2000-летние римские постройки продемонстрировали невероятную прочность, которую исследователи до сих пор пытаются повторить в современное время. Любой, побывавший в Риме или любом другом городе, где сегодня стоят древнеримские постройки, вероятно, удивился бы изобретательности древних римлян.
Одним из самых гениальных творений этих непревзойденных инженеров был opus caementicium, известный сегодня как римский бетон. Еще совсем недавно казалось, что рецепт этого материала был полностью утерян. Однако в 2017 году исследователи раскрыли секрет. Сегодня современные инженеры все еще учатся на этих методах, которым более 2000 лет. Вот некоторые из самых интересных фактов о римском бетоне.
1. Все началось с римской архитектурной революции
Римская Архитектурная Революция, также известная как Бетонная Революция, началась в Римской республике, которая была основана в 509 г. до н.э и процветала до появления Римской империи в 27 до н.э. Примерно в это же время древние римляне стали широко использовать различные архитектурные формы: арки, мосты, акведуки, купола и своды. Для их постройки древним архитекторам был необходим невероятно крепкий материал.
2. Бетон был краеугольным камнем революции
Для разработки таких конструкций как купол Пантеона в Риме (построенный около 113 г. н.э.), была нужна большая изобретательность. Сегодня, спустя почти 2000 лет после его постройки, он по-прежнему является крупнейшим в мире неармированным бетонным куполом. Вот для создания подобных конструкций и был изобретен римский бетон. Хотя исторических документов об этом материале крайне мало, мы знаем, что он определенно широко использовался примерно с 150 г. до н.э. Некоторые ученые утверждают, что он был разработан примерно за столетие до этого времени.
3. Римляне знали, насколько «неуязвимым» было их изобретение
Как отмечают авторы исследования 2017 года, римляне «провели огромную работу [по разработке римского бетона] – они были очень умными людьми». Когда они довели бетон до необходимой прочности, они прекрасно знали о своих достижениях. Как писал Плиний Старший в своей «Естественной истории», что он «неуязвим для волн и с каждым днем сильнее».
4. Точный рецепт бетона был потерян для истории
Хотя современные инженеры и архитекторы давно восхищались устойчивостью и прочностью римской архитектуры и бетона, они опасаются, что точный метод, использованный древними римлянами, полностью утерян во времени вместе с падением Римской империи. «Рецепт был полностью утерян», – сказала геолог из Университета Юты Мари Джексон в пресс-релизе в 2017 году. Хотя Джексон потратила долгие годы на тщательное изучение древнеримских текстов в поисках оригинального состава, используемого для изготовления римского бетона, ни в одном источнике не указан точный рецепт.
5. Некоторые исторические документы дают подсказки
Витрувий, примерно в 25 г. до н.э., описал в своих «Десяти книгах по архитектуре» точные виды заполнителей, подходящих для приготовления известковых растворов. Для структурных растворов он рекомендовал пуццолан (pulvis puteolanus на латыни), вулканический песок из пластов Поццуоли. Витрувий указал соотношение 1 части извести и 3 частей пуццолана для цемента, используемого в зданиях. Для подводных работ он указал соотношение 1 к 2 извести и пуццоланы – практически такое же соотношение, которое используется сегодня для бетона, используемого в морских условиях.
6. Римские бетонные волнорезы отличаются чрезвычайной прочностью
Как писал Плиний Старший, римский бетон был «неуязвим для волн». Неудивительно, что древние римляне были первооткрывателями принципов подводного строительства.
К 1-му веку н.э. римские инженеры начали строить такие сооружения как волнорезы, которые могли бы противостоять силе моря, причем многие из которых сохранились до наших дней. Город Кейсария (построенный около 25 г. до н.э.) является самым ранним известным примером крупномасштабного
подводного римского бетонного строительного участка. Сегодня это часть природного парка в Израиле.
