Bagaimana beton Romawi bertahan selama ribuan tahun? Petunjuk ditemukan dari toilet berusia 1.900 tahun

• Sampel dari toilet umum berusia 1.900 tahun di Vila Hadrianus menunjukkan bahwa bukan hanya reaksi pozzolanik, tetapi juga karbonasi jangka panjang yang berkontribusi pada daya tahan
• Ketika karbon dioksida di atmosfer bereaksi dengan senyawa kalsium dalam beton, terbentuk kalsit(calcite) yang keras dan menutup retakan kecil serta pori-pori
• Hasil pemeriksaan sampel dari bawah dudukan toilet, yang hampir tidak mengalami restorasi atau modifikasi, dengan analisis mikroskop, sinar-X, dan kimia menunjukkan bahwa kalsit adalah bahan pengikat utama
• Jika riset tahun 2023 membahas pemulihan mandiri akibat reaksi antara endapan kalsium sisa dari kapur tohor dan air, riset kali ini mendukung peran kunci karbonat
• Jika prinsip ketahanan ini diterapkan pada produksi beton, yang menyumbang sekitar 8% emisi karbon dioksida global, hal ini dapat membantu pengembangan bahan bangunan yang lebih awet dan lebih ringan beban lingkungannya

---

Analisis beton yang terawetkan selama 1.900 tahun

• Di Italia masih ada bangunan, jalan, dan saluran air dari beton yang telah bertahan sekitar 2.000 tahun, tetapi beton modern umumnya hancur dalam sekitar 100 tahun
• Selama ini, reaksi pozzolanik—abu vulkanik bereaksi dengan kapur dan air—dianggap sebagai proses utama yang membuat beton Romawi berumur panjang
• Tim peneliti menyelidiki toilet umum di Vila Hadrianus, situs Warisan Dunia UNESCO yang terletak sekitar 17 mil di sebelah timur Roma
  • Toilet, yang hampir tidak punya alasan untuk direstorasi, memberi peluang untuk meneliti beton dalam kondisi aslinya yang belum tersentuh tangan modern
  • Sampel diambil dari bawah dudukan toilet lalu dianalisis dengan mikroskop berkinerja tinggi, pemindaian sinar-X, dan analisis komposisi kimia
• Seperti yang diperkirakan, sampel menunjukkan jejak gabungan abu vulkanik, kapur, dan air, tetapi ketika pori dan retakan diperiksa lebih rinci, kalsit yang tersusun dari kalsium, karbon, dan oksigen ternyata merupakan bahan pengikat utama
• Dalam proses karbonasi, karbon dioksida di atmosfer bereaksi dengan senyawa kalsium di dalam beton dan menghasilkan kalsit yang kaya kalsium karbonat
  • Kalsit menutup retakan kecil dan pori-pori, memperkuat struktur seiring waktu dan membuat bagian yang rusak tersegel sendiri
  • Hasil penelitian ini diterbitkan pada 8 Juli di jurnal Science Advances

Prinsip pemulihan mandiri dan potensi untuk beton modern

• Penelitian tahun 2023 menyoroti endapan kalsium yang tersisa dari reaksi kapur tohor dalam proses pembuatan beton Romawi
  • Endapan ini dapat bereaksi dengan air seperti air hujan lalu mengkristal kembali untuk mengisi celah
• Temuan kali ini memperkuat tafsir bahwa karbonat bukan komponen sekunder, melainkan unsur kunci yang bekerja secara dinamis di dalam beton
• Beton adalah salah satu material yang paling banyak digunakan di dunia, dan proses produksinya melepaskan karbon dioksida setara sekitar 8% emisi gas rumah kaca global
• Menurut PBB, sekitar setengah bangunan yang akan ada pada tahun 2050 masih belum dibangun, sehingga pengembangan bahan bangunan dengan jejak karbon rendah menjadi penting
• Memahami prinsip karbonasi jangka panjang dan penyegelan retak pada beton Romawi dapat dimanfaatkan untuk mengembangkan beton bagi infrastruktur modern yang lebih tahan lama dan lebih rendah dampak lingkungannya

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Untuk yang belum familiar, rahasianya ada pada siklus kapur: kapur tohor (CaO), kapur mati (Ca(OH)2), lalu batu kapur (CaCO3)
  Biasanya dimulai dari kapur tohor, lalu setelah pengerjaan ketiga zat itu berada dalam keadaan tercampur, dan selama ratusan tahun terpapar udara serta air hujan, sebagian besarnya berubah menjadi batu kapur. Perubahan lambat ini membuat bangunan batu menyembuhkan diri sendiri dan menjadi makin kuat seiring waktu
  Saat terkena kelembapan, lime putty bersifat basa kuat sampai-sampai jamur sulit tumbuh, sehingga menekan jamur bahkan di lingkungan lembap
  Berbeda dari beton berbasis semen Portland, kapur itu sendiri tidak kedap air, tetapi beton Romawi yang dicampur abu atau pecahan tembikar/keramik tampaknya memperoleh sifat kedap air melalui reaksi pozzolanik, sehingga digunakan di tempat yang bersentuhan dengan air
  Kapur ditemukan di berbagai bangunan batu kuno dan unggul dalam hal kemampuan bernapas, kemudahan pengerjaan, dan keberlanjutan, tetapi tersisih oleh semen Portland karena membutuhkan perawatan. Untuk struktur besar, beton modern memang hebat, tetapi setidaknya di bidang putty dan rumah kecil, saya berharap kapur kembali digunakan
  https://en.wikipedia.org/wiki/Lime_(material)
  https://en.wikipedia.org/wiki/Roman_concrete
  https://en.wikipedia.org/wiki/Pozzolanic_activity#Reaction

  • Bisakah sifat ini dimanfaatkan untuk memakai lime putty sebagai pengganti nat di kamar mandi?
  • Pernyataan bahwa beton berbasis semen Portland itu kedap air jelas salah. Kalau benar, concrete sealer tidak akan diperlukan
  • Alasan kunci lain mengapa semen Portland kini lebih disukai daripada kapur adalah kecepatan pengerasan. Kapur butuh berhari-hari untuk mengeras, sedangkan semen mengeras lebih cepat
  • Rumah bata era Victoria memakai bahan berbasis kapur untuk semuanya, mulai dari mortar di antara bata, plester luar, hingga plester kapur bagian dalam; rumah kami juga berusia sekitar 140 tahun
    Kapur fleksibel sehingga cocok untuk rumah seperti ini yang hampir tidak punya fondasi dan terus bergerak, serta karena bernapas dengan baik, ia mengurangi kelembapan dan memperbaiki kualitas udara dalam ruangan. Karena butuh beberapa hari hingga beberapa minggu untuk kering, bukan beberapa jam, pengerjaannya merepotkan, tetapi dalam jangka panjang ini bahan yang jauh lebih baik untuk bangunan kecil. Namun, jika mengenai kulit bisa menyebabkan luka bakar

• Beton Romawi adalah semen kapur yang mengeras lewat karbonasi, lalu ditambahkan pozzolan agar bisa mengeras di dalam air. Jadi tidak mengherankan jika karbonasi terus berlanjut sampai batas tertentu
  Pada beton modern, tulangan berkarat lalu menimbulkan retakan; jika ingin umur pakai panjang, bisa memakai tulangan fiberglass atau membangun tanpa tulangan, tetapi biayanya tinggi dan efisiensinya lebih rendah

  • Tulangan stainless steel mahal, tetapi sangat memperpanjang umur struktur. Negara bagian Washington mewajibkan penggunaannya pada jembatan di atas air asin, dan meski biaya material jauh lebih tinggi, kenaikan total biaya proyek kurang dari 10%
    Tulangan berlapis epoksi sempat menjanjikan, tetapi air masuk lewat bagian potongan dan sambungan sehingga semuanya harus diperbaiki di lapangan, jadi trennya mulai ditinggalkan. Perbandingan antara dermaga bertulangan baja karbon dan dermaga bertulangan stainless yang dibangun berdampingan pada 1940-an sangat menarik
    https://worldstainless.org/wp-content/uploads/2025/02/ref19_...
  • Beton kuat terhadap tekan dan lemah terhadap tarik, sedangkan tulangan sebaliknya, sehingga keduanya dikombinasikan agar tulangan menanggung beban tarik dan beton menanggung beban tekan. Koefisien muai termal kedua material ini mirip, sehingga cocok juga saat terjadi perubahan suhu
    Fiberglass mungkin bisa dirancang agar memiliki koefisien muai termal yang sama dan kekuatan tarik yang memadai, tetapi jika balok dibuat tanpa tulangan, bukankah retakan akan mulai muncul dari bagian bawah yang menerima gaya tarik?
  • Jika beton yang lebih awet tidak efisien secara ekonomi, mungkin itulah alasan beton runtuh setelah 100 tahun

• Tulangan pada beton modern berguna, tetapi pada akhirnya akan korosi. Jika umur pakai benar-benar penting, tulangan stainless steel bisa digunakan, tetapi biasanya bangunan lebih dulu usang secara fungsional dan kemungkinan diganti, sehingga itu tidak dilakukan

  • Tulangan hanya berkorosi jika tidak sepenuhnya terbungkus beton, karena beton menghambat reaksinya. Jika ada bagian yang terekspos, seiring waktu bagian itu pada akhirnya akan berkorosi dan putus
  • Ada juga tulangan berlapis dan tulangan nonlogam
  • Tidak perlu sampai stainless; anoda korban juga bisa digunakan: https://de.wikipedia.org/wiki/Opferanode
  • Perlu diperjelas apa maksudnya usang secara fungsional. Kebanyakan gedung tinggi berupa rangka beton bertulang dengan kaca yang digantungkan, dan jika pada akhirnya akan diganti dengan rangka yang mirip, tampaknya lebih masuk akal mempertahankan rangka lama selama mungkin dan hanya merenovasi interiornya

