Вчені розкрили секрет надзвичайної міцності римського бетону

Архітектурні досягнення давніх римлян вражають і сьогодні. Акведуки, амфітеатри, храми — ці споруди зберігають свою міцність навіть через дві тисячі років. Особливо виділяється Пантеон у Римі, чий купол з неармованого бетону досі залишається найбільшим у світі.

Однією з причин довговічності цих споруд є унікальний бетон, відомий як пуцолановий бетон. Його основні компоненти — вулканічний попіл (пуцолана) та вапно, які разом із водою утворюють міцну суміш. Проте, як показали нові дослідження, склад і техніка приготування цього бетону були більш складними, ніж вважалося раніше.

Несподіване відкриття у структурі римського бетону

У 2023 році міжнародна команда дослідників під керівництвом фахівців з Массачусетського технологічного інституту (MIT) дослідила зразки римського бетону, знайдені на археологічному об’єкті Прівернум в Італії. Аналіз зразків показав, що у бетоні є маленькі білі частинки вапна, які не вписувалися у традиційну теорію про його виготовлення.

Раніше ці вапняні вкраплення вважали ознакою поганої якості змішування. Проте такий підхід викликав сумніви у матеріалознавця Адміра Масича з MIT.

«Якщо римляни так ретельно підходили до створення унікального будівельного матеріалу, навряд чи вони могли допустити недбалість у процесі змішування», — зазначив Масич.

Гаряче змішування: секрет самовідновлення

Команда MIT дійшла висновку, що римляни використовували особливу техніку, яку дослідники назвали «гарячим змішуванням». Замість використання гашеного вапна (кальцій гідроксиду), вони додавали негашене вапно (кальцій оксид) безпосередньо до суміші пуцолани і води. Цей процес проходив за високих температур, що сприяло утворенню особливих хімічних сполук, недосяжних при використанні гашеного вапна.

Гаряче змішування також мало ще одну перевагу — створення у бетоні вапняних вкраплень. Саме ці частинки стали ключем до самовідновлювальних властивостей матеріалу.

Коли у бетоні утворюються тріщини, вони спрямовуються до вапняних вкраплень. При контакті з водою вапно утворює кальцій-карбонат, який заповнює тріщини, зупиняючи їх розширення. Цей процес був підтверджений на зразках з гробниці Цецілії Метелли, де тріщини у бетоні заповнені кальцитом.

Експерименти, що підтвердили теорію

Щоб перевірити свої висновки, вчені створили бетон за римськими рецептами з використанням негашеного вапна. Для порівняння вони також виготовили бетон без нього. В результаті тріщини у «римському бетоні» загоїлися вже через два тижні, тоді як контрольний зразок залишився пошкодженим.

Перспективи для сучасного будівництва

Сьогодні дослідники працюють над комерціалізацією римського бетону як екологічно чистої та довговічної альтернативи сучасним матеріалам. За словами Масича, ця технологія може значно подовжити термін служби бетонних споруд, включно з тими, що виготовляються за допомогою 3D-друку.

Таким чином, давній секрет римських будівничих відкриває нові горизонти для сучасної інженерії, пропонуючи не лише міцніші, а й більш екологічні рішення.