Как ученые раскрыли секрет прочности древнеримского бетона
Многие древнеримские сооружения стоят до сих пор. И все благодаря невероятно прочному бетону, из которого строили римляне.
Даже сегодня одно из римских сооружений – Пантеон, существующий почти в нетронутом состоянии 2000 лет – является рекордсменом мира по величине купола из неармированного бетона. Свойства этого бетона обычно объясняются его ингредиентами: пуццоланой, смесью вулканического пепла, названного в честь итальянского города Поццуоли, где можно найти его значительные запасы, и известью. При смешивании с водой эти два материала могут вступать в реакцию, образуя прочный бетон.
Но это, как выясняется, еще не весь секрет. Международная группа исследователей во главе со специалистами Массачусетского технологического института (MIT) обнаружила, что материалы не только немного отличаются от того, что мы могли себе представить, но и методы, используемые для их смешивания, также отличны друг от друга.
Секрет римского бетона
На такую мысль ученых натолкнули маленькие белые кусочки извести, которые можно найти в том, что в остальном кажется хорошо перемешанным бетоном. Наличие этих кусков ранее приписывалось плохому смешиванию или материалам. Но материаловед Адмир Масик из Массачусетского технологического института не доверял этим суждениям.
Авторы работы тщательно изучили 2000-летние образцы римского бетона с археологических раскопок Привернум в Италии. Эти образцы были подвергнуты сканирующей электронной микроскопии большой площади и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции и конфокальной рамановской визуализации, чтобы лучше понять известковые обломки.
Одним из вопросов, который исследовали ученые, был характер используемой извести. Стандартное понимание пуццоланового бетона заключается в том, что в нем используется гашеная известь. Сначала известняк нагревают при высоких температурах для получения высокореактивного едкого порошка, называемого негашеной известью, или оксидом кальция.
При смешивании негашеной извести с водой получается гашеная известь, или гидроксид кальция: немного менее реакционноспособная и менее едкая паста. Согласно теории, именно эту гашеную известь древние римляне смешивали с пуццоланой.
Но исследование показало, что известковые обломки в древних образцах не соответствуют этому методу. Скорее всего, римский бетон был изготовлен путем смешивания негашеной извести непосредственно с пуццоланой и водой при чрезвычайно высоких температурах, отдельно или в дополнение к гашеной извести. Этот процесс ученые называют «горячим смешиванием», и именно в результате него образуются известковые комочки.