Вчені розкрили секрет міцності давньоримського бетону

Дослідникам вдалося визначити хімічний склад давньоримського бетону, який вже багато тисячоліть не піддається руйнівній дії стихій, повідомляє українська редакція ВВС.

Давні римляни зводили прибережні мури з каміння за допомогою бетону, який складався з вапна і вулканічного попелу.

Вчені визначили, що вулканічні елементи, які входили до його складу, вступали в реакцію з морською водою, і конструкція ставала міцнішою.

На думку науковців, це відкриття може стати поштовхом для розробки екологічніших будівельних матеріалів.

Сучасний цементний розчин з часом тріскається і руйнується. А міцність давньоримського матеріалу вже давно не давала спокою дослідникам.

З роками цей матеріал тільки міцнішає навіть під дією води.

Під час дослідження зразків приморських стін, учені з’ясували, що бетон давніх римлян містить рідкісний мінерал — тоберморіт алюмінію.

Вони вважають, що ця зміцнювальна речовина кристалізувалася у вапні, коли давньоримський розчин виділяв тепло під дією морської води.

Але на цьому дослідники не зупинилися і провели ще детальніший аналіз зразків прибережних стін за допомогою електронного мікроскопа, щоб окреслити розподіл елементів. Також вони використали інші дві техніки: рентгенівську мікродифракцію і раманівську спектроскопію, щоб точніше визначити хімічний склад.

За результатами нового дослідження, стало відомо, що крізь бетон проростає тоберморіт у значному обсязі. У складі також міститься пористий мінерал, що називається філіпситом.

Дослідники стверджують, що ці кристали проростали під тривалою дією морської води, зміцнювали бетон і попереджали появу тріщин.

“На відміну від сучасного бетону, який виготовляють на основі цементу, — повідомила головна авторка дослідження Марі Джексон з Університету штату Юта, США, — бетон давніх римлян твердий, наче камінь, і міцнішає під час хімічного обміну з морською водою”.

“Цей мінерал — надзвичайно рідкісний”, — кажуть науковці.

Стародавній розчин дуже відрізнявся від сучасного. Зараз будівлі зводять на бетоні, основою якого є портлендський цемент.

Його виготовляють шляхом нагрівання та подрібнення кількох складових: вапняку, пісковику, попелу, крейди, заліза та глини. Розтертий матеріал потім змішують з більшими частинками, так званими “агрегатами”, такими як частинки каменю чи піску, щоб утворювалися бетонні структури.

Виготовлення цементу шкодить довкіллю і є джерелом 5% усіх глобальних викидів СО2.

Чи у нас можуть з’являться екологічніші будівельні матеріали, якщо про цементний розчин давніх римлян стане відомо більше?

Професор Джексон тестує нові матеріали за допомогою морської води та вулканічної породи, яка походить із західних районів Сполучених Штатів. У інтерв’ю BBC на початку цього року професорка сказала, що в будівництві припливної лагуни в затоці Свонсі слід врахувати давньоримський досвід замішування бетону.

“Вони будували дуже масивні споруди, доволі безпечні для довкілля і довговічні”, — зазначила професорка Джексон.

“На мою думку, римський бетон чи його аналог був би дуже хорошим варіантом [для Свонсі]. Щоб інвестиції в цю електростанцію окупилися, вона має прослужити 120 років.

“Ми знаємо, що портлендський цементобетон має сталеву арматуру. Максимум через шістдесят років вона руйнуватиметься через корозію, а це тільки половина потрібного терміну його використання”.

Проте кілька факторів ускладнюють відродження давньоримського цементу. Один з них — це брак необхідної вулканічної породи. Давнім римлянам, кажуть учені, просто пощастило, бо потрібні матеріали були в них буквально під ногами.

Окрім того точний рецепт римської суміші не зберігся. Щоб повністю відновити формулу давніх римлян експериментальним шляхом, потрібні довгі роки.