Защо Пантеонът устоява 2000 години, а новите сгради се пропукват: от какво всъщност е направен римският бетон

Римските акведукти са се запазили в продължение на хиляди години. Пантеонът държи купола си без арматура от близо две хиляди години. Но съвременният бетон започва да се напуква след петдесет години експлоатация. Защо се случва това? Архитектурните историци се позовават на трактатите на Витрувий и смятат, че тайната е в специална вулканична пепел.

Те са били прави само отчасти. Нови изследвания от разкопките в Помпей показват, че сме грешали в разбирането си за самия процес на месене.

Какво са криели руините на Regio IX?

В Помпей, в Regio IX, археолозите са открили строителна площадка, застинала във времето. Изригването на Везувий през 79 г. от н.е. моментално спира работата.

Тук, в Domus IX 10, 1, изследователите откриват съставките за бетона и това им дава възможност да реконструират самия процес на смесване: купчини негасена вар, купчини вулканична пепел (пуцолана), инструменти и недовършена зидария. Това даде възможност на учените от Масачузетския технологичен институт и италианските институции да анализират химическия състав на материалите, преди да се превърнат в стени.

Традиционно се смята, че римляните първо са гасили вар във вода до получаване на паста и едва след това са я смесвали с пепел. Откритията в Помпей сочат друго. Строителите са използвали метода на горещото смесване.

Каква е същината на горещото смесване?

Технологията изглежда по следния начин: негасената вар (калциев оксид) се смесва със суха вулканична пепел и едва след това се добавя вода.

В този момент протича бурна екзотермична реакция. Температурата на сместа се повишава драстично. Високата температура прави две неща:

1. Ускорява втвърдяването и увеличава здравината (от решаващо значение за бързото строителство).
2. Променя микроструктурата на материала на химическо ниво.

При този метод варта не се разтваря напълно. В бетона остават микроскопични гранули – т.нар. варовикови клъстери. Дълго време съвременните специалисти смятаха тези бели петна за признак на некачествено смесване или небрежност на древните работници.

Всъщност тези дефекти са основната тайна на дълготрайността.

Как работи механизмът за самовъзстановяване?

Бетонът е крехък материал. С течение на времето в него неминуемо се появяват микропукнатини. В съвременния бетон тези пукнатини позволяват преминаването на вода, която разяжда армировката и разрушава конструкцията. В римския бетон пукнатината задейства процеса на ремонт.

Ето физиката на този процес:

Пукнатината нарушава целостта на бетона и достига до варовата класта (тази несмесена варова гранула).

1. Водата прониква в пукнатината и реагира с варта.
2. Образува се наситен калциев разтвор.
3. Този разтвор кристализира като калцит (калциев карбонат), който запълва пукнатината.

Това е автоматична система за ремонт. Докато в бетона остават варовикови класти, той е в състояние сам да лекува раните си. Химическият анализ на проби от Помпей (с помощта на Раманова спектроскопия и рентгенова дифракция) потвърждава: пукнатините в древните стени са запълнени с новообразуван калцит.

Защо Витрувий е мълчал?

Марк Витрувий Полион, главният теоретик на римската архитектура, в своя труд De Architectura описва дълго и внимателно процеса на гасене на варта. Защо тогава находките в Помпей противоречат на неговите указания?

Съществуват две рационални обяснения:

• Еволюцията на технологиите. Витрувий пише своя труд в края на първи век пр. Помпей е разрушен през 79 г. след Христа. В рамките на сто години строителите са могли да оптимизират процеса, преминавайки към по-бързо и по-ефективно горещо смесване, което Витрувий просто не е доловил или не е сметнал за нужно да опише като стандарт.
• Практиката срещу теорията. Това, което предписват архитектите в столицата, и работата на майсторите на терен често се различават. Методът на горещото смесване е позволявал по-бърза работа и по-икономично използване на материалите.

За какво ни е това знание днес?

Не можем просто да се върнем към римските методи – имаме различни натоварвания на сградите и различни темпове на строителство. Въпреки това принципът на резервоарите за вар променя подхода към материалознанието.

Съвременната циментова промишленост е отговорна за огромно количество емисии на CO2. Произвеждаме бетон, който издържа 50-100 години и след това трябва да бъде подменен. Римският модел предлага алтернатива: материали с вграден механизъм за удължаване на живота.

Като използваме негасена вар и я оставяме да остане в структурата на бетона като класти, можем да създадем композити, които не се страхуват от влагата и времето. Това не е въпрос на естетика или историческо обновяване. Това е въпрос на създаване на инфраструктура, която нашите внуци няма да трябва да възстановяват.

Помпей ни дава нещо повече от музеен експонат. Той ни предостави готов химически проект за изграждане на бъдещето.