Группа исследователей из Массачусетского технологического института, Гарвардского университета и лабораторий в Италии и Швейцарии смогла восстановить древнюю технологию производства бетона. Инженеры считают, что этот материал выдержал тысячелетия благодаря «горячему смешиванию».
В процессе горячего смешивания обломки извести образуют хрупкую архитектуру наночастиц, создавая легко ломающийся и реактивный источник кальция, который обеспечивает способность бетона восстанавливаться. Формирующиеся в бетоне крошечные трещины проходят через обломки извести с большой площадью поверхности. При реакции с водой этот материал формирует раствор, насыщенный кальцием, который превращается в карбонат кальция и быстро заполняет трещину.
В своей работе инженеры обратили внимание на то, что древние образцы бетона содержат небольшие характерные ярко-белые минеральные элементы миллиметрового масштаба. Эти образования, формируются из извести, одного из ключевых компонента древней бетонной смеси. Ранее ученые считали, что эти образования — следствие некачественного размешивания смеси.
Укрупненное и окрашенное изображение двухсантиметрового осколка бетона (справа), полученного на месте раскопок в Привернуму в Италии (слева). Красным окрашен кальций, синим — кремний, а зеленым — алюминий. Изображение: MIT
Новое исследование предполагает, что именно эти крошечные обломки извести обеспечивают бетону способность к самовосстановлению. Ученые изучили обломки извести с использованием изображений с высоким разрешением и методов химического картирования. Исследование показало, что белые включения действительно состоят из различных форм карбоната кальция, которые образовались при экстремальных температурах.
Ранее считалось, что, когда известь добавлялась в римский бетон, она сначала смешивалась с водой с образованием пастообразного материала в процессе, известном как гашение. Наличие следов материалов, которые образовались при высоких температурах, говорит об использовании негашеной извести вместо или в дополнение к гашеной извести в смеси.
Формирование активных капсул при горячем смешивании (сверху) и их активация при образовании трещин (снизу). Изображение: Linda M. Seymour et al., Science Advansec
Это возможно в процессе горячего смешивания, отмечают авторы работы. При этом процессе весь бетон нагревается до высоких температур. В результате химических реакций формируются химические вещества, связанные с высокой температурой соединения, которые в противном случае не образовались бы.
Эксперименты с материалами, приготовленными по древней технологии, подтвердили гипотезу: бетон, изготовленный с использованием горячего смешивания, демонстрировал способность к восстановлению и лучшую прочность. Этот подход можно использовать и для современного производства, считают авторы работы.
Эксперимент по восстановлению бетона, созданного по древней технологии. Изображение: Linda M. Seymour et al., Science Advansec
Читать далее:
Посмотрите на самое мощное извержение вулкана на луне Юпитера
Открыт новый вид квантовой запутанности: фотоны «запоминают» структуру атомов
Металличность Солнца оказалась выше, чем считалось: что узнали астрофизики