RW Space

Стрела времени летит в одну сторону, и вместе с ней приходит разрушение.

Мы строим наши конструкции так, чтобы они прослужили как можно дольше, но даже самые прочные материалы со временем трескаются, ослабевают и крошятся.

Древнеримский бетон действовал немного по-другому.

Ученым давно известно, что бетон, построенный во времена Римской империи, похоже, со временем становится прочнее.

Предыдущие исследования показали, что такая необычайная долговечность во многом объяснялась реакцией между вулканическим пеплом и называемый пуццоланом, и негашеная известь, которая образует в бетоне исключительно устойчивые минералы.

Теперь ученые обнаружили, что есть еще одна часть истории: медленные, но устойчивые реакции углекислого газа из воздуха.

«Хотя пуццолановая реакция имеет фундаментальное значение», — говорит инженер Пауло Монтейро из Калифорнийского университета в Беркли, — «наши результаты показывают, что карбонизация в течение длительного периода времени также повышает долговечность бетона и может помочь ему запечатать трещины по мере его старения».

Открытие команды, подробно описанное в журнале Science Advances, дает нам по-новому взглянуть на даже самые обыденные римские постройки, которые, тем не менее, были пронизаны инженерным мастерством.

Одна из чудесных особенностей римской инженерной мысли заключается в том, как много построек остается в отличном состоянии, хотя так много зданий того времени рухнули.

Пантеон в Риме — самый известный пример — 2000-летний храм, увенчанный огромным куполом. из неармированного бетона, крупнейшей конструкции такого рода в мире.

Но чтобы раскрыть секреты римского бетона, Монтейро, его соруководитель Сяохун Чжу из Пекинского технологического университета и их коллеги обратились к маловероятному, гораздо менее гламурному источнику.

Во II веке нашей эры у императора Адриана была вилла в Тиволи в Италии, большая часть которой, как вы уже догадались, сохранилась до сих пор.

Оттуда исследователи извлек небольшой кусок бетона из общественного туалета, который когда-то поддерживал имперские днища.

Используя набор методов визуализации с высоким разрешением, исследователи исследовали образец вплоть до наномасштабе.

Как и ожидалось, они обнаружили доказательства пуццолановой реакции, при которой вулканический пепел и известь вступают в реакцию с образованием в бетоне исключительно прочных минералов.

Но они также обнаружили кое-что еще.

На протяжении веков углекислый газ из атмосферы вступал в реакцию с остатками извести в бетоне, образуя кальцит – тот же минерал, который можно найти в известняке.

Это был не просто побочный продукт процесса старения, исследователи обнаружено.

Похоже, что кальцит сделал бетон прочнее. Он кристаллизовался в крошечных порах и трещинах, делая бетон более плотным и постепенно заделывая слабые места, которые в противном случае распространились бы со временем.

Более ранние исследования выявили кальцит в римском бетоне, но не изучали его в трех измерениях и не составили карту его архитектуры.

Работа, по словам исследователей, предполагает, что кальцит, возможно, сыграл упущенную из виду роль в невероятной долговечности римского бетона — не заменяя известный вклад пуццолановой реакции, а работая параллельно с ней.

Ученые уже это сделали. работал над воспроизведением римского бетона.

Карбонизация естественным образом происходит в бетоне на основе извести, независимо от того, знаете ли вы о ее наличии или нет, но понимание роли, которую она играет, может дать исследователям еще один инструмент в попытке создать бетон, который прослужит дольше и при этом будет производить меньше углерода.

«Понимание того, как динамика кристаллизации карбоната кальция связывает бетон и способствует его длительной долговечности, может дать новое понимание долгосрочной минералогической эволюции и естественной карбонизации вяжущих веществ на основе извести», — говорит Монтейро.

Древние римские постройки от великого Пантеона до скромного туалета Адриана дают нам потрясающие примеры бетона, который оставался структурно прочным на протяжении тысячелетий.

Это это не значит, что мы можем просто строить, как римляне.

Современные здания предъявляют гораздо более высокие требования к материалам, а железобетон сталкивается с проблемой, с которой римским инженерам никогда не приходилось сталкиваться: коррозией встроенной в него стальной арматуры.

Новые результаты могут помочь исследователям в попытках создать более долговечный и устойчивый бетон для будущего.

По теме: Крушение римской эпохи показывает, как корабли строились, чтобы прослужить 2000 лет назад.

«Это исследование показывает, как изучение древних инженерных методов может привести к важным открытиям», — говорит Монтейро.

«Мы надеемся, что, раскрыв римские секреты повышения долговечности бетона, мы сможем когда-нибудь добиться устойчивого развития современной инфраструктуры».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

class=»has-text-align-left has-sciencealert-light-gray-background-color has-background»>Эта статья была проверена Рэйчел Гарнер и отредактирована Клэр Уотсон. Мы гордимся своим процессом, но мы всего лишь люди. Если вы заметили ошибку, сообщите нам.