Почему Римский Пантеон стоит две тысячи лет, а современные постройки рушатся через 50?

Пантеон в Риме стоит почти две тысячи лет, его купол диаметром 43,3 метра до сих пор остаётся крупнейшим в мире неармированным бетонным куполом. Римские портовые сооружения пережили века воздействия морской воды, а акведуки и общественные здания продолжают напоминать о технологиях, которые были разработаны задолго до появления современного цемента.

Но значит ли это, что древнеримский бетон действительно прочнее современного? 

Команда «ЦЕМРОС Медиа» решила разобраться в этом вопросе и выяснила, чем римская технология отличается от современных инженерных решений. И главное заблуждение, с которого стоит начать: древнеримский бетон нельзя просто назвать более прочным аналогом современного.

Современные бетонные составы позволяют получать гораздо более высокую и предсказуемую прочность. Инженеры могут точно подбирать характеристики материала под конкретную задачу: строительство высотных зданий, мостов, дорог и т. д. Железобетон благодаря стальному армированию способен воспринимать нагрузки на растяжение и изгиб, с которыми неармированный бетон справляется значительно хуже.

Но у римлян было другое преимущество – состав материала и особенности его работы на протяжении очень долгого времени. Одним из ключевых компонентов римского бетона была пуццолана – это вулканический пепел, который смешивали с известью, чтобы в итоге получать материал, способный твердеть даже под водой. Для римского строительства это было особенно важно, поскольку из бетона часто строили порты, причалы и волноломы.

Причём в морской воде, уже после затвердевания бетона, вулканические компоненты продолжали вступать в химические реакции, в результате которых формировались новые минералы, укреплявшие отдельные участки материала.

Ещё интереснее другой компонент древнеримской технологии – известь внутри бетона.

По одной из современных научных гипотез, римские строители могли добавлять негашёную известь непосредственно к пуццолане до внесения воды. Тогда во время химической реакции выделялось тепло, а внутри будущего бетона оставались небольшие известковые включения.

Если спустя годы в конструкции появлялась трещина и в неё проникала вода, эти включения могли высвобождать кальций. Он снова кристаллизовался и помогал закрывать повреждение.

Получается своеобразный механизм самовосстановления: материал мог участвовать в процессах, которые способствовали заживлению появившихся трещин. Как раз-таки этот эффект сегодня и представляет особый интерес для исследователей, которые изучают, как увеличить срок службы современных бетонных конструкций.

Так почему же современные конструкции разрушаются иначе?

Сравнивать римский бетон с современным железобетоном напрямую не совсем корректно. Римляне в основном создавали массивные конструкции из бетона, камня и кирпича – арки, своды, купола и фундаменты. Их форма позволяла передавать значительную часть нагрузки на сжатие, которое бетон выдерживает хорошо.

Современное строительство предъявляет к материалу совершенно другие требования. Небоскрёбы, мосты с большими пролётами, тонкие перекрытия и инфраструктурные объекты требуют сочетания высокой прочности, относительно небольшого веса и способности выдерживать разные виды нагрузок.

Здесь на помощь приходит стальная арматура. Она позволяет создавать конструкции, которые невозможно было бы построить из одного неармированного бетона.

Но у такого решения есть одна уязвимость. Если вода и соли проникают к арматуре, сталь начинает корродировать. Ржавчина увеличивается в объёме, создаёт внутреннее давление и со временем может привести к растрескиванию бетона. У римских конструкций такой проблемы просто не было, ведь в них, как правило, отсутствовало стальное армирование.

Что общего у римских инженеров и современных технологов?

У римлян не было никакого рецепта идеального бетона, который мы могли бы сегодня использовать на производстве.

Современные исследователи изучают такие свойства древнего бетона, как известковые включения, химические реакции в материале и его поведение в воде, чтобы понять, какие механизмы можно использовать в современных строительных материалах.

При этом современная промышленность уже располагает тем, чего не было у римлян две тысячи лет назад, – точным контролем состава, стандартизированным производством и возможностью проектировать материал под конкретные условия эксплуатации.

А о том, как человечество прошло путь от древних строительных растворов до промышленного производства цемента, мы уже рассказывали в «ЦЕМРОС Медиа». В той статье разбираемся, кто считается «предшественником» современного цемента, какие материалы использовали строители разных эпох и кто в итоге открыл привычный нам строительный материал.