De Romeinen begonnen meer dan 2000 jaar geleden beton te maken, maar het was niet helemaal zoals het beton van vandaag. Ze hadden een andere formule, wat resulteerde in een stof die niet zo sterk was als het moderne product. Toch hebben structuren zoals het Pantheon en het Colosseum eeuwenlang overleefd, vaak met weinig tot geen onderhoud. Geologen, archeologen en ingenieurs bestuderen de eigenschappen van oud Romeins beton om het mysterie van zijn levensduur op te lossen.
“Romeins beton is. . . aanzienlijk zwakker dan moderne beton. Het is ongeveer tien keer zwakker ”, zegt Renato Perucchio, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Rochester in New York. "Wat dit materiaal wordt verondersteld te hebben is fenomenale weerstand na verloop van tijd."
Die weerstand, of duurzaamheid tegen de elementen, kan te wijten zijn aan een van de belangrijkste ingrediënten van het beton: vulkanische as. Modern beton is een mix van cement op basis van kalk, water, zand en zogenaamde aggregaten zoals fijn grind. De formule voor Romeins beton begint ook met kalksteen: bouwers verbrandden het om ongebluste kalk te produceren en voegden vervolgens water toe om een pasta te maken. Vervolgens mengden ze zich in vulkanische as - meestal drie delen vulkanische as tot één deel kalk, volgens de geschriften van Vitruvius, een architect en ingenieur uit de eerste eeuw v.Chr. De vulkanische as reageerde met de kalkpasta om een duurzame mortel te creëren die werd gecombineerd met stukjes baksteen van vuistgrootte of vulkanische rotsen die tufsteen worden genoemd en vervolgens op zijn plaats worden gepakt om structuren zoals muren of gewelven te vormen.
Aan het begin van de tweede eeuw voor Christus gebruikten de Romeinen dit beton al in grootschalige bouwprojecten, wat suggereert dat hun experimenten met het bouwmateriaal al eerder begonnen. Andere oude samenlevingen zoals de Grieken gebruikten waarschijnlijk ook op kalk gebaseerde mortels (in het oude China werd kleefrijst toegevoegd voor meer sterkte). Maar het combineren van een mortel met een aggregaat zoals baksteen om beton te maken was waarschijnlijk een Romeinse uitvinding, zegt Perucchio.
In de eerste betonnen mijnen ontgonnen Romeinen as uit een verscheidenheid van oude vulkanische afzettingen. Maar bouwers werden kieskeurig rond de tijd dat Augustus de eerste Romeinse keizer werd, in 27 voor Christus. In die tijd begon Augustus een uitgebreid stadsprogramma om oude monumenten te repareren en nieuwe te bouwen, en bouwers gebruikten uitsluitend vulkanische as uit een storting genaamd Pozzolane Rosse, een asstroom die 456.000 jaar geleden uitbarstte uit de vulkaan Alban Hills, 12 mijl ten zuidoosten van Rome.
Het Pantheon, een tempel voor de goden, werd voltooid in 128 na Christus. De koepel van de tempel is nog steeds de grootste ongewapende betonnen koepel ter wereld. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool via Getty Images) 
Het Colosseum, ingehuldigd in 80 na Christus, bood plaats aan 50.000 mensen en organiseerde gladiatorenwedstrijden, rituele jacht op dieren, optochten en executies. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
Het graf van Caecilia Metella, dochter van een Romeinse consul. Dit daguerreotype uit 1841 is een van de vroegst bekende foto's van Italië. (SSPL / Getty Images) 
De koepel van Tempio di Venere e Roma, een tempel gewijd aan twee godinnen en ingehuldigd door keizer Hadrianus in AD 135. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) "Keizer Augustus was de drijvende kracht achter de systematisering, standaardisatie van mortelmengsels met Pozzolane Rosse", zegt Marie Jackson, een geoloog en onderzoeksingenieur aan de Universiteit van Californië in Berkeley. Romeinse bouwers gaven waarschijnlijk de voorkeur aan de asafzetting vanwege de duurzaamheid van beton dat ermee is gemaakt, voegt ze eraan toe. "Dit was het geheim van beton dat zeer goed verbonden, samenhangende, robuuste materialen waren."
Jackson en haar collega's hebben de chemische samenstelling bestudeerd van beton gemaakt met Pozzolane Rosse. De unieke mineralenmix van de as lijkt het beton te hebben geholpen om chemisch verval en schade te weerstaan.
De Romeinen gaven de voorkeur aan een andere specifieke vulkanische as bij het maken van betonnen havenstructuren die ondergedompeld waren in de zoute wateren van de Middellandse Zee. Pulvis Puteolanus werd gewonnen uit afzettingen in de buurt van de baai van Napels. "De Romeinen verscheepten duizenden en duizenden tonnen van die vulkanische as rond de Middellandse Zee om havens te bouwen van de kust van Italië naar Israël naar Alexandrië in Egypte naar Pompeiopolis in Turkije, " zegt Jackson.
Zeewater is zeer schadelijk voor modern beton. Maar in Romeins beton speelt de Pulvis Puteolanus eigenlijk een rol bij het verminderen van achteruitgang wanneer water erdoorheen sijpelt, zegt Jackson. Hoewel het exacte mechanisme onbekend is, lijkt het erop dat chemische reacties tussen de kalkpasta, vulkanische as en zeewater microscopische structuren in het beton hebben gecreëerd die moleculen zoals chloriden en sulfaten opsluiten die tegenwoordig beton beschadigen.
Ondanks het succes van Romeins beton verdween het gebruik van het materiaal samen met het Romeinse rijk. Betonconstructies werden zelden gebouwd in de middeleeuwen, wat suggereert dat vulkanische as niet het enige geheim was voor de duurzaamheid van Romeins beton, zegt Perucchio. "Deze echt grote projecten konden alleen worden gedaan met de juiste bureaucratie, met de juiste organisatie die het Romeinse rijk zou bieden."
Erin Wayman is assistent-redacteur bij Smithsonian en schrijft het Hominid Hunting-blog.
