Дві тисячі років тому багато споруд будували краще, ніж сьогодні.
Гробниця Цецилії Метелі на Аппієвій дорозі / ©wikipedia.org
Добре збережені стародавні будівлі завжди привертають особливу увагу істориків і археологів: цілком природно, що під захистом стін і дахів предмети руйнуються слабкіше, ніж на відкритій місцевості. Але цього разу давньоримською спорудою зацікавилися фізики, хіміки та інженери. Група вчених з Массачусетського технологічного інституту (США) провела дослідження бетону, яким були скріплені камені гробниці знатної римлянки. Відповідна робота опублікована в Journal of the American Ceramic Society.
Гробниця Цецилії Метелі – відомий пам’ятник давньоримської архітектури, часто зустрічається і на полотнах європейських художників. Це кругла вежа, побудована на квадратній підставі. Стіни складені з великих каменів вулканічного походження, які будівельники з’єднали бетоном. Потім споруду облицювали блоками з травертину, що виглядають як великі цеглини. Квадратна основа біля гробниці бетонна. При будівництві використовували матеріали застиглого лавового потоку, що утворився колись при виверженні вулканів в районі Альбанських гір. Висота будови – 21 метр, діаметр — 29 метрів.
Гробницю побудували поруч з Аппієвою дорогою в 30-10 роках до нашої ери. Імовірно, це зробили на замовлення сина Цецилії Метелі – вельми знатної особи, дружини сина Марка Красса, що утворив разом з Цезарем і Помпеєм перший тріумвірат в 59 році до нашої ери.
Зведення гробниці Цецилії Метелі стало початком ери нових будівельних технологій Стародавнього Риму. Їх в найзагальнішому вигляді описав Марк Вітрувій Полліон в знаменитому трактаті «Десять книг про архітектуру». За його словами, будівництво товстих стін з цегли або вулканічного каменю, скріплених розчином з вапна і вулканічної тефри (пористих осколків скла і кристалів, що утворилися при вибухових виверженнях), дозволило створити споруди, які «протягом довгого часу не розсипалися б у прах».
- У світовому океані різко скорочується частка старих риб
- Опубліковано фото акули, яка вижила після сутички з двома косатки (фото)
- Дивовижні мешканці океану: від мілин до глибин (фото)
Слова Вітрувія підтверджує прекрасний сучасний стан багатьох римських будівель, створених за тим же принципом: наприклад, ринок Траяна (побудований в 100-110 роках нашої ери, більш ніж через століття після гробниці). Приблизно так само зроблені багато пірсів і хвилерізів. І, звичайно, гробниця. Незважаючи на те що стінам вже більше двох тисяч років, бетон залишається дуже міцним. У чому секрет?
Вчені з’ясували, що в тефрі, яку використовували при будівництві гробниці, було досить багато лейциту — мінералу магматичного походження, багатого калієм. Дощові і грунтові води, які століттями просочуються крізь стіни гробниці розчиняли лейцит і виділяли калій в розчин. У сучасному бетоні велика кількість калію призвело б до утворення розширювальних гелів, які викликали б мікротріщини і руйнування конструкції. Чому це не сталося з гробницею?
Вивчивши розчин за допомогою рентгенівської дифракції і рамановської спектроскопії, дослідники виявили, що бетон змінювався нерівномірно. Розчинений калій змінював структуру сполук в різних місцях по-різному. Рентгенівська дифракція дозволила проаналізувати змінені ділянки аж до їх молекулярної структури – і стало ясно, що вони придбали нанокристалічну природу, зменшивши середній розмір «зерна» в бетоні. Вчені вважають, що ці змінені ділянки підсилюють зчеплення частинок, з яких складається такий бетон, між собою.
Критично важливим для міцності споруди стала ділянка, де бетон прилягає до того, що він з’єднує між собою (камені, цеглини). У сучасному бетоні хімічні реакції між лужними компонентами і кремнеземом (у складі піску) створюють гелі, які розширюються і тим самим руйнують конструкцію. А в давньоримському бетоні реакції призводять до появи нанокристалічних структур (без зміни обсягу, але зі зміною структури), які навіть підвищують міцність. При цьому процес зміни – тривалий, він йде постійно, тобто конструкція весь час злегка зміцнюється, що дозволяє їй протистояти зовнішнім силам руйнування. Виходить, вона як би весь час “саморемонтується”, чого сучасні бетони не можуть.
Вчені вважають, що незвичайній довговічності стін гробниці Цецилії Метелі вдалося домогтися завдяки поєднанню двох факторів: вибору римськими будівельниками багатої лейцитом тефри в якості заповнювача і будівництва гробниці в місці з високим рівнем опадів і грунтових вод. Останнє призвело до постійної перебудови й «саморемонту» будівельного матеріалу.
На думку авторів роботи, їх відкриття можна застосувати для створення сучасних бетонів, що мають ті ж якості, що давньоримський. Особливо корисним це може стати в гідротехнічних спорудах, наприклад греблях.
Натхнення: naked-science.ru