Miscelazione del calcestruzzo romano (Opus Caementicium) — Cemento idraulico a base di cenere vulcanica

Collocare la calce viva (ossido di calcio) in una vasca di pietra o di legno e aggiungere gradualmente acqua mescolando con una zappa di ferro a manico lungo. La reazione esotermica produce temperature superiori a 150 °C, quindi aggiungere l'acqua lentamente e tenersi lontani dal vapore. Continuare ad aggiungere acqua e a mescolare finché la calce viva non si è completamente idratata, formando un impasto liscio e denso di idrossido di calcio (calce spenta). Vitruvio raccomandava di far stagionare questo impasto di calce per almeno tre mesi prima dell'uso, poiché un invecchiamento più lungo produce particelle più fini e una malta più lavorabile. Conservare la calce spenta sommersa sotto un sottile strato d'acqua per evitare che si carbonati all'aria.

Misurare tre volumi di cenere vulcanica (pozzolana) per ogni volume di grassello di calce spenta, seguendo il rapporto prescritto da Vitruvio. La pozzolana proveniente dalla zona di Puteoli (l'odierna Pozzuoli, vicino a Napoli) era considerata la qualità migliore, ma qualsiasi cenere vulcanica ricca di silice e allumina reattive può essere utilizzata. Combinare la pozzolana e la calce nella vasca di miscelazione e lavorarle a fondo insieme con la zappa fino a ottenere un colore uniforme: una pasta grigio-bruna senza striature bianche di calce non miscelata. Aggiungere l'acqua con parsimonia per ottenere una malta di consistenza soda ma lavorabile, simile al calcestruzzo moderno che mantiene la forma quando viene raccolto con la pala.

Aggiungi circa tre volumi di aggregato di pietra spezzata (caementa) alla miscela di malta. I costruttori romani utilizzavano qualsiasi pietra locale disponibile — tufo, travertino, mattoni spezzati o pomice per le volte più leggere. I pezzi di aggregato dovrebbero avere un diametro compreso tra 2 e 8 cm. Incorpora l'aggregato nella malta con la zappa, assicurandoti che ogni pietra sia rivestita. Non mescolare troppo; l'obiettivo è un rivestimento accurato, non una pappa liquida. La massa risultante dovrebbe essere abbastanza consistente da impedire che le pietre dell'aggregato affondino sul fondo quando vengono posizionate nella cassaforma.

Erigere la cassaforma in legno nella posizione desiderata e oliare le superfici interne con olio d'oliva o grasso animale per evitare che il calcestruzzo aderisca. Pala il composto di calcestruzzo nella cassaforma in strati di circa 15 cm di profondità. Dopo ogni strato, compattare energicamente con un pestello di legno per eliminare le cavità d'aria e garantire che la malta riempia ogni pietra degli aggregati. I costruttori romani spesso alternavano strati di malta e pietre più grandi posate a mano per le murature spesse. Continuare a stratificare e compattare finché la cassaforma non è riempita all'altezza desiderata. La superficie può essere livellata con una tavola diritta (regula) fatta scorrere sulla parte superiore della cassaforma.

Coprire la superficie esposta con un panno umido o paglia e mantenerla umida per almeno sette giorni, per consentire il proseguimento della reazione pozzolanica. A differenza del cemento Portland, che raggiunge la maggior parte della sua resistenza entro 28 giorni, il calcestruzzo romano continua ad acquistare resistenza per anni, mentre i cristalli di tobermorite alluminica e phillipsite crescono all'interno della matrice. La presa iniziale avviene entro 24-48 ore, ma il calcestruzzo rimane relativamente morbido per la prima settimana. Rimuovere la casseratura dopo almeno sette giorni per le pareti, o più a lungo per gli archi strutturali. In applicazioni marine, l'acqua di mare favorisce attivamente la crescita di cristalli minerali intrecciati che rendono il calcestruzzo progressivamente più resistente e meno soggetto alla fessurazione.