Археологи нашли в Помпеях точный рецепт римского бетона

Город Помпеи, погребенный под раскаленным пеплом Везувия в 79 году, уже несколько столетий служит для археологов бесценным окном в повседневную жизнь Римской империи. Сначала город засыпало осадком из пемзы и лапилли, затем его накрыли быстрые горячие пирокластические потоки, которые завалили и «цементировали» улицы, дома и предметы быта. Это позволило Помпеям сохраниться в том виде, в котором город оставили бегущие от извержения жители.

Для удобства археологических раскопок ученые разделили Помпеи на девять географических областей, названных регионами. В 1880-х годах исследователи приступили к раскопкам в регионе IX, но затем работу там надолго приостановили. 

К раскопкам вернулись только в 2023-м, когда международная команда археологов под руководством Адмира Масича (Admir Masic) из Массачусетского технологического института в США организовала новую большую экспедицию. Специалисты не предполагали, что под слоем земли они найдут не просто очередную постройку, а своего рода полноценный бетонный завод I века.

Масич и его коллеги обнаружили строительную мастерскую, где рабочие готовили бетонные смеси. Пепел накрыл помещение в разгар работы, так что все материалы, инструменты и даже пометки на стенах с графиками работ и расчетами необходимых материалов хорошо сохранились.

Археологи рассказали о последних минутах жизни семьи из Помпей В богатом римском доме в Помпеях обнаружили останки четырех человек, а также детский амулет, баррикаду из кровати и следы борьбы. Спустя две тысячи лет ученые восстановили последние минуты жизни эт… naked-science.ru

В частности, ученые нашли инструменты каменщиков, груды вулканического песка, обломки переработанной черепицы и, что самое важное, аккуратные насыпи белого порошка — негашеной извести. Такой шанс изучить римские технологии в «первозданном» состоянии встречается крайне редко.

Мастерская дала возможность понять технологию, которую не удавалось полностью восстановить даже в лучших лабораториях мира. Открытие показало, что римляне изготавливали бетон иначе, чем это описывали древние тексты.

В этих текстах авторы утверждали, что для изготовления бетона строители использовали гашеную известь — гидроксид кальция. Согласно записям, материал для строительных работ получали так: римляне брали известь, добавляли воду, ждали реакцию, затем смешивали эту гашеную известь с вулканическим пеплом и остальными компонентами бетона.

Однако химический анализ сухих смесей из помпейской мастерской доказал обратное. Древние строители применяли метод так называемого горячего смешивания с использованием негашеной извести — оксида кальция.

Раскопки в Помпеях выявили многочисленные скопления разрушенных и сложенных строительных материалов, состоящих из базальтового и известнякового щебня, фрагментов плитки, кусков обычной керамики и амфор / © Admir Masic

Суть метода в следующем: негашеную известь в сухом виде смешивали со всеми другими сухими ингредиентами — вулканическим пеплом или пуццолановыми добавками. И только потом в эту сухую смесь добавляли воду. 

При контакте воды с негашеной известью происходила бурная химическая реакция с выделением тепла. В результате этой реакции часть смеси заметно прогревалась, шла гидратация, а потом в результате последующего затвердевания формировалась плотная каменистая структура, то есть бетон.

Масич объяснил, что именно негашеная известь формировала основу прочного строительного бетона. Ее применяли в основном для отделочных штукатурок и растворов, где важны были пластичность и гладкость поверхности.

Одним из главных преимуществ метода горячего смешивания стало образование в застывшей массе особых включений — так называемых кластов. Эти мелкие фрагменты негашеной извести, не до конца прореагировавшие с водой, остаются в бетоне как резервуары активного кальция. 

Когда в конструкции появлялись микротрещины, вода проникала в эти поры и вступала в реакцию с частицами извести. Кальций растворялся, затем снова кристаллизовался прямо внутри трещины, заполняя и «залечивая» повреждения. Кроме того, ионы кальция, взаимодействуя с вулканическим пеплом в составе бетона, делали материал еще долговечнее.

Раскрыт автор древнего свитка, пережившего извержение Везувия Британские ученые прочитали обугленный свиток, пролежавший почти две тысячи лет под пеплом Везувия, не разворачивая его. Исследователи узнали имя автора труда и название. naked-science.ru

Ученые взяли куски бетона прямо из помпейской мастерской и рассмотрели их под микроскопом. Они изучали класты извести в контакте с зернами вулканического пепла.

Анализ образцов показал, что вокруг зерен вулканического пепла со временем шли длительные минерализационные реакции: кальций мигрировал в поры и превращался в кристаллы карбоната кальция, укрепляя структуру. По сути, бетон сам «наращивал» прочный новый материал внутри своих повреждений. То есть это подтверждало способность смеси к самовосстановлению.

Инструменты и сырье помогли реконструировать полный рабочий цикл римских строителей: подготовку компонентов, обработку извести, дробление заполнителей и последовательное смешивание компонентов. 

По словам Масича, если бы современный бетонщик попал в помпейскую мастерскую, он сразу бы понял суть процесса и смог бы приступить к работе. Химические принципы остались теми же; главное отличие — в тщательном выборе и подготовке компонентов и в порядке их соединения, что обеспечивало римскому бетону повышенную прочность и долговечность.

Выводы исследования представлены в журнале Nature Communications.