У бетоні не випадково залишали шматки вапна (Фото:New Atlas) Раніше вважалося, що стійкість давньоримського бетону зумовлена матеріалами, з яких він складений. Але, згідно зі свіжим дослідженням, важливу роль зіграла і технологія змішування. Міжнародна група дослідників під керівництвом Массачусетського технологічного інституту (MIT) провела нове вивчення будівельних особливостей часів Римської імперії. Роботу було опубліковано в журналі Science Advances. Експерти завжди пов’язували стійкість бетону з пуццоланою — сумішшю вулканічного попелу, яка лежить у його основі. Матеріал назвали на честь італійського міста Поццуолі, де розташоване велике родовище цього пилоподібного продукту, а також знаходили поклади вапна. Сукупність двох згаданих ресурсів у контакті з водою давала змогу отримувати міцний бетон.
Однак у свіжому дослідженні вчені з’ясували, що міцність зумовлена і технологією змішування. Припущення фахівців базується на невеликих білих шматочках вапна. Останні зустрічаються в бетоні, який на перший погляд здається добре перемішаним. Раніше наявність цих частинок пояснювали неякісними матеріалами або поганим поєднанням компонентів. Але матеріалознавець Адмір Масіч із Массачусетського технологічного інституту зайшов з іншого боку.
«Мене завжди турбувала думка про те, що наявність цих вапняних брил пояснювалася просто низьким контролем якості. Якщо римляни доклали стільки зусиль для створення видатного будівельного матеріалу, дотримуючись усіх докладних рецептів, які були оптимізовані протягом багатьох століть, то чому вони доклали так мало зусиль для забезпечення виробництва добре перемішаного кінцевого продукту? У цій історії має бути щось іще», — заявив Масіч.
Матеріалознавець увійшов до команди інженера-будівельника з Массачусетського технологічного інституту Лінди Сеймур, яка ретельно вивчила 2000-літні зразки римського бетону з археологічної пам’ятки Прівернум в Італії. Вчені прагнули детальніше з’ясувати склад вапнякових шматків. Згідно з попередніми дослідженнями, римляни використовували гашене вапно укупі з пуццоланою. Однак свіжий аналіз не стикується з цією теорією.
Гашене вапно формується, коли високореакційний каустичний порошок, утворений унаслідок нагрівання вапняку, змішують із водою. Якщо ж застосовувати тільки температурну обробку, то вапно буде негашеним. Учені з’ясували, що римляни його теж використовували при створенні цементу. Як заявила команда Сеймур, негашене вапно змішували з пуццоланою — причому як окремо, так і на додаток до гашеного. Процес проводився під впливом високих температур і отримав назву гаряче змішування.
«Переваги гарячого змішування двоякі. По-перше, коли бетон загалом нагрівається до високих температур, це дає змогу отримати хімічні реакції, які неможливі під час використання тільки гашеного вапна, утворюючи сполуки, пов’язані з високими температурами, які інакше не утворилися б. По-друге, підвищена температура значно скорочує час твердіння і схоплювання, оскільки всі реакції прискорюються, що дає змогу значно прискорити будівництво», — розповів Масіч.
Є й інша перевага, яку дають шматки вапна в бетоні — здатність до самовідновлення. Коли в матеріалі утворюються тріщини, вони прямують до найбільших частинок у матриці. А це якраз вапно. З ним вступає в реакцію вода, що потрапляє у вільний простір. У результаті з’являється розчин, багатий кальцієм, який висихає і твердне, склеюючи тріщини.
Дайджест NV Преміум Безкоштовна email-розсилка лише відбірних матеріалів від редакторів NV Розсилка відправляється з понеділка по п'ятницю
Щоб підтвердити свою теорію, вчені виготовили пуццолановий бетон за стародавніми і сучасними рецептами з використанням негашеного вапна. Потім фахівці провели експеримент із тріщинами. І виявилося, що в першому випадку вони затягнулися через два тижні, а в другому — залишилися в бетоні.