Преди две хиляди години много сгради са строени по-добре от днешните
Бетонът често започва да се напуква и руши след няколко десетилетия живот – но любопитно е, че това не се случва с много римски строежи. Конструкциите им все още си стоят и показват забележителна издръжливост въпреки условията, които биха разрушили съвременния бетон.
Една особена сграда е голямата цилиндрична гробница на благородница от първи век на име Цецилия Метела. Ново изследване на учени от Масачузетския технологичен институт (MIT), публикувано в Journal of the American Ceramic Society, показва, че качеството на бетона на нейната гробница може да превъзхожда това на паметниците на нейните съвременници заради вулканичната добавка, която са избрали строителите, и необичайните химични взаимодействия с дъжда и подземни води, които се натрупват в продължение на две хилядолетия.
Гробницата на Цецилия Метела е известен паметник на древноримската архитектура, често срещан върху платна на европейски художници. Това е кръгла кула, построена върху квадратна основа. Стените са направени от големи камъни с вулканичен произход, които строителите са свързали с бетон. След това конструкцията е облицована с блокове от траветин, които приличат на големи тухли. Квадратната основа на гробницата е от бетон. По време на строителството са използвани материали от изстинал поток от лава, който някога се е образувал по време на вулканични изригвания в района на албанските планини. Сградата е с височина 21 метра и диаметър 29 метра.
Гробницата е построена до пътя Виа Апиа през 30-10 г. пр.н.е. Предполага се, че това е направено по заповед на сина на Цецилия Метела , съпруга на сина на Марк Крас, който заедно с Цезар и Помпей образува първия триумвират през 59 г. пр.н.е.
„Пейзаж с гробницата на Цецилия Метела“ от Ян Франс ван Блумен (1662-1749) Кредит: Wikimedia Commons
Издигането на гробницата на Цецилия Метела бележи началото на ерата на новите строителни технологии в Древен Рим. Те са описани в най-обща форма от Марк Витрувий Полио в известния му трактат „Десет книги за архитектурата“. Според него изграждането на дебели стени от тухли или вулканичен камък, закрепени с разтвор на вар и вулканична тефра (порести стъклени фрагменти и кристали, образувани при експлозивни изригвания), е направило възможно създаването на конструкции, които „дълго време няма да се разпаднат на прах”.
Думите на Витрувий потвърждават отличното сегашно състояние на много римски сгради, построени на същия принцип: например пазара на Траян (построен през 100-110 г. сл. н.е., повече от век след гробницата). Много кейове и вълноломи се правят по същия начин.
Пример за това е и гробницата. Въпреки че стените са на повече от две хиляди години, бетонът остава много здрав. Каква е тайната?
Облицован с тухли бетон в коридора на гробницата. Кредит: Marie Jackson et al.
Учените откриват, че тефрата, използвана при изграждането на гробницата, съдържа доста левцит, магматичен минерал, богат на калий. В продължение на векове дъждът и подземните води, проникващи през стените на гробницата, разтварят левцита и отделят калий в разтвора. В съвременния бетон изобилието от калий би довело до образуването на разширяващи се гелове, които биха причинили микропукнатини и структурни разрушения. Защо това не се случва с гробницата?
След изучаване на разтвора с помощта на рентгенова дифракция и раманова спектроскопия, изследователите установяват, че бетонът се променя неравномерно. Разтвореният калий променя структурата на съединенията на различни места по различни начини. Рентгеновата дифракция дава възможност да се анализират променените области до тяхната молекулна структура – и става ясно, че те са придобили нанокристален характер, намалявайки средния размер на зърната в бетона. Учените смятат, че тези променени участъци подобряват сцеплението на частиците, които образуват такъв бетона.
Гробницата на Цецилия Метела.
(А) Цилиндричната сграда с вулкана Colli Albani на заден план.
(B) Геоложка карта, показваща местоположението на гробницата на върха на потока от лава Capo di Bove.
(В) Облицован с тухли бетон в коридора на гробницата.
(D, E) Компоненти тефра в хоросановите материали, плоско поляризирана светлина (PPL), показваща междуфазната зона на микроскопия ( 1 ), фазата на свързване CASH на циментиращата матрица ( 2 ) и променената кора на клинопироксен кристал ( 3 ) от проба от хоросан.
(F) SEM-BSE изображение, показващо тези характеристики при по-голямо увеличение: игловидни структури в междуфазовата зона ( 1 ), променен CASH домейн ( 2 ) и тънки структури ( 2 ‘ ) във фазата на свързване и дифузната граница на клинопироксена ( 3 ). Кредит: Marie Jackson et al.
Районът, в който бетонът е в непосредствена близост до това, което свързва (камъни, тухли), е много важен за здравината на сградата. В съвременния бетон химичните реакции между алкални компоненти и силициев диоксид (в състава на пясъка) създават гелове, които се разширяват и по този начин разрушават структурата. А в древноримския бетон реакциите водят до появата на нанокристални структури (без промяна на обема, но с промяна в структурата), които дори увеличават здравината. В същото време процесът на промяна е дълъг, продължава непрекъснато, тоест структурата бавно се заздравява през цялото време, което й позволява да издържа на външните сили на разрушаване. Оказва се, че той сякаш се „саморемонтира” през цялото време, което съвременните бетони не могат.
Учените смятат, че необичайната издръжливост на стените на гробницата на Цецилия Метела е постигната чрез комбинация от два фактора: изборът на богата на левцит тефра от римските строители като материал за пълнене и изграждането на гробницата на място с висока нива на валежи и подземни води. Последното е довело до постоянно преструктуриране и „саморемонт“ на строителния материал.
Според авторите на работата, откритието им може да се използва за създаване на съвременен бетон, който има същите качества като древноримския. Това може да бъде особено полезно в хидротехнически съоръжения като язовирни стени.
Справка: Reactive binder and aggregate interfacial zones in the mortar of Tomb of Caecilia Metella concrete, 1C BCE, Rome
Linda M. Seymour, Nobumichi Tamura, Marie D. Jackson, Admir Masic
First published: 16 September 2021 https://doi.org/10.1111/jace.18133
Източник: 2,050-year-old Roman tomb offers insights on ancient concrete resilience, MIT News
