Самовъзстановява ли се римският бетон?

Римските акведукти, построени преди повече от 2000 години, стоят и до днес. Пантеонът в Рим остава най-големият купол от неармиран бетон в света с диаметър 43,3 метра. В същото време не е необичайно да се наблюдават рушащи се конструкции, построени преди по-малко от десетилетие. Разбирането на причините, поради които римските постройки остават стабилни, е обект на проучвания от много изследователи по света.

Защо дори във враждебна среда, по крайбрежията или в сеизмични зони те остават непокътнати? Има ли някакъв чудодеен материал или метод, който се е изгубил в историята? Международна група изследователи, ръководена от Масачузетския технологичен институт (MIT), хвърли светлина върху тези въпроси, откривайки, че тези структури имат пренебрегвана досега способност за самовъзстановяване. Тя би имала потенциално огромното въздействие върху околната среда, чрез създаването на по-издръжливи бетонни структури в бъдеще.

Заключенията са направени чрез микроскопски анализ, с помощта на рентгенови технологии, на проба от римски бетон от стената на древния град Привернум, близо до Рим. Доказа се това, което вече знаехме за състава на римския бетон: вулканичен туф и други груби агрегати, свързани помежду си с хоросан на основата на вар и пуцолана (материал, съдържащ се във вулканичната пепел, наречен така по името на град Поцуоли, в близост до Везувий).

Анализът също така подчертава наличието на малки бели минерали, наречени „варовикови класти“, които са били забелязвани и преди, но са били приписвани на небрежен процес на смесване или на нискокачествени суровини. Новото проучване показва, че именно тези безобидни бели парченца придават на бетона неразпознатата досега способности за самовъзстановяване.

Анализът разкри различни форми на калциев карбонат, който не присъства като суровина в първоначалната бетонна смес. Резултатите от изследването показват, че тези варовикови класти всъщност са източник на лесно разградим и реактивен калций в бетонната смес. Когато структурата се напука и в нея проникне вода, (а това обикновено се случва там, където има повече варовикови класти), протича химическа реакция, при която се получава наситен калциев разтвор, който кристализира като калциев карбонат и бързо запълва пукнатините, влизайки в реакция с пуцолана и допълнително укрепвайки материала. С други думи, налице е реакция на самовъзстановяване на пукнатините във вътрешността на парчетата, която протича спонтанно и се повтаря многократно.

Но според изследователите този химичен процес се случва само поради използваната тогава технология – негасената вар не е била смесена с вода преди да бъде добавена към другите съставки, както понастоящем разбираме процеса на производство на бетон. Вместо това вероятно е използван така нареченият метод на „горещо смесване“, което означава, че негасената вар първо се смесва с пепелта и инертните материали, преди да се добави водата.

Благодарение на тези открития учените възнамеряват да използват същите методи при създаването на съвременни бетони, които имат същите самовъзстановяващи се характеристики. Според тях това е „метод за намаляване на въглеродния отпечатък на цимента (на който се падат до 8% от общите световни емисии на парникови газове) и за подобряване дълготрайността на бетона чрез включване на самовъзстановяващи се функционалности.

Полученият в резултат на това удължен експлоатационен живот, съчетан с намаляване на необходимостта от мащабни ремонти, би могъл да намали въздействието върху околната среда и да подобри икономическия жизнен цикъл на съвременните циментови конструкции.“