Римские руины хранят секрет создания экологически безопасных строительных материалов

Новое исследование древнеримского бетона привело к пониманию секрета прочности древнего материала, который может помочь современным строителям и инженерам.

Бетон часто начинает трескаться и крошиться после нескольких десятилетий — но, что любопытно, этого не произошло со многими римскими постройками. Конструкции все еще стоят, демонстрируя замечательную долговечность, несмотря на условия, разрушающие современный бетон.

Особое место занимает большая цилиндрическая гробница дворянки I века Цецилии Метеллы. Новое исследование ученых из Массачусетского технологического института, опубликованное в Журнале Американского керамического общества, показывает, что качество бетона ее могилы может превосходить качество бетона памятников ее современников-мужчин из-за вулканического агрегата, выбранного строителями, и необычного химического взаимодействия с дождем и подземными водами, которые накапливались более двух тысячелетий.

Необычная гробница

Гробница Цецилии Метелла, расположенная на древней римской дороге, также известной как Аппиева дорога, является достопримечательностью Via Appia Antica. Он состоит из башни в форме ротонды, стоящей на квадратном основании, в общей сложности около 21 метра в высоту и 29 метров в диаметре. Гробница, построенная около 30 г. до н. Э. Во время преобразования Римской республики в Римскую империю во главе с императором Августом в 27 г. до н. Э., Считается одним из наиболее хорошо сохранившихся памятников на Аппиевой дороге.

Сама Цецилия была членом аристократической семьи. Она вышла замуж за Марка Красса, который заключил знаменитый союз с Юлием Цезарем и Помпеем.

Римские руины хранят секрет создания экологически безопасных строительных материалов

Гробница является примером усовершенствованных технологий бетонного строительства в позднем республиканском Риме. Технологии были описаны архитектором Витрувием во время строительства гробницы Цецилии Метеллы. Строительство толстых стен из грубого кирпича или заполнителя вулканической породы, связанного раствором из извести и вулканической тефры (пористые фрагменты стекла и кристаллы от взрывных извержений), приведет к созданию структур, которые в течение длительного времени не превращаются в руины. 

Слова Витрувия подтверждаются многочисленными римскими сооружениями, стоящими сегодня, в том числе Рынками Траяна (построенными между 100 и 110 годами нашей эры, более чем через столетие после гробницы) и морскими сооружениями, такими как пирсы и волнорезы.

Однако древние римляне не могли знать, как кристаллы минерального лейцита, богатого калием, в вулканическом агрегате со временем растворятся, благотворно реконструируя и реорганизуя поверхность стыков между вулканическими агрегатами и цементирующей связующей матрицей, улучшая сцепление бетона.

Для подробного изучения этих процессов применялась необычная комбинация методов. Сканирующая электронная микроскопия показала микроструктуры строительных блоков раствора в микронном масштабе. Энергодисперсионная рентгеновская спектрометрия показала элементы, составляющие каждый из этих строительных блоков.

Римские руины хранят секрет создания экологически безопасных строительных материалов

Источник: Marie Jackson.

На этом изображении ступки гробницы, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа, связующая фаза CASH выглядит серой, а вулканические шлаки (и кристаллы лейцита) выглядят светло-серыми.

В толстых бетонных стенах гробницы Цецилии Метеллы раствор, содержащий вулканическую тефру, скрепляет большие куски кирпича и заполнителя лавы. Он похож на раствор, использованный на рынках Траяна 120 лет спустя. Клей строительного раствора Траянского рынка состоит из строительного блока, называемого связывающей фазой CASH (кальций-алюмосиликат-гидрат), а также кристаллов минерала, называемого стрэтлингитом.

Но тефра, которую римляне использовали для раствора гробницы, была более богата калием лейцитом. Столетия воздействия дождевой и грунтовой воды, просачивающейся через стены гробницы, растворяли лейцит и выделяли калий в раствор. В современном бетоне изобилие калия приведет к образованию экспансивных гелей, которые вызовут микротрещины и, в конечном итоге, разрушение структуры.

Однако в могиле калий растворился и изменил конфигурацию фазы связывания CASH. Реконструированные домены очевидно создают надежные компоненты сцепления в бетоне.

Стефано Роашио, археолог, ответственный за гробницу, отмечает, что исследование имеет большое значение для понимания других древних и исторических бетонных структур, в которых используется агрегат Пуццолане Россе.

Взаимодействие между заполнителями и строительным раствором любого бетона имеет решающее значение для долговечности конструкции. В современном бетоне щелочно-кремнеземные реакции, которые образуют расширяющиеся гели, могут нарушить границы раздела даже самого твердого бетона.

Оказывается, что межфазные зоны в древнеримском бетоне гробницы Цецилии Метеллы постоянно развиваются в результате длительного ремонта. Эти процессы ремоделирования усиливают межфазные зоны и потенциально способствуют улучшению механических характеристик и устойчивости древнего материала к разрушению. Данные исследования могут проложить дорогу к созданию современных строительных материалов нового поколения.

Читайте также

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

«Вечные» датчики хотят питать от ядерных алмазных батарей — менять их годами не придется

«Вечные» датчики хотят питать от ядерных алмазных батарей — менять их годами не придется

«Рыба судного дня» подсказала ученым конструкцию бесшумного подводного робота

«Рыба судного дня» подсказала ученым конструкцию бесшумного подводного робота

Домашнего робота Flourish 1 можно обучить уборке за полчаса — он стоит около 290 тысяч рублей

Домашнего робота Flourish 1 можно обучить уборке за полчаса — он стоит около 290 тысяч рублей

Ученые создали софт для расчета давления одежды на цифровом аватаре

Ученые создали софт для расчета давления одежды на цифровом аватаре

Ученые СурГУ превратили нефтяные отходы в углерод 97%-й чистоты

Ученые СурГУ превратили нефтяные отходы в углерод 97%-й чистоты

Робот ALBATROSS падает с высоты 150 метров, превращается в парусник и плывет дальше

Робот ALBATROSS падает с высоты 150 метров, превращается в парусник и плывет дальше

Ученые создали обои, которые вырабатывают электричество из влажности воздуха

Ученые создали обои, которые вырабатывают электричество из влажности воздуха

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

90 млн лет назад на Южном полюсе бушевали лесные пожары

90 млн лет назад на Южном полюсе бушевали лесные пожары

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

NASA готовит роботов для работы на будущих базах на Луне и Марсе

NASA готовит роботов для работы на будущих базах на Луне и Марсе

Perseverance отправился на «Дикий Запад» Марса — там находятся одни из древнейших пород планеты

Perseverance отправился на «Дикий Запад» Марса — там находятся одни из древнейших пород планеты

Huawei представила Mate 90 RS Ultimate Design с 2 ТБ памяти и ценой около 220 тысяч рублей

Huawei представила Mate 90 RS Ultimate Design с 2 ТБ памяти и ценой около 220 тысяч рублей

На орбите Луны испытают будущий дата-центр для искусственного интеллекта

На орбите Луны испытают будущий дата-центр для искусственного интеллекта