Группа ученых из США, Италии и Швейцарии определила, по какой технологии древние римляне изготовляли бетон. Этот материал обладает высокой прочностью и способен самостоятельно «залечивать» трещины. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Древние римляне известны как мастера инженерного дела. Они создавали сети дорог, акведуки, порты и крупные здания, которые сохранились до сих пор. Многие из этих структур строились из бетона. Например, знаменитый Пантеон, который был построен в 128 г. н. э., все еще сохранился и поражает туристов своим куполом. Некоторые древние акведуки до сих пор используются для доставки воды. В то же время некоторые современные постройки из бетона не выдерживают и нескольких десятилетий. Именно поэтому ученые уже давно пытались разгадать секрет римского бетона, который оказался на удивление прочным и мог выдерживать даже сложные условия. Было известно, что основным компонентом римского бетона является известь, так что предполагалось, что его изготовляли путем смешения известняка с водой, из-за чего происходило гашение извести. Кроме того, ученые знали, что римляне добавляли в бетон пуццолан — пылеобразный материал, в состав которого входил вулканический пепел. До сих пор исследователи считали, что именно пуццолану римский бетон обязан своей прочностью.
Однако сейчас ученые взглянули на другой компонент римского бетона. Дело в том, что в древних образцах содержатся небольшие (пару миллиметров в диаметре) фрагменты белого минерала. Ранее считалось, что это всего лишь обломки известняка, которые остались в бетоне из-за того, что его некачественно перемешивали. Теперь исследователи поставили это под сомнение: неужели римляне, которые ответственно подходили к каждому этапу строительства, упустили бы такую важную стадию проверки качества бетона? Изучив образцы древнего бетона подробнее, ученые подтвердили, что белые включения были разными формами карбоната кальция. Результаты спектроскопического исследования показали, что эти фрагменты образовались при высоких температурах, что не свойственно для гашения извести. Тогда ученые предположили, что бетон изготавливали не только из извести, но и из более реакционноспособного соединения — оксида кальция. Исследователи определили, что, вероятнее всего, римский бетон изготавливали путем перемешивания этих компонентов с водой при высоких температурах, что также ускоряло процесс. При этом фрагменты оксида кальция при таких температурах приобретали особую наноструктуру. Исследователи заключили, что благодаря этим частицам римский бетон приобретал способность «самозалечиваться». Если в материале образовывалась трещина, то она зарастала из-за того, что фрагменты оксида кальция реагировали с водой и образовывали карбонат кальция. Также они могли реагировать с пуццоланом, из-за чего прочность материала повышалась еще больше.
Чтобы доказать, что эта технология действительно могла использоваться в древности, ученые получили с помощью нее образцы римского бетона. Они намеренно внесли в них трещины, а затем пустили по ним воду. В течение двух недель трещины заросли, и вода больше не могла проходить сквозь них. Если в бетон не добавляли оксид кальция, то трещины оставались.
Сейчас ученые надеются вывести свою технологию получения бетона в коммерческий оборот. Они считают, что это поможет снизить нагрузку на окружающую среду, которую вносит производство бетона. На него сейчас приходится 8% выбросов парниковых газов. Если же бетон будет достаточно прочным, то его в целом понадобится меньше. Также сейчас исследователи работают над технологией получения бетона, который бы впитывал углекислый газ из воздуха.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
