Почему римский бетон крепчает с возрастом — учёные нашли ещё один ответ
Пантеон в Риме стоит почти две тысячи лет. Его огромный неармированный бетонный купол до сих пор остаётся крупнейшим в мире. По всей Европе тянутся акведуки, возведённые легионерами. Почему современный бетон на этом фоне выглядит хрупким временщиком? Учёные давно знают часть ответа — вулканический пуццолановый пепел, входивший в состав римской смеси, вступает в реакцию с известью и образует исключительно прочные минералы. Но это только часть истории. Новое исследование команды под руководством инженера Пауло Монтейру из Калифорнийского университета в Беркли, опубликованное в *Science Advances*, добавляет к ней важный второй акт: углекислый газ из воздуха.
Бетон из императорского туалета
Для исследования учёные взяли не кусок Пантеона, а кое-что куда более прозаичное. Во II веке нашей эры у виллы Адриана в Тиволи существовал общественный туалет, который регулярно принимал самих императоров. Кусочек бетона из той постройки и стал объектом изучения — достаточно скромным, чтобы его не жалко было исследовать, и достаточно надёжным, чтобы доверять его составу.
Команда применила набор высокоразрешающих методов визуализации, вплоть до нанометрового масштаба. Пуццолановая реакция — ожидаемая — была найдена. Но нашлось и нечто сверх этого.
Кальцит заполняет трещины
На протяжении веков углекислый газ из атмосферы реагировал с остаточной известью в бетоне, образуя кальцит — тот же минерал, что составляет основу известняка. Причём кальцит не просто накапливался в структуре как пассивный продукт старения. Он кристаллизовался именно в порах и микротрещинах, делая бетон плотнее и постепенно запечатывая слабые места, которые в обычном материале со временем распространялись бы и разрушали конструкцию.
«Хотя пуццолановая реакция принципиально важна, наши результаты показывают, что карбонатизация на протяжении долгого времени также повышает долговечность бетона и помогает ему запечатывать трещины по мере старения», — говорит Монтейру.
Предыдущие исследования обнаруживали кальцит в римском бетоне, но не изучали его в трёх измерениях и не картировали его архитектуру — именно так можно понять функциональную роль.
Что это даёт современному строительству
Карбонатизация происходит в известковых бетонах естественным образом — занимали ли вы об этом голову или нет. Но понимание её роли даёт исследователям дополнительный рычаг в разработке бетона будущего: более долговечного и при этом производящего меньше CO₂.
Читайте также по теме: новых материалах и технологиях энергии.
Современные постройки предъявляют к материалам принципиально иные требования, чем римские. У армированного бетона — его собственная проблема: коррозия стальной арматуры. Простого копирования рецепта древних было бы недостаточно. Но открытие Монтейру и его коллеги Сяохун Чжу из Пекинского технологического университета показывает: древние инженерные решения ещё не отдали нам все свои секреты.
