Разгадан секрет прочности древнеримского бетона

Древние римляне славились своими инженерными достижениями, в частности, акведуками, построенными из уникального пуццоланового бетона. Этот материал обеспечил невероятную прочность римским сооружениям, многие из которых сохранились до наших дней. Пантеон в Риме, построенный почти 2000 лет назад, до сих пор является рекордсменом по величине купола из неармированного бетона.

Долгое время считалось, что прочность римского бетона объясняется его составом: пуццоланой (вулканическим пеплом из города Поццуоли) и известью. Однако в 2023 году международная группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружила, что дело не только в ингредиентах, но и в методе их смешивания.

Ученые обратили внимание на небольшие белые кусочки извести, встречающиеся в образцах римского бетона. Ранее их наличие объясняли плохим перемешиванием, но материаловед Адмир Масич из MIT предположил, что здесь кроется нечто большее.

Изучив 2000-летние образцы бетона из Привернума (Италия), исследователи выяснили, что римляне использовали не гашеную, а негашеную известь. Они смешивали негашеную известь с пуццоланой и водой при высоких температурах, отдельно или вместе с гашеной известью. Этот метод, названный "горячим смешиванием", позволял получать высокотемпературные соединения, недоступные при использовании только гашеной извести, и значительно ускорял процесс отвердевания бетона.

Кроме того, кусочки негашеной извести придавали бетону способность к самовосстановлению. При образовании трещин вода реагировала с известью, образуя карбонат кальция, который заполнял трещины и предотвращал их дальнейшее распространение. Этот эффект наблюдался в бетоне из гробницы Цецилии Метеллы и объясняет сохранность римских морских дамб.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, ученые изготовили пуццолановый бетон по древнему рецепту с использованием негашеной извести и провели испытания на трещины. Образцы с негашеной известью полностью восстановились за две недели, в то время как контрольные образцы остались треснувшими.

В настоящее время команда MIT работает над коммерциализацией этого бетона как экологически чистой альтернативы современным материалам. Они также изучают возможность применения римской технологии для 3D-печати бетона.

Источник: Science Advances