Мари Джексон (Marie D. Jackson) из Университета штата Юта, США, и ее коллеги из различных американских, итальянских и китайских научных заведений, нашли ответ на вопрос, почему современный бетон, используемый повсеместно, от дорог до зданий до мостов, может разрушиться всего за 50 лет, зато спустя тысячи лет после того, как Римская империя рухнула, ее бетонные сооружения все еще стоят. Выяснилось, что дело в особом ингредиенте, который со временем делает материал прочнее, а не слабее. Подробно результаты анализа ученые представили в статье, опубликованной в журнале American Mineralogist.
Ученые начали поиск с древнего рецепта раствора, описанного римским инженером Марком Витрувием в 30 г. до н.э. Его инструкция требует составить смесь из вулканического пепла, извести и морской воды, добавить туда измельченные вулканические породы и поместить в деревянную форму, которую затем следует погрузить опять же в морскую воду.
В истории известно немало указаний на долговечность римского бетона, включая загадочную записку, написанную в 79 г. до н.э., описывающую бетон, подвергнутый воздействию морской воды, как «единую каменную массу, неприступную для волн и крепчающую с каждым днем». Что это значит?
Чтобы выяснить это, исследователи изучили шурфы, сделанные в древнеримской гавани в заливе Поццуоли неподалеку от Неаполя, Италия. Когда они проанализировали полученный материал, оказалось, что морская вода растворила компоненты вулканического пепла, что позволило сформироваться новым связывающим минералам. В течение десятилетия в бетоне образовался очень редкий гидротермальный минерал, известный как алюминий-тоберморит. Сам по себе факт, что он придает прочности бетону давно известно, его можно получить в лаборатории — и очень сложно включить в бетон.
Исследователи выяснили, что когда морская вода просачивается через цементную матрицу, она реагирует с вулканическим пеплом и кристаллами с образованием Al-тоберморита и пористого минерала, называемого филлипситом.
Впрочем, едва ли в ближайшее время человечество получит более прочные пирсы и волноломы, потому что оба эти минерала формируются столетиями, чтобы укрепить бетон. Так что современные ученые придется разработать технологию производства современной версии древнеримского цемента.
[Фотография: J.P. Oleson]
