Ученые раскрыли секрет многовековой прочности древнеримского бетона
Строительная площадка, погребенная под вулканическим пеплом во время извержения Везувия в 79 году нашей эры и недавно обнаруженная в Помпеях, помогла разгадать тайну невероятной долговечности древнеримского бетона. Новый анализ материалов с этого места, застывшего во времени, показал, что ключом к прочности является специальная методика приготовления смеси, названная учеными "горячим смешиванием".
Исследовательская группа под руководством специалиста по материаловедению из Массачусетского технологического института (MIT) Адмира Масика установила, что римляне смешивали основные компоненты — вулканический пепел (пуццолан) и негашеную известь (оксид кальция) — в сухом виде, а затем добавляли воду. При контакте с водой негашеная известь вступает в бурную реакцию, выделяя интенсивное тепло внутри смеси. Этот процесс "горячего смешивания" приводит к образованию высокотемпературных химических соединений, которые иначе не возникают, и значительно ускоряет отвердение бетона.
Однако самым важным последствием этой технологии стало образование в застывшем материале многочисленных кусочков непрореагировавшей извести. Именно эти включения обеспечивают бетону уникальную способность к "самозалечиванию". Когда в бетоне со временем появляются трещины, они стремятся распространиться в сторону этих кусочков извести. Проникающая в трещину влага вступает с известью в реакцию, образуя насыщенный кальцием раствор. Этот раствор, высыхая, кристаллизуется в виде карбоната кальция, эффективно "заклеивая" трещину и предотвращая ее дальнейшее расширение. Эта внутренняя система регенерации объясняет, почему такие сооружения, как купол Пантеона, простояли почти две тысячи лет, пережив землетрясения и воздействие стихий.
Открытие разрешает давнюю научную загадку, связанную с несоответствием между реальными образцами римского бетона и описанием его приготовления в классическом трактате архитектора Витрувия "Десять книг об архитектуре", датированном I веком до нашей эры. Витрувий описывал метод, при котором известь сначала гасили водой, и лишь затем смешивали с пуццоланом. Анализ же материалов из Помпей, включая изотопные исследования, однозначно указывает на использование негашеной извести и метод "горячего смешивания". Это не означает, что Витрувий был неправ, но показывает, что наиболее долговечная версия бетона производилась именно по технологии, обнаруженной в Помпеях.
Ученые полагают, что эти древние знания могут быть применены для улучшения современных строительных материалов. Современный бетон, в отличие от римского, часто разрушается за считанные десятилетия, а его производство наносит значительный вред окружающей среде. Внедрение принципов самовосстановления и повышение долговечности бетона может сделать его значительно более экологичным и устойчивым. Как отметил Адмир Масик, основавший компанию DMAT для реализации этих идей, цель состоит не в простом копировании древнего рецепта, а в переводе ключевых принципов этой "книги знаний" на язык современных строительных технологий.
Исследование, подробно описывающее находку, было в научном журнале Nature Communications.