Раскрыт секрет древнеримского бетона, который 2 тысячи лет выдерживает натиск приливов и отливов

Загадка, над решением которой бьются современные инженеры: почему древнеримские пристани, существующие 2000 лет, сохранились до наших дней, а современные бетонные волноотбойные стенки, усиленные сталью, обрушаются в течение нескольких десятилетий?

Даже Плиний Старший в своей «Естественной истории» в 79 году нашей эры отмечал, что бетонные структуры в античных портах «превратились в неприступную для волн монолитную каменную массу, которая с каждым днём становится крепче», хотя они находятся под постоянным натиском моря.

Американские учёные считают, что нашли разгадку, которая, наконец, приведёт к созданию современных морских защитных сооружений, неподвластных разрушительному влиянию времени и воды.

Специалисты обнаружили, что когда морская вода смешивается с вулканическим пеплом и известью, которые использовали древнеримские строители, это приводит к росту плотной массы и, в теории, придаёт бетону несокрушимую прочность.

«Перед нами система, которая противоречит общепринятому представлению о свойствах бетона на основе цемента, — рассказывает профессор геологии и геофизики Университета Юты Мэри Джексон, возглавляющая исследование. – Перед нами система, которая работает на основе химической реакции с морской водой».

Римские инженеры создали бетон, смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, чтобы сделать строительный раствор, а затем добавили осколки вулканической породы. Смесь пепла, воды и извести ведёт к так называемой пуццолановой реакции (в честь города Поццуоли в бухте Неаполитанского залива в Италии), в результате которой в пустотах смеси образуются кристаллы.

Эта реакция происходит и в природе, образуя природный цемент вулканический туф, который разбросан в окрестностях вулканов, и это могло подсказать древним римлянам идею. Строения наподобие Пантеона и Рынка Траяна свидетельствуют о стойкости, которой минерализация наделяет бетон, но каким образом морские сооружения выдерживали атаку волн – оставалось загадкой.

В ходе нового исследования учёные изучили бетон древнеримской пристани итальянского города Орбетелло с помощью высокоэнергетических рентгеновских лучей и обнаружили, что минералы заполнили созданные водой трещины, доказывая, что реакция с морской водой продолжается даже после того, как бетон застыл.

Для сравнения, современный бетон – это смесь портландцемента (известняк, песчаник, пепел, мел, железо, глина и другие элементы, нагретые до образования ломкого, размолотого впоследствии материала) с песком или дроблёным камнем, которая не создана для вступления в химическую реакцию и для минерализации, будучи смешанной с морской водой.

Точный рецепт древнеримского бетона был утерян, но сейчас команда учёных сотрудничает с инженерами-геологами с целью найти подходящий материал, используя морскую воду из залива Сан-Франциско и вулканическую породу из западных американских штатов.

Если учёным удастся найти подходящую замену, строители смогут создавать морские сооружения, которые простоят века. Также успех учёных принесёт пользу планете: для изготовления портландцемента необходимы высокотемпературные печи, известные значительным выбросом CO2 и влиянием на глобальное потепление.

«Римлянам повезло с видом камня для работы, — добавляет профессор Джексон. – Они заметили, что вулканический пепел создавал цементирующее вещество, и получался туф. Такие камни встречаются не везде, поэтому нам нужно будет искать им замену».

Текст исследования был опубликован в журнале American Mineralogist.

Источник перевод Антон Комаров