Интересные факты о строительстве: античные бетон и цемент

Не смотря на то, что античный бетон принято называть римским (на латыни - opus caementicium, слово caementum означает «бутовый камень», «тёсаный камень»), первыми его, на самом деле, изобрели древние греки. Правда, римляне не только переняли данную технологию у греков, но и усовершенствовали ее.

Существовала проблема идентификации старейших строительных растворов, используемых в Древней Греции, которая заключалась в том, что греки часто разбирали старые здания при постройке новых. Но, для археологов, это препятствие оказалось преодолимым – они смогли найти сохранившийся памятник древнегреческой архитектуры с нетронутым слоем раствора. В древнегреческом городе Мегара, в конце VII века до нашей эры, правил тиран Феаген. При нем в Мегарах был построен водопровод, подводивший к городу воду из загородного источника. Вода поступала в большой резервуар (17 х 13 метров), стены которого были сложены из больших каменных блоков. Крыша сооружения опиралась на тридцать пять колонн, которые, как и стены водоема, хорошо сохранились. При исследовании этого резервуара выяснилось, что его стены обмазаны слоем известкового раствора толщиной около 12 миллиметров, включающего в себя вулканический пепел из области Поццуоли (или Путеоли, сейчас это район современного Неаполя), где существовали греческие колонии. Можно себе представить, насколько ценным было изобретение раствора в глазах греков, если его компонент везли из такой дали.

Пепел из Поццуоли, его называют поццолан, представляет из себя мелкоизмельченный песок из туфа, по сути - силикатный порошок, содержащий большое количество окиси алюминия. Реакция, которая происходит в такой смеси, очень близка к реакции, происходящей при получении современного цемента:

Ca(OH)₂ + H₄SiO₄ → Ca²⁺ + H₂SiO₄^2- + 2H₂O → CaH₂SiO₄ • 2H₂O

Поццолан – одно из основных компонентов связующего для античного бетона:

Фотография с сайта aldanov.livejournal.com.

В результате совместного применения гашеной извести и поццолана получается материал, по своим характеристикам очень близкий к современному цементу. Как и сегодня, в смесь иногда добавляли гипс, который меняет скорость схватывания смеси и улучшает, в результате, качество получаемого материала. То есть античная технология была достаточно похожа на современную. Со временем греки стали использовать вулканический пепел с островов Тира и Нисирос (острова находятся на юге Эгейского моря, в настоящее время принадлежат Греции), и стали добавлять дробленую керамику, что увеличивало плотность раствора. Фактически, получаемые из таких растворов монолиты уже можно считать бетоном. Поэтому, время изобретения известкового раствора и бетона (по крайней мере по современным данным археологии) – VII век до нашей эры. Наиболее вероятные авторы их изобретения – древние греки из их же колоний в Италии.

Римляне не только переняли строительную технологию древних греков, но и, по мере возможности, усовершенствовали ее, подобрав наиболее подходящие пропорции компонентов. Бетон, который делали римляне, состоял из смеси промытого песка и связующего компонента, с наполнителем из щебёнки. В качестве связующего вещества применяли смесь пуццолана и извести с добавлением природной или искусственной керамики. Связующие компоненты, насколько тогда это было возможно, тонко измельчали, смешивали с песком, добавляли воду, перемешивали до полной однородности, затем добавляли наполнитель и еще раз перемешивали. Полученную пластичную смесь заливали в опалубку и уплотняли трамбовкой. После затвердевания бетона опалубку снимали. Соотношение в смеси песок - связующее зависело от её назначения (монолит, стяжка, кладка, штукатурка) и колебалось от 3:1 до 2:1.

Образец древнеримского бетона:

Фотография с сайта aldanov.livejournal.com.

Часть бетонного древнеримского трубопровода:

Фотография с сайта ru.wikipedia.org.

Древнеримский архитектор Витрувий в своих «Десяти книгах об архитектуре» (около 25 года до нашей эры) наряду с известковыми растворами и бетоном для наземного строительства упоминает бетон для морских сооружений. В самом деле, известны молы из римского бетона, которые датированы вторым веком до нашей эры. И это самое интересное нововведение, которое было сделано римлянами. В истории осталось много упоминаний о прочности древнеримского бетона, включая загадочную запись от 79 года до нашей эры. В ней описывается, что бетон, погружённый в морскую воду становится «единым массивом камня, неприступным для волн и укреплявшимся день ото дня». Современным специалистам не терпелось понять, что же это значит на деле. И чтобы это выяснить, учёные изучили керны, полученные со дна древнеримской гавани в заливе города-порта Поццуоли близ Неаполя, Италия. При анализе выяснилось, что морская вода, проникая через поры бетона, растворяла компоненты вулканического пепла, при этом, в течение нескольких лет, под воздействием все той же морской воды, в бетоне образовался новый, очень редкий гидротермальный связующий минерал под названием алюминий-тоберморит (aluminum tobermorite; Al-tobermorite) и пористый минерал филлипсит.

По мнению автора вышеописанного исследования, геолога из Университета Юты в США, Мари Джексон (Marie Jackson), современные инженеры могли бы использовать эти знания для создания прочного бетона. Специалисты в настоящий момент работают над тем, что пытаются воссоздать современную версию древнеримского бетона. «Рецепт точного изготовления этого бетона был потерян, и никому никогда не удавалось его восстановить. Римлянам повезло, что у них был подходящий минеральный пример того, как работает этот бетон. Они наблюдали за тем, как вулканический пепел попадал в море и превращался в пемзу. Нам придётся подобрать их аналоги, т.к. и морская вода, и пепел есть далеко не везде.», - говорит Джексон.

В статье использована информация с сайтов ru.wikipedia.org, masterok.livejournal.com и aldanov.livejournal.com.