Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
12.10.2021
Алиса Гаджиева
20
170 221

Римская гробница подсказала, почему древний бетон до сих пор остается живучее современного

4.0

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

Гробница Цецилии Метеллы на Аппиевой дороге / ©wikipedia.org

Хорошо сохранившиеся древние здания всегда привлекают особое внимание историков и археологов: вполне естественно, что под защитой стен и крыш предметы разрушаются слабее, чем на открытой местности. Но в этот раз древнеримской постройкой заинтересовались физики, химики и инженеры. Группа ученых из Массачусетского технологического института (США) провела исследование бетона, которым были скреплены камни гробницы знатной римлянки. Соответствующая работа опубликована в Journal of the American Ceramic Society.

Гробница Цецилии Метеллы — известный памятник древнеримской архитектуры, часто встречающийся и на полотнах европейских художников. Это круглая башня, построенная на квадратном основании. Стены сложены из крупных камней вулканического происхождения, которые строители соединили бетоном. Затем сооружение облицевали блоками из травертина, выглядящими как крупные кирпичи. Квадратное основание у гробницы бетонное. При строительстве использовали материалы застывшего лавового потока, образовавшегося некогда при извержении вулканов в районе Альбанских гор. Высота строения — 21 метр, диаметр — 29 метров.

Гробницу построили рядом с Аппиевой дорогой в 30-10 годах до нашей эры. Предположительно, это сделали по заказу сына Цецилии Метеллы — весьма знатной особы, жены сына Марка Красса, образовавшего вместе с Цезарем и Помпеем первый триумвират в 59 году до нашей эры.

Облицованный кирпичом бетон в коридоре гробницы / ©Marie Jackson

Возведение гробницы Цецилии Метеллы стало началом эры новых строительных технологий Древнего Рима. Их в самом общем виде описал Марк Витрувий Поллион в знаменитом трактате «Десять книг об архитектуре». По его словам, строительство толстых стен из кирпича или вулканического камня, скрепленных раствором из извести и вулканической тефры (пористых осколков стекла и кристаллов, образовавшихся при взрывных извержениях), позволило создать сооружения, которые «в течение долгого времени не рассыпались бы в прах».

Слова Витрувия подтверждает прекрасное современное состояние многих римских построек, созданных по тому же принципу: например, Рынок Траяна (построен в 100-110 годах нашей эры, более чем через столетие после гробницы). Примерно так же сделаны многие пирсы и волнорезы. И, конечно, гробница. Несмотря на то что стенам уже более двух тысяч лет, бетон остается очень прочным. В чем секрет?

Ученые выяснили, что в тефре, которую использовали при строительстве гробницы, было довольно много лейцита — минерала магматического происхождения, богатого калием. Веками просачивающиеся сквозь стены гробницы дождевые и грунтовые воды растворяли лейцит и выделяли калий в раствор. В современном бетоне обилие калия привело бы к образованию расширяющихся гелей, которые вызвали бы микротрещины и разрушение конструкции. Почему это не случилось с гробницей?

Изучив раствор с помощью рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии, исследователи обнаружили, что бетон менялся неравномерно. Растворенный калий менял структуру соединений в разных местах по-разному. Рентгеновская дифракция позволила проанализировать измененные участки вплоть до их молекулярной структуры — и стало ясно, что они приобрели нанокристаллическую природу, уменьшив средний размер «зерна» в бетоне. Ученые считают, что эти измененные участки усиливают сцепление частичек, из которых состоит такой бетон, между собой.

«Пейзаж с гробницей Цецилии Метеллы» кисти Яна Франса ван Блумена (1662—1749) / ©wikipedia.org

Критически важным для прочности постройки стал участок, где бетон прилегает к тому, что он соединяет между собой (камни, кирпичи). В современном бетоне химические реакции между щелочными компонентами и кремнеземом (в составе песка) создают гели, которые расширяются и тем самым разрушают конструкцию. А в древнеримском бетоне реакции приводят к появлению нанокристаллических структур (без изменения объема, но с изменением структуры), которые даже повышают прочность. При этом процесс изменения — длительный, он идет постоянно, то есть конструкция все время слегка упрочняется, что позволяет ей противостоять внешним силам разрушения. Выходит, она как бы все время «саморемонтируется», чего современные бетоны не могут.

