В 27 километрах к востоку от Рима сохранились общественные уборные.
Бетон здесь простоял почти 1900 лет. Он пережил падение империи, выдержал столетия погодных катаклизмов и даже просуществовал дольше, чем серия неудач сборной Италии на чемпионатах мира по футболу.
Неплохой результат для туалета.
Ученые используют именно эту древнюю латрину для разгадки важной загадки. Почему часть римского бетона выдерживает тысячелетия? Ответы даны в новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances. Оказывается, этот материал продолжает меняться со временем: он не разрушается, а становится крепче после застывания.
Долгие годы исследователи полагали, что дело было лишь в удачной химии. Римляне смешивали известь с вулканическим пеплом.
«Можно сказать, что они использовали вулканы», — объясняет Мария Юнгер (Maria Juenger). «Вместо наших высокотемпературных печей».
Но дело было не только в этом. В 2023 году ученые внимательнее присмотрелись к белым комочкам в составе смеси. Ранее их списывали на небрежность строителей, но это оказалось ошибкой. Их назвали известковыми кластами. И они обладают способностью «залечивать» трещины.
Механизм работает так: вода попадает в трещину, растворяет кальций из белых кусков извести. Этот кальций превращается обратно в карбонат кальция, герметизируя разрыв. Самоисцеление.
Изучать этот процесс сложно, поскольку большинство руин были отреставрированы консерваторами. Для анализа нужен нетронутый материал.
Именно в этом прелесть данного места.
«Никто не реставрирует общественные туалеты».
Пауло Монтейро (Paulo Monteiro) из Беркли, автор нового исследования, отмечает, что материал оставался в покое. Целых 19 веков на него не влиял человек. Природа проводила этот эксперимент сама.
Руководила непосредственным исследованием Сяохун Чжу из Университета Пекина. Команда использовала рентгеновские лучи для анализа структуры вплоть до нанометрового уровня.
И они увидели нечто новое.
Карбонизация. Диоксид углерода из воздуха проникал в бетон, вступал в реакцию с кальциевыми соединениями и образовывал кальцит. Твердые кристаллы переплетались внутри смеси, прочно скрепляя всё вместе.
«Мы наконец увидели, как именно происходит связывание».
Это меняет наше представление о карбонатах. Адмир Масич из Массачусетского технологического института (MIT) подчеркивает важность этого открытия. Карбонаты — не второстепенные участники, а фундаментальный компонент.
Полученные данные выводят карбонаты в число главных действующих лиц.
Так можно ли теперь просто начать строить лучший бетон?
Не совсем так.
Существует серьезная проблема: сталь.
Современный бетон армируют стальными прутьями, чего не делали римляне. Свежий бетон защищает эту сталь благодаря высокой щелочности. Но карбонизация снижает pH.
Это разрушает защитный слой.
«Та же реакция, которая усилила Рим, представляет угрозу для нас», — предупреждает Монтейро.
Здесь возникает дилемма. Строительная отрасль производит 8% глобальных выбросов углекислого газа. Фиксация этого углерода в бетоне — разумная идея. Но процесс идет медленно. В вилле Адриана на это ушли столетия.
Перед инженерами стоит выбор: долговечность или скорость?
Найти баланс непросто. Есть надежда, что новые методы сканирования помогут оптимизировать состав смеси.
В Тиволи же уборная стоит по-прежнему. Эксперимент продолжается.
Сегодня никто за ней не наблюдает. И это правильно.
Бетон сам знает, что ему делать.
