Вече знаем защо древноримският бетон издържа хиляди години
Древните римляни са били майстори в строителството и инженерството, като едни от най-известните им планове са акведуктите. Тези към момента функциониращи чудеса разчитат на неповторим строителен материал: пуцоланов бетон.
Впечатляващо устойчив материал, придаващ на римските структури изключителна издръжливост.
И до през днешния ден една от техните бележити постройки е Пантеонът. Все още е недокоснат, въпреки и на съвсем 2000 години. Държи върха за най-големия купол от неармиран бетон в света.
Тази устойчивост нормално се изяснява с неговите съставки. Единият съставен елемент е пуцолана – примес от вулканична пепел. Другият съставен елемент е вар. Пепелта е наречена по този начин по името на италианския град Поцуоли, където се намират обилни находища.
Когато пуцоланата и варта се смесят с вода, те реагират и основават извънредно здрав бетон.
Но това, както се оказва, не е цялата история.
Международен екип от откриватели, управителен от Масачузетския софтуерен институт (MIT), открива, че римляните освен са употребявали разнообразни материали, само че и разнообразни техники за разбъркване.
Малки бели части вар са открити в другояче добре смесения бетон. Наличието на тези късчета до неотдавна се обясняваше с некачествено разбъркване или ниско качество на материалите, само че това не беше разумно за материалолога Адмир Масич от MIT.
Ако римляните са положили толкоз старания, с цел да основат извънреден строителен материал, следвайки подробни предписания, усъвършенствани в продължение на епохи, за какво биха пренебрегнали производството на добре разбъркан краен артикул? Трябва да има освен това в тази история.
Масич
Масич и екипът му, управителен от строителния инженер от MIT Линда Сиймор, изследват 2000-годишни проби от римски бетон, взети от археологическия обект Привернум в Италия. Тези проби са подложени на сканираща електронна микроскопия, енергийно-дисперсионна рентгенова спектроскопия, прахова рентгенова дифракция и конфокално Раманово снимане, с цел да се разбере по-добре структурата на варовиковите части.
Един от въпросите е обвързван с естеството на употребяваната вар.
Стандартното схващане за пуцолановия бетон е, че той включва гасена вар. Първо, варовикът се нагрява при високи температури, с цел да се получи мощно реактивен каустичен прахуляк, наименуван негасена вар или калциев оксид. Когато негасената вар се смеси с вода, се получава гасена вар или калциев хидроксид – паста с по-ниска реактивност.
Според теорията античните римляни са смесвали точно тази гасена вар с пуцолана.
Въз основа на разбора на екипа обаче, варовиковите части в пробите не подхождат на този способ. По-скоро бетонът евентуално е създаван посредством разбъркване на негасена вар непосредствено с пуцолана и вода при високи температури, независимо или в допълнение към гасената вар.
Този развой, наименуван „ горещо разбъркване “, води до образуването на така наречен варови класти.
Предимствата на горещото разбъркване са двойни. Първо, когато бетонът се нагрява до високи температури и се употребява негасена вар, това разрешава химични реакции, невъзможни при потреблението на гасена вар. Създават се съединения, свързани с високи температури, които другояче не биха се образували другояче. Второ, нарасналата температура доста понижава времето за сгъстяване и свързване, ускорявайки всички реакции и позволявайки доста по-бързо строителство.
Масич
Горещото разбъркване има и друго преимущество: кластите на варта придават на бетона качества за самовъзстановяване.
Когато в бетона се образуват пукнатини, те водят до разединение на варовиковите класти, които имат по-голяма повърхнина от останалите частици в матрицата. Водата, попадайки в пукнатината, реагира с варта, образувайки разтвор, богат на калций, който изсъхва и се втвърдява като калциев карбонат.
Той запълва пукнатината и предотвратява по-нататъшното ѝ разпространяване.
Това е следено и в различен римски обект на 2000 години – гробницата на Цецилия Метела, където пукнатините в бетона са запълнени с калцит. Това изяснява и за какво римският бетон в морските стени, издигнати преди 2000 години, е оживял недокоснат под ударите на океана.
За да ревизира своите открития, екипът основава пуцоланов бетон по антични и модерни предписания, употребявайки негасена вар.
Направен е и надзорен бетон без негасена вар. След тестванията за пукнатини се схваща, че бетонът с негасена вар се заздравява изцяло в границите на две седмици, до момента в който контролният остава напукан.
Сега екипът работи по стартирането на този тип бетон на пазара като по-екологична опция на актуалните бетони.
Вълнуващо е да мислим по какъв начин тези по-издръжливи бетонни формули биха могли освен да удължат експлоатационния живот на тези материали, само че и да подобрят издръжливостта на 3D-принтираните бетонни формули.
Масич
Изследването е оповестено в Science Advances.
