Объяснение древнеримского бетона: Исследователи Массачусетского технологического института раскрывают тайны долговечности Пантеона и архаических сооружени
Римляне были искусны в строительстве и инженерном деле, что особенно ярко проявилось в их акведуках. Для строительства этих сооружений использовался особый вид бетона, называемый пуццолановым, который обладал превосходной прочностью и придавал римским зданиям впечатляющую прочность. Пантеон – сооружение, сохранившееся спустя почти 2 000 лет, – построен из неармированного бетона и имеет честь считаться самым большим в мире куполом из этого материала.
Ранее считалось, что прочность пуццоланового бетона обусловлена использованием особого вида вулканического пепла, называемого пуццоланом, и извести, которые при смешивании с водой создают блок прочного бетона. Однако недавнее исследование, проведенное группой специалистов из Массачусетского технологического института, показало, что ингредиенты и методы смешивания, используемые для производства этого типа бетона, могли быть иными, чем считалось ранее.
По словам материаловеда Адмира Масича из Массачусетского технологического института, небольшие белые кусочки извести, обнаруженные в, казалось бы, хорошо перемешанном пуццолановом бетоне, ранее объяснялись плохим перемешиванием или некачественными материалами. Однако Масич скептически отнесся к этому объяснению, заявив, что идея о том, что присутствие этих кусочков извести просто объясняется низким качеством контроля, всегда беспокоила его.
Процесс горячего смешивания
Адмир Масич и Линда Сеймур из Массачусетского технологического института возглавили группу, изучавшую 2000-летние образцы римского бетона из археологического памятника Привернум в Италии. Исследователи использовали различные методы, включая сканирующую электронную микроскопию большой площади, энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию, порошковую рентгеновскую дифракцию и конфокальную рамановскую визуализацию, чтобы изучить небольшие белые кусочки извести, найденные в бетоне. Команда была озадачена присутствием этих кусочков, так как казалось маловероятным, что римляне могли использовать некачественные материалы или технологии производства, учитывая, какое значение они придавали созданию прочного бетона, сообщает ScienceAlert.
Исследователям также было интересно понять, какой тип извести используется в пуццолановом бетоне. Традиционно считалось, что римляне использовали гашеную известь, которая изготавливалась путем смешивания негашеной извести (оксида кальция) с водой. Однако анализ кусков извести в образцах показал, что римский дом +из газобетона мог быть изготовлен путем смешивания негашеной извести с пуццоланом и водой при высоких температурах, либо отдельно, либо вместе с гашеной известью. Этот процесс, который команда называет “горячим смешиванием”, привел к образованию известковых глыб.
Масич объяснил, что процесс “горячего смешивания”, который использовали римляне, имел несколько преимуществ. Во-первых, он позволял образовывать соединения, связанные с высокими температурами, которые невозможно получить, используя только гашеную известь. Во-вторых, высокие температуры, используемые в этом процессе, значительно сокращали время затвердевания и схватывания бетона, что позволяло ускорить строительство.
Пьяцца делла Ротонда и Пантеон в Риме, Италия. Хотя сейчас это здание является церковью, его строительство датируется 120 годом нашей эры. Купол является самым большим в мире куполом из неармированного бетона.
Древние произведения стоят в настоящем
Помимо прочих преимуществ, наличие известковых глыб в пуццолановом бетоне придает материалу свойства самовосстановления. Когда в бетоне образуются трещины, они направляются к известковым глыбам, которые имеют большую площадь поверхности, чем другие частицы в смеси. Когда вода попадает в трещину, она вступает в реакцию с известью, образуя раствор с высоким содержанием кальция, который при высыхании затвердевает, образуя карбонат кальция и заделывая трещину.
Этот процесс был замечен в бетоне из гробницы Цецилии Метеллы (2000 лет), где трещины в бетоне были заполнены кальцитом. Он также может объяснить, почему римский бетон из морских стен, построенных 2000 лет назад, остался целым, несмотря на постоянное воздействие океанских волн. Чтобы проверить свою теорию, команда изготовила пуццолановый бетон по древним и современным рецептам, включающим негашеную известь, а также контрольный бетон без негашеной извести, и провела испытания на растрескивание. Результаты показали, что бетон с негашеной известью полностью зажил в течение двух недель, в то время как контрольный бетон оставался с трещинами.
Сейчас команда Массачусетского технологического института работает над созданием коммерческой версии своего экологически чистого бетона в качестве альтернативы нынешнему бетону. Масич считает, что этот более прочный бетон может увеличить срок службы традиционных материалов и использоваться в составах для 3D-печати. Анализ исследования был опубликован в журнале Science Advances.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
