Как древние римляне создали бетон, который сам себя чинит: инновации, которым 2000 лет

Древние римляне, возможно, знали секрет производства бетона, который не только был невероятно прочным, но и служил тысячелетиями! Недавние исследования показывают, что этот строительный материал может быть ключом к созданию более экологичного бетона в будущем.

Римский бетон: секреты долговечности

Ученые тщательно проанализировали состав и энергозатраты древнеримского рецепта, выявив потенциальные пути улучшения современных цементных технологий. Оказалось, что производство римского бетона требует больше воды и приводит к большим выбросам парниковых газов, чем изготовление портландцемента — самого распространенного типа цемента в современном строительстве.

Но, несмотря на это, римский бетон может оказаться более устойчивым в долгосрочной перспективе. Все дело в его невероятной долговечности. Сооружения из римского бетона служат гораздо дольше современных, поскольку не требуют частого ремонта или замены.

По расчетам международной группы инженеров-экологов, чтобы сравняться по совокупным выбросам с современными зданиями, сооружения из римского бетона должны служить как минимум на 41% дольше! Для менее долговечных конструкций, таких как дороги и магистрали, этот показатель составляет 29%.

"Когда мы учитываем срок службы бетона, тогда и становятся видны преимущества", — говорит Даниэла Мартинес, инженер из Университета Севера в Колумбии.

У римлян можно многому научиться. Если мы объединим их методы с современными инновациями, мы сможем создать более устойчивую строительную среду.

Самовосстанавливающийся бетон: как это работает?

Сравнить долговечность римского и современного бетона сложно, поскольку сегодня многие конструкции укрепляются стальной арматурой. Но сталь со временем ржавеет и расширяется, что приводит к растрескиванию бетона уже через десятилетие.

Древнеримский бетон, в отличие от современного, обладает способностью к "самозаживлению". Когда в материале появляются трещины, они заполняются естественным образом благодаря химическим реакциям при попадании воды.

Это одна из причин, почему древнеримские морские стены сохранились на протяжении тысячелетий, несмотря на постоянное воздействие волн и соленой воды. Способен ли на такое современный бетон, остается под вопросом.

"Коррозия стальной арматуры — главная причина разрушения бетона, поэтому сравнения нужно делать с осторожностью", — поясняет Паулу Монтейру, инженер из Калифорнийского университета в Беркли.

Экологические преимущества римского бетона

Мартинес и ее команда отмечают и другие экологические преимущества древнеримских методов производства. И портландцемент, и римский цемент изготавливаются из известняка. При нагревании он превращается в негашеную известь, которая, смешиваясь с водой, образует прочный раствор. В Древнем Риме этот раствор комбинировали с местными вулканическими породами, а не с гипсом, как в современных смесях.

Кроме того, производство римского бетона сопровождалось значительно меньшим количеством вредных выбросов, возможно, благодаря использованию дуба и пихты вместо ископаемого топлива для обжига известняка. Согласно последним моделям, применение древнеримских технологий может сократить выбросы оксидов азота и серы на 98% по сравнению с современными методами.

"Использование биомассы и альтернативных видов топлива для обжига печей может оказаться более эффективным для снижения углеродного следа, чем прямое внедрение римских рецептов", — отмечает Мартинес.

Бетон: экологическая проблема современности

Бетон — второй по распространенности материал в мире после воды, а его производство отвечает за 8% глобальных антропогенных выбросов углерода, что составляет четверть всех промышленных выбросов.

По словам специалиста по материаловедению из Университета Аризоны Нараянана Нейтелата, если бы производство цемента было страной, оно заняло бы третье место в мире по объему выбросов CO₂ после Китая и США.

"Если мы хотим удержать потепление в пределах двух градусов по Цельсию, как предусмотрено Парижским соглашением, выбросы от производства цемента должны сократиться более чем на 20% в ближайшее десятилетие", — пояснил Нейтелат в 2023 году.

Изучение древнеримского бетона может помочь человечеству приблизиться к этим важным климатическим целям.

Три интересных факта о римском бетоне:

• Римский бетон был настолько прочным, что некоторые сооружения, построенные из него, стоят до сих пор спустя тысячи лет.
• В состав римского бетона входили вулканический пепел, известь и вода.
• Римляне использовали бетон для строительства дорог, акведуков, амфитеатров и других масштабных сооружений.