7. Ученые проанализировали бетонные стержни римских пирсов, волнорезов и гаваней
В рамках исторического проекта ROMACONS Джексон и группа исследователей осмотрели бетонные стержни, которые погружены в воду, чтобы изучить их свойства. Для исследования они использовали микродифракционный и микрофлуоресцентный анализ в ускорителе частиц ALS Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Первый анализ показал, что бетон содержал редкое и трудное для приготовления вещество. В своих исследованиях морского строительного раствора Джексон и ее коллеги обнаружили очень редкий минерал -глиноземистый тоберморит. Это вещество, состоящее из воды, кальция, алюминия, кремния и кислорода, обычно образуется в гидротермальных источниках или жерлах вулкана при сверхвысоких температурах, и обнаружение его в “цементе” стало сюрпризом для ученых. «Это очень трудно сделать в лаборатории» – говорит Джексон о глиноземном тоберморите.
8. Исследователи выяснили, что химическая реакция внутри римского бетона усиливает его со временем
Исследователи пришли к выводу, что тоберморит укрепляется, когда морская вода просачивается через бетон в волнорезах и пирсах, растворяя компоненты вулканического пепла и позволяя образовываться новым минералам.
«Как геологи, мы знаем, что камни меняются», – сказала Джексон. «Изменение является постоянным для всех земных материалов. Так как они влияют на долговечность римских сооружений?»
Глиноземный тоберморит имеет богатый кремнеземом состав, напоминающий кристаллы, образующиеся в вулканических породах. Кристаллы имеют плоскую форму, которая служит для усиления цементирующей матрицы. Эти блокирующие пластины, в свою очередь, повышают устойчивость римского бетона к разрушению.
9. Прочность римского бетона была достигнута частично из-за простого везения
Особая прочность римского бетона, вероятно, была достигнута, благодаря целой серии проб и ошибок, экспериментов и простой удачи. Как объяснила Джексон после проведения своего исследования, «римлянам повезло в том типе камня, с которым им приходилось работать. Они заметили, что вулканический пепел был необходим для цементации туфа. Сейчас такого материала нет во многих странах, поэтому ему нужна замена».
10. В настоящее время ученые работают над воссозданием римского бетона, используя недавно открытый рецепт
Хотя мы, возможно, и не знаем точный рецепт римского бетона, научное сообщество соглашается с тем, что он сделан из смеси вулканического пепла, извести (оксида кальция), морской воды и кусков вулканической породы. После проведения исследований и публикации своих результатов Джексон работала с инженером-геологом Томом Адамсом над разработкой современной рецептуры с использованием материалов из западной части США.
11. Чтобы стать прочнее современного бетона, римскому нужно время
Хотя римский бетон прочнее, чем обычный современный бетон, ему требуется время, чтобы набрать эту прочность из-за процесса, описанного выше. По этой причине он не может быть практической заменой бетону, который используется сегодня.
12. Большая морская дамба в Великобритании должна быть сделана из римского бетона
Джексон недавно предложила вариант, при котором новый большой проект – приливная лагуна, которая будет построена в Суонси (Великобритания), была построена из римского бетона. Причина заключается в том, что лагуну, которую планировалось построить для выработки электроэнергии приливом, необходимо будет эксплуатировать в течение 120 лет, чтобы окупить затраты на строительство проекта. «Вы можете себе представить, что при том, как мы сейчас строим, к тому времени это будет масса корродирующей стали», – объяснила Джексон. Использование римского бетона, с другой стороны, может со временем укрепить конструкцию, а это означает, что она может стоять веками.
Хотя исследование Джексон и других ученых помогло ответить на многие вопросы о свойствах римского бетона, многое еще не известно о том, как этот материал изменяется в течение длительных периодов времени.
А сегодня бесчисленные акведуки, мосты, пирсы и другие тысячелетние здания до сих пор стоят, напоминая нам о наследии Древней Римской империи – государстве, построенном на самых прочных бетонных основаниях.
ФОТО: