Римський бетон виявився не екологічнішим за сучасний

Пантеон у Римі стоїть майже два тисячоліття, а давньоримські акведуки досі функціонують у сучасних ландшафтах. Навіть стародавні гавані, побудовані з римського бетону, витримали століття безжальних хвиль. Ця неймовірна довговічність давно інтригувала вчених, які намагалися зрозуміти секрет міцності римського бетону та можливість його використання у сучасному будівництві.

Питання має важливі кліматичні наслідки. Бетон є основою цивілізації та найбільш використовуваним промисловим матеріалом у світі. Однак він має високу екологічну ціну. Виробництво сучасного цементу, ключового інгредієнта бетону, споживає величезну кількість енергії та є потужним джерелом забруднення, відповідаючи приблизно за вісім відсотків глобальних викидів вуглекислого газу. У терміновій гонці за декарбонізацією дослідники задалися питанням, чи був римський бетон не лише міцнішим, але й екологічнішим.

Відповідь, на жаль, виявилася складною. Даніела Мартінес з Університету дель Норте в Колумбії та її колеги провели дослідження, результати якого опубліковані у журналі iScience. Вони змоделювали енергію, воду та викиди, необхідні для виробництва різних рецептів римського бетону, використовуючи як стародавні, так і сучасні технології.

І римський, і сучасний цемент мають вапняк як основний інгредієнт. При нагріванні до дуже високих температур вапняк розкладається і може поєднуватися з іншими мінералами, утворюючи пасту, яка зв'язується у довговічний матеріал.

Замість сучасного портландцементу, який виготовляється шляхом нагрівання вапняку та глин до пекучих 1450 градусів Цельсія, римські будівельники використовували вапняний розчин. Вони нагрівали вапняк до нижчої температури близько 900 градусів Цельсія та змішували отримане вапно з водою та поццоланом — дрібним вулканічним попелом, який у великій кількості зустрічається в регіонах на кшталт Поццуолі поблизу Неаполя, що й дало матеріалу його назву. Ця поццоланова реакція створювала знаменито стабільну та стійку сполучну речовину. Сучасний бетон тим часом використовує різні типи піску та гравію.

Результати не відповідали очікуванням дослідників. Вони виявили, що без сумніву було ефективніше виготовляти римський бетон за допомогою сучасних технологій. Але римський бетон генерував порівнянні, а часто й вищі викиди вуглекислого газу на кубічний метр, ніж його сучасний еквівалент.

«Вивчення римського бетону може навчити нас використовувати матеріали таким чином, щоб максимізувати довговічність наших споруд, оскільки стійкість йде пліч-о-пліч з довговічністю», каже автор та інженер Даніела Мартінес.

«Всупереч нашим початковим очікуванням, прийняття римських формул із сучасними технологіями може не принести суттєвого зменшення викидів або енергетичних потреб», говорить Мартінес. «Використання біомаси та інших альтернативних видів палива для розпалювання печей може виявитися ефективнішим у декарбонізації сучасного виробництва цементу, ніж впровадження формул римського бетону».

Однак дослідження виявило й позитивний момент. Римський метод виробництва призведе до різкого зниження забруднювачів повітря, таких як оксиди азоту та сірки — шкідливі гази, які сприяють респіраторним захворюванням, але можуть контролюватися на етапі виробництва. Дослідники підрахували, що ці викиди можуть бути скорочені від 11 до 98 відсотків, залежно від використовуваного джерела енергії.

Але те, що процес виробництва не є екологічнішим, не обов'язково означає, що римський бетон не корисний. Відповідь криється у витривалості кінцевого продукту. Сучасні бетонні конструкції часто потребують значного обслуговування або заміни протягом десятиліть. Римський бетон проіснував століттями.

Але є одна особливість. На відміну від сучасного армованого бетону, стародавні римські споруди не використовували сталеві стрижні для збільшення міцності. «Корозія сталевої арматури є основною причиною руйнування бетону, тому порівняння слід робити з великою обережністю», каже автор та інженер Пауло Монтейро з Каліфорнійського університету в Берклі.

Коли ви робите всі розрахунки стійкості, існує переломна точка, в якій римський спосіб виготовлення бетону стає більш кліматично дружнім. Для застосування на кшталт дороги, яка потребує частої заміни, бетон римського типу повинен прослужити від 29 до 97 відсотків довше, щоб компенсувати свої початкові викиди. Враховуючи, що римські споруди простояли тисячі років, це здається можливим, але далеко не гарантованим.

«Є багато уроків, які ми можемо почерпнути від римлян», каже Мартінес. «Якщо ми зможемо поєднати їхні стратегії з нашими сучасними інноваційними ідеями, ми зможемо створити більш стійке будівельне середовище».