• Banyak struktur beton yang kini cepat gagal dibangun ketika teknologi materialnya masih baru. Tidak ada jaminan bahwa beton modifikasi polimer berkinerja tinggi modern yang dirancang dan dikerjakan dengan baik akan mengalami masalah yang sama
  Aditif seperti pasta Zypex dapat meningkatkan kemampuan kedap air dan penyembuhan diri, dan liner bekisting permeabel dapat meningkatkan kepadatan permukaan, atau bisa juga memakai pengeras kimia

  • Bukan hanya karena materialnya masih baru; perancangnya mungkin juga terlalu kreatif: https://edition.cnn.com/2025/05/15/style/432-park-avenue-sky...

• Berkaitan dengan mitos beton Romawi yang dibahas Grady Hillhouse. Kimia modern, lewat berbagai admixture seperti high-range water reducer, bisa mewujudkan sifat-sifat yang tak terbayangkan oleh insinyur Romawi, tetapi salah satu alasan beton modern kurang tahan lama adalah ekonomi
  Insinyur struktur memangkas hal-hal yang tidak diperlukan dari persyaratan desain, dan umur pakai hanyalah salah satu dari sekian banyak kriteria. Jarang sekali membangun setara standar Romawi itu mustahil, tetapi biayanya mudah melampaui apa yang dianggap wajar oleh publik. Latar belakang lain yang membuat beton Romawi bertahan lama adalah adanya cukup banyak kaisar narsistik yang bisa mengerahkan seluruh ekonomi demi keabadian dirinya
  https://practical.engineering/blog/2019/3/9/was-roman-concre...

  • Tautan yang bagus, tetapi Practical Engineering tampaknya tidak secara khusus menyebutnya sebagai ‘mitos’. Karena kinerja tinggi beton Romawi itu sendiri bukan mitos, sikap itu masuk akal
  • Jika dengan membayar biaya 10 kali lipat kita bisa memperpanjang umur 100 kali atau 1.000 kali, bukankah itu layak dibayar? Meski biaya awal tinggi, total cost of ownership (TCO) menjadi lebih rendah. Jika bahkan menghabiskan cukup banyak uang untuk rekayasa yang sengaja memangkas umur pakai, pada akhirnya itu mendekati planned obsolescence
  • Alasan kita tidak lagi membangun arsitektur klasik juga sering disebut karena biaya, tetapi karena banyak contoh tandingan, itu umumnya berlebihan. Di bawah kapitalisme ada kecenderungan memilih opsi yang sedikit lebih murah, perubahan gaya makin cepat sehingga umur pakai pendek diterima tanpa sadar, dan ada juga kecenderungan menyukai bentuk yang praktis untuk mobil atau struktur kantilever besar

• Hempcrete yang memakai kapur dan natural hydraulic lime (NHL), atau Baumit Trassitplus, sejenis semen bergaya Romawi, adalah teknik bangunan modern yang memanfaatkan prinsip semacam ini
  Dibanding metode lain, teknik ini lebih mendekati netral karbon, memiliki kinerja termal dan kemampuan dinding bernapas yang baik, serta mudah dikerjakan sendiri

  • Hempcrete jauh lebih lemah dan kurang keras daripada beton tradisional, jadi pada dasarnya sepertinya diperlakukan sebagai bahan pengisi non-struktural
    Autoclaved aerated concrete juga layak disebut. Isolasinya cukup baik, relatif ramah lingkungan, ringan, mudah dipotong, dan dalam batas tertentu juga bisa dipakai sebagai material struktural

• Tujuan rekayasa bukan sekadar membuat jembatan yang berdiri, melainkan membuat jembatan yang nyaris memenuhi persyaratan. Jembatan berumur 500 tahun bisa memboroskan sumber daya berharga, jadi lebih baik membuatnya untuk 100 tahun dan menghemat sumber daya
  Seratus tahun kemudian, teknologi sudah jauh berkembang sehingga jembatan baru bisa dibangun jauh lebih mudah; setidaknya di banyak negara seperti India, tampaknya demikian

