Лучший бетон – по древнему рецепту

Международная группа исследователей, возглавляемая ученым Пауло Монтейро из Berkeley Lab (американской национальной лаборатории Лоуренса в Беркли), изучила состав волнореза, возведенного древними римлянами около 2000 лет назад. В результате исследования выяснилось, что волнорез, 20 веков простоявший в водах Средиземного моря, по своей прочности и экологичности превосходит большинство сооружений из современных марок бетона. Ученые пришли к выводу, что древнеримский рецепт изготовления бетона может быть успешно применен и в наши дни – это снизило бы вред для окружающей среды и, кроме того, принесло бы существенную экономическую выгоду.

Основная часть бетонных конструкций, возведенных в середине ХХ-го века, рассчитывалась на 50-летний срок эксплуатации, и поэтому в наши дни многие из них уже находятся в предаварийном состоянии. Здания, строящиеся в последние годы, рассчитываются уже на более долгий срок – 100–120 лет. Но и эти цифры выглядят более чем скромно по сравнению со сроком службы портовых сооружений Древнего Рима, выдержавших 2000 лет агрессивного воздействия морской воды – как химического, так и механического.

Цемент, который производили древнеримские строители, состоял из смеси извести и вулканической породы. Для портовых сооружений, которые монтировались в воде, существовал особый рецепт цемента – известь и вулканический пепел (данные об этой технологии были записаны Витрувием около 30 года до н.э.). Смесь извести и пепла помещалась в деревянные формы, куда затем добавлялась морская вода, что вызывало высокотемпературную реакцию гашения извести. Результатом этого процесса являлись сверхпрочные цементные блоки. Химический состав склеивающего вещества таких блоков был сложнее, чем современный: кальций–алюминий–силикат–гидраты (Сa–Аl–Si–H), а не кальций–силикат–гидраты (Сa–Si–H), как в наши дни. То есть, в римском бетоне, в отличие от современного, содержался алюминий, а количество кремния (Si) в нем было меньше.

Согласно анализам, для производства древнеримского цемента требуется более низкая температура и используется на 10% меньше извести, чем при изготовлении портландцемента. Полученный при такой технологии цементный блок (или другая конструкция) прослужит рекордно долго, поскольку добавление морской воды и вулканической золы обеспечивает высокую химическую стабильность такого цемента.

В защиту современного бетона можно сказать, что и он не так уж плох по сравнению со своим древним «собратом», однако повсеместно используемый сейчас портландцемент (вид цемента на силикатно-кальциевой основе) выделяет в воздух некоторое количество парникового газа, что отрицательно сказывается на общем состоянии окружающей среды. Говоря сухими цифрами, 7% от общих выбросов углекислого газа сейчас приходятся на ежегодное производство 19 млрд. тонн цемента в мировом масштабе. Это связано со сжиганием большого количества ископаемого топлива, которое необходимо для нагревания до 1450 градусов Цельсия известняково-глиняной смеси при производстве портландцемента.

Умельцы Древнего Рима при производстве цемента использовали гораздо меньшее количество извести и более низкие температуры нагревания (до 900 градусов). Если в наше время «взять на вооружение» такую технологию – общий ущерб от выбросов углекислого газа был бы существенно понижен, и, кроме того, можно было бы значительно сэкономить производственные ресурсы. Однако и на этом плюсы древнеримской рецептуры не ограничиваются!

Однако в современном мире вряд ли будет налажено производство римского бетона в промышленных масштабах – ему требуется слишком долгое время, чтобы достаточно затвердеть. Но в странах, располагающих большими запасами вулканического пепла, возрождение древней технологии может быть экономически рационально – например, на территориях Саудовской Аравии, где мало ресурсов золы-уноса (продукта сжигания угля, используемого при изготовлении экологически чистого бетона).

Читайте также:

Дом, «напечатанный» на 3D-принтере
Опера держится на плаву: фестиваль оперной музыки на плавучей сцене
Дома, построенные, чтобы удивить мир
Умный дом – реальная фантастика
Этьен Буланже: новый взгляд на жилье для бродяг