Римский бетон — это нечто удивительное. Он — одна из главных причин, почему мы так много знаем сегодня о римской архитектуре. Благодаря гениальной бетонной технологии и строительным методам, множество сооружений, возведённых римлянами, до сих пор сохранились в том или ином виде.
Однако нам до сих пор многого не понять о том, как именно римляне создавали такой прочный бетон и строили свои впечатляющие здания, дома, термы, мосты и дороги.
Учёные давно мечтали найти больше материальных свидетельств с римских строек, которые могли бы дать подсказки.
Новое исследование, проведённое специалистами Массачусетского технологического института (MIT) и опубликованное в журнале Nature Communications, проливает новый свет на римский бетон и строительные техники.
Это стало возможным благодаря деталям, извлечённым из частично построенных помещений в Помпеях — на стройплощадке, которую рабочие бросили, когда в 79 году нашей эры извергся Везувий.
Новые подсказки о приготовлении бетона
Обнаружение этой конкретной строительной площадки стало новостью в начале прошлого года. Строители буквально ремонтировали дом в центре города, когда в I веке н.э. взорвался Везувий.
Эта уникальная находка включала в себя плитки, отсортированные для переработки, и винные сосуды — амфоры, — повторно использованные для транспортировки строительных материалов. Но самое главное — она также содержала свидетельства подготовки сухих материалов перед замешиванием для производства бетона.
Именно эти сухие материалы стали фокусом нового исследования. Доступ к фактическим материалам до их смешивания представляет уникальную возможность понять процесс изготовления бетона и то, как эти материалы реагировали при добавлении воды. Это переписало наше понимание римского бетонного производства.
Самозалечивающийся бетон
Исследователи, стоящие за этой новой работой, изучили химический состав материалов, найденных на месте, и определили ключевой элемент: невероятно крошечные частички негашёной извести, которые меняют наше понимание того, как делался бетон.
Негашёная известь — это оксид кальция, получаемый путём нагревания высокочистого известняка (карбоната кальция). Процесс смешивания бетона, как объясняют авторы исследования, происходил в атриуме этого дома. Рабочие смешивали сухую известь (молотую) с пуццоланой (вулканическим пеплом).
При добавлении воды химическая реакция выделяла тепло — происходила экзотермическая реакция. Этот метод, известный как «горячее смешивание», давал совершенно другой тип бетона, нежели тот, что мы покупаем в строительном магазине.
При добавлении воды к негашёной извести образуется так называемая гашёная известь, и выделяется тепло. Внутри этой гашёной извести исследователи обнаружили мельчайшие нерастворённые «известковые включения», сохранившие реакционные свойства негашёной извести. Если в таком бетоне образуются трещины, эти включения реагируют с водой и «залечивают» повреждение.
Другими словами, эта форма римского бетона буквально способна исцелять себя.
Техники древние и современные
Однако трудно сказать, насколько широко этот метод был распространён в Древнем Риме. Большая часть нашего понимания римского бетона основана на трудах древнеримского архитектора Витрувия. Он советовал использовать смесь пуццоланы с известью, но предполагалось, что его текст не относится к «горячему смешиванию».
Если же обратиться к другому римскому автору, Плинию Старшему, мы находим чёткое описание реакции негашёной извести с водой, лежащей в основе экзотермической реакции при «горячем смешивании» бетона. Таким образом, древние знали об этом методе, но мы меньше осведомлены о масштабах его применения.
Возможно, важнее детали в текстах об экспериментах с различными смесями песка, пуццоланы и извести, которые привели к составу, использованному строителями в Помпеях.
Команда MIT ранее находила известковые включения (те самые крошечные частички негашёной извести) в римских руинах в Привернуме, примерно в 43 км к северу от Помпей. Также стоит отметить, что заживление трещин наблюдалось в бетоне гробницы знатной матроны Цецилии Метеллы за пределами Рима на Аппиевой дороге.
Теперь, когда это новое исследование в Помпеях установило факт использования «горячего смешивания» и его пользу, учёные могут целенаправленно искать случаи, когда трещины в бетоне залечивались таким образом.
Вопросы остаются
В целом, это новое исследование захватывающе, но мы должны избегать допущения, что всё римское строительство было выполнено по высоким стандартам. Древние римляне могли делать исключительные бетонные растворы, но, как отмечает Плиний Старший, плохой раствор становился причиной обрушения зданий в Риме. Так что умение делать хороший раствор не означало, что его всегда делали.
Вопросы, конечно, остаются. Можно ли на основе этого единичного примера из Помпей 79 года н.э. делать выводы обо всех формах римского бетона? Показывает ли он прогресс по сравнению с более ранними рекомендациями Витрувия? Было ли использование негашёной извести для создания более прочного бетона в этом доме реакцией на сейсмическую активность в регионе и ожидание будущих трещин?
Для ответа на эти вопросы необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, насколько распространены известковые включения в римском бетоне в целом, и выявить случаи его самовосстановления.
Открытие в Помпеях — не просто археологическая сенсация, а мощный стимул для современных материаловедов. Принцип «горячего смешивания» и преднамеренного включения реакционноспособных частиц открывает путь к созданию новых, долговечных и экологичных строительных материалов.
В отличие от современного бетона, производство которого связано с огромными выбросами CO₂, римский рецепт предполагал более низкие температуры обжига и широкое использование природных вулканических материалов.
Изучая прошлое, мы можем найти рецепты для устойчивого будущего, где инфраструктура сможет не только противостоять времени, но и «залечивать» свои раны, значительно сокращая затраты на обслуживание и ремонт. Таким образом, пепел Везувия, на века похоронивший Помпеи, сегодня даёт жизнь новым инженерным идеям, доказывая, что истинно гениальные технологии способны пережить не только империи, но и тысячелетия.
