton var sandsynligvis en romersk opfindelse, siger Perucchio.
I de tidligste betonarter udvindede romerne aske fra en række gamle vulkanske aflejringer. Men bygherrer blev kræsne omkring det tidspunkt, hvor Augustus blev den første romerske kejser, i 27 f.Kr. På det tidspunkt indledte Augustus et omfattende bymæssigt program for at reparere gamle monumenter og opføre nye, og bygherrer brugte udelukkende vulkansk aske fra et depositum kaldet Pozzolane Rosse, en askestrøm, der brød ud for 456.000 år siden fra vulkanen Alban Hills, 20 km sydøst for Rom.
Pantheon, et tempel for guderne, blev afsluttet i 128 e.Kr. Templets kuppel er stadig den største uforstærkede betonkuppel i verden. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool via Getty Images) 
Colosseum, der blev indviet i 80 e.Kr., sad med 50.000 pladser og var vært for gladiatorspil, ritualdyrjagt, parader og henrettelser. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
Graven til Caecilia Metella, datter af en romersk konsul. Denne daguerreotype fra 1841 er en af de tidligste kendte fotografier af Italien. (SSPL / Getty Images) 
Tempio di Venere e Roma kuppel, et tempel dedikeret til to gudinder og indviet af kejser Hadrian i 135 e.Kr. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) ”Kejser Augustus var drivkraften bag systemiseringen, standardisering af mørtelblandinger med Pozzolane Rosse, ” siger Marie Jackson, en geolog og forskningsingeniør ved University of California i Berkeley. Romerske bygherrer foretrak sandsynligvis askeaflejringen på grund af holdbarheden af beton fremstillet med det, tilføjer hun. ”Dette var hemmeligheden bag beton, der var meget godt bundet, sammenhængende, robuste materialer.”
Jackson og hendes kolleger har undersøgt den kemiske sammensætning af beton fremstillet med Pozzolane Rosse. Askens unikke blanding af mineraler ser ud til at have hjulpet betonen med at modstå kemisk forfald og skader.
Romerne foretrak en anden specifik vulkansk as, når de lavede konkrete havnestrukturer, der var nedsænket i Middelhavets salte farvande. Pulvis Puteolanus blev udvindet fra aflejringer nær Napoli-bugten. ”Romerne sendte tusinder og tusinder af tons af den vulkaniske aske omkring Middelhavet for at bygge havne fra kysten af Italien til Israel til Alexandria i Egypten til Pompeiopolis i Tyrkiet, ” siger Jackson.
Havvand er meget ødelæggende for moderne beton. Men i romersk beton spiller Pulvis Puteolanus "faktisk en rolle i at mindske forringelsen, når vand perkolererer gennem det, " siger Jackson. Selvom den nøjagtige mekanisme er ukendt, ser det ud til, at kemiske reaktioner blandt kalkpastaen, vulkansk aske og havvand skabte mikroskopiske strukturer i betonen, der fanges molekyler som klorider og sulfater, der skader beton i dag.
Trods succes med romersk beton forsvandt brugen af materialet sammen med Romerriget. Betonstrukturer blev sjældent bygget i middelalderen, hvilket antyder, at vulkansk aske ikke var den eneste hemmelighed for holdbarheden af romersk beton, siger Perucchio. ”Disse virkelig store projekter kunne kun udføres med det rette bureaukrati med den rette organisation, som det romerske imperium ville give.”
Erin Wayman er assisterende redaktør hos Smithsonian og skriver bloggen Hominid Hunting.
