Mélange du béton romain (Opus Caementicium) — Ciment hydraulique à base de cendres volcaniques

Placez la chaux vive (oxyde de calcium) dans un auge en pierre ou en bois et ajoutez progressivement de l'eau tout en remuant avec une longue binette en fer. La réaction exothermique produit des températures dépassant 150 °C ; ajoutez donc l'eau lentement et tenez-vous à distance de la vapeur. Continuez à ajouter de l'eau et à remuer jusqu'à ce que la chaux vive soit entièrement hydratée en une pâte lisse et épaisse d'hydroxyde de calcium (chaux éteinte). Vitruve recommandait de faire mûrir cette pâte de chaux pendant au moins trois mois avant utilisation, car un mûrissement plus long produit des particules plus fines et un mortier plus maniable. Conservez la chaux éteinte immergée sous une fine couche d'eau afin d'empêcher sa carbonatation à l'air libre.

Mesurez trois volumes de cendre volcanique (pouzzolane) pour un volume de chaux éteinte en pâte, en suivant le rapport prescrit par Vitruve. La pouzzolane provenant de la région de Puteoli (l'actuelle Pozzuoli, près de Naples) était considérée comme la qualité la plus fine, mais toute cendre volcanique riche en silice et en alumine réactives convient. Combinez la pouzzolane et la chaux dans l'auge de mélange et travaillez-les soigneusement ensemble à la houe jusqu'à obtenir une couleur uniforme — une pâte gris-brun sans traînées blanches de chaux non mélangée. Ajoutez l'eau avec parcimonie pour obtenir un mortier de consistance ferme mais maniable, semblable au béton moderne qui conserve sa forme lorsqu'on le prélève à la pelle.

Ajoutez environ trois volumes de granulats de pierre concassée (caementa) au mélange de mortier. Les bâtisseurs romains utilisaient la pierre locale disponible : tuf, travertin, brique concassée, ou ponce pour les voûtes plus légères. Les morceaux de granulats doivent mesurer de 2 à 8 cm de diamètre. Incorporez les granulats au mortier à l'aide de la houe, en veillant à ce que chaque pierre soit enrobée. Ne mélangez pas excessivement ; le but est un enrobage complet, et non une bouillie. La masse obtenue doit être suffisamment ferme pour que les pierres de granulats ne coulent pas au fond lorsqu'elles sont placées dans le coffrage.

Érigez un coffrage en bois à l'emplacement souhaité et huilez les surfaces intérieures avec de l'huile d'olive ou de la graisse animale pour éviter l'adhérence. Pelletez le mélange de béton dans le coffrage en couches d'environ 15 cm d'épaisseur. Après chaque couche, damez énergiquement à l'aide d'une dame en bois pour éliminer les vides d'air et garantir que le mortier remplit l'espace autour de chaque pierre d'agrégat. Les bâtisseurs romains alternaient souvent des couches de mortier et de grosses pierres posées à la main pour les murs épais. Continuez à superposer et à damer jusqu'à ce que le coffrage soit rempli à la hauteur souhaitée. La surface peut être nivelée à l'aide d'une planche droite (regula) passée sur le dessus du coffrage.

Couvrez la surface exposée d'un linge humide ou de paille et maintenez-la humide pendant au moins sept jours afin de permettre à la réaction pouzzolanique de se poursuivre. Contrairement au ciment Portland, qui atteint la majeure partie de sa résistance en 28 jours, le béton romain continue de gagner en résistance pendant des années, à mesure que des cristaux de tobermorite alumineuse et de phillipsite croissent au sein de la matrice. La prise initiale intervient en 24 à 48 heures, mais le béton reste relativement tendre pendant la première semaine. Retirez les coffrages après au moins sept jours pour les murs, ou plus longtemps pour les arcs structurels. Dans les applications marines, l'eau de mer favorise activement la croissance de cristaux minéraux imbriqués qui rendent le béton progressivement plus résistant et moins sujet à la fissuration.