Инженеры изучают древнеримские рецепты бетона для создания более устойчивых материалов
Древние римляне, возможно, знали секреты производства прочного и экологичного бетона, который служит тысячелетиями. Новое исследование тщательно проанализировало состав и энергозатраты древнеримского рецепта, выявив потенциальные пути улучшения современных цементных технологий.
Удивительно, но ученые обнаружили, что производство римского раствора и бетона требует больше воды и приводит к большим выбросам парниковых газов, чем изготовление портландцемента — самого распространенного типа цемента в современном строительстве. Однако, несмотря на высокие первоначальные затраты энергии, римский бетон может оказаться более устойчивым в долгосрочной перспективе, поскольку он не требует частого ремонта или замены.
По расчетам международной группы инженеров-экологов, чтобы сравняться по совокупным выбросам с современными зданиями, сооружения из римского бетона должны служить как минимум на 41% дольше. Для менее долговечных конструкций, таких как дороги и магистрали, этот показатель составляет 29%.
«Когда мы учитываем срок службы бетона, тогда и становятся видны преимущества», — говорит ведущий автор исследования, инженер Даниэла Мартинес из Университета Севера в Колумбии.
«У римлян можно многому научиться. Если мы объединим их методы с современными инновациями, мы сможем создать более устойчивую строительную среду».
Сравнить долговечность римского и современного бетона сложно, поскольку сегодня многие конструкции укрепляются стальной арматурой. Со временем сталь ржавеет и расширяется, что приводит к растрескиванию бетона уже через десятилетие. В то же время древнеримский бетон обладает способностью к «самозаживлению»: когда в материале появляются трещины, они заполняются естественным образом благодаря химическим реакциям при попадании воды.
Это одна из причин, почему древнеримские морские стены сохранились на протяжении тысячелетий, несмотря на постоянное воздействие волн и соленой воды. Способен ли на такое современный бетон, остается неясным.
«Коррозия стальной арматуры — главная причина разрушения бетона, поэтому сравнения нужно делать с осторожностью», — поясняет соавтор исследования, инженер Паулу Монтейру из Калифорнийского университета в Беркли.
Мартинес и ее команда признают, что более долговечные бетонные конструкции лишь частично снижают потребность в новых материалах, но древнеримские методы производства могут иметь и другие экологические преимущества.
И портландцемент, и римский цемент изготавливаются из одного основного компонента — известняка. При нагревании он превращается в негашеную известь, которая, смешиваясь с водой, образует прочный раствор. В Древнем Риме этот раствор комбинировали с местными вулканическими породами, а не с гипсом, как в современных смесях.
Кроме того, производство римского бетона сопровождается значительно меньшим количеством вредных выбросов, возможно, благодаря использованию дуба и пихты вместо ископаемого топлива для обжига известняка. Согласно последним моделям, применение древнеримских технологий может сократить выбросы оксидов азота и серы на 98% по сравнению с современными методами.
«Использование биомассы и альтернативных видов топлива для обжига печей может оказаться более эффективным для снижения углеродного следа, чем прямое внедрение римских рецептов», — отмечает Мартинес.
Сегодня бетон — второй по распространенности материал в мире после воды, а его производство отвечает за 8% глобальных антропогенных выбросов углерода, что составляет четверть всех промышленных выбросов. По словам специалиста по материаловедению из Университета Аризоны Нараянана Нейталата, если бы производство цемента было страной, оно заняло бы третье место в мире по объему выбросов CO₂ после Китая и США.
«Если мы хотим удержать потепление в пределах двух градусов по Цельсию, как предусмотрено Парижским соглашением, выбросы от производства цемента должны сократиться более чем на 20% в ближайшее десятилетие», — пояснил Нейталат в 2023 году.
Изучение древнеримского бетона может помочь человечеству приблизиться к этим важным климатическим целям.
Исследование опубликовано в журнале .