Прошел испытание временем: Раскрыт секрет древнеримского бетона
Древние римляне были искусными мастерами-строителями и инженерами. Наиболее известными из их конструкций считают все еще функционирующие акведуки. И эти архитектурные чудеса основаны на уникальном строительном материале – пуццолановом бетоне, который придавал римским постройкам невероятную прочность. Даже сегодня одно из римских сооружений – Пантеон, сохранившийся в целости и которому почти 2000 лет, – является рекордсменом по величине купола из неармированного бетона в мире.
Свойства этого бетона обычно приписываются пуццолану – смеси вулканического пепла, названной в честь города Поццуоли – и извести. При смешивании с водой эти два материала образуют суперпрочный бетон. Но это, как оказалось, это не все. Международная группа исследователей во главе с Массачусетским технологическим институтом (MIT) обнаружила, что и методы смешивания материалов были уникальными.
Маленькими белые частицы извести, которые можно найти в древнеримском бетоне ранее приписывалось плохому смешиванию, но эта теория вызвала сомнения у материаловеда Адмира Масика из MIT.
“Если римляне приложили столько усилий для создания выдающегося строительного материала, следуя рецептам, которые совершенствовались в течение многих веков, почему они приложили так мало усилий для обеспечения производства хорошо перемешанного конечного продукта?” – говорит он. “В этой истории должно быть что-то большее”.
Масик и его команда под руководством инженера-строителя университета MIT Линды Сеймур тщательно изучили 2000-летние образцы римского бетона из археологических раскопок Привернум в Италии. Стандартное понимание пуццоланового бетона состоит в том, что в нем используется гашеная известь. Сперва известняк нагревают для получения высокореактивного едкого порошка, называемого негашеной известью или оксидом кальция. При смешивании негашеной извести с водой получается гашеная известь или гидроксид кальция – менее реактивная и менее едкая паста. Согласно теории, именно эту гашеную известь древние римляне смешивали с пуццоланом.
Согласно анализу группы, обломки извести в их образцах не соответствуют этому методу. Ученые предполагают, что римский бетон был изготовлен путем “горячего смешивания” негашеной извести непосредственно с пуццоланом и водой при чрезвычайно высоких температурах, отдельно от гашеной извести, в результате чего образуются обломки извести.
“Преимущества горячего смешивания двойственны”, – объясняет Масик. “Во-первых, когда весь бетон нагревается до высоких температур, это позволяет использовать определенные химические вещества, что невозможно, если бы вы использовали только гашеную известь. Во-вторых, повышенная температура значительно снижает отверждение и схватывание, что позволяет строить гораздо быстрее”.
По словам ученого, у этого есть еще одно преимущество – обломки извести придают бетону “замечательную способность к самовосстановлению”. Когда вода попадает в образовавшуюся трещину, она вступает в реакцию с известью, образуя раствор, богатый кальцием, который высыхает и затвердевает в виде карбоната кальция, склеивая трещину и предотвращая ее дальнейшее распространение. Это объясняет, почему римский бетон в морских дамбах, построенных 2000 лет назад, сохранился целым, несмотря на постоянные удары океана.
В настоящее время команда работает над коммерциализацией своего бетона как более экологически чистой альтернативы существующим строительным смесям.
“Более прочные составы бетона могут продлить не только срок службы этих материалов, но и повысить долговечность конструкций, напечатанных на 3D-принтере”, – заключает Масик.