Морская вода - секрет долговечного римского бетона

Независимый Сервис Картин / Alamy

Римские пирсы и другие портовые сооружения, построенные с использованием древней цементной смеси, просуществовали на протяжении тысячелетий.

Древние римляне построили бетонные морские стены, которые выдерживали колотящиеся океанские волны более 2000 лет. Теперь международная команда обнаружила ключ к долговечности бетона: редкие минералы образуются во время химических реакций между бетоном и морской водой, которые укрепляют материал.

Инженеры-строители могли бы использовать эти идеи, чтобы сделать сильнее, более устойчивый бетон говорит руководитель группы Мари Джексон, геолог из Университета Юты в Солт-Лейк-Сити. Она и ее коллеги сообщают о своих результатах 3 июля в американском Mineralogist 1 ,

Современный бетон использует пасту из воды и портландцемента, мелкий порошок, состоящий в основном из известняка и глины, для скрепления мелких камней. Но это ухудшается в течение десятилетий, особенно в суровых морских условиях. Вместо портландцемента римский бетон использовал смесь вулканического пепла и извести для связывания фрагментов породы. Римский ученый Плиний Старший описал подводные бетонные конструкции, которые становятся «единой каменной массой, неприступной для волн и с каждым днем ​​все более прочной». Это пробудило интерес Джексона. «Для меня вопрос заключался в том, как этот материал становится камнем?» - говорит она.

В более ранней работе Джексон и его коллеги сообщали о некоторых необычных химических свойствах римского бетона, таких как присутствие редкого минерала, известного как алюминиевый тоберморит. 2 , Для нового исследования ученые взяли образцы бетона римской гавани в усовершенствованный источник света, рентгеновский синхротрон в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Беркли, Калифорния, и наметили расположение минералов в образцах.

Исследователи обнаружили силикатный минерал, называемый филлипситом, который распространен в вулканических породах, из которого растут кристаллы тоберморита алюминия. Тоберморит, кажется, вырос из филлипсита, когда морская вода промывается через бетон, делая его более щелочным. «Это очень редкое явление на Земле», - говорит Джексон. Такая кристаллизация была замечена только в таких местах, как вулкан Суртси в Исландии. По мере роста тоберморита он может укреплять бетон, поскольку его длинные пластинчатые кристаллы позволяют материалу изгибаться, а не разрушаться при напряжении.

Мари Джексон

Сканирующее электронное микроскопическое изображение минералов внутри римского бетона.

Современные бетонщики могут учиться на знаниях древних римлян, говорит Неле де Бели, инженер по материалам в Гентском университете в Бельгии. Она и ее коллеги использовали такие материалы, как летучая зола, образующаяся при сжигании угля, для придания бетону «самовосстанавливающихся» свойств, благодаря которым материал закрывает трещины после их образования. 3 , Летучая зола похожа на вулканический пепел, который римляне использовали в своей смеси.

Джексон работал над воссозданием конкретного рецепта римлян в лаборатории. Она также является консультантом цементной компании в штате Невада, которая использует вулканический пепел из западной части Соединенных Штатов для разработки такого бетона.

«Я не говорю, что это будет тот бетон, который будет использоваться в повседневной инфраструктуре», - говорит она. «Но для таких материалов, как морские стены, мы могли бы составлять смеси с известью и материалами из вулканического пепла так, как это делали римляне». Римляне, возможно, получили свои идеи, изучая, как пепел от извержений вулканов кристаллизуется в прочную породу, говорит Джексон.

Похожие