Прочный материал может заполнить свои собственные трещины, как показывают новые исследования
Древнеримская инфраструктура может затмить современные здания. В то время как сегодняшние бетонные конструкции могут прослужить всего несколько десятилетий, некоторое количество долговечного бетона в Риме просуществовало 2000 лет. Неармированный бетонный купол Пантеона, завершенный около 125 г. E., остается нетронутым, согласно заявлению Массачусетского технологического института.
«Пантеон не существовал бы без бетона, каким он был во времена Римской империи», - говорит химик из Массачусетского технологического института Адмир Масик Николе Дэвис из Guardian.
Ученые давно задавались вопросом, как римляне достигли такого огромного инженерного подвига. В новой статье, опубликованной в пятницу в журнале Science Advances, Масич и другие исследователи предполагают, что бетон, смешанный римлянами, может сам по себе заделывать трещины. Ученые говорят, что хотя находка раскрывает новые взгляды на древний Рим, она также дает план улучшения современного бетона.
Чтобы изучить прочный строительный материал, исследователи взяли образцы раствора со стен в древнем городе Привернум, недалеко от Рима. Образцы имели тот же состав, что и другие образцы римского бетона того же периода, пишут исследователи в статье.
Известковый раствор содержал маленькие белые кусочки отложений кальция, называемые обломками извести. Ранее исследователи думали, что эти куски означают, что римляне недостаточно хорошо перемешивали бетон. Но Масика это не убедило.
«Мне было действительно трудно поверить, что древние римляне [инженеры] не справятся со своей задачей, потому что они действительно приложили тщательные усилия при выборе и обработке материалов», - говорит он Кэти Хант из CNN.
Анализ показал происхождение обломков извести: древние инженеры использовали сухую, наиболее реакционноспособную форму известняка, называемую негашеной известью, вместо или в дополнение к гашеной извести, которая сначала смешивалась с водой. Смешивание с негашеной известью вызвало бы химические реакции, вызывающие экстремальные температуры, известные как «горячее смешивание», и образование отложений кальция.
Отложения также служили определенной цели, как обнаружили исследователи. Они предположили, что когда вода попадает в трещины в бетоне, она может растворять куски кальция. Затем растворенные химические вещества могут рекристаллизоваться или реагировать с другими материалами, заполняя трещины и укрепляя структуру.
Чтобы проверить это, команда сделала бетон, используя римский рецепт и современный рецепт. Затем они разбили бетон и пропускали через него воду в течение 30 дней. После этого современный бетон все еще пропускал воду, а римский - нет, что позволяет предположить, что трещины были заполнены.
Образцы древнеримского бетона, по-видимому, имели трещины, заполненные таким же образом, пишет Дженнифер Уэллетт из Ars Technica.
Новые результаты могут привести к более прочному современному бетону, говорит Мари Джексон, геолог, изучающая древнеримский бетон в Университете Юты и не участвовавшая в новой статье, Джеклин Кван из Science.
Вдохновение римским бетоном «может быть рентабельным способом продлить срок службы нашей инфраструктуры за счет механизмов самовосстановления, которые мы иллюстрируем в этом исследовании», - говорит Масик The Guardian.
Поскольку около 8 процентов глобальных выбросов парниковых газов приходится на производство цемента, бетон с более длительным сроком службы также может снизить вклад отрасли в изменение климата, говорится в заявлении Масика.