Почему древнеримский бетон был очень прочным?

Древние римляне были мастерами строительства и инженерии. Самые известные из их творений — акведуки, немалая часть которых сохранилась до наших времен. Все чудеса архитектуры Римской империи связаны с уникальным строительным материалом — пуццолановом бетоном, который придавал постройкам невероятную прочность. К примеру, римский Пантеон, сохранившийся в целости за 2000 лет, — мировой рекордсмен по величине купола из неармированного бетона.

Считалось, что секрет прочности кроется в ингредиентах пуццолана — смеси вулканического пепла и извести. При смешивании с водой два материала могут образовывать прочный бетон. Но оказалось, что это не единственное объяснение прочности.

Ученые из Массачусетского технологического института тщательно изучили 2000-летние образцы римского бетона из раскопок в коммуне Привернум. Материалы проверили методами электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции и конфокальной рамановской визуализации.

Популярная версия гласила, что римляне смешивали с пуццоланой гашеную известь — известняк нагревали при высоких температурах для получения высокореактивного едкого порошка, и «гасили» водой. Однако анализ показал, что римляне на самом деле не использовали гашеную известь. Римский бетон получался за счет смешивания негашеной извести непосредственно с пуццоланой и водой при чрезвычайно высоких температурах. Технологи назвали этот процесс «горячим смешиванием». В результате такого смешивания получались обломки извести — эти кусочки легко найти в римском бетоне.

У горячего смешивания есть и плюсы, и минусы. Когда бетон нагревается до высоких температур, это позволяет включать в реакцию химические вещества, невозможные при применении гашеной извести. Повышенная температура сильно ухудшает схватывание бетона, но из-за ускорения реакций позволяет строить здания гораздо быстрее.

Более того, маленькие обломки извести придают бетону замечательную способность к самовосстановлению. Когда в бетоне образуются трещины, они преимущественно перемещаются к обломкам, у которых большая площадь поверхности, чем у других частиц. Когда вода попадает в трещину, она вступает в реакцию с известью, образуя раствор, богатый кальцием. Раствор высыхает и затвердевает, склеивая трещину и предотвращая ее дальнейшее распространение.

Технологи проверили свои выводы, сделав пуццолановый бетон по разным рецептам с использованием негашеной извести. Испытания показали, что треснувший бетон из негашеной извести полностью восстанавливался в течение двух недель, тогда как обычный бетон остался с трещинами, пишет Science Alert.