Многие грандиозные сооружения нашего времени начинают крошиться уже через полвека после постройки, в то время как дороги и стены Древнего Рима успешно противостоят стихиям почти две тысячи лет. Долгое время специалисты полагали, что секрет кроется лишь в химической реакции между известью и вулканическим пеплом. Однако новая работа, опубликованная на страницах Science Advances, дополняет эту картину. Ученые заявляют, что за феноменальную живучесть отвечает еще один скрытый механизм — процесс медленного поглощения углекислого газа, или карбонизация.
Чтобы докопаться до истины, исследователи выбрали весьма необычный объект для изучения. Они взяли образец строительного материала из общего санузла во дворце императора Адриана. Это была массивная плита, служившая основанием для скамьи с отверстиями, под которой располагался сток для отходов. Возраст этого «сантехнического» блока составляет около 1900 лет. В его составе видны мелкие осколки вулканических пород, пепел и светлые зерна извести.
Применив мощное рентгеновское сканирование и электронные микроскопы, команда смогла заглянуть внутрь камня на уровне нанометров. Перед ними открылась карта пор, микротрещин и минеральных наростов. Выяснилось, что главным связующим звеном здесь выступает кальцит. Он образуется, когда известь внутри плиты медленно реагирует с влагой и углекислым газом из атмосферы.
Этот процесс действует как природный клей. По мере того как сеть минералов разрастается, она постепенно закупоривает все мелкие щели и пустоты, которые неизбежно появляются со временем. Бетон становится плотнее буквально изнутри. Такое естественное уплотнение создает надежный барьер, не пропускающий воду и агрессивную химию вглубь конструкции.
Вулканические добавки также оказались не простым балластом. Их острые края вступали в контакт с известковым раствором, формируя дополнительные цементные прослойки прямо на стыках камней. Это делало структуру монолитной именно в самых уязвимых точках.
Как отметили авторы работы, длительное воздействие углекислого газа дает бетону способность к самовосстановлению. Когда появляется трещина, вода растворяет оставшиеся внутри частицы чистой извести. Эта жидкость заполняет разлом, а затем застывает там новым прочным минералом, фактически «зашивая» рану на камне.
Команда верит, что разгадка тайн императорской уборной поможет современным инженерам. Если воссоздать этот древний алгоритм, можно будет производить экологичный бетон, которому не потребуются дорогие ремонты — он сможет чинить себя сам.
Изображение: гидратационный край CaO состоит из многоморфологического кальцита. Источник: Science Advances
