Учени разкриват 2000-годишната мистерия на невероятно здравия римски бетон

Цивилизация Наука

И това може да помогне в борбата с изменението на климата.

Пробиване на римски бетон в Тоскана през 2003 г. за взимане на проби.

Пробиване на римски бетон в Тоскана през 2003 г. за взимане на проби.

© Снимка Дж. П. Олсън

Съвременният бетон, включително неговата основна съставка портланд цимент (вид цимент с минерални добавки и гипс), е сред най-големите източници на емисии на парникови газове (ПГ). Но ново откритие може да промени всичко, пише Earthly Mission.

Съвременното поголовно производство на бетон причинява около 5 % от емисиите на ПГ. От тях половината идват от въглеродния диоксид, освобождаван при нагряването на варовика (CaCO3), а 1/3 - от топлината, отделяна при самото производство на цимента. Но древните римляни са имали различен, много по-екологичен процес на производство. Според ново изследване, ръководено от професор Мари Джаксън от Университета на Юта, при древния процес протича нискотемпературна реакция между вулканичната пепел и морската вода, която на практика намалява концентрацията на въглеродния диоксид в получените минерални цименти.

Това обаче не е единствената причина, поради която римският начин на производство превъзхожда днешния. Продуктът, който в крайна сметка получавали римляните, е несравнимо по-дълготраен, както се вижда 2000 години по-късно в многобройните оцелели пътища и сгради, някои от които даже се намират в земетръсни зони. Как са го постигнали?

Според научния екип структурната здравина на римския бетон се осигурява от кристали от слоест материал, наречен алуминиев тоберморит. Същите кристали присъстват при образуването на скали - например, когато вулканичните изригвания създават острови. Но се смята, че тези процеси изискват високи температури.

Никой не е произвеждал тоберморит при 20 °C. О, да, освен римляните!“, казва Джаксън в изявление.

Архитектурни бетонни детайли на купола на Пантеона в Рим, Италия.

Архитектурни бетонни детайли на купола на Пантеона в Рим, Италия.

© Източник: iStock

Известно е, че римският бетон е бил съставен от вар (CaO), вулканична пепел и морска вода. Сега изследователите картографират проби, взети от древен римски бетон с помощта на електронен микроскоп, след което го изследват при изключително висока разделителна способност, получена чрез рентгенова микродифракция и раманова спектроскопия. Използвайки тези високотехнологични способи, учените биха могли да идентифицират всички минерални зърна, образувани в древния бетон през вековете.

„Можем да отидем в малките природни лаборатории в бетона, да картографираме наличните минерали, последователността на кристалите, които се появяват, и техните кристалографски свойства“, казва Джаксън.

Оказва се, че алуминиевият тоберморит и сродният му минерал филипсит, всъщност се образуват в бетона, благодарение на морската вода, която се добавя към него и която бавно разтваря вулканичната пепел, затворена вътре. Това подсилва цялостната структура на тези взаимосвързани кристали.

Всъщност „римляните създават подобен на скала бетон, който се подсилва от химическа реакция с морска вода“, каза Джаксън.

Това е точно обратното на случващото се при съвременното производство на бетон, който всъщност ерозира, тъй като солена вода отмива съединенията, които държат материала заедно, включително стоманената арматура.

Построена около XVIII - XII век пр.н.е., пирамидата на Цестий в Рим е изградена от бетон с тухлена повърхност, покрита с плочи от бял мрамор върху вар...

Построена около XVIII - XII век пр.н.е., пирамидата на Цестий в Рим е изградена от бетон с тухлена повърхност, покрита с плочи от бял мрамор върху варова мазилка.

© Източник: iStock

Създаването на бетон по римския начин би било благословия за съвременната строителна индустрия, особено когато става въпрос за изграждане на конструкции, постоянно изложени на досег с морска вода. Тъй като римляните не са били напреднали в областта на химията, се предполага, че са открили формулата, като са наблюдавали как вулканичната пепел се превръща в камък, след като е била изложена на досег с морска вода.

Но за съжаление точната формула на древния бетон се изгубва, след падането на Рим под напора на по-слабо развитите в технологично отношение нашественици. Затова единственият начин да се пресъздаде древният материал, е да го направим въз основа на познанията ни за неговите химически свойства. Ето защо работата на Джаксън по идентифициране на точните съставки е важна.

Но дори да се получи, хората няма как да имат достъп до точните вулканични съставки навсякъде по света.

„Римляните са имали късмет с вида скала, с която е трябвало да работят“, казва Джаксън. Но “в по-голямата част от света тези скали ги няма, така че ще трябва да се подменят с друго.”

Все пак, ако Джаксън и екипът ѝ успеят да открият точните съставки и съотношението между тях, инженерите вероятно ще могат да създадат материал, който не изисква подсилващи стоманени компоненти, ще може да издържа векове напред, както и да отделя по-малко въглеродни емисии.