Давньоримські інженери та будівельники були справжніми майстрами своєї справи. Їхні споруди, такі як акведуки, витримали випробування часом і досі залишаються функціональними. Це стало можливим завдяки унікальному будівельному матеріалу — пуцолановому бетону. Цей неймовірно міцний матеріал дозволив створити споруди, які не тільки пережили тисячоліття, а й залишаються в чудовому стані, пише T4.
Яскравий приклад — Пантеон у Римі, якому майже 2000 років. Він досі має найбільший у світі купол із неармованого бетону, що вражає своєю міцністю та довговічністю.
У чому секрет римського бетону?
Раніше вважалося, що унікальні властивості давньоримського бетону пояснюються його складом. Основними інгредієнтами були пуцолан (суміш вулканічного попелу) та вапно. При змішуванні з водою ці компоненти утворювали дуже міцний матеріал.
Але дослідження 2023 року, проведене міжнародною командою вчених на чолі з Массачусетським технологічним інститутом (MIT), показало, що не тільки склад, але й метод змішування відігравав ключову роль.
Несподівана знахідка: “гаряче змішування”
Ключ до розгадки — маленькі білі грудочки вапна (lime clasts), які раніше вважалися результатом поганого перемішування. Матеріалознавець MIT Адмір Масіч поставив під сумнів це припущення:
“Якщо римляни так ретельно підходили до створення міцного будівельного матеріалу, чому вони допустили б погане змішування?”
Команда під керівництвом інженера Лінди Сеймур дослідила зразки 2000-річного бетону з археологічної ділянки Привернум в Італії, використовуючи електронну мікроскопію, рентгенівську спектроскопію та дифракцію рентгенівських променів.
З’ясувалося, що давні римляни застосовували “гаряче змішування” (hot mixing). Замість використання гашеного вапна (як передбачалося раніше), вони змішували негашене вапно (CaO) безпосередньо з пуцолановою сумішшю та водою при дуже високих температурах.
Як “гаряче змішування” впливало на бетон?
Висока температура активізувала хімічні реакції, що дозволяло швидше формувати міцні сполуки. Це значно скорочувало час будівництва.
Високотемпературні процеси сприяли утворенню сполук, які неможливо отримати за звичайного змішування зі звичайним гашеним вапном.
Одна з найцікавіших властивостей такого бетону — його здатність самовідновлюватися.
Як працює механізм самовідновлення?
Коли у бетоні з’являються тріщини, вони найчастіше проходять через грудочки вапна. Коли вода потрапляє в тріщину, вона розчиняє вапно, створюючи кальцієвий розчин. Цей розчин потім затвердіває у вигляді кальциту, “склеюючи” тріщину та запобігаючи її розширенню.
Цей процес було помічено у 2000-річному бетоні мавзолею Цецилії Метелли, де тріщини природним чином заповнилися кальцитом. Це також пояснює, чому давньоримські морські бетонні споруди збереглися тисячоліттями, незважаючи на постійний вплив солоної води.
Практичне підтвердження гіпотези
Щоб перевірити свою теорію, дослідники виготовили зразки пуцоланового бетону за давньоримськими та сучасними рецептами. Одну серію бетонних зразків вони приготували з негашеним вапном, а іншу — без нього.
Потім вони навмисно утворили в них тріщини та провели тести на самовідновлення. Результати були вражаючими:
- Бетон з негашеним вапном повністю “загоївся” за два тижні.
- Сучасний бетон залишився тріснутим.
Майбутнє римського бетону в сучасному будівництві
Отримані результати можуть змінити підхід до будівництва у XXI столітті. Дослідники працюють над комерціалізацією нового бетону, який буде не тільки міцнішим, але й екологічнішим.
Сучасне виробництво цементу є одним із найбільших джерел викидів CO₂. Використання “римських технологій” може зменшити потребу у виробництві нового бетону, адже споруди служитимуть набагато довше.
“Це захопливо — усвідомлювати, що ці більш довговічні бетонні суміші можуть не тільки продовжити термін служби будівель, але й значно покращити міцність 3D-друкованого бетону,” — зазначив Масіч.
Давньоримський бетон — це не просто міцний матеріал, а революційне відкриття, яке може вплинути на майбутнє будівництва. Завдяки методам “гарячого змішування” та самовідновлення, римські споруди пережили тисячоліття. І тепер, завдяки науковим дослідженням, ці технології можуть знову змінити світ.
