Чудили ли сте се някога как величествените структури на древен Рим са оцелели до наши дни, а сградите ново строителство се разпадат след една година? 

Колизеума се издига над Вечния град в продължение на повече от 2000 години, а Пантеона има най-големия неукрепен купол в света. Те са доказателство за изобретателността на римските инженери, които са усъвършенствали използването на бетон.

Римският бетон в много случаи се оказа по-дълготраен от съвременния си еквивалент, който може да се влоши в рамките на десетилетия. А учените вече разбараха на какво се дължи това. Според ново изследване в римския бетон има мистериозна съставка, която го прави много по-издръжлив, а строителите на древен Рим са успявали да издигнат своите стради на трудни места, като докове, канали и земетръсни зони.

Проучвателният екип, включващ изследователи от Съединените щати, Италия и Швейцария, анализира бетонни проби на 2000 години, които са взети от градска стена на археологическия обект Привернум, в централна Италия, и са сходни по състав с друг намерен бетон в цялата Римска империя.

Те откриват, че белите парчета в бетона, наричани варовикови отломки, дават на бетона способността да заздравява пукнатини, образувани с течение на времето. Преди това белите парчета са били пренебрегвани като доказателство за небрежно смесване или суровина с лошо качество.

„За мен беше наистина трудно да повярвам, че древните римски инженери няма да свършат добра работа, защото наистина са положили внимателни усилия при избора и обработката на материали“, казва авторът на изследването Адмир Масич, доцент по гражданско и екологично инженерство в Масачузетския технологичен институт, цитиран от CNN. „Учените са записали точни рецепти и са ги наложили на строителните площадки в Римската империя.“

Новото откритие може да помогне да се направи днешното производство на бетон по-устойчиво, потенциално разтърсвайки обществото, както римляните някога.

„Бетонът позволи на римляните да извършат архитектурна революция“, казва още Масич. „Римляните успяха да създадат и превърнат градовете в нещо, което е необикновено и красиво за живеене. И тази революция основно промени напълно начина, по който живеят хората.“

Варови плочки и устойчивост на бетона

Бетонът е по същество изкуствен камък или скала, образуван чрез смесване на цимент, свързващ агент, обикновено направен от варовик, вода, фин агрегат (пясък или фино натрошена скала) и едър агрегат (чакъл или натрошена скала).

Римските текстове са предложили използването на гасена вар (когато варът първо се комбинира с вода преди да се смеси) в свързващия агент и затова учените са предположили, че това е начинът, по който е направен римският бетон, обяснява Масич.

С по-нататъшно проучване изследователите стигат до заключението, че варовиковите късове са възникнали поради използването на негасена вар (калциев оксид) – най-реактивната и опасна суха форма на варовика – при смесването на бетона, а не или в допълнение към гасената вар.

Допълнителният анализ на бетона показа, че варовиковите частици се образуват при екстремни температури, очаквани от използването на негасена вар, а „горещото смесване“ е ключът към издръжливостта на бетона.

„Ползите от горещото смесване са двойни“, казва Масич в съобщение за новини. „Първо – когато целият бетон се нагрява до високи температури, това позволява химикали, които не са възможни, ако сте използвали само гасена вар, произвеждайки свързани с висока температура съединения, които иначе не биха се образували. Второ – тази повишена температура значително намалява втвърдяването и втвърдяването пъти, тъй като всички реакции се ускоряват, което позволява много по-бързо изграждане.“

За да проучи дали варовиците са отговорни за очевидната способност на римския бетон да се възстановява, екипът провежда експеримент.

Те правят две проби от бетон, едната по римски рецепти, а другата по съвременни стандарти, и умишлено ги напукват. След две седмици водата не може да тече през бетона, направен по римска рецепта, докато преминаваше точно през парчето бетон, направено без негасена вар.

Техните открития предполагат, че варовиковите късове могат да се разтворят в пукнатини и да прекристализират след излагане на вода, заздравявайки пукнатини, създадени от атмосферните влияния, преди да се разпространят. Изследователите казват, че този потенциал за самовъзстановяване може да проправи пътя към производството на по-дълготраен и по този начин по-устойчив модерен бетон.

Подобен ход би намалил въглеродния отпечатък на бетона, който представлява до 8% от глобалните емисии на парникови газове, според проучването.

В продължение на много години изследователите смятаха, че вулканичната пепел от района на Поцуоли, в залива на Неапол, е това, което прави римския бетон толкова здрав. Този вид пепел е транспортиран през огромната Римска империя, за да се използва в строителството, и е описан като ключова съставка за бетона в сметки от архитекти и историци по това време.

Масич е на мнение, че и двата компонента са важни, но варът е бил пренебрегван в миналото.

Изследването е публикувано в списанието Science Advances.