Ученые открыли секрет прочности древнеримского бетона

Бетон – один из самых массовых продуктов, который человечество выпускает и использует в строительстве многими миллионами тонн. Однако современные сооружения и дороги заметно ветшают уже через несколько десятков лет. Это зрелище особенно печально на фоне древнеримских построек из старинного бетона, некоторые из которых неплохо сохранились до сих пор – два тысячелетия спустя.

Секрет такой «неподвластной времени» прочности долго оставался загадкой. Недавно он начал приоткрываться, но лишь теперь профессору геологии из Университета Юты Мари Джексон (Marie Jackson) и ее коллегам удалось показать весь механизм, который с течением лет ведет к постепенному укреплению древнеримского бетона. О нем авторы рассказывают в статье, опубликованной журналом American Mineralogist.

Свои поиски ученые начали с рецепта строительной смеси, оставленной в 30 г. н. э. крупным римским архитектором Марком Витрувием. Он включает вулканический пепел, известь и морскую воду, смешанные с твердыми вулканическими породами. Состав помещался в деревянную форму и дополнительно погружался в морскую воду. О том, как ведет себя такой бетон со временем, ученые узнали из кернов, высверленных в древних бетонных строениях гавани Поццуоли в Неаполе.

Анализ этих кернов показал, что морская вода вымыла из смеси микрочастицы вулканической пыли. Однако это привело не к разрушению, а к дополнительному укреплению бетона, освободив пространство для роста минералов – продуктов реакций, протекающих между компонентами бетона. Где-то за десятилетие он начал заполняться кристаллами тоберморита, довольно редкого минерала, который может формироваться и в обычном бетоне, но – без достаточного пустого объема – лишь в небольших количествах.

Сама по себе роль тоберморита в усилении древнеримского бетона была известна и раньше. Однако теперь Мари Джексон с коллегами показали, что морская вода, взаимодействуя с частицами вулканического пепла, ведет к формированию не только тоберморита, но и пористого филлипсита, который также выполняет связующую функцию, дополнительно укрепляя бетон. Недаром еще древнеримские тексты сохранили описание этого материала после погружения в воду как «цельной каменной глыбы, неподдающейся волнам и становящейся прочнее с каждым днем».