Вчені розгадали секрет «самовідновлення» римського бетону

Дослідники Массачусетського технологічного інституту та Гарварду розгадали таємницю довговічності бетонних конструкцій Стародавнього Риму.

Численні римські споруди, зокрема знамениті акведуки, створені з пуццоланового бетону, який надавав їм величезну стійкість. Навіть сьогодні одна з римських споруд – Пантеон, що існує майже в незайманому стані 2000 років – є рекордсменом за величиною купола з неармованого бетону, пише Dezeen.

Бетонний купол Пантеону. Фото: Claudio Mota/Pexels

Властивості цього бетону зазвичай пояснюють його інгредієнтами: пуццоланою, сумішшю вулканічного попелу, названого на честь італійського міста Поццуолі, де можна знайти його значні запаси, та вапном. При змішуванні з водою ці два матеріали вступають в реакцію, утворюючи міцний матеріал.

Утім, матеріалознавець Адмір Масік із Массачусетського технологічного інституту не довіряв цим міркуванням. Масік і його команда зосередили свої дослідження на характерних шматках білого карбонату кальцію, що пронизували римський бетон. Раніше вважалося, що ці «вапняні уламки» свідчать про погане змішування, але це пояснення не подобалося Масіку.

Вапняний уламок на збільшеній ілюстрації частини давньоримського бетону вказаний червоним

«Якщо римляни доклали стільки зусиль, щоб створити видатний будівельний матеріал, дотримуючись усіх детальних рецептів, які були оптимізовані протягом багатьох століть, чому вони доклали так мало зусиль для забезпечення виробництва добре змішаного кінцевого продукту», – задався питанням дослідник.

Щоб з’ясувати походження уламків, команда вивчила їхню форму та кристалічну структуру. Дослідники припустили, що при екстремальних температурах відкладання утворилися в результаті приготування бетону з негашеним вапном (оксидом кальцію), процес, який виділяє багато тепла і відомий як «гаряче змішування».

Саме таке «гаряче змішування» створило потенціал для самовідновлення. Воно надає вапняним шматкам «крихку архітектуру наночастинок». Щойно в бетоні утворюються крихітні тріщини, вони руйнують уламки, і коли вода досягає цих частинок, вона створює розчин, насичений кальцієм, який вливається в тріщини та перекристалізується, щоб ніби «залікувати» їх.

Зразки бетону використані у дослідженні. Ілюстрація: Science Advances

Щоб підтвердити свою гіпотезу, команда виготовила зразки гарячого бетону, використовуючи як старовинні, так і сучасні склади, розбила їх і пропустила воду через тріщини.

Протягом двох тижнів тріщини зажили, і вода більше не могла протікати, тоді як ідентичні бетонні блоки, зроблені без негашеного вапна, не відновлювались таким самим чином.

Нині команда вчених працює над комерціалізацією такого складу як більш довготривалої та екологічно чистішої альтернативи нинішнім бетонам.

За їхніми словами, цей метод дозволить зменшити вуглецевий слід цементу (на частку якого припадає до 8% загальних глобальних викидів парникових газів) та підвищити довговічність бетону за рахунок функцій самовідновлення.

Як наслідок – збільшиться термін служби та зменшиться потреба в капітальному ремонті, що позитивно вплине на довкілля та покращить економічний життєвий цикл сучасних цементних конструкцій.

Фото на головній: Griffin Wooldridge/Pexels

 

 

Читайте також:

Будинок Веттіїв в Помпеях, розписаний еротичними фресками, відкрили після 20-річної реставрації

Мармурові скульптури Парфенона можуть повернутися з Британського музею до Афін

Влада Києва не підтримала петицію щодо збереження нещодавно виявлених печер часів Древньої Руси