Как римляне строили капитальные сооружения из «самовосстанавливающегося» цемента

На протяжении поколений вопрос, который ставил в тупик историков и археологов всего мира, — как древние римляне строили такие прочные цементные сооружения, что они стоят и функционируют до сих пор?

В исследовании приняли участие ученые из Гарвардского университета, DMAT в Италии и Instituto Meccanica dei Materiali в Швейцарии.

Блоки извести, представляющие собой куски известняка, когда-то считались побочным продуктом неправильных методов смешивания цемента, хотя на самом деле они помогают связывать цемент интересным образом.

Профессор Массачусетского технологического института и автор исследования Адмир Масик сказал, что технологии всегда интересовали его.

«С тех пор, как я начал работать с древнеримским бетоном, меня всегда восхищали эти особенности», — сказал Маск.

«Их нет в современных бетонных конструкциях, так почему же они присутствуют в этих старых материалах?»

Исследование показывает, что древние римляне использовали известь в ее реактивной форме, вещество, известное как негашеная известь, и смешивали ее с известняком, чтобы вызвать химическую реакцию, которая могла самовосстанавливать цемент, процесс, который они называют «горячим смешиванием».

Древнеримские сооружения, такие как Парфенон и римские акведуки, содержат огромное количество неармированного цемента.

Сооружения, построенные еще в 128 году нашей эры, до сих пор стоят и даже функционируют в своем первоначальном виде.

Исследование показывает, что его долговечность обусловлена ​​процессом горячего смешивания.

До сих пор неизвестно, знали ли древние римские строители, что создают эту связь, или это была просто глупая удача, однако ученые говорят, что большинство древних цементных конструкций, стоящих сегодня, имели бы тот же химический состав, полученный в процессе горячего смешивания.

Негашеная известь состоит в основном из карбоната кальция.

Древнеримские строители смешивали негашеную известь с ее менее реакционноспособным братом, фракциями извести, чтобы создать самовосстанавливающийся материал.

В качестве новообразованного прилипателя известняковый известняк образует на своей поверхности мелкие наночастицы кальция.

Наночастицы кальция обладают высокой реакционной способностью, поэтому, когда в цементе образуются крошечные трещины и вода начинает поступать внутрь, кальций и вода вызывают химическую реакцию, которая перекристаллизует цемент в виде карбоната кальция, заполняя трещины по мере того, как он накапливается поверх самого себя.

Эта химическая реакция происходит мгновенно и одновременно, а это значит, что трещины в цементе могут «залечиваться» до того, как они распространятся.

Исследовательская группа доказала, что именно так римляне строили прочные конструкции из цемента, имитируя древнюю технику смешивания цемента.

Исследовательская группа смешала два цементных блока, один с негашеной известью, а другой без нее.

За две недели заливки водой цементного варианта с негашеной известью трещины полностью «залечили».

Трещины в идентичном цементном блоке без негашеной извести так и не затянулись, и трещины продолжали расти.

Будущее строительства

Успех их испытаний побудил команду рассмотреть возможность коммерциализации потенциала самовосстановления цемента.

«Интересно думать о том, как эти более прочные бетонные конструкции могут увеличить не только срок службы этих материалов, но и как они могут повысить долговечность бетонных конструкций, напечатанных на 3D-принтере», — сказал Маск.

Масик надеется, что эта новая технология смешивания цемента поможет снизить воздействие современного производства цемента на окружающую среду, на долю которого приходится 8 процентов глобальных выбросов парниковых газов.