Прошлое говорит с нами загадками. Приятно, что ученые медленно и постепенно, но решают сложные пазлы, постигая ответы на давно заданные вопросы.
Римляне известны своими достижениями в области строительства и архитектуры. Акведуки, построенные невероятно давно, и сегодня готовы к работе. Достаточно найти и очистить римскую дорогу в самых жарких джунглях, чтобы затем использовать ее по назначению без каких-либо дополнительных ремонтных работ. Ну и, конечно же, Пантеон! Сохранившиеся в целости и сохранности за прошедшие 2000 лет, это чудо света до сих пор с гордостью демонстрирует свой самый большой в мире купол, сделанный из неармированного бетона.
Как они так строили?
Этот вопрос давно интересует ученых многих стран. Ингредиенты бетона хорошо известны. Это так называемый пуццолан, являющийся по сути смесью вулканического пепла, месторождение которого находится неподалеку от города Поццуоли, и обычная известь. Правильное смешивание двух этих материалов с водой дает нам очень прочное бетонное покрытие.
Как-то слишком просто
Да, вы правы. Как всегда, все интересное спряталось в нюансах. Дело в том, что в отлично замешанном бетоне исследователи периодически находят довольно большие куски извести. Все это время считалось, что , несмотря на высокое качество замеса в принципе, стандарты контроля качества у римлян были не очень высоки, и потому то и дело в составе уже схватившейся смеси оказывалась наразмешанная известь. Однако международная группа ученых во главе с исследователями из Массачусетского технологического института поставила под сомнение сложившееся мнение. И предложила свое решение, которое объясняет долговечность римского бетона и его живучесть.
Римляне вряд ли могли позволить себе работать спустя рукава
Вот что пишет в своей статье Адмир Масич (Admir Masic) из Массачусетского технологического института:
«Идея о том, что римляне сквозь пальцы смотрели на результат всего труда всегда казалась мне сомнительной. Если они могли соблюсти точное соотношение пропорций во время подготовки ингредиентов для создания смеси, оттачивая свои умения в течение веков, то вряд ли они просто махнули рукой на качество бетона, получившегося в результате выполнения всей довольно сложной процедуры»
Матич и инженер Линда Сеймур (Linda Seymour) тщательно исследовали образцы бетона, найденных во время и археологических раскопок Привернум в Италии. Они использовали все доступные современные инструменты, в том числе электронную микроскопию, энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию и рентгенофазовый анализ.
Известь
Стандартная идея пуццоланового бетона состоит в том, что в нем использовалась гашеная известь. То есть сначала известняк нагревали для получения порошка, представляющего собой негашеную известь. Затем порошок смешивали с водой получали уже гашеную известь и вещество под названием гидроксид кальция. Считалось, что древний римский бетон делался именно из смешанного пуццолана и гашеной извести. Однако команда ученых установила, что способ был другим. При чрезвычайно высоких температурах римляне смешивали пуццолан и негашеную известь, после чего добавляли определенную долю гашеной извести. Такой процесс «горячего смешивания» объясняет наличие обломков в древнем и качественном римском бетоне.
Это не просто обломки
Как выяснилось в дальнейшем, части не размешанной извести не просто результат процесса, но и отчасти его цель! Когда бетон крошится от времени, то возникает трещина, которая со временем увеличивается. Но с римским бетоном происходит вот что:
- Возникающая трещина довольно быстро упирается в один из имеющихся в смеси обломков извести
- Вода, попадающая в трещину, вступает в реакцию известью и дает на выходе очень клейкий раствор, богатый кальцием
- Этот кальций подсыхает и становится своего рода естественной заплаткой в виде карбоната кальция
- Таким образом трещина зафиксирована и более не угрожает нарушить целостность всей конструкции
В подтверждении своей позиции ученые провели эксперимент. Они сделали два контрольных образца бетона., один из которых был сделан по стандартам, принятым ранее, и второй с негашеной известью. Они привели испытания на надёжность и создали нагрузку, при которой на образцах возникли трещины. Как и было предсказано, образец с негашеной известью в составе смеси уже через две недели «зарастил» свою трещину.
Ученые полагают, что римский способ вполне применим и сегодня. Более того, эксперты полагают, что он отлично подойдет и для продления жизни новейших составов бетона, использующихся сегодня для создания и «распечатки» конструкций на специальных 3D принтерах.