Римский бетон, также известный как «opus caementicium», является свидетельством инженерного мастерства Древнего Рима.
Этот замечательный строительный материал, сыграл решающую роль в строительстве некоторых из самых долговечных сооружений Римской империи, многие из которых стоят до сих пор.
Секрет долговечности и прочности римского бетона заключается в его уникальном составе и инновационных методах строительства.
Одним из ключевых ингредиентов римского бетона был вулканический пепел под названием пуццолана, получаемый в основном из региона вокруг Везувия.
При смешивании с известью и водой пуццолана вызывала химическую реакцию, в результате которой образовывалось прочное и водостойкое связующее. Это связующее вещество в сочетании с заполнителями, такими как щебень, камни и кирпичи, образовывало прочный композитный материал, способный выдержать испытание временем.
Римляне также включали другие добавки в свои бетонные смеси для улучшения их свойств. Одной из таких добавок была морская вода, которая вступала в реакцию с известью с образованием дополнительных минералов, укрепляющих бетон и делающих его более устойчивым к эрозии. Это новшество позволило римлянам строить гавани, мосты и акведуки, которые могли противостоять коррозионному воздействию морской воды.
Древние римляне были мастерами строительства и инженерии. Самые известные из их творений – акведуки, немалая часть которых сохранилась до наших времен. Все чудеса архитектуры Римской империи связаны с этим уникальным строительным материалом. К примеру, римский Пантеон, сохранившийся в целости за 2000 лет, – мировой рекордсмен по величине купола из неармированного бетона.
Долгое время считалось, что секрет прочности кроется именно в ингредиентах пуццолана – смеси вулканического пепла и извести. Но оказалось, что это не единственное объяснение прочности. Современные ученые решили разобраться, почему древнеримский бетон был очень прочным.
Специалисты из Массачусетского технологического института тщательно изучили 2000-летние образцы римского бетона из раскопок в коммуне Привернум. Материалы проверили методами электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции и конфокальной рамановской визуализации.
Популярная версия гласила, что римляне смешивали с пуццоланой гашеную известь – известняк нагревали при высоких температурах для получения высокореактивного едкого порошка, и «гасили» водой. Однако анализ показал, что римляне на самом деле не использовали гашеную известь. Римский бетон получался за счет смешивания негашеной извести непосредственно с пуццоланой и водой при чрезвычайно высоких температурах. Технологи назвали этот процесс «горячим смешиванием». В результате такого смешивания получались обломки извести – эти кусочки легко найти в римском бетоне.
У горячего смешивания есть и плюсы, и минусы. Когда бетон нагревается до высоких температур, это позволяет включать в реакцию химические вещества, невозможные при применении гашеной извести. Повышенная температура сильно ухудшает схватывание бетона, но из-за ускорения реакций позволяет строить здания гораздо быстрее.
Более того, маленькие обломки извести придают бетону замечательную способность к самовосстановлению. Когда в бетоне образуются трещины, они преимущественно перемещаются к обломкам, у которых большая площадь поверхности, чем у других частиц. Когда вода попадает в трещину, она вступает в реакцию с известью, образуя раствор, богатый кальцием. Раствор высыхает и затвердевает, склеивая трещину и предотвращая ее дальнейшее распространение.
Технологи проверили свои выводы, сделав пуццолановый бетон по разным рецептам с использованием негашеной извести. Испытания показали, что треснувший бетон из негашеной извести полностью восстанавливался в течение двух недель, тогда как обычный бетон остался с трещинами.