Ученые полагают, что необычной долговечности стен гробницы Цецилии Метеллы удалось добиться благодаря сочетанию двух факторов: выбора римскими строителями богатой лейцитом тефры в качестве заполнителя и строительства гробницы в месте с высоким уровнем осадков и грунтовых вод. Последнее привело к постоянной перестройке и «саморемонту» строительного материала.

По мнению авторов работы, их открытие можно применить для создания современных бетонов, имеющих те же качества, что древнеримский. Особенно полезным это может стать в гидротехнических сооружениях, например плотинах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:09
Сергей Васильев

Венерины мухоловки регистрируют до пяти стимуляций чувствительных волосков, чтобы захлопнуть свою ловушку и начать переваривание. Но уникальный мутант Dyscalculia не может «считать» даже до двух. Ученые показали, что это связано с нарушением восприятия ионов кальция.

Вчера, 16:24
Анна Новиковская

Сегодня популяции многих видов пчел в упадке, и британские исследователи предложили еще один способ спасти этих насекомых: превратить часть кирпичей в стенах домов в «мини-ульи».

Позавчера, 17:19
Александр Березин

Игру 2013 года и выходящий с января 2023 года сериал по ней часто принимают за научную фантастику. То есть произведение, основанное на предположениях, не противоречащих науке. Однако вряд ли дело обстоит таким образом. Проблема в том, что создатели мира The Last of Us слишком некритично подошли как к научному фундаменту, на котором основан их мир постапокалипсиса, так и к тому, что думает наука о самой реальности «постапов». Naked Science пробует разобраться в деталях.

24 января
Сергей Васильев

В 2009 году внутреннее ядро нашей планеты остановилось и с тех пор раскручивается в противоположном направлении. Новая работа китайских геологов показала, что его вращение может меняться примерно каждые 35 лет.

24 января
ФизТех

Исследователь из России открыл механизм «молекулярной коммутации» ДНК, который меняет наше представление об одной из главных парадигм биологии. Более 70 лет считалось, что ДНК хранит и обрабатывает информацию за счет структуры двойной спирали – однозначно соответствующих друг другу (комплементарных) молекулярных цепей. Руководитель направления «Нанобиомедицина» Университета «Сириус», заведующий лабораторией МФТИ Максим Никитин экспериментально доказал, что для эффективной обработки генетической информации ДНК совершенно не обязательно образовывать двойную спираль. ДНК может хранить и передавать информацию за счет слабоаффинных взаимодействий, реализующийся в том случае, когда молекулы имеют низкое сродство друг к другу. Более того, он показал, что короткая ДНК, даже максимально некомплементарная гену, может регулировать его работу.

23 января
Алиса Гаджиева

В Валенсии конца XIV — начала XV веков городские власти не наказывали женщину, которая работала в публичном доме или была наложницей, но только в том случае, если она не пыталась совместить одно с другим. Правда, запреты не очень действовали.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

