Геологи Университета Юты исследовали минералы и микроструктуры древнеримских бетонных пирсов, чтобы понять, почему спустя 2000 лет они стали только прочнее, тогда как современные разваливаются через пару десятков лет.
Около 79 года нашей эры римский писатель Плиний Старший заметил в своей «Естественной истории», что бетонные постройки в гаванях, подверженные постоянным нападкам волн, становятся «единой каменной массой, непроницаемой для волн и с каждым днем все крепче». Он не преувеличивал. Мэри Джексон и ее коллеги, применив к древнеримскому пирсу метод изучения вулканических пород, обнаружили, что морская вода, проникающая сквозь древний бетон, оставляет в порах минералы, увеличивающие сцепление материала.
Древние римляне делали бетон, смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, а затем добавляя куски вулканического камня в раствор. Сочетание пепла, воды и негашеной извести провоцировало пуццолановую реакцию, названную так в честь города Поццуоли в Неаполитанской бухте. Этот материал римляне использовали для строительства множества архитектурных памятников, включая Пантеон и рынок Траяна в Риме, которые стоят по сей день.
Современный портландцемент, наиболее распространенный вид цемента, похож по своему составу на древнеримский, но с одним отличием — песок и щебень, в отличие от вулканических пепла и камня, инертны. Любая реакция с цементной массой может привести к расширению бетона и образованию трещин. «Реакция взаимодействия щелочей цемента с кремнеземом заполнителя происходит повсеместно и является одной из основных причин разрушения структур портлендцемента», — говорит Джексон.
Во время предыдущих исследований Джексон и ее коллеги обнаружили в римском морском бетоне редкий материал — глиноземный тоберморит. Кристаллы этого минерала формируются в частицах извести посредством пуццолановой реакции. Эта находка удивила ученых, потому что глиноземный тоберморит очень сложно изготовить, и в лабораторных условиях он требует высоких температур.
В результате исследований геологи выдвинули предположение, что морская вода, проникая внутрь цемента, растворяла компоненты вулканического пепла и позволяла расти минералам, в частности, глиноземному тобермориту. Его структура напоминает кристаллы, которые образуют вулканическую породу и укрепляют цемент, не давая ему раскалываться. Таким образом, под воздействием воды бетонные пирсы римлян становились только крепче.
К сожалению, воспользоваться методом древних римлян сейчас мы не можем. «Рецепт полностью утерян», — говорит Джексон. Точного способа создания древнеримского морского цементного раствора ученые пока не смогли раскрыть или найти в дошедших до нас текстах. Но геологи продолжают экспериментировать с современными материалами, в надежде повторить то, что удалось сделать людям две тысячи лет назад, пишетPhys.org.
