Ученые из международной команды под руководством специалистов Калифорнийского университета в Беркли и Пекинского технологического университета изучили бетон из древней уборной на вилле императора Адриана в Тиволи. Образец, пролежавший почти две тысячи лет, подсказал еще одну причину удивительной стойкости римских сооружений.
Долгое время главным секретом считали пуццолановую реакцию — химическое взаимодействие вулканического пепла, извести и воды. Она создает прочные связующие вещества. Новая работа не отменяет эту идею, а дополняет ее: бетон продолжал меняться и укрепляться спустя века после строительства.
Как уборная стала лабораторией времени
Фрагмент взяли из бетонного резервуара для стоков под сиденьями древней уборной. Исследователи просветили его рентгеновскими лучами, рассмотрели под электронным микроскопом и изучили минеральный состав. Так они восстановили внутреннюю карту материала: поры, трещины, частицы вулканической породы и наросшие вокруг них кристаллы.
Главным связующим минералом оказался кальцит (форма карбоната кальция). Он возникал во время карбонизации (медленной реакции извести с влагой и углекислым газом из воздуха). Кристаллы постепенно разрастались, заполняли мелкие пустоты и трещины, а бетон становился плотнее. Вода и разрушающие вещества получали меньше путей внутрь материала.
Вулканические камни тоже были не обычным наполнителем. На их границах известь вступала в реакцию с минералами и образовывала дополнительное цементоподобное связующее, минеральный «клей» между частицами. Эти участки укрепляли сцепление внутри бетона.
Зачем современным строителям древний рецепт
Открытие показывает, что римский бетон был не застывшим навсегда блоком. Его минеральная структура медленно перестраивалась под действием окружающей среды и могла частично запечатывать повреждения. Иными словами, время не только разрушало материал, но в некоторых зонах помогало ему уплотняться.
Однако это не готовый рецепт для современной стройплощадки. Карбонизация в древнем образце шла столетиями, а нынешние конструкции устроены иначе. Исследование объясняет долговечность конкретного материала, но не доказывает, что любая римская смесь была лучше современного бетона.
Механизм роста кальцита может подсказать, как создавать более долговечные и экологичные материалы. Ученые рассчитывают, что понимание древней химии поможет уменьшить долю клинкера, обожженной основы цемента, и научить бетон лучше закрывать мелкие трещины. Неожиданно полезным учебником для инженеров XXI века оказалась императорская уборная.
Ранее Наука Mail рассказала о раннехристианской базилике, обнаруженной под современными улицами итальянского Одерцо.