  • Mengapa jembatan yang bertahan 500 tahun itu buruk? Jembatan yang dibangun dengan baik 500 tahun lalu pun masih berfungsi sempurna hari ini: https://en.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Segovia,_Madrid
  • Pernyataan bahwa kemajuan teknologi akan membuat jembatan jauh lebih mudah dibangun ulang 100 tahun kemudian bahkan tidak benar selama 200 tahun terakhir
  • Kita tidak membongkar dan membangun ulang jembatan tua dengan biaya besar hanya karena teknologinya berubah. Ada juga fasilitas yang tidak bisa atau tidak akan dibuat ulang, jadi ada nilai dalam membangunnya dengan benar dan tahan lama sejak awal
  • Beton modern kerap mengandung serat plastik seperti polipropilena, fly ash yang bisa menjadi sumber arsenik, timbal, dan merkuri, silica fume, formaldehida, bahkan PFAS
    Jika beton seperti ini dibongkar atau direnovasi, ia bisa menjadi bahan berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan publik, sehingga tidak benar-benar memberi fleksibilitas lebih besar untuk pembangunan ulang atau perbaikan di masa depan
  • Bukankah struktur seperti jembatan diuji dengan beban minimal 1,5 kali dari standar desain? Di bidang kami, biasanya faktor 2 kali diterapkan untuk tekanan dan kekuatan lifting lug

• Rasanya akan bagus kalau ada satu foto yang menunjukkan seperti apa toilet semacam ini

  • https://www.science.org/cms/10.1126/sciadv.aeb0754/asset/924...
    Sumber: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb0754

• Syukurlah Pantheon masih berdiri, tetapi apakah di antara bangunan modern benar-benar ada yang layak dilestarikan selama 2.000 tahun? Para arsitek sudah lama mengejar orisinalitas ketimbang keindahan, dan orisinalitas tidak bertahan lama
  Dua ribu tahun dari sekarang, manusia mungkin akan bertanya-tanya mengapa masyarakat kita mampu membuat microchip pada skala atom, tetapi tidak mampu membuat satu pun bangunan yang layak dilestarikan

  • Semua struktur layak dilestarikan. Objek tulisan ini pun berupa kakus yang mungkin tidak dianggap layak dilestarikan oleh orang zaman kuno, tetapi kini menjadi sumber sejarah penting
    Eiffel Tower juga awalnya dinilai buruk rupa dan dibangun sebagai struktur sementara, tetapi kini menjadi simbol Paris yang lebih terkenal daripada Paris Pantheon, yang lebih dekat dengan standar keindahan klasik. Makna historisnya juga besar karena lebih baik merepresentasikan teknologi dan budaya zamannya. Namun, kedua bangunan itu sulit bertahan tanpa pemeliharaan terus-menerus, terutama Eiffel Tower
  • Pasir untuk beton terbatas, dan pencemaran dari proses penambangannya juga serius. Jadi tidak ada alasan untuk tidak menghematnya sambil membangun bangunan yang tahan lama
  • Ada juga bangunan modern yang layak dilestarikan. Sagrada Família adalah contoh utama, dan ruang ibadah serta rumah pribadi yang dirancang secara individual umumnya lebih indah daripada rumah standar atau gedung perkantoran
    Banyak juga bangunan baru yang buruk rupa, dan melihat St Paul's di London bersama latar belakang buruk rupa di sebelah timurnya membuat murung
  • Sydney Opera House terlintas sebagai bangunan yang masih akan menarik perhatian 1.000 tahun lagi
  • Tidak ada alasan penilaian terhadap bangunan tidak akan berubah selama 2.000 tahun ke depan. Bangunan era Tudor di berbagai tempat pun kemungkinan besar tidak dianggap istimewa 600 tahun lalu

• Harus ada format dan cara distribusi yang lebih baik dari ini. Brand dan domainnya secara ideologis terlihat kuat, tetapi iklan muncul setiap dua kalimat, dan meski memakai pemblokir iklan, tetap terus-menerus berusaha mencuri perhatian
  Menurut saya, penurunan daya kognitif komunitas lebih banyak berasal dari keseharian ketika setiap kali kita mencoba membaca tulisan yang bermanfaat dan memuaskan rasa ingin tahu, kita dihantam iklan layar penuh autoplay serta iklan 720×90 dan 300×250, ketimbang dari video pendek

  • Ada cara yang lebih baik. Tautannya mengarah ke artikel Scientific American yang menjadi sumber asli, tetapi perlu berlangganan 5 dolar per bulan
    Di suatu tempat dalam tautan itu mungkin ada makalah riset yang bersih tanpa embel-embel, tetapi itu juga mungkin berbayar. Peliputan sains melewati beberapa tingkat seperti makalah, liputan berita, majalah sains populer untuk orang dewasa, dan majalah sains populer untuk remaja, jadi bisa memilih sesuai selera
  • Perlu juga dipikirkan apakah kita membayar untuk konten yang memuaskan rasa ingin tahu. Lembaga tersebut bersifat nirlaba dan bahkan menerima pendanaan publik, jadi saya ragu apakah iklan seperti ini memang diperlukan
    Namun saat membacanya dengan Brave, saya sama sekali tidak melihat iklan