Не лише попіл і вапно: Вчені відкрили новий секрет довговічності давньоримських споруд

Одним із багатьох див давньоримського світу є те, що деякі з його споруд досі стоять разом із нами.

Але чому вони збереглися так довго, тоді як окремі відносно сучасні будівлі переходять у стан руйнації вже за кілька десятиліть?

Джерело: phys.org

Науковці давно пов'язували це довголіття з хімічною реакцією між вулканічним попелом і вапном. Нове дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, погоджується, що ця реакція є фундаментальною, але стверджує, що інший процес, званий карбонізацією, також суттєво підвищив довговічність бетону. Дослідники дійшли такого висновку після аналізу шматка бетону, взятого з вбиральні (латрини) в розкішній заміській резиденції імператора Адріана неподалік від Рима.

У 2023 році дослідження Массачусетського технологічного інституту (MIT) припустило, що яскраві білі грудки вапна в римському бетоні є свідченням того, що цей матеріал здатний до самовідновлення. Коли утворювалися тріщини, вода розчиняла ці фрагменти й заповнювала порожнечі свіжими мінеральними відкладеннями.

Давня вбиральня

Спираючись на попередні дослідження, нова робота зосередилася на бетонній плиті, знайденій у колекторі для відходів під сидіннями громадського туалету на території вілли імператора. Зразок віком близько 1900 років був виготовлений із бетону з уламками вулканічної породи, вулканічного попелу та вапна.

Наукова група дослідила його за допомогою тривимірного рентгенівського сканування, високопотужних електронних мікроскопів, а також цілої низки хімічних і мінералогічних тестів. Це дозволило вченим картографувати пори, тріщини, уламки вулканічної породи та крихітні мінеральні кірки, що ростуть навколо них. Вони змогли вивчити ці деталі в масштабах від міліметрів до нанометрів.

Самовідновлюваний бетон

Сканування показало, що головним мінералом, який зв'язував бетон, був кальцит — одна з форм карбонату кальцію. Він утворився в результаті повільної реакції між вапном, вологою та вуглекислим газом з повітря; цей процес відомий як карбонізація. По мірі росту цієї мінеральної сітки вона поступово заповнювала крихітні тріщини й пори, роблячи бетон щільнішим. Це створило герметичний бар'єр, який перекрив шлях воді та руйнівним хімічним речовинам, що з часом могли б зруйнувати матеріал.

Вулканічні уламки також не були пасивним наповнювачем. Їхні краї вступали в реакцію з вапном, утворюючи невелику кількість іншої цементоподібної сполуки. Це зміцнювало бетон у місцях зіткнення уламків породи та вапна.

«Карбонізація протягом тривалого періоду часу також суттєво підвищує довговічність та потенційні властивості самовідновлення бетону», — зазначають дослідники у своїй роботі. — «Наростання кальциту відіграє вирішальну роль у підвищенні міцності римського бетону, заповнюючи дрібні тріщини та порожнечі всередині матриці».

Науковці сподіваються, що їхні відкриття надихнуть на створення екологічного сучасного бетону з аналогічними властивостями самовідновлення.