Kodėl romėnų betonas išsilaikė beveik 2 000 metų? Mokslininkai aptiko neįprastą savybę

Sekite TechNaujienos Google

Kai kurie senovės romėnų statiniai stovi beveik du tūkstantmečius, todėl jų statybinės medžiagos domina šiuolaikinius inžinierius. MIT tyrėjai nagrinėjo baltus kalkių intarpus senajame betone ir pateikė paaiškinimą, kaip jie galėjo padėti medžiagai išlikti. Tai paaiškinama Masačusetso technologijos instituto tyrimo pristatymas.

Mokslininkai nustatė požymių, kad romėnai naudojo vadinamąjį karštąjį maišymą – gesintas ir negesintas kalkes ar jų derinius, kurių reakcijos metu išsiskiria šiluma.

Romos imperijos statytojai sukūrė kelių rūšių betono mišinius, kurių sudėtyje naudotos kalkės, vanduo ir mineraliniai užpildai. Statinių ilgaamžiškumas priklausė nuo konkrečios sudėties, aplinkos ir konstrukcijos paskirties. Todėl mintis, kad visi romėniški pastatai buvo pastatyti iš vienos stebuklingos medžiagos, nėra tiksli. Tačiau kai kurių konstrukcijų atsparumas iš tiesų išsiskiria.

MIT mokslininkai atkreipė dėmesį į baltus kalkių intarpus senoviniuose