Ученые раскрыли секрет удивительной прочности бетона Древнего Рима
На модерации
Отложенный
Секрет удивительной прочности древнеримских акведуков и других построек из бетона, простоявших уже несколько тысячелетий под напором стихий, заключается в необычной "химии" его двух основных компонентов — вулканического пепла и морской воды, говорится в статье, опубликованной в журнале American Mineralogist.
"Рецепт изготовления этого бетона был потерян, и никому никогда не удавалось его восстановить. Римлянам повезло, что у них был подходящий минеральный пример того, как работает этот бетон. Они наблюдали за тем, как вулканический пепел попадал в море и превращался в пемзу. Нам придется подобрать их аналоги, так как и морская вода, и пепел есть далеко не везде", — рассказывает Мэри Джексон (Marie Jackson) из университета Юты в Солт-Лейк-Сити (США).
Древний Рим, как часто его критикуют многие искусствоведы и историки науки, не оставил за собой столь же богатое культурное наследие, как Древняя Греция, но зато древние римляне преуспели в двух практических дисциплинах — правоведении, архитектуре и строительстве. Древнеримские дороги, водопроводы, Пантеон, другие соборы и архитектурные сооружения простояли многие тысячи лет и используются до сих пор.
Главным ноу-хау и чудом древнеримской строительной индустрии был "цемент", opus caementicium — прародитель современного бетона, из которого сложены многие акведуки, Колизей, портовые причалы, стены домов и других построек в Риме и остальных частях бывшего Pax Romana. В отличие от современного бетона, сложенного из цемента и щебня, его древнеримский "тезка" был заметно прочнее и не разваливался через несколько десятков лет после попадания воду.
Наоборот, как отмечает Джексон, он становился только крепче после контакта с водой, о чем писали Плиний Старший и многие другие хронисты времен имперского Рима. Это необычное свойство древнеримского бетона оставалось тайной для ученых, так как о его составе и методике изготовления нам было известно крайне мало – лишь то, что он содержал в себе песок, гальку определенных размеров, известь и вулканический пепел.
Джексон и ее коллеги нашли ответ на этот вопрос, просветив несколько фрагментов древнеримского бетона при помощи ускорителя частиц ALS в Националной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Изучая снимки, полученные при помощи этого прибора, ученые нашли внутри бетона времен Цезаря и Августа крайне необычную ведь, которую они там не ожидали увидеть – кристаллы минерала тоберморита.
Это вещество, состоящее из воды, кальция, алюминия, кремния и кислорода, обычно образуется в гидротермальных источниках или в жерлах вулкана при сверхвысоких температурах, и обнаружение его в "цементе" стало сюрпризом для ученых. Проанализировав структуру этих кристаллов, Джексон и ее коллеги поняли, как они возникли, и нашли объяснение невероятной прочности древнеримского бетона.
Как оказалось, бетон формировался в два этапа, первый из которых был быстрым, а второй – достаточно медленным по человеческим меркам. Сначала известь взаимодействовала с молекулами, содержащимися в пепле, и создавала внутри бетона щелочную среду, способствовавшую формированию тоберморита.
Он возникал внутри бетона в результате проникновения в него морской воды и ее взаимодействия с щелочной средой. Растущие кристаллы тоберморита сцеплялись между собой, что скрепляло бетон и не позволяло ему развалиться на части под действием химически агрессивной морской воды. Этот процесс, как отмечают химики, может длиться несколько тысяч лет, на протяжении которых бетон не только не разрушается, а становится только прочнее.
Сейчас Джексон и несколько других геологов пытаются воссоздать рецепт древнеримского бетона, смешивая различные типы вулканического пепла с морской водой. Его создание, как надеются ученые, позволит не только найти замену для обычного цемента, производство которого является одной из самых экологически "грязных" процедур, но и создать "вечные" дамбы, приливные электростанции, волнорезы и другие портовые сооружения.
Комментарии
Ждём ответных открытий российских учёных.
Застывает в разы быстрее, а что арматура сгниет через пару лет, так то фигня.
Итак, имелись две компоненты:
1) морская вода, которая из-за щелочных элементов (натрий, кальций, магний и калий) является слегка щелочным раствором
2) вулканический пепел, который состоит из млеких частиц пыли и песка
Именно щелочные свойства среды и предлагали использовать в СССР для создания ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ цементов.
Обычный цемент (портланд цемент) состоит из мелкоизмельченных и перемешанных карбонатных и глинистых горных пород (смешанных с водой для облегчения процесса измельчения). Потом эту смесь обжигают и получают так называемый клинкер. Клинкер, в свою очередь, вместе с гипсом и добавками тщательно измельчают (чем меньше частицы тем выше прочность цемента). Так что основные затраты энергии при производстве портланд цемента: обжиг и измельчение клинкера, причем именно обжиг - самый энергоемкий процесс.
Шлакощелочные цементы получают из тонкоизмельченных металлургических шлаков (то есть отходов доменных, мартеновских и прочих печей - это силикатные или алюминиевосиликатные распла...
Теперь будет про цемент два: пепел или зола.
В СССР в производстве цемента золу использовали (зола Прибалтийской ГРЭС шла в железобетон; в бетоны шла зола Сызранской и Красноярской ТЭЦ, заменяя часть цемента; из золы Сызранской ТЭЦ производили керамзитобетон). Производство это было, по сути, опытным. Основная причина - отсутствие устройств для отбора мелкодисперсной золы на ТЭЦ и устройств для присадок золы в бетонные смеси, а так то использовать можно было золу со множества ТЭЦ и ГРЭС, экономя цемент и получая бетон более высокой прочности.
Выпускайте.