Древние римские акведуки и мосты стоят уже более 2000 лет. Теперь исследователи предполагают, что долговечность римского бетона может сделать современное строительство более устойчивым.
Исследование, опубликованное в журнале iScience, показывает, что, хотя выбросы и потребление энергии при производстве древнеримского и современного бетона схожи, долговечный бетон римлян может оказать положительное влияние на окружающую среду.
«Изучение римского бетона может научить нас тому, как использовать материалы таким образом, чтобы максимально увеличить срок службы наших конструкций, ведь устойчивость неразрывно связана с долговечностью», — говорит автор Даниэла Мартинес, инженер из Университета дель Норте в Колумбии.
«Нас интересовало, как мы можем извлечь уроки из их методов для решения некоторых проблем, связанных с изменением климата, с которыми мы сейчас сталкиваемся в нашей искусственной среде».
Примерно 8% выбросов CO₂, вызванных деятельностью человека, приходится на производство современного бетона. В 2022 году мировое производство цемента составило 1,6 миллиарда тонн этого парникового газа.
Римский бетон и современный бетон: сравнение
Сегодня бетон изготавливают путём смешивания цемента с различными видами песка и гравия. Древние римляне делали бетон, смешивая известняк, вулканические породы, называемые пуццоланами, и воду.
Команда Мартинес тестировала рецепты бетона с помощью моделей, чтобы сравнить предполагаемое количество необходимых сырьевых материалов и количество CO₂ и других загрязнителей воздуха, которые будут произведены.
Они сравнили несколько древнеримских рецептов, поскольку бетон не изготавливался равномерно с одинаковыми пропорциями ингредиентов.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что производство римского бетона приводило к выбросам CO₂, аналогичным выбросам при производстве современного бетона. В некоторых случаях римский бетон даже производил больше CO₂, чем его современный аналог.
«Вопреки нашим первоначальным ожиданиям, использование римских рецептур с современными технологиями может не привести к существенному сокращению выбросов или потребления энергии», — говорит Мартинес.
«Использование биомассы и других альтернативных видов топлива для обжига печей может оказаться более эффективным способом сокращения выбросов углекислого газа при производстве современного цемента, чем внедрение римских рецептур бетона».
CO₂ — не единственный парниковый газ, вредный для окружающей среды. Результаты исследования показывают, что римский бетон может снизить количество других загрязнителей воздуха, таких как оксиды азота и серы, — двух загрязнителей, которые могут вызывать как краткосрочные, так и долгосрочные респираторные осложнения у людей.
Это снижение зависело от того, какое соотношение материалов использовалось в рецепте, и от того, какие виды топлива использовались для производства: ископаемое топливо, биомасса или возобновляемые источники энергии.
Например, выбросы оксидов азота были снижены на 85%, а выбросы оксидов серы — на 98%, когда для производства древнеримского бетона с соотношением известняка и пуццоланы 1:4 использовалось электрическое топливо.
Наиболее положительное влияние римского бетона на производство связано с его долговечностью.
«В тех случаях, когда продление срока службы бетона может снизить потребность в производстве новых материалов, более долговечный бетон может снизить воздействие на окружающую среду», — говорит автор Сабби Миллер из Калифорнийского университета в Дэвисе в США.
Современные бетонные дороги и тротуары обычно служат 30–40 лет, но часто требуют обслуживания и ремонта. Вдохновение римским бетоном может обеспечить более устойчивый вариант.
«Когда мы принимаем во внимание срок службы бетона, мы начинаем видеть преимущества», — говорит Мартинес.
Кроме того, римский бетон, в отличие от современного, не армировался стальными стержнями для повышения прочности.
«Коррозия стальной арматуры — основная причина ухудшения качества бетона, поэтому сравнения следует проводить с большой осторожностью», — говорит автор Пауло Монтейро из Калифорнийского университета в Беркли в США.
Современный бетон производится только последние 200 лет, поэтому исследователи планируют разработать более глубокий анализ для сравнения материалов в различных условиях.
«Если мы сможем объединить их стратегии с нашими современными инновационными идеями, мы сможем создать более устойчивую искусственную среду», — говорит Мартинес. «Из римлян можно извлечь много уроков».