12 октября
Алиса Гаджиева
20

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.
Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 09:29
ФизТех

Переключения магнетиков между спиновыми состояниями могут передавать логический сигнал, и этим процессом можно заменить перенос электронов в современных процессорах. Ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход соединения железа между состояниями. Это поможет разработать процессоры и устройства памяти с большим отношением производительности к количеству потребляемой энергии.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[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?
    -
    1
    +
    Романцемент используется для пр-ва бетона низких марок прочности, тогда не было высокотемпературных печей. Автор статьи идеализирует "срендневековье". Технологии тогда были так себе. Мосты даже строить не умели, теории расчета арок не было, что такое прочность не знали. Ориентировались на волю богов, жертвоприношения, астрологию. Поэтому мосты получались прочными не всегда, часто разрушались. Те, которые получились, устояли, и мы думаем, что вот де, какие они были умелые. А на самом деле мы просто многого не знаем.
    Известь наберает прочность годами и столетьями а не 27 дней.
    +
      ещё комментарии
-
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
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: