Самовосстанавливающийся бетон: ученые раскрыли секрет долговечности античных построек
Пантеон в Риме, известный как Храм всех богов, остается неповрежденным спустя 2000 лет. Это особенно удивительно, учитывая, что его купол, самый большой в мире из неармированного бетона, имеет диаметр 43 метра и является достаточно хрупкой конструкцией. В то время как многие более современные сооружения давно превратились в руины, античные храмы по-прежнему стоят и только укрепляются.
Другие древнеримские постройки, такие как акведуки и волноломы, также продолжают служить своему назначению. В чем же заключается их секрет? Как сообщает журнал Science Advances, ученые только недавно окончательно разобрались в этом. Исследования показали, что строительный материал — бетон, который использовали древние зодчие, был смешан с местным вулканическим пеплом, известным как пуццолана. Однако, оказалось, что секрет не только в нем, но и в другом компоненте — извести. А также в способе ее внесения в бетонную смесь.
Массачусетский технологический институт (MIT) разработал правильный «рецепт». Римляне смешивали пуццолану с водой и известью, особенно негашеной, и нагревали смесь. Если использовать гашеную известь и не нагревать, бетон не будет иметь таких же свойств, как у древних римлян. Вообще весь секрет тут как раз в строгом соблюдении «рецептуры».
Ученые использовали сканирующий электронный микроскоп и рентгеновскую спектроскопию, чтобы изучить белые «кристаллы» извести, обнаруженные в бетоне. Они отвергли предположение, что это дефект, вызванный плохим перемешиванием компонентов. На самом деле, древние римляне специально провоцировали образование микро-вкраплений извести, которые придавали особую прочность структуре материала и препятствовали образованию трещин.
Благодаря такой структуре, бетон получал способность к «регенерации». Когда вода попадала в трещину, она взаимодействовала с известью, образуя раствор, богатый кальцием. Этот раствор затвердевал, заполняя трещину и восстанавливая бетон. В результате обычный бетон трескается и разрушается, а древнеримский только укрепляется, даже под воздействием агрессивных из-за своей солености морских волн.
Ученые из MIT провели испытания на растрескивание, используя гашеную и негашеную известь. Через две недели трещины в бетоне на основе негашеной извести залечились, в то время как бетон с гашеной известью и без нагревания остался треснутым. В настоящее время ученые работают над доработкой «древнеримского рецепта» для использования его в строительных 3D-принтерах.
2 comments
Leave a reply
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Вывод о том, что использовалась известь в той или иной мере неточен. Предположение о извести выносится по образованию известняка, но тут ведь куча моментов. Во первых любая даже кислая соль кальция при взаимодействии с щелочной средой автоматически превращается в гидроксид кальция, во вторых при образовании углекислого газа и прохождении его через состав любой соли кальция также образуется карбонат кальция. Карбонизированная известь или карбонизированный цитрат кальция, сульфат кальция, ацетат кальция и т.д. результат будет одним и тем же- превращение в карбонат кальция. А вот подогрев смеси желателен когда в нее ввели оксид кремния и оксид алюминия, например пуццолан состоящий из этих компонентов примерно 55/45%. Щелочь есть оба элемента и образует кристаллогидраты алюмосиликатов, которые со временем теряют воду и становятся полевыми шпатами. Поэтому ввод добавочно к гашеной извести около 3/ 4 части негашёной извести ускорит реакцию растворения силикатов и образования гидроалюминатов. Важнейшую роль играет и роль затворителя, например если использовать морскую воду, то образующийся оксихлорид кальция ускорит разрушение оксида алюминия и он быстрее войдет в реакцию образования гидроалюмината кальция. Вот и получается, что одним из наиболее популярных схем было использование около 1 части гашеной извести, 1 части пуццолана и 3/4 негашенной извести затворенной морской водой. Но это только одна из многочисленных рецептур. Известь гасили вином добиваясь образования тартрата и цитрата кальция, уксусом- ацетата кальция, мочой- карбоната аммония и т.д. и т.п. Вообще вся эта история сводится по большому счету к получению щелочного цемента с использованием обжига извести- вещь кстати довольно трудная требующая большого количества дров и строительства печи, а также длительности процесса. Добавками служили пуццолан, цемянка (измельченная обожженая глина) и всевозможные прокаленные илы и лесс. И второй вариант это практически более удобная процедура обжига глиногипса при всего то 200 градусах и его взаимодействие с растворами поташа, соды, но подкисленными до PH 5 сульфатными водами. Я проверял все эти способы и могу четко сказать что щелочной способ более долговечен и устойчив к влажному климату, хоть и более трудоемок. А вот гипсовый способ легче, быстрее и крепче. Более безопасный для производства, а также способен выдерживать длительные воздействия влажности, вплоть до полного погружения в воду на несколько суток. Затворителем его также является не вода. Лучше всего использовать отвары растений, дубильные растворы, вытяжки лигнина и т.д.
Да, если вдруг кто рванет делать самостоятельно римский бетон, чтобы не получилось как с фикцией типа таких изданий как “справочник кустаря” и прочей мути. Современные вещества в корне отличаются от древних и известь в те времена не делалась из любого известняка и не томилась в печи при 900 градусах сутками. Известняк выбирался покрепче, то есть богатый кремнием и алюминием с магнием и грелся при температуре около 700 градусов не более трех часов. Гасилась известь также не так как сегодня, она сбрызгивалась и разворачивалась как попкорн. Такой же процедуре подвергалась и глина (цемянка), сегодня выпускают метакаолин, но если честно дрянь полнейшая, лучше кинуть в костер кусок любой глины и пропалить несколько часов, потом разбить в пыль. От себя подарю действительно хороший рецепт очень и очень крепкого гипса, водостойкого естественно. Итак, только для читателей сайта history.eco. Берем 83% любого гипса, 4,5 % обожженной глины и 12,5 % сульфатированного цемента (специально даю аналог современный, тот что можно купить, потому что не сможете использовать глауберову соль и произвести реакцию с квасцами (алунитом и т.д.)). Данную смесь затворяете следующей смесью: на литр воды кладется 5-6 зеленых грецких орехов, можно заменить либо дубовой корой, либо верблюжьей колючкой в соотношении 300 грамм на литр, смесь настаивается сутки в теплом месте, цедится и добавляется на каждые 100 мл раствора 3 грамма костного клея, предварительно замоченного в обычной воде и разбухшего, можно заменить желатином. Затворяете гипсовую смесь до состояния пасты, застывает около двух дней, окончательная прочность через месяц на изгиб прочней портландцемента и слабее кафеля.