Современные здания довольно быстро начинают ветшать, но те, что были созданы римлянами тысячи лет назад, до сих пор сопротивляются течению времени. Но в чем секрет этих конструкций? Кажется, все сводится к правильному рецепту римского бетона.
Сооружения, построенные римлянами, которым более 2000 лет, не имеют таких проблем, как современные сооружения. Однако секрет материала, который использовали древние строители, все время ускользал от нас. Теперь ученые из Массачусетского технологического института, Гарварда, швейцарских и итальянских лабораторий считают, что наконец-то раскрыли секрет римского бетона. Им даже удалось воссоздать бетон с удивительно похожими свойствами.
Описание и результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances ( DOI: 10.1126/sciadv.add1602 ).
Забытый ингредиент оказался ключевым
Многие строения, возведенные древними римлянами, до сих пор можно увидеть. Достаточно упомянуть здесь знаменитый Пантеон или акведуки. Неудивительно, что мировая наука десятилетиями ломала голову, пытаясь объяснить феномен необычайной прочности бетона, которым пользовались римляне. Долгое время считалось, что его секретным ингредиентом является какой-то пуццолановый материал, например, вулканический пепел из района Поццуоли в Неаполитанском заливе. Более того, он был распространен по всей Римской империи, и историки того времени писали о нем как о важном компоненте производимого в то время бетона.
Тем не менее, совершенно необоснованно игнорируется еще один ингредиент, как свидетельство низкого качества материалов или небрежного смешивания бетона. Это небольшие, потому что всего миллиметр, но характерные белые элементы, которые повсеместно встречаются в бетоне, произведенном римлянами, но отсутствуют в производимом сегодня. Их обычно называют кластерами извести, которые на самом деле происходят из извести, еще одного важного компонента рассматриваемого бетона.
Однако ученые не согласились с этим. Ибо если римляне придавали такое большое значение тому, чтобы рецепты их производства совершенствовались на протяжении веков, как они могли допустить, чтобы конечный продукт был так плохо перемешан? Следовательно, присутствие обломков известняка должно быть результатом чего-то другого. Обычно считалось, что римляне гасяли известь перед добавлением в бетон, но это не объясняет наличие скоплений извести. Значит, римляне использовали для этой цели негашеную известь, а смешивание ее ингредиентов производилось горячим способом? Этот процесс позволяет производить ингредиенты, которые невозможно было бы создать в других условиях.
Самовосстанавливающийся бетон
Но самое главное: при таком процессе производства бетона кластеры извести создают характерную хрупкую молекулярную архитектуру, которая, в свою очередь, становится активным источником кальция. По мнению исследователей, это может позволить римскому бетону восстановиться. Когда в бетоне начинают появляться трещины, они в конечном итоге проходят через скопления известняка. Они, в свою очередь, могут реагировать с водой с образованием раствора, насыщенного известью, который может перекристаллизоваться в карбонат кальция, заполняя образовавшийся зазор, или реагировать с пуццолановыми материалами, дополнительно укрепляя рассматриваемый композитный материал. И все эти реакции происходят спонтанно.
Ученые даже смогли доказать, что это рассуждение на самом деле верно. Изготовили образцы бетона: по современной и римской формуле. Затем они образовали в них трещины, а затем пропустили через них воду. Современный бетон вообще не восстанавливался, в то время как римский бетон восстанавливался две недели. Таким образом, кажется, что перед мировой строительной отраслью открываются совершенно новые возможности.