Серед багатьох талантів стародавніх римлян було в мистецтво виготовлення та будівництва “вічного” бетону. Якість римського бетону, який використовувався для будівництва їхніх акведуків, гробниць, лазень, пристаней, амфітеатрів та будинків, був настільки хорошим, що багато з цих споруд стоять і сьогодні, кидаючи виклик часу.
Вчені, які прагнуть розкрити таємниці римських майстрів з бетону нарешті зробили прорив. Це сталось за результатами аналізу, проведеного на великій циліндричній гробниці, що була побудована для захоронення дворянки першого століття до нашої ери на ім’я Кесілія Метелла.
Працюючи з фінансуванням, наданим Міністерством енергетики США, геофізиком Університету Юти Марі Джексон, спільно з Ліндою Сеймур та Адміром Масічем з Массачусетського технологічного інституту та Нобумічі Тамюрою з Національної лабораторії Лоуренса Берклі було проведено поглиблене дослідження матеріалів та методів, що використовувались для спорудження гробниці Кесілії Метелли. Вони хотіли дізнатися більше про породу, з якої виготовляли римський бетон, і особливо про розчин, який використовувався для з’єднання бетонних блоків між собою.
Те, що вони виявили, може бути надзвичайно актуальним для будівельної промисловості сьогодення, оскільки будівельні експерти шукають способи побудови споруд, які можуть прослужити стільки ж, скільки ті, що були зведені римлянами більше 2000 років тому.
Дивовижна римська бетонна могила Кеслії Метелли
Гробницю Кесілії Метелли можна знайти на Віа Аппія Антика, або Аппієвій дорозі, старовинній військовій дорозі для постачання провізії, яка з’єднувала Рим з Бріндізі на південному сході Італії. Будівництво цієї дороги розпочалося в 312 році до нашої ери, і вона залишалася критично важливою магістраллю протягом багатьох століть.
Гробниця Кесілії Метелли велика за будь-якими показниками. Круглий мавзолей має висоту 21 метр, діаметр 29 метрів. Вона була споруджена із бетонних блоків, укладених на квадратну опорну основу. Зверху вона прикрашена мармуровим фризом, а на фризі зображені гірлянди та бичачі голови. Біля входу в цю грандіозну гробницю є напис, що носить ім’я Кесілії Метелли, що ідентифікує її як мешканку споруди.
Гробниця була побудована в 30 році до нашої ери, під час правління першого римського імператора Августа. Кесілія Метелла була удостоєна такої честі через високий соціальний статус та зв’язки з важливими людьми.
Вона була дочкою римського консула Квінта Метелла, який мав видатну кар’єру воєначальника. Вона також була дружиною Марка Красса, чий знаменитий батько Марк Ліциній Крас був членом Першого тріумвірату Римської Республіки разом з Помпеєм Великим та Юлієм Цезарем. Враховуючи розміри та велич гробниці Кесілії, можна сказати, що її чоловік, що фінансував був казково заможною людиною.
Навіть у порівнянні з іншими римськими гробницями, що збереглися, місце поховання Кесілії Метелли знаходиться у фантастичному стані.
“Будівництво цього дуже інноваційного та міцного пам’ятника та визначної пам’ятки на вулиці Віа Аппія Антика вказує на те, що вона користувалась великою повагою в суспільстві, а бетонна стіна 2050 років потому відображає сильну та стійку присутність”, – сказала керівник дослідження Марі Джексон в університеті прес-релізу штату Юта .
Але чому ця казкова могила прослужила так довго і залишилася в такій гарній формі? Як виявилося, секрет можна знайти в “клеї”, який використовувався для з’єднання будівельних блоків.
Відкриття правди про склад бетонного розчину
Як пояснили Марі Джексон та інші вчені у статті про своє дослідження, опублікованій у журналі американського керамічного товариства, вони використовували найпотужніші та найновіші наукові інструменти, доступні для вивчення і аналізу хімічної та фізичної мікроструктури римського бетону, зокрема і того що використовуваний у гробниці Кесілії Метелли.
Стародавні римляни не використовували залитий цемент для виготовлення бетону. Натомість для будівництва грубих цегляних стін вони використовували агрегати вулканічних порід. Хоча вулканічна порода з часом руйнується і руйнується, лише за дві – три тисячі років, проте вона не розпадеться значно пізніше порівняно із усіма іншими відомими видами будівельних матеріалів.
