Давньоримський цемент був більш стійким за сучасний

У сфері виготовлення цементу сучасним будівельникам є чому повчитись у давніх римлян, вважають дослідники, які досліджували древні будівельні технології під проводом Пауло Монтейро з Департаменту енергетики Національної лабораторії Лоренса Берклі в США.

Давньоримська технологія виготовлення цементу виявилась більш передовою за сучасну — вона вимагає менших витрат енергії і є більш екологічною, а сам цемент за міцністю перевершує сучасний, йдеться на сайті Лабораторії Лоренса Берклі .

Зараз у світі найбільш широко застосовується портландцемент, який вважається дуже якісним. Але через те, що для його виробництва потрібно підігрівати суміш вапняку та глини до 1450°С, від горіння палива виділяється вуглекислий газ. Крім того, такий газ виділяє і сам нагрітий вапняк.

Римляни ж, навпаки, для виробництва цементу застосовували менше вапна і розжарювали його тільки до 900°С. В цьому процесі вони використовували менше палива — відповідно меншими були і викиди в атмосферу від його спалення.

Давня технологія

До складу цементу у римлян входило вапно та магматичні гірські породи. Для зведення підводних конструкцій змішували вапно та вулканічний попіл, і таку суміш вкладали в дерев’яну опалубку.

Морська вода викликала гарячу хімічну реакцію. Вапно гасилось (проходила реакція гідратації) і взаємодіяло з вулканічним попелом, і вся суміш починала застигати.

З давніх часів збереглись і записи стародавніх римлян про якість цементу та вулканічного попелу.

Спочатку Вітрувій, інженер імператора Августа, а пізніше Пліній Старший записав, що кращий цемент виготовляли із попелу, взятого з регіону Неаполітанської затоки, особливо з ділянок поблизу одного з приморських міст, сучасного Поццуолі.

Такий вулканічний попіл має спеціальну назву — пуцолан, і є поширеним по всьому світі. Зокрема, його відкладення є і в Україні, в карпатських та кримських горах.

В чому різниця?

Вчені виділяють кілька особливостей, які роблять стародавню технологію виготовлення цементу більш передовою, ніж сучасну.

По-перше, змінився склад бетону. Бетон на основі портландцементу складається з кальцію, силікатів та гідратів (К-С-Г). До складу римського бетону входило менше кремнію, натомість замість нього додавався ще один компонент — алюміній. Таке поєднання кальцію, алюмінію, силікатів та гідратів (К-А-С-Г) давало дуже міцний матеріал.

По-друге, давньоримський та сучасний цементи мають різну структуру. Цемент на основі К-С-Г, застигаючи, стає схожим за структурою на такі природні матеріали, як тоберморіт та женніт. Проте він є тільки подібним до них — ідеальної кристалічної структури в сучасних цементах не побачити.

Проте тоберморіт є в складі стародавнього римського бетону завдяки додаванню в процесі виготовлення алюмінію. Поєднання алюмінію з тоберморітом дає надзвичайно міцний та довговічний матеріал.

Аналіз показав, що за римським рецептом виготовлення цементу потрібно значно менше вапна — його додається тільки 10% від ваги всіх компонентів. Температура, якої зазнає суміш, також на третину менша, ніж потрібна при виготовлення портландцементу. А вапно при реакції з багатим на алюміній пуцоланом та морською водою дає дуже міцні поєднання К-А-С-Г та алюміній-тоберморіту.

«В середині 20-го століття бетонні конструкції були розраховані на 50 років, і чимало таких будівель вже доживає свій вік», — говорить Пауло Монтейро, професор цивільної і екологічної інженерії в Університеті Каліфорнії.

За словами фахівця, теперішні споруди розраховані на 100—120 років. Однак римські портові споруди збереглися протягом 2 тисяч років та вистояли за умов хімічного впливу та підводних течій.