У сфері виготовлення цементу сучасним
будівельникам є чому повчитись у давніх римлян, вважають дослідники, які
досліджували древні будівельні технології під проводом Пауло Монтейро з
Департаменту енергетики Національної лабораторії Лоренса Берклі в США.
Фото: artur84/freedigitalphotos.net
Давньоримська технологія виготовлення цементу
виявилась більш передовою за сучасну — вона вимагає менших витрат енергії і є
більш екологічною, а сам цемент за міцністю перевершує сучасний, йдеться на
сайті Лабораторії Лоренса Берклі .
Зараз у світі найбільш широко застосовується
портландцемент, який вважається дуже якісним. Але через те, що для його
виробництва потрібно підігрівати суміш вапняку та глини до 1450°С, від горіння
палива виділяється вуглекислий газ. Крім того, такий газ виділяє і сам нагрітий
вапняк.
Римляни ж, навпаки, для виробництва цементу
застосовували менше вапна і розжарювали його тільки до 900°С. В цьому процесі
вони використовували менше палива — відповідно меншими були і викиди в
атмосферу від його спалення.
Давня технологія
До складу цементу у римлян входило вапно та
магматичні гірські породи. Для зведення підводних конструкцій змішували вапно
та вулканічний попіл, і таку суміш вкладали в дерев’яну опалубку.
Морська вода викликала гарячу хімічну реакцію.
Вапно гасилось (проходила реакція гідратації) і взаємодіяло з вулканічним
попелом, і вся суміш починала застигати.
З давніх часів збереглись і записи стародавніх
римлян про якість цементу та вулканічного попелу.
Спочатку Вітрувій, інженер імператора Августа,
а пізніше Пліній Старший записав, що кращий цемент виготовляли із попелу,
взятого з регіону Неаполітанської затоки, особливо з ділянок поблизу одного з
приморських міст, сучасного Поццуолі.
Такий вулканічний попіл має спеціальну назву —
пуцолан, і є поширеним по всьому світі. Зокрема, його відкладення є і в
Україні, в карпатських та кримських горах.
В чому різниця?
Вчені виділяють кілька особливостей, які
роблять стародавню технологію виготовлення цементу більш передовою, ніж
сучасну.
По-перше, змінився склад бетону. Бетон на основі портландцементу складається з
кальцію, силікатів та гідратів (К-С-Г). До складу римського бетону входило
менше кремнію, натомість замість нього додавався ще один компонент — алюміній.
Таке поєднання кальцію, алюмінію, силікатів та гідратів (К-А-С-Г) давало дуже
міцний матеріал.
По-друге, давньоримський та сучасний цементи мають різну структуру. Цемент на
основі К-С-Г, застигаючи, стає схожим за структурою на такі природні матеріали,
як тоберморіт та женніт. Проте він є тільки подібним до них — ідеальної
кристалічної структури в сучасних цементах не побачити.
Проте тоберморіт є в складі стародавнього
римського бетону завдяки додаванню в процесі виготовлення алюмінію. Поєднання
алюмінію з тоберморітом дає надзвичайно міцний та довговічний матеріал.
Аналіз показав, що за римським рецептом
виготовлення цементу потрібно значно менше вапна — його додається тільки 10%
від ваги всіх компонентів. Температура, якої зазнає суміш, також на третину
менша, ніж потрібна при виготовлення портландцементу. А вапно при реакції з
багатим на алюміній пуцоланом та морською водою дає дуже міцні поєднання
К-А-С-Г та алюміній-тоберморіту.
«В
середині 20-го століття бетонні конструкції були розраховані на 50 років, і
чимало таких будівель вже доживає свій вік», — говорить Пауло Монтейро,
професор цивільної і екологічної інженерії в Університеті Каліфорнії.
За словами фахівця, теперішні споруди
розраховані на 100—120 років. Однак римські портові споруди збереглися протягом
2 тисяч років та вистояли за умов хімічного впливу та підводних течій.