Я слышу, как некоторые из вас сейчас думают: Бетон? Неужели она действительно пишет о бетоне?
Поверь мне, читатель, такие же мысли пронеслись в моей голове, когда я начал проводить исследование для этой статьи, но позвольте мне задать один вопрос (особенно тем из вас, счастливчики, кому удалось побывать в Италии): Есть ли что-нибудь более впечатляющее, чем повернуть за угол в Риме и столкнуться лицом к лицу с невероятно древним сооружением, которое, каким-то образом, все еще стоит спустя тысячи лет?
В этом нет никаких сомнений: Древнеримская архитектура имеет золотую медаль за долговечность. Несмотря на некоторые разрушения, есть много сооружений, особенно гаваней, которые продолжают стоять непоколебимыми и не разрушенными спустя две тысячи лет и более. Они выдержали войны, землетрясения и наступление современности. Но как?
Одна из причин заключается в том, что многие из этих сооружений были полностью или частично сделаны из бетона, но дело не только в его наличии. Из современного опыта мы знаем, что бетон прочен, но не непогрешим, и уж точно не способен выдержать две тысячи лет износа! Нет, дело было не в наличии бетона, а в его типе.
Просто добавьте (соленой) воды
В течение многих лет прочность римского бетона озадачивала историков и ученых. В частности, они были озадачены бетоном, который использовался для строительства древних гаваней — даже после двух тысяч или более лет воздействия соленой воды гавани оставались практически нетронутыми.
Для сравнения: портландцемент, который сегодня наиболее часто используется в качестве бетонной смеси, при постоянном воздействии соленой воды сохраняет свои свойства лишь в течение пятидесяти лет. Не такая уж маленькая разница!
Чем же так отличался римский бетон? Ответ не был найден до недавнего времени, когда несколько лет назад исследователи начали интересоваться этой темой. Исследовательские группы под руководством итальянских и американских ученых собрали образцы древнеримского бетона с волнореза в заливе Поццуоли, Италия. Бетон был проанализирован на самых современных установках в Италии, американском университете Беркли, Германии и даже в Саудовской Аравии, где технология Advanced Light Source позволила исследователям проанализировать структуру бетона в мельчайших масштабах.
Образец римского бетонаТо, что они обнаружили, было невероятно интересно: вместо того, чтобы бороться за создание вещества, способного противостоять размывающей силе моря, древние римляне использовали эту силу и включили ее в процесс изготовления бетона. Они смешивали известь и вулканический пепел и, засыпав смесь в деревянные формы, погружали их в морскую воду. Соленая вода вызвала химическую реакцию — она гидратировала известь таким образом, что она вступала в реакцию с пеплом, который в итоге образовывал невероятно прочное, надежное соединение.
(Для всех химиков — это была связь C-A-S-H, или кальций-алюминий-силикат-гидрат).
Во многом именно по этой причине древнеримский бетон был таким невероятно прочным — особенно при воздействии соленой воды.
Лучшая альтернатива?
Одним из наиболее важных аспектов этого сверхпрочного древнего бетона, помимо его долговечности, является его общий углеродный след.
Хотя портландцемент — наш современный бетон — используется уже почти два столетия, он не может сравниться с римским цементом, когда речь заходит о воздействии на окружающую среду. Цементная промышленность (цемент является основным компонентом бетона) во всем мире является основным производителем двуокиси углерода, которая является загрязнителем атмосферы и парниковым газом. Только на цементную промышленность приходится около пяти процентов всех выбросов двуокиси углерода в мире, что является ошеломляющим показателем для одной отрасли.
Большая часть этого цемента производится специально для изготовления бетонной смеси на основе портландцемента. Фактически, по данным исследователей, ежегодно используется около девятнадцати миллиардов тонн портландцемента.
Самой большой проблемой при производстве этого цемента являются сами методы производства. Для производства цемента смесь известняка и глины необходимо нагреть до 1 450 градусов Цельсия (2 642 градуса по Фаренгейту), и именно этот процесс, который сжигает так много ископаемого топлива и так горяч, производит большую часть углекислого газа.
Римский бетон, с другой стороны, благодаря своей уникальной зольной смеси, использует гораздо меньше известняка и требует только его обжига при температуре 900 градусов Цельсия (1 652 градуса по Фаренгейту), что использует лишь малую часть ископаемого топлива, используемого для производства портландцемента, и приводит к меньшим выбросам углекислого газа в целом, а готовый продукт в сотни раз прочнее.
Очевидно, что углеродный след нашего современного бетона не так уж велик — в конечном счете, мы наносим больший ущерб окружающей среде, производя бетон, который просто не скрепляется так же хорошо, как римский бетон.
Можем ли мы вернуть этот мертвый секрет к жизни?
Вопрос в том, привело ли все это новое исследование к грандиозному решению проблемы выбросов углерода в цементной/бетонной промышленности? Может ли это произвести революцию в строительстве и долговечности наших конструкций?
Предварительный ответ — да… и нет.
Знаменитый Дуомо представляет собой цельную оболочку из римского бетона.
По мнению экспертов, это сложный вопрос. Хотя очевидным ответом кажется, что римский бетон лучше, прочнее и экологичнее, многие эксперты считают, что начинать использовать его снова было бы непрактично, в основном из-за времени схватывания. В современном мире строительства бетон должен затвердевать быстро и эффективно — то, чего не может сделать бетон с морской водой (а мы все знаем, как наше современное общество ценит удобство и скорость).
Однако открытие этого древнего «секрета» производства бетона дает некоторые положительные результаты. Вдохновленные тем, как древние римляне использовали вулканический пепел, ученые экспериментируют с использованием летучей золы (отходы от сжигания угля, которые легко доступны в больших количествах во многих странах) и даже, опять же, вулканической золы (в тех странах, где летучая зола не так доступна) для производства более прочных и экологичных форм бетона.
По мнению некоторых экспертов, успешный исход этих экспериментов может привести к созданию бетонных смесей, разумно использующих местные ресурсы и заменяющих не менее сорока процентов мирового спроса на портландцемент.
Это еще один способ, с помощью которого наше общество учится обращаться к прошлому и учиться у наших предков. Иногда у современности нет всех ответов — иногда ответы были найдены и усовершенствованы давным-давно. Все, что нам нужно сделать, это открыть их заново.