Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Прочность римского бетона объясняется сочетанием его компонентов и методов производства. Спустя почти два тысячелетия после расцвета Римской империи некоторые из её сооружений всё ещё стоят.
Они выдержали испытание временем, включая Пантеон (храм всех богов в Древнем Риме); римские акведуки (древнеримские водопроводы) в Сеговии, Испания; и римские бани в Англии. Долговечность этих конструкций во многом объясняется свойствами римского бетона.
Но что делает римский бетон таким особенным? Что в этом материале позволило сооружениям простоять тысячи лет?
Исследователи до сих пор ломают голову над тем, как именно изготавливался римский бетон, хотя у них есть несколько подсказок, включая многие из его ингредиентов, и факт, что он самовосстанавливается под воздействием дождя.Антикитерский механизм – Первый компьютер древности и его тайны
Как изготавливается бетон
Современный бетон начинается с цемента – мелкодисперсного порошка, который при смешивании с водой превращается в раствор.
Ключевым ингредиентом цемента является осадочная порода — известняк, состоящая в основном из карбоната кальция (химическое соединение CaCO3, также встречающееся в природе, например, в яичной скорлупе и ракушках).
Известняк смешивают с другими материалами, как глина, а затем нагревают в печи при температуре около 1500 градуса по Цельсию для получения материала, называемого клинкером. Измельчение клинкера, а также некоторых добавок, в мелкий порошок и даёт цемент.
Сегодня наиболее часто используемым цементом является портландцемент. В зависимости от окружающей среды, срок службы конструкций из портландцемента составляет от 75 до 100 лет. Бетон, очевидно, изменился со времён его использования в римскую эпоху, но правда в том, что он менялся с момента своего изобретения.
Использование бетоноподобных материалов датируется ещё 6500 годом до н. э. Сирийцы каменного века случайно разработали неорганическое строительное соединение, известное как известь, используя костры, которые, вероятно, нагревали камни в примитивной версии современного процесса, известного как кальцинация (высокотемпературный обжиг вещества для изменения его химического состава).
Тем временем майя в Мезоамерике около 1100 года до н. э. разработали предшественники бетона, используя негашёную известь (оксид кальция, CaO), которая образуется при нагревании известняка до высоких температур, при этом выделяется углекислый газ, и карбонат кальция превращается в оксид кальция.
Но римский бетон представлял собой уникальную смесь, которая творила чудеса. «Бетон построил империю», ведь римляне использовали собственный бетон ещё в 3 веке до н. э.
Римский бетон
Секреты римского бетона кроются как в его ингредиентах, так и в методах их смешивания.
Одним из решающих элементов, был пуццолан (вулканический пепел, используемый как гидравлическая добавка к извести). Римляне использовали пепел из вулканических пластов итальянского города Поццуоли, который доставляли по всей империи.
Сегодня к пуццоланам относят пемзу и золу-унос, которая является побочным продуктом сжигания угля. Диоксид кремния и оксид алюминия в пепле реагируют с известью и водой во время пуццолановой реакции (химическая реакция между активным кремнезёмом или глинозёмом пуццолана и гидроксидом кальция в присутствии воды) при комнатной температуре, в результате чего получается более прочный и долговечный бетон.
Пуццолан также используется для изготовления гидравлического цемента (цемента, способного твердеть и сохранять прочность как на воздухе, так и под водой).
Другим ключевым ингредиентом являются известковые включения (небольшие фрагменты негашёной извести). Эти включения придавали римскому бетону его способность к самовосстановлению. Со временем бетон выветривается и ослабевает, поэтому вода может проникать в его трещины и достигать этих включений.
При реакции с водой включения образуют кристаллы, называемые кальцитами, которые заполняют трещины. Таким образом, римский бетон может самовосстанавливаться. Например, 2000-летняя гробница Цецилии Метеллы недалеко от Рима имеет трещины, заполненные кальцитами, что предполагает, что в какой-то момент вода снаружи активировала включения в самом бетоне (в трещинах).
Команда исследователей продемонстрировала эффект этих включений в исследовании 2023 года, опубликованном в журнале Science Advances. Они анализировали римский бетон с помощью сканирующих электронных микроскопов и рентгеновских лучей, чтобы увидеть, что делало его прочным, и понять, как он был изготовлен, и как римляне, пришли к этому чуду инженерной мысли.
Римляне также использовали метод, известный как горячее смешивание (приготовление бетонной смеси с подогревом компонентов), который включает смешивание негашёной извести с пуццоланом, водой и другими ингредиентами, а затем их нагрев.
Исследователи обнаружили, что метод помогает раскрыть самовосстанавливающиеся способности известковых включений и может привести к более быстрому схватыванию, чем у цемента, изготовленного с использованием раствора негашёной в воде извести, для последующего получения гашёной (гидроксид кальция Ca(OH)2), что является нормой сегодня.
Исследователи всё ещё изучают римский бетон. При современном процессе смешивания портландцемент не допускает образования известковых включений. Клинкер, производимый в печи, измельчается в мелкий порошок, разрушая все потенциальные включения.
Напротив, когда римляне, вероятно, производили горячее смешивание негашёной извести, пепла и воды, включения оставались в виде мелких вкраплений в цементе.
Независимо от того, понимали ли римляне всю гениальность своего рецепта цемента, его особенность проявляется в невероятной долговечности. Даже спустя 2 тыс. лет, он, такой же твёрдый, как в день заливки.
Поделись видео:
