26 подписчиков
Вечный город: секрет прочного бетона древних римлян раскрыт
Многие современные здания из бетона начинают разрушаться через несколько десятилетий. А сооружения, построенные древними римлянами, всё ещё крепки спустя 200 лет! Международная группа исследователей под руководством учёных из Массачусетского технологического института (MIT) долгое время ломала голову над прочностью древних конструкций и, кажется, (креститься не будем!) они разгадали загадку. Инженеры нашли «ингредиент», который помогает древнему бетону буквально «залечивать» трещины.
Бетон – самый популярный строительный материал во всём мире, но его трудно назвать безукоризненно прочным. Непогода приводит к появлению крошечных трещин, которые могут со временем увеличиваться: всё это вредит целостности конструкции. Напротив, древнеримские сооружения стойко выдерживают испытание временем.
Свойства древнего бетона обычно объясняются его ингредиентами: пуццоланой, смесью вулканического пепла, названного в честь итальянского города Поццуоли (там его можно найти в больших количествах), и извести. При смешивании с водой эти два материала вступают в реакцию – в результате образуется прочный бетон. Но это, как выясняется, ещё не вся история.
Чтобы выяснить причину такой прочности, учёные тщательно изучали образцы материала при помощи методов визуализации и химического сканирования. Одним распространённым ингредиентом оказались крошечные кусочки белых минералов, исследователи прозвали их известковыми обломками. Обычно эти вкрапления считаются мусором, случайно угодившим в раствор, однако теперь ученые выяснили, что древние римляне специально добавили их в состав бетона.
Известняковые обломки состоят из карбоната кальция, который, как предполагают исследователи, были образованы при высокой температуре. Это наводит на мысль, что они были изготовлены при помощи добавления в смесь (или «горячего смешивания») негашеной извести - более реакционноспособной формы извести, чем та, которую, как предполагалось, использовали древние римляне.
Самое важное, что эти известковые обломки играют активную роль в самовосстановлении бетона. Когда в бетоне образуются трещины, то они преимущественно затрагивают известковые обломки, поскольку они имеют большую площадь поверхности, чем другие частицы в материале. Поэтому при попадании воды на бетон начинается реакция с известью, в результате чего образуется раствор, богатый кальцием. Впоследствии он высыхает и затвердевает в виде карбоната кальция, «склеивая» трещину и предотвращая ее дальнейшее распространение.
Таким образом, эти известковые обломки вовсе не мусор, а важнейший ингредиент. Механизм самовосстановления может быть основным фактором долговечности древнеримских бетонных конструкций, считают учёные.
Чтобы проверить гипотезу, исследователи изготовили образцы древнего и современного бетона, затем раскололи их и в течение длительного времени поливали их водой. Через две недели древний образец бетона залатал свои трещины, а современный материал с такой задачей не справился.
По мнению учёных, это открытие не только помогает понять секреты древней инженерии, но и улучшит современные составы бетона. Теперь группа исследователей работает над коммерциализацией своего бетона в качестве более экологически чистой альтернативы существующим материалам.
Результаты научного исследования опубликованы в издании Science Advances.
#история #архитектура #наука
2 минуты
9 января 2023