Японский исследователь Иппей Маруяма обнаружил, что за время работы АЭС Хамаока бетонные стены ее реакторной камеры стали втрое прочнее, чем было заложено в изначальном проекте. Объект давно выведен из эксплуатации, что позволяет проводить там различные исследования. В ходе своих работ Маруяма обнаружил прямую связь феномена с загадкой бетона Древнего Рима.
Около 79 года нашей эры римский писатель Плиний Старший заметил в своей «Естественной истории», что бетонные постройки в гаванях, подверженные постоянным нападкам волн, становятся «единой каменной массой, непроницаемой для волн и с каждым днем все крепче». Он не преувеличивал. Мэри Джексон и ее коллеги, применив к древнеримскому пирсу метод изучения вулканических пород, обнаружили, что морская вода, проникающая сквозь древний бетон, оставляет в порах минералы, увеличивающие сцепление материала.
Древние римляне делали бетон, смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, а затем добавляя куски вулканического камня в раствор. Сочетание пепла, воды и негашеной извести провоцировало пуццолановую реакцию, названную так в честь города Поццуоли в Неаполитанской бухте. Этот материал римляне использовали для строительства множества архитектурных памятников, включая Пантеон и рынок Траяна в Риме, которые стоят по сей день. Что еще интереснее, бетон от строителей Древнего Рима со временем становится только прочнее.
Современный портландцемент, наиболее распространенный вид цемента, похож по своему составу на древнеримский, но с одним отличием — песок и щебень, в отличие от вулканических пепла и камня, инертны. Любая реакция с цементной массой может привести к расширению бетона и образованию трещин. «Реакция взаимодействия щелочей цемента с кремнеземом заполнителя происходит повсеместно и является одной из основных причин разрушения структур портлендцемента», — говорит Джексон.
Ныне секрет древнего бетона раскрыт – в его структуре образуется минерал «глиноземный тоберморит», которого там не было изначально. Считается, что соленая вода постепенно растворила вулканический пепел в древнеримском бетоне, что привело к образованию очень твердых кристаллов. Этот процесс занял сотни лет, повторить его в лабораторных условиях не получается, разве что нагреть исходную смесь выше 70℃. Но это уже опасно для самого бетона.
Реактор АЭС Хамаока работал с 1976 по 2009 год, из которых 16,5 лет на полную мощность. Стены реакторной камеры практически не остывали, их температура колебалась от 40 до 55℃. Маруяма полагает, что именно этот длительный, но щадящий нагрев и запустил в бетоне реакцию образования глиноземного тоберморита, который сделал его прочнее. Открытие дает шанс разработать новую методику пассивного укрепления бетона в долгосрочной перспективе. Ставь лайк, если статья была для тебя полезной! С любовью, команда "Вертекс-Бетон"!