Вчені виявили, що вулканічна субстанція бла присутня в римському бетонному розчині, виготовленого із гідратованого вапна та вулканічної тефри (невеликі пористі шматочки вулканічного скла та кристалів, що утворилися під час вивержень). Останній був у великій кількості поблизу Риму в результаті стародавніх вивержень вулканів у цьому регіоні.
Стародавні римляни розуміли, що це надзвичайно міцна і довговічна формула. Римський архітектор Вітрувій, який писав у той час, пояснив, що технологія бетону його народу дозволяла зведення споруд, що «протягом тривалого часу не перетворюються в руїни».
Раніше Джексон та її колеги брали зразки розчину з бетонних руїн, пов’язаних з ринком Траяна, комерційно орієнтованим комплексом, що розташований біля римського Колізею, побудованого на початку другого століття нашої ери. Як і розчин, використаний у гробниці Кесілії Метелли, цей розчин був виготовлений з вулканічної тефри, взятої з сусіднього потоку лави Поццолане Россе, який був залишком вивержень вулкана Альбан-Хіллз, що розташований на відстані 20 кілометрів ві південого сходу Риму.
У своїх дослідженнях ринку Траянського ринку вчені виявили загадковий клей, який використовується у розчині, як суміш кальцію, алюмінію та силікату, що створило міцний гель для зв’язування. Це був той самий тип гелю, який використовувався для виготовлення розчину на могилі Кесілії Метелли, як виявили пізніші дослідження. Проте вони виявили одну помітну відмінність. Гробниця містила значну кількість мінералу лейциту, багатого калієм.
Як виявилося, саме цей додатковий мінерал, лейцит, забезпечив довговічність гробниці.
Коли лейцит піддається впливу опадів або ґрунтових вод, він розчиняється і вивільняє весь свій калій. Протягом століть весь лейцит у стінах гробниці був розчинений, що означає, що до решти суміші розчину додали значну кількість калію. Вчені виявили, що цей калій взаємодіяв із сполукою кальцію, алюмінію та силікату і помітно змінивши свою хімічну структуру в процесі.
Зазвичай можна було б припустити, що така реакція пошкодила б розчин і зробила б його менш здатним зв’язувати вулканічний вміст у римському бетоні. Але в цьому випадку сталося якраз навпаки. Хімічна реконфігурація розчину збільшила його здатність зв’язувати, а це означало, що багатовікове перебування під впливом води фактично зробило бетонні блоки гробниці Кесілії Метели більш стійкими до розтріскування, розсипання і ковзання.
За словами Марі Джексон, хімічно перероблені клейові сполуки «очевидно створюють міцні компоненти зчеплення в бетоні».
Римляни не могли б знати, що станеться з їхніми будівлями тисячі років у майбутньому. Але вони ненароком натрапили на формулу розчину, яка б витримала випробування часом краще за будь -яку подібну речовину, що використовується коли небуть у світі.
Догнавши римлян, 2000 років потому
Міністерство енергетики США профінансувало це дослідження з урахуванням сучасних проблем. Вчені кафедри сподіваються створити сучасні версії давньоримського бетону та розчину, які будуть менш енергоємними у виробництві, ніж традиційний цемент, і які служитимуть довше, зокрема і якщо вони встановлені у морських (підводних) середовищах.
“Зосередження на розробці сучасних бетонів з постійно зміцнюючими міжфазовими зонами може дати нам ще одну стратегію для підвищення міцності сучасних будівельних матеріалів”, – пояснив вчений з Массачусетського технологічного інституту Адмір Масіч. “Це завдяки інтеграції перевіреної часом” римської мудрості” м можемо забезпечити стійку стратегію, яка може на суттєво збільшити довговічність наших сучасних рішень”.
Джексон, Масіч та інші члени дослідницької групи гробниці Кесілії Метелли будуть залучені до поточних зусиль зі створення цього нового, кращого бетону. Якщо вони досягнуть успіху, їх зусилля стануть ще одним проривом і прикладом, коли новації Стародавнього Риму є показово актуальні для сучасної культури і побуту.
Автор Натан Фальде