Ученые раскрыли секрет стойкости древнеримского бетона

Ранее считалось, что стойкость древнеримского бетона обусловлена материалами, из которых он составлен. Но, согласно свежему исследованию, важную роль сыграла и технология смешивания.

Международная группа исследователей под руководством Массачусетского технологического института (MIT) провела новое изучение строительных особенностей времен Римской империи. Работа была опубликована в журнале Science Advances. Эксперты всегда связывали стойкость бетона с пуццоланой — смесью вулканического пепла, лежащей в его основе. Материал назвали в честь итальянского города Поццуоли, где расположено большое месторождение этого пылевидного продукта, а также находили залежи извести. Совокупность двух упомянутых ресурсов в контакте с водой позволяла получать крепкий бетон, передает techno.nv.ua

Однако в свежем исследовании ученые выяснили, что прочность обусловлена и технологией смешения. Предположение специалистов базируется на небольших белых кусочках извести. Последние встречаются в бетоне, который не первый взгляд кажется хорошо перемешанным. Ранее наличие этих частиц объяснялось некачественными материалами или плохим совмещением компонентов. Но материаловед Адмир Масич из Массачусетского технологического института зашел с другой стороны.

«Меня всегда беспокоила мысль о том, что наличие этих известковых глыб объяснялось просто низким контролем качества. Если римляне приложили столько усилий для создания выдающегося строительного материала, следуя всем подробным рецептам, которые были оптимизированы на протяжении многих веков, то почему они приложили так мало усилий для обеспечения производства хорошо перемешанного конечного продукта? В этой истории должно быть что-то еще», — заявил Масич.

Материаловед вошел в команду инженера-строителя из Массачусетского технологического института Линды Сеймур, которая тщательно изучила 2000-летние образцы римского бетона из археологического памятника Привернум в Италии. Ученые стремились более детально выяснить состав известняковых кусков. Согласно предыдущим исследованиям, римляне использовали гашенную известь вкупе с пуццоланой. Однако свежий анализ не стыкуется с этой теорией.

Гашенная известь формируется, когда высокореакционный каустический порошок, образованный в результате нагревания известняка, смешивают с водой. Если же применять только температурную обработку, то известь будет негашеной. Ученые выяснили, что римляне ее тоже использовали при создании цемента. Как заявила команда Сеймур, негашеную известь смешивали с пуццоланой — причем как отдельно, так и в дополнение к гашеной. Процесс проводился под воздействием высоких температур и получил название горячее смешивание.

«Преимущества горячего смешивания двояки. Во-первых, когда бетон в целом нагревается до высоких температур, это позволяет получить химические реакции, которые невозможны при использовании только гашеной извести, образуя соединения, связанные с высокими температурами, которые иначе не образовались бы. Во-вторых, повышенная температура значительно сокращает время твердения и схватывания, поскольку все реакции ускоряются, что позволяет значительно ускорить строительство», — рассказал Масич.

Есть и другое преимущество, которое дают куски извести в бетоне — способность к самовосстановлению. Когда в материале образуются трещины, они направляются к наибольшим частичкам в матрице. А это как раз известь. С ней вступает в реакцию вода, попадающая в свободное пространство. В результате появляется раствор, богатый кальцием, который высыхает и затвердевает, склеивая трещины.

Чтобы подтвердить свою теорию, ученые изготовили пуццолановый бетон по древним и современным рецептам с использованием негашеной извести. Затем специалисты провели эксперимент с трещинами. И оказалось, что в первом случаи они затянулись спустя две недели, а во втором — остались в бетоне.