Со временем бетон трескается и крошится. Ну и бетон больше всего трескается и крошится. Сооружения, построенные в Древнем Риме, все еще стоят, демонстрируя замечательную долговечность, несмотря на условия, которые разрушили бы современный бетон.
Одно из таких построек - большая цилиндрическая гробница дворянки I века Цецилии Метеллы. Новое исследование показывает, что качество бетона ее могилы может превосходить качество бетона памятников ее современников-мужчин из-за вулканического агрегата, выбранного строителями, и необычных химических взаимодействий с дождем и грунтовыми водами с этим агрегатом на протяжении двух тысячелетий.
«Строительство этого очень инновационного и надежного памятника и ориентира на Виа Аппиа Антика свидетельствует о том, что она пользовалась большим уважением, - говорит Мэри Джексон, доцент геологии и геофизики в Университете Юты, - и бетонная ткань 2050 годы спустя отражает сильное и устойчивое присутствие ».
Исследование опубликовано в журнале Американского керамического общества и частично финансируется программой ARPA-e Министерства энергетики США «Чрезвычайная долговечность цементных материалов».
Гробница является примером усовершенствованных технологий бетонного строительства в позднем республиканском Риме, не содержащего цемента. Технологии были описаны архитектором Витрувием в период строительства гробницы Цецилии Метеллы. Строительство толстых стен из грубого кирпича или заполнителя вулканической породы, связанного с раствором, сделанным из гашеной извести и вулканической тефры (пористые фрагменты стекла и кристаллы от взрывных извержений), привело бы к созданию структур, которые «в течение длительного времени не превращаются в руины. ”
Слова Витрувия подтверждаются многочисленными римскими сооружениями, стоящими сегодня, в том числе Рынками Траяна (построенными между 100 и 110 гг. Н. Э., Более чем через столетие после гробницы) и морскими сооружениями, такими как пирсы и волнорезы, которые Джексон и ее коллеги также изучали. .
Однако древние римляне не могли знать, как кристаллы минерала лейцита, богатого калием, в вулканическом агрегате тефры со временем растворяются, благотворно реконструируя и реорганизуя когезию бетона.
Чтобы понять минеральную структуру бетона, Джексон объединился с исследователями Линдой Сеймур и Адмиром Масичем из Массачусетского технологического института и Нобумичи Тамурой из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Они исследовали микроструктуру бетона с помощью множества мощных научных инструментов.
В толстых бетонных стенах гробницы Цецилии Метеллы раствор, содержащий вулканическую тефру из близлежащего пирокластического потока Пуццолан Росс (плотная масса горячей тефры и газов, выброшенных взрывом из близлежащего вулкана Албан-Хиллз) связывает большие куски кирпича и заполнителя лавы. Это почти тот же раствор, который использовался в стенах рынка Траяна 120 лет спустя.
В предыдущем анализе рынка строительных растворов Траяна Джексон, Тамура и их коллеги исследовали «клей» раствора, строительный блок, называемый фазой связывания CASH (кальций-алюмосиликат-гидрат), а также минерал под названием стрэтлингит. Кристаллы стрэтлингита блокируют распространение микротрещин в растворе, предотвращая их соединение и разрушение бетонной конструкции.
Но тефра, которую римляне использовали для раствора Caecilia Metella, была более богата калием лейцитом. Столетия дождевой и грунтовой воды, просачивающейся через стены гробницы, растворяли лейцит и выделяли калий в раствор. В современном бетоне такой поток калия приведет к образованию экспансивных гелей, которые вызовут микротрещины и, в конечном итоге, растрескивание и ухудшение структуры.
Джексон и ее коллеги работают над воспроизведением некоторых успехов римлян в современных бетонах, в частности, в проекте ARPA-e Министерства энергетики США, направленном на поощрение аналогичных выгодно реактивных агрегатов в бетонах, в которых вместо тефры древности используется искусственно созданная клеточная магматика. Римские постройки. Цель, согласно ARPA-e, заключается в том, чтобы бетон, подобный римскому, мог снизить выбросы энергии при производстве и установке бетона на 85% и в четыре раза увеличить 50-летний срок службы современного морского бетона.
