Римская империя стала распадаться уже в 395 году, а в 476 году она окончательно перестала существовать. Однако многие древнеримские строения напоминают о ней по сей день. Всевозможные акведуки, дамбы, бани и прочие сооружения, построенные более 2000 лет назад, все еще стоят. По мнению специалистов, долговечность этих сооружений связана с чрезвычайно прочным бетоном, который по качеству существенно превосходит его современный аналог, который начинает разрушаться уже через 50 лет. Но в чем заключался секрет древнего бетона? Долгое время ученые не могли ответить на этот вопрос, однако сейчас, похоже, что разгадка наконец найдена.

Прочность и долговечность древних римских сооружений, по мнению ученых, связана с бетоном, который использовали римские строители

Как древние римляне делали бетон

Древние римляне были далеко не первыми, кто начал использовать для строительства бетон. Согласно данным археологов, некое подобие бетона обнаружены еще в месопотамских строениях, которые были построены 6000 лет назад. Но римляне первыми начали применять бетон массово.

К 200 году до нашей эры бетон в Древнем Риме использовали при строительстве большинства зданий и сооружений. По мнению ученых, смесь включала в себя воду, гашеную известь, мелкие частицы и фрагменты горных пород, называемые тефрой. Эти горные породы выбрасываются на поверхность в результате извержений вулканов.

Во II веке до нашей эры почти все римские здания строились с использованием бетона

При изготовлении современного бетона используют портландцемент разных марок прочности, который изготавливается из известняка, глины, песка, мела и других ингредиентов. Все они измельчаются до состояния муки и обжигаются под воздействием высоких температур. Но почему древний бетон оказался прочнее и долговечнее современного?

Ученые ранее уже пытались раскрыть этот секрет. Так в 2017 году исследование показало, что древние римляне при изготовлении бетона использовали морскую воду, которая вступала в реакцию с другими ингредиентами, в результате чего образовывались новые прочные минералы. Однако неизвестно насколько массовым было использование морской воды. Ученые выяснили, что она применялась как минимум при возведении строений, подверженных воздействию океана. Вполне возможно, что при строительстве таких объектов морская вода была попросту более доступной.

Но неужели это и все отличия современного цемента от древнеримского, обладающего исключительной долговечностью? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые Массачусетского технологического института провели исследование, в котором проанализировали химический состав образцов бетона, взятых из древней городской стены в Привернуме, возраст которой оценивается в 2000 лет.

В древнеримском городе Привернум для строительства зданий использовали бетон с негашеной известью

Состав древнеримского бетона

В лаборатории команда сосредоточилась на небольших включениях кальция (комочках извести) в древнем бетоне. О наличии этих комочков было известно и раньше, однако ученые изначально подумали, что они являются результатом плохого перемешивания бетона при его приготовлении. Но химики во главе с Адмиром Масиком предположили, что кальций присутствует по той причине, что древние римляне в составе смеси использовали негашеную известь. Вначале они смешивали сухие ингредиенты бетона, а затем заливали их водой.

Известь, полученная из обожженного известняка, вступала в реакцию с водой во время смешивания, в результате чего выделялось большое количество тепла. Это предотвращало полное растворение кальция. Собственно, поэтому в составе образцов и присутствуют небольшие нерастворенные комки извести.

Чтобы выяснить, так ли это на самом деле, исследователи решили приготовить собственный бетон по «древнеримской рецептуре». В результате у них образовался материал, идентичный образцам, собранным в Привернуме. Об этом ученые сообщили в своем недавнем исследовании, опубликованном в издании Science Advances.

Известь в бетоне «залечивает» трещины в бетоне при воздействии на него влаги

В чем секрет прочности древнеримских построек?

Ученые, похоже, раскрыли секрет состава древнего бетона. Но почему он оказался прочнее современного? Чтобы выяснить это, команда создала в образцах собственного бетона трещины, которые обычно возникают по мере старения материала. Затем они стали поливать образцы водой, как это бывает в реальном мире, когда на стены воздействует дождевая вода.

Оказалось, что нерастворенные комки извести в воде стали растворяться и рекристаллизовались, заполняя при этом трещины. То есть бетон получился самовосстанавливающимся. Причем он «залечивал» трещины шириной до 0,6 миллиметров. Напомним, что самозалечивающийся бетон был придуман только несколько лет назад, и до сих пор не нашел широкого применения.

По мнению ученых, разработанный ими материал позволит не только увеличить прочность строений, но и снизит их стоимость, а главное — уменьшить выбросы парниковых газов. Ведь на производство цемента приходится 8% выбросов от общего количества. Как мы рассказывали ранее, сокращение выбросов сейчас является очень важной задачей, так как за последние несколько лет улучшить ситуацию не удалось.