Oldtidens byggematerialer: En steinhard gåte

Bygninger, skulpturer og konstruksjoner fra flere tusen år siden står ennå. Fra Romerrikets betongdemninger, mayaenes murere og kineserne, som reiste verdens største byggverk og forsvarsverk for over to tusen år siden.

Noe har disse byggmesterne virkelig fått til, for deres konstruksjoner står ennå og vil fortsatt stå, mens mye mer moderne oppførelser nærmer seg utløpsdato.

Moderne betong har styrke til å bære massive skyskrapere og tung infrastruktur, men kan ikke konkurrere med utholdenheten til de eldgamle materialene. Dagens betong og sement smuldrer opp, sprekker eller slites ned etter 50–100 år.

Ris og tiss

For å finne svar, har forskere verden over studert materialer, kippet småbiter av forhistoriske bygg, studert historiske tekster og testet oppskrifter for å finne ut hvordan så sterke strukturer har blitt til.

I prosessen er det kommet fram en overraskende liste over ingredienser som er blitt blandet inn i byggematerialer: trebark, vulkansk aske, ris, ostemasse, øl og til og med urin.

Ett eller flere slike uventede elementer kan være nøkkelen til hvorfor de eldgamle byggene har fått noen ganske imponerende egenskaper, som evnen til å bli sterkere over tid og «lege» sprekker når de dannes.

Å finne ut hvordan man kan etterligne disse egenskapene, kan kanskje forbedre dagens byggematerialer.

Klima og bærekraft

Med økt bevissthet rundt klimaendringer og bærekraft, er det tydeligere krav også til byggeindustrien.

En fersk FN-rapport anslår at byggearbeid er ansvarlig for mer enn en tredel av globale CO2-utslipp. Sementproduksjon alene står for mer enn 7 prosent av disse utslippene.

– Hvis du forbedrer egenskapene til materialet ved å bruke tradisjonelle oppskrifter fra mayafolket eller oldtidens kineserne, kan du produsere materiale som kan brukes på en mye mer bærekraftig måte, sier kulturarvforsker Carlos Rodriguez-Navarro ved Universitet i Granada i Spania.

Romersk stil

Fra rundt 200 år før Kristus oppførte romerne imponerende konstruksjoner som ennå står. Til og med akveduktene i Roma fungerer og frakter ennå vann.

– I havner, hvor sjøvannet har pisket løs på betongen siden den ble oppført, vil du finne materiale som i det store og hele er slik det var da det ble støpt for 2000 år siden, sier arkeolog John Oleson ved University of Victoria i Canada.

Forskere har nemlig funnet ut den romerske betongen har den evnen til å fikse seg selv. Når sjøvannet siver inn i sprekker, reagerer det med kalk og vulkansk aske, danner et nytt stoff og tetter betongen.

Moderne betong er derimot basert på portlandsement og laget for å ikke reagere på sjøvann. Enhver endring i betongens struktur, betyr en form for skade.

To muligheter

Sivil- og miljøingeniør Admir Masic ved Massachusetts Institute of Technology tror evnen til å vedlikeholde seg selv kommer fra biter av kalkstein i den romerske betongen. Tidligere trodde forskerne disse klumpene var et tegn på at romerne ikke blandet materialene sine godt nok.

Men Masic har undersøkt betongprøver fra Privernum utenfor Roma og mener kalksteinsbitene setter i gang selvhelingen.

Geolog Marie Jackson ved University of Utah tror derimot nøkkelen ligger i det vulkanske materialet i betongen. Vulkanske steiner etter utbrudd ble blandet i sementen, og Jackson mener det er dette materialet som naturlig og over tid har reagert med omgivelsene og forseglet sprekker og hull.

– Betongen var så veldesignet at den vedlikeholder seg selv, sier hun.

Hardt som havskjell

I Copán i Honduras står ennå mayaenes intrikate kalksteinsskulpturer og templer intakte. Selv 1000 år med varmt, fuktig miljø har ikke ødelagt dem.

Hemmeligheten bak disse strukturenes levetid kan ligge i trærne som vokser rundt, viser en studie.

Etter tips fra lokale murere med røtter tilbake til mayaene, testet forskerne ekstrakt fra lokale trær i sementblandinger. De fant at gipsen da ble spesielt motstandsdyktig mot fysisk og kjemisk skade – på linje med solide naturlige strukturer som skjell og kråkebolleskall.

Kunnskap eller flaks

Så visste oldtidens byggherrer hva de gjorde? Eller tok de bare det de hadde for hånden? Materialforsker Cecilia Pesce ved University of Sheffield i England tror det var mye flaks.

– De ville kaste omtrent hva som helst i miksene sine, så lenge det var billig og tilgjengelig – og det som ikke fungerte har for lengst kollapset, sier hun.

Men noen materialer ser ut til å være tilsatt med hensikt:

Ifølge indiske forskere ble lokale urter i fuktige områder i India benyttet for å gjøre bygg motstandsdyktige mot fukt. Langs kysten tilsatte de uraffinert sukker, som kan beskytte mot saltskader. Og i områder med jordskjelvrisiko brukte de superlett, seiglivet murstein laget med risskall.

Mørtelen som holder sammen Den kinesiske mur og Den forbudte by i Kina, inneholder spor av stivelse fra klebrig ris, viser undersøkelser.

Hundre år til

Forskerne understreker at det ikke er snakk om å kopiere byggematerialene til romerne og mayaene.

– Du kunne ikke bygd en moderne skyskraper med romersk betong. Den ville kollapset før du hadde kommet til tredje etasje, sier Oleson.

I stedet prøver forskerne å lære nye triks av de gamle materialene og bruke dem. Masic er med i prosjekter som prøver å bygge ved hjelp av romerskinspirert, «selvhelbredende» betong. Jackson jobber for å designe betongkonstruksjoner som tåler sjøvann bedre.

– Vi trenger ikke å få ting til å vare like lenge som romerne gjorde for å utgjøre en forskjell, sier Masic.

– Hvis vi legger 50 eller 100 år til betongens levetid, vil vi ikke rive like mye, det blir mindre vedlikehold og mindre materialbruk i det lange løp.