Примерно в 79 году нашей эры римский писатель-эрудит Плиний Старший в своей энциклопедии «Естественная история», описывая бетонные структуры в римских гаванях, которые ежесекундно подвергаются активному воздействию соленых вод, удивлялся, почему они не разрушаются, а, напротив, приобретают вид «единой каменной массы, крепчающей с каждым днем все больше».
И он не преувеличивал. Если наши современные бетонные конструкции под действием морских волн буквально на глазах рушатся в течение десятилетий, римские причалы, которым исполнилось более 2000 лет, выглядят еще прочнее, чем, когда были построены.
Но, кажется, ученые-геологи из Университета Юты (США) разгадали секрет этой «стойкости», на протяжении нескольких лет изучая римские бетонные постройки, применив к ним метод исследования вулканических пород.
Они обнаружили, что просачивание морской воды в бетон укрепляет его химическую структуру благодаря попаданию в поры бетона минералов соленой воды.
Но, разумеется, дело не только в этом. Стоит понимать, что древние римляне делали бетон не так, как мы его создаем сегодня. Они смешивали вулканический пепел с известью и морской водой, а затем добавляли с эту смесь дробленый вулканический камень. Такое сочетание золы, воды и негашеной извести приводило к возникновению «пуццоланической реакции», название свое которая получила в честь города Поццуоли в Неаполитанском заливе.
Вероятнее всего, римляне подсмотрели идею создания столь крепкого бетона у природы, встречая его затвердевшие массы на морском берегу. Позже они научились его воспроизводить, строя из такого бетона свои архитектурные шедевры, которые живы и поныне. Пантеон, Рынок в Траяне и римские морские гавани, пережив несколько веков, до сих пор радуют глаз своей изящностью и прочностью.
Мы же сегодня «готовим» портландцемент с существенным отличием – вместо вулканического пепла и камня используем песок и гравий, а эти вещества инертны, и не могут образовывать крепких связей. Вступая в реакцию с воздухом или водой, химические связи современной цементной смеси нарушаются, а в результате, в бетоне появляются щели, которые с каждым днем расширяются. Эта щелочно-кремнеземная реакция и является одной из главных причин разрушения бетонных конструкций во всем мире.
Но, как говорится, «понять проблему – уже наполовину ее решить», и ученые из Университета Юты задумали заново изобрести бетон, придав ему свойства и характеристики римского.
Им стало ясно, что главным фактором, придающим крепости римскому бетону, является попадание в него определенных минералов, которые становятся как бы заполняющим элементом, закрывающим трещины в бетоне. Этими «ингредиентами» в данном случае выступают глиноземный тоберморит (аль-тоберморит) и филлипсит.
Удивительно, но кристаллы этих минералов образовывались в римском бетоне в результате пуццолановой реакции, происходящей при обычных температурах около 20 градусов по Цельсию.
Но, дело в том, что сегодня синтез этих веществ в условиях лаборатории является довольно сложным процессом, который, во-первых, требует высоких температур, а, во-вторых, огромных мощностей, а значит, их массовое производство является весьма дорогостоящим занятием. Между тем, древние римляне умудрялись провести этот процесс без участия мощного оборудования и высоких температур. Мало того, что пуццолановая реакция для полного завершения требовала немного времени, нужные минералы «вырастали» в бетоне при низкой температуре.
В итоге, команда ученых пришла к выводу, что секретом крепости древнего портландцемента выступала именно морская вода, которая, просачиваясь в бетон, растворяла компоненты вулканического пепла и наращивала в нем новые минералы.
И если для современного бетона она является разрушающих фактором, то для древнего, в котором вместо песка и гравия использовался вулканический пепел и камень, морская вода становится дополнительным «цементирующим» фактором.
Таким образом, выходит, что сегодня пока создавать бетон такой же прочности, как у древних римлян, человечество физически не в состоянии. Дело не в том, что рецепт их бетона утерян, просто римлянам, как говорится, повезло с материалами. Сама природа одарила их такой возможностью, который, увы, не обладают иные регионы планеты.
Однако, ученые проекта, которые занимались данным исследованием, пока не теряют надежды найти замену всем тем ингредиентам, которые есть в древнеримском бетоне. Используя обычную морскую воду, они ищут свой новый рецепт, дабы создать современный портландцемент, обладающий такими же свойствами, как стены Пантеона. Правда, им придется древнеримскую формулу доработать, ведь невзирая на то, что пуццолановый бетон веками не крошится, у него есть и свой существенный недостаток – он не выдерживает большие нагрузки на сжатие. Поэтому-то в «чистом виде» сегодня такой строительный материал нельзя было бы использовать – наши дороги, мосты и здания должны уметь выдерживать огромные нагрузки.
