Римский бетон — удивительное изобретение. Он во многом объясняет, почему мы так много знаем о древнеримской архитектуре. Благодаря этому уникальному материалу многие сооружения, построенные римлянами, сохранились до наших дней, пусть и в изменённой форме.
Однако многое в процессе изготовления такого прочного бетона и возведения грандиозных зданий, домов, общественных бань, мостов и дорог до сих пор остаётся загадкой для учёных. Исследователи давно мечтали найти больше вещественных доказательств на местах римских строительных площадок, чтобы получить подсказки.
И вот новое исследование, проведённое под руководством учёных из Массачусетского технологического института (MIT) и опубликованное в журнале Nature Communications, проливает новый свет на древнеримский бетон и строительные технологии.
Подробности были обнаружены на месте частично построенных комнат в Помпеях — строительной площадке, заброшенной рабочими из-за извержения Везувия в 79 году нашей эры.
Уникальная находка
В начале прошлого года стало известно об уникальной находке. Строители буквально ремонтировали дом в центре города, когда Везувий взорвался в первом веке нашей эры. Среди находок были плитки, отсортированные для вторичной переработки, и винные контейнеры, известные как амфоры, которые использовались для перевозки строительных материалов.
Но самое главное — были найдены доказательства того, что перед смешиванием для получения бетона подготавливался сухой материал. Именно этот сухой материал стал предметом исследования.
Доступ к реальным материалам перед смешиванием предоставил уникальную возможность понять процесс изготовления бетона и то, как эти материалы реагировали при добавлении воды.
Химический состав
Исследователи изучили химический состав материалов, найденных на месте раскопок, и определили некоторые ключевые элементы: невероятно крошечные кусочки негашёной извести, которые меняют наше представление о том, как изготавливался бетон.
Негашёная известь — это оксид кальция, который получают путём нагревания высококачественного известняка (карбоната кальция).
Процесс изготовления бетона, как объясняют авторы исследования, происходил в атриуме этого дома. Рабочие смешивали сухую известь (измельчённую известь) с пуццоланой (вулканическим пеплом).
При добавлении воды химическая реакция выделяла тепло. Другими словами, это была экзотермическая реакция. Такой процесс называется «горячим смешиванием» и приводит к получению совершенно другого типа бетона, чем тот, который можно купить в строительном магазине.
При добавлении воды к негашёной извести образуется гашёная известь и выделяется тепло. В гашёной извести исследователи обнаружили крошечные нерастворённые «обломки извести», которые сохранили реактивные свойства негашёной извести. Если в таком бетоне образуются трещины, обломки извести вступают в реакцию с водой и заживляют трещину.
Другими словами, этот вид древнеримского бетона буквально может самовосстанавливаться. Однако сложно сказать, насколько широко этот метод был распространён в Древнем Риме.
Эксперименты с различными смесями
Большая часть наших представлений о римском бетоне основана на трудах древнеримского архитектора Витрувия. Он советовал использовать пуццолану, смешанную с известью, но считалось, что в этом тексте не упоминается о горячем смешивании.
Однако, если мы обратимся к другому римскому автору, Плинию Старшему, мы найдём чёткое описание реакции негашёной извести с водой, которая лежит в основе экзотермической реакции, связанной с горячим смешиванием бетона.
Таким образом, древние знали о горячем смешивании, но мы мало знаем о том, насколько широко этот метод использовался.
Возможно, более важным является описание экспериментов с различными смесями песка, пуццоланы и извести, что привело к созданию смеси, использованной строителями в Помпеях.
Команда исследователей из MIT ранее обнаружила обломки извести (крошечные кусочки негашёной извести) в римских остатках в Привернуме, примерно в 43 километрах к северу от Помпей.
Также стоит отметить, что заживление трещин наблюдалось в бетоне гробницы знатной женщины Цецилии Метеллы за пределами Рима на Виа Аппиа (известной римской дороге).
Теперь, когда новое исследование в Помпеях установило, что горячее смешивание действительно происходило и как оно помогало улучшить римский бетон, учёные могут искать случаи, когда трещины в бетоне были залечены таким образом.
В целом, это новое исследование вызывает интерес, но мы должны воздерживаться от предположения, что все римские постройки были возведены по высоким стандартам. Древние римляне могли изготавливать исключительные бетонные растворы, но, как отмечает Плиний Старший, плохой раствор был причиной обрушения зданий в Риме. Так что, хотя они могли делать хороший раствор, это не значит, что они всегда так поступали.
Вопросы, конечно, остаются. Можно ли обобщить результаты этого нового исследования, основанного на единственном примере из Помпей 79 года нашей эры, чтобы интерпретировать все формы римского бетона? Показывает ли оно прогресс со времён Витрувия, который писал некоторое время назад? Было ли использование негашёной извести для изготовления более прочного бетона в доме в Помпеях в 79 году нашей эры реакцией на землетрясения в регионе и ожиданием того, что в будущем возникнут трещины?
Для ответа на любые из этих вопросов необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, насколько широко распространены обломки извести в римском бетоне и где римский бетон самовосстанавливался.
Материал предоставлен The Conversation.