20 Комментариев

18.10.2021
-
0
+
Раньше было лучше...
И что? Америку открыли. Берете в любом строительном известь и заливаете ей любое г и палки. Потом ждёте несколько лет и б7. 5 ваши аа через 1000 лет будет б30. Вы готовы столько ждать? Или вам и 27 днедолго?
    С известью(в какой среде?), а эти самые 27 дней-откуда данные? Что через 27 дней случится? 40%прочности.при чём здесь 27 дней?. Год! Год набирает прочность, при благоприятно среде! Добавляйте доп. 3-4фракции к щебню(гравийные), добавляйте фиброволокна(разных фракций) пластификатор-и будет вам счастье, только вот цена....
    +
      ещё комментарии
-
0
+
У римлян рабов было немеряно. Ручной труд ценился дешево. Песочек для бетона обязательно просеивали, промывали и сушили. Возможно, в этом тоже один из секретов римского бетона.
    -
    0
    +
    Рабы не составляли большинства населения даже в самом Риме, хотя в период расцвета рабства их стало настолько много, что "Сенат даже вынес на этот счет [об отмене ошейников для рабов с именем владельца] специальное положение, смысл которого состоял в том, чтобы рабы не выделялись среди граждан, чтобы они (рабы) не видели и не знали, как их много". В целом же в Империи доля рабов в 1 веке н. э. не превышала 8 %. Впрочем, родня Цецилии Метеллы была достаточно богата, чтобы использовать своих или наемных рабов для строительства... Самое любопытное (и поучительное в свете принятия Госдумой нынешних репрессивных законов), что крепостное право, распространившееся к закату Империи практически на все население Империи, было куда жестче, чем классическое рабство, так как запрещало смену не только мест жительства и профессий, но даже смену социально-профессиональной принадлежности партнеров для брака...
13.10.2021
-
1
+
Две тысячи лет назад не знали что такое кислотный дождик и загрязнение окружающей среды, вот и простояли гробницы до нашего времени. А сейчас многие памятники старины ускоренно разрушаются и требуют защиты от неблагоприятных условий.
    -
    0
    +
    В том месте, где стоит эта гробница (регион Лацио, город Рим) климат очень сухой, жаркий, там нет кислотных дождей, да и обычные дожди достаточно редки. Не зря же они акведуки строили. Там в декабре можно ходить в пиджаке (правда немного толстом) и шарфе, и даже без шапки. Когда мы были там, наш экскурсовод так и делал. Это же средиземноморский климат. Это не тропики с их проливными дождями и не Сыктывкар с его морозом по коже от одного названия.
13.10.2021
-
0
+
Отчего же тогда романцемент в качестве вяжущего вещества применяется так редко? Может оттого, что тот же портландцемент прочнее?
-
0
+
Выходит, она как бы все время «саморемонтируется», чего современные бетоны не могут. Была статья здесь где-то, что уже могут. По мнению авторов работы, их открытие можно применить для создания современных бетонов, имеющих те же качества, что древнеримский. Особенно полезным это может стать в гидротехнических сооружениях, например плотинах. Я, конечно, к строительству руку прикладывал последний раз еще во времена Горбачева. Однако, скудным своим умишком кумекаю, что - нагрузки на 2-этажную гробницу Цецилии и на минимум 9-этажное тело плотинЫ ну как-то различаются, наверное... Плюс влажностный режим у сих сравниваемых объектов тоже весьма различен. На самом деле с этой "срендневековой" гробницы главное - воду отвести. Вода - главный враг любой постройки. А дальше уже хоть трава не расти.
-
0
+
Мне кажется, любой правильно составленный бетон в течение столетий постепенно только набирает прочность.
12.10.2021
-
2
+
Чем именно блоки травертина похожи на кирпичи, если у тех и других разные размеры, материал и способ изготовления? Облицовка - это отделочная процедура, блоки травертина служат именно облицовке. Кирпичные кладки служат не облицовкой, а несъёмной опалубкой, потому что сначала возводятся они, а потом пространство между ними - толща стены - забивается забутовкой. При этом бетоном правомочно именовать монолитные участки, а в кладке тот же материал называется раствором.
    -
    0
    +
    Чем именно блоки травертина похожи на кирпичи, если у тех и других разные размеры, материал и способ изготовления?
    Они пористые, ноздреватые и, в данном случае, красноватые -- совсем, как красный кирпич... Кстати, в тексте публикации в слове "травертин" буква "р" пропущена... А на снимке кладки, действительно, скорее "кирпич" облицован бетоном... Последний абзац заметки вообще преувеличивает амбиции авторов исследования: они нигде не используют слово "открытие", а в последнем абзаце своей статьи лишь называют древний материал эталоном (рекомендацией) для "инновационной, экологически чистой бетонной инфраструктуры"...

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: