Romerne begynte å lage betong for mer enn 2000 år siden, men det var ikke helt som dagens betong. De hadde en annen formel, som resulterte i et stoff som ikke var så sterkt som det moderne produktet. Likevel har strukturer som Pantheon og Colosseum overlevd i århundrer, ofte med lite eller ingen vedlikehold. Geologer, arkeologer og ingeniører studerer egenskapene til gammel romersk betong for å løse mysteriet om dens levetid.
“Romersk betong er. . . betydelig svakere enn moderne konkretiser. Det er omtrent ti ganger svakere, sier Renato Perucchio, maskiningeniør ved University of Rochester i New York. "Det som dette materialet antas å ha, er fenomenal motstand over tid."
Den motstanden, eller holdbarheten mot elementene, kan skyldes en av betongens viktigste ingredienser: vulkansk aske. Moderne betong er en blanding av kalkbasert sement, vann, sand og såkalte tilslag som fin grus. Formelen for romersk betong starter også med kalkstein: byggherrer brant den for å produsere kvikk kalk og deretter tilsatt vann for å lage en pasta. Deretter blandet de inn vulkansk aske - vanligvis tre deler vulkansk aske til en del kalk, i følge skriftene til Vitruvius, en arkitekt og ingeniør fra det første århundre f.Kr. Den vulkanske asken reagerte med kalkpastaen for å skape en holdbar mørtel som ble kombinert med biter av knyttneve i murstein eller vulkanske bergarter kalt tuff, og deretter pakket på plass for å danne strukturer som vegger eller hvelv.
Ved begynnelsen av det andre århundre f.Kr. brukte romerne allerede denne betongen i store byggeprosjekter, noe som antydet at deres eksperimentering med byggematerialet begynte enda tidligere. Andre eldgamle samfunn som grekere brukte sannsynligvis også kalkbaserte mørtler (i det gamle Kina ble klebrig ris tilsatt for økt styrke). Men å kombinere en mørtel med et aggregat som murstein for å lage betong var sannsynligvis en romersk oppfinnelse, sier Perucchio.
I de tidligste konkretene utvandret romerne aske fra en rekke eldgamle vulkanavsetninger. Men byggherrer ble kresen rundt den gang Augustus ble den første romerske keiseren, i 27 f.Kr. På den tiden initierte Augustus et omfattende byomfattende program for å reparere gamle monumenter og oppføre nye, og byggherrer brukte utelukkende vulkansk aske fra et depositum kalt Pozzolane Rosse, en askestrømmen som utbrøt for 456 000 år siden fra vulkanen Alban Hills, 20 kilometer sørøst for Roma.
Pantheon, et tempel for gudene, ble ferdigstilt i 128 e.Kr. Tempelets kuppel er fremdeles den største urensede betongkuppelen i verden. (Guido Bergmann / Bundesregierung-Pool via Getty Images) 
Colosseum, innviet i 80 e.Kr., hadde 50 000 sitteplasser og holdt gladiatorspill, rituelle dyrejakter, parader og henrettelser. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) 
Graven til Caecilia Metella, datter av en romersk konsul. Denne daguerreotypien fra 1841 er et av de tidligste kjente fotografiene av Italia. (SSPL / Getty Images) 
Kuppelen til Tempio di Venere e Roma, et tempel viet til to gudinner og innviet av keiser Hadrian i 135 e.Kr. (Tiziana Fabi / AFP / Getty Images) "Keiser Augustus var drivkraften bak systemiseringen, standardisering av mørtelblandinger med Pozzolane Rosse, " sier Marie Jackson, geolog og forskningsingeniør ved University of California i Berkeley. Romerske utbyggere favoriserte sannsynligvis askeforekomsten på grunn av holdbarheten til betong laget med det, legger hun til. "Dette var hemmeligheten bak konkretjoner som var veldig godt bundet, sammenhengende, robuste materialer."
Jackson og kollegene hennes har studert den kjemiske sammensetningen av betonger laget med Pozzolane Rosse. Askens unike blanding av mineraler ser ut til å ha hjulpet betongen tåle kjemisk forfall og skade.
Romerne favoriserte en annen spesifikk vulkansk aske da de laget betonghavnstrukturer som var nedsenket i det salte vannet i Middelhavet. Pulvis Puteolanus ble utvunnet fra forekomster nær Napoli-bukten. "Romerne sendte tusenvis og tusenvis av tonn av den vulkanske asken rundt Middelhavet for å bygge havner fra kysten av Italia til Israel til Alexandria i Egypt til Pompeiopolis i Tyrkia, " sier Jackson.
Sjøvann er veldig skadelig for moderne betong. Men i romersk betong spiller Pulvis Puteolanus "faktisk en rolle i å dempe forverring når vann perkolerer gjennom det, " sier Jackson. Selv om den eksakte mekanismen er ukjent, ser det ut til at kjemiske reaksjoner blant kalkpastaen, vulkansk aske og sjøvann skapte mikroskopiske strukturer i betongen som fanget molekyler som klorider og sulfater som skader betong i dag.
Til tross for suksessen med romersk betong, forsvant bruken av materialet sammen med Romerriket. Betongkonstruksjoner ble sjelden bygd i løpet av middelalderen, noe som tyder på at vulkansk aske ikke var den eneste hemmeligheten bak holdbarheten til romersk betong, sier Perucchio. "Disse virkelig store prosjektene kunne bare gjøres med passende byråkrati, med den rette organisasjonen som Romerriket ville gi."
Erin Wayman er assisterende redaktør hos Smithsonian og skriver bloggen Hominid Hunting.
