Древнеримский бетон раскрывает свои секреты
В поисках технологии увеличения прочности и устойчивости бетона, международная группа геологов и инженеров обратилась к опыту Древнего Рима: построенные тогда бетонные сооружения пережили уже два тысячелетия. Ученые работали с помощью «Новейшего источника излучения»(Advanced Light Source, ALT) - cпециализированного источника синхротронного излучения третьего поколения, одного из самых ярких в мире источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения; он находится в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. На ALT они изучили мелкомасштабную структуру римского бетона. Впервые было описано, как сверхустойчивое соединение – кальциево-алюминиево-силикатный гидрат (C-A-S-H) – связывало один из самых прочных материалов в истории западной цивилизации.
Это открытие поможет увеличить срок эксплуатации современного бетона, который уже через 50 лет начинает рассыпаться, особенно в водной среде.
Кроме того, производство римского бетона будет более экологически чистым. Технологический процесс изготовления портландцемента (ключевого ингредиента бетона) требует много топлива для сжигания известняка и глин при температуре 1,450°С. На сайте https://mydiplomstore.com без предоплаты и на оригинальных бланках можно купить диплом в Москве и в Московской области, с гарантией на выгодных условиях в самые сжаты сроки. Обращайся к проверенным и надежным специалистам Каждый год этот процесс дает 7% выбросов СО2 по всему миру. Производство же извести для римского бетона требует более низких температур (на 30% ниже).
«Римский бетон не рассыпался за 2000 лет, пребывая в агрессивной морской среде. Это один из самых износоустойчивых строительных материалов на планете – и это не случайно. Морская торговля обеспечивала политическую, экономическую и военную стабильность Римской империи. Поэтому строительство прочных гаваней было государственной задачей особой важности», - рассказывает Мари Джексон (Marie Jackson), автор исследования, инженер-исследователь в области строительной техники и экологических технологий (Калифорнийский университет в Беркли).
Исследовательскую группу возглавляли Джексон и Паулу Монтейру (Paulo Monteiro), профессор строительной техники и экологических технологий в Беркли. Они изучили образцы римского бетона, взятые из древнего волнолома на дне Поццуольского залива (к западу от Неаполя).
Бетон был излюбленным строительным материалом в Римской империи. Его использовали при строительстве таких памятников, как Пантеон, а также верфей, волноломов и других портовых сооружений. Особенно ученых заинтересовало, как подводные бетонные конструкции римлян выдерживали контакт с солёной водой.
Рецепт римского бетона был записан около 30 года до н.э. Витрувием. (Не такой уж) секретный ингредиент – это вулканический пепел, который римляне смешивали с известью для изготовления цементного строительного раствора. Этот раствор, вместе камнями (вулканический туф), римляне заливали в деревянные формы, уже погруженные в воду. Они решили не бороться с морской стихией, а приручить ее, сделав морскую воду составным элементом бетона.
Ученые описали крайне редкий минерал – тоберморит алюминия – один из гидросиликатов кальция (формула - Al Ca5Si6O16(OH)2•4H2O), который образуется при химической реакции цемента с водой. «Наше исследование впервые рассмотрело механические свойства этого минерала», - утверждает Джексон.
Но почему римский бетон перестали использовать в строительстве? «Римская империя вступила в период упадка, и морская торговля сократилась. Также возможно, что первоначальные сооружения оказались настолько хорошими, что заменять их не требовалось», - рассказывает Джексон.
При всей своей прочности римский бетон вряд ли заменит современный – ему нужно слишком много времени, чтобы затвердеть. Но в некоторых странах, где имеются большие запасы вулканического пепла, возрождение этой технологии может быть экономически оправданно – особенно там, где мало ресурсов золы-уноса (побочный продукт сжигания угля, который часто используется в производстве современного экологически чистого бетона).
«Сейчас на Земле золы-уноса не хватит, чтобы заменить даже половину используемого портландцемента. Наша идея заключается в том, чтобы найти местную альтернативу – что-то вроде древнеримского вулканического пепла. Переход на местные материалы поможет на 40% сократить производство портландцемента», - заявил Монейру.
Первоначальное финансирование проект получил от Научно-технологического университета имени короля Абдуллы (Саудовская Арабия). В этой ближневосточной стране – «просто горы вулканического пепла», годного для производства цемента, рассказал Монейру.
Помимо НТУКА, исследование спонсировали Фонд Лёбовской библиотеки классики, Гарвардский университет и научный отдел Министерства энергетики США. Образцы римского бетона были получены Мари Джексон в ходе проекта «Изучение римского морского бетона» (Roman Maritime Concrete Study, ROMACONS), под эгидой научно-исследовательского отдела итальянской компании Italcementi. Для анализа бетона ученые также воспользовались синхротроном третьего поколения BESSY (Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlun), Берлин.
Данные исследования будут опубликованы в Journal of the American Ceramic Society и American Mineralogist.
На фото: срез образца римского бетона с морского дна и кристаллы Al-тоберморита под электронным микроскопом.
По материалам пресс-релиза Калифорнийского университета в Беркли.
Артём Космарский nauka21vek.ru