Розкрито секрет довговічності римського бетону: він вміє відновлюватись

Інженери відновили технологію виробництва бетону, який використовувався під час будівництва у Стародавньому Римі.

Дослідження опубліковано у журналі Science Advances.

Група дослідників з Массачусетського технологічного інституту, Гарвардського університету та лабораторій в Італії та Швейцарії змогла відновити давню технологію виробництва бетону. Інженери вважають, що цей матеріал витримав тисячоліття завдяки «гарячому змішуванню».

У процесі гарячого змішування уламки вапна утворюють тендітну архітектуру наночастинок, створюючи реактивне джерело кальцію, що легко ламається і забезпечує здатність бетону відновлюватися. Крихітні тріщини, що формуються в бетоні, проходять через уламки вапна з великою площею поверхні. При реакції з водою цей матеріал формує розчин, насичений кальцієм, який перетворюється на карбонат кальцію та швидко заповнює тріщину.

У своїй роботі інженери звернули увагу, що древні зразки бетону містять невеликі характерні яскраво-білі мінеральні елементи міліметрового масштабу. Ці утворення формуються з вапна, одного з ключових компонентів стародавньої бетонної суміші. Раніше вчені вважали, що ці утворення є наслідком неякісного розмішування суміші.

Нове дослідження передбачає, що саме ці крихітні уламки вапна забезпечують бетону здатність до самовідновлення. Вчені вивчили уламки вапна з використанням зображень з високою роздільною здатністю та методів хімічного картування. Дослідження показало, що білі включення дійсно складаються з різних форм карбонату кальцію, які утворилися за екстремальних температур.

Раніше вважалося, що коли вапно додавалася в римський бетон, воно спочатку змішувалося з водою з утворенням пастоподібного матеріалу в процесі, відомому як гасіння. Наявність слідів матеріалів, які утворилися при високих температурах, говорить про використання негашеного вапна замість або на додаток до гашеного вапна в суміші. Це можливо у процесі гарячого змішування, зазначають автори роботи. При цьому весь бетон нагрівається до високих температур. В результаті хімічних реакцій формуються хімічні речовини, пов’язані з високою температурою сполуки, які інакше не утворилися б.

Експерименти з матеріалами, приготовленими за давньою технологією, підтвердили гіпотезу: бетон, виготовлений з використанням гарячого змішування, демонстрував здатність до відновлення та кращу міцність.

Цей підхід можна використати і для сучасного виробництва, вважають автори роботи.