Со временем обычный бетон трескается и разрушается. Древнеримские сооружения, напротив, стоят почти 2000 лет, демонстрируя удивительную долговечность, которой современные смеси не способны достичь.
Одним из таких памятников является массивная цилиндрическая гробница знатной женщины I века до н.э. — Цецилии Метеллы. Недавние исследования показали, что бетон её гробницы превосходит по качеству многие современные аналоги благодаря использованию вулканического заполнителя и уникальным химическим взаимодействиям с дождевой и грунтовой водой за две тысячи лет.
«Строительство этого инновационного и прочного монумента на Виа Аппия свидетельствует о большом уважении к нему», — говорит Мария Джексон, младший научный сотрудник кафедры геологии и геофизики Университета Юты. «Состав бетона спустя 2050 лет по‑прежнему демонстрирует сильную и стойкую структуру». Результаты опубликованы в Journal of the American Ceramic Society.
Кто такая Цецилия Метелла?
Гробница Цецилии Метеллы — заметный ориентир на древней Аппиевой дороге. Она представляет собой барабанообразную башню на квадратном основании, высотой около 21 м и диаметром 29 м. Поскольку построена около 30 г. до н.э., в переходный период от Римской республики к империи, она считается одним из самых хорошо сохранившихся памятников Аппии (в XIV веке к ней был пристроен замок).
Цецилия происходила из знатной семьи, её отец был консулом. Она была зятем Марка Лициния Красса — известного полководца и политического партнёра Юлия Цезаря и Помпея. О её личной жизни известно немного, но монумент привлекал внимание путешественников на протяжении веков, включая лорда Байрона, который описал его в стихотворении «Паломничество Чайлда Харольда» в начале XIX века.
В 2006 г. Джексон вместе с археологом Лизой Джанмелле получил разрешение от Soprintendenza Archeologia di Roma собрать небольшие образцы раствора. «Было жарко, но, спускаясь в погребальный коридор, я ощутил прохладу и влажность», — вспоминает он. Он отметил плотные, почти идеально сохранившиеся кирпичные стены и почти полностью насыщенные водой вулканические породы в подполье.
Что такое римский бетон?
Современный бетон состоит из заполнителя (песок, гравий) и вяжущего вещества — обычно портландцемента, получаемого при обжиге известняка и глины. Римский бетон того времени, в том числе использованный в гробнице, не содержал цемент. Архитектор Витрувий описывал технологию, основанную на кирпичах или вулканическом заполнителе, связанных известковым раствором с вулканическим пеплом (пористым стеклом и кристаллами от извержений).
Эта технология доказала свою надёжность: такие же методы применялись в рынке Траяна (100‑110 г. н.э.) и в морских сооружениях, где исследователи Джексон и коллеги также обнаружили длительную устойчивость.
Римляне не знали, что кристаллы калий‑богатой минералы лейцита в вулканическом пепле со временем растворятся, изменяя микроструктуру бетона и усиливая его связность.
Почему бетон гробницы Цецилии уникален?
В толще стен гробницы использовался раствор, содержащий вулканический пепел из близлежащего Поззолана Росса — плотный поток горячих частиц и газов от вулкана Албанских гор. Этот раствор скреплял крупные кирпичи и лавовые фрагменты, создавая материал, похожий на тот, что использовался в рынке Траяна спустя 120 лет.
Исследования показали, что в растворе присутствует фазовый связующий C‑A‑S‑H (кальций‑алюмино‑силикат‑гидрат) и минерал стратлингит, который препятствует распространению микротрещин. Однако в «Поззолана Росса» было больше лейцита, богатого калием. За две тысячи лет дождевые и грунтовые воды растворили лейцит, высвободив калий.
В современном бетоне избыток калия приводит к образованию расширяющихся гелей и разрушению. В гробнице же калий пере‑структурировал фазу C‑A‑S‑H, образовав нанокристаллические домены, которые усиливают связность материала. Такие изменения обнаружили с помощью микродифракции рентгеновского излучения и рамановской спектроскопии.
Стимулирующие зоны в бетоне стали более прочными, хотя количество стратлинги оказалось меньше, чем в рынке Траяна. Археолог Стефано Роасцио подчёркивает, что результаты важны для понимания других древних бетонных сооружений, использующих «Поззолана Росса».
Можно ли воспроизвести этот эффект сегодня?
Учёные под руководством Джексона работают над созданием современного бетона, вдохновлённого римскими технологиями, в рамках проекта ARPA‑e Министерства энергетики США. Планируется использовать специально разработанные вулканические аггрегаты вместо традиционного пепла, чтобы снизить выбросы CO₂ при производстве бетона на 85 % и увеличить срок службы морского бетона в четыре раза.
«Постоянное укрепление межфазных зон в современном бетоне может стать новой стратегией повышения его долговечности», — говорит адмирал Масис из MIT. «Интеграция проверенной временем «римской мудрости» даст устойчивое решение, способное продлить срок службы современных конструкций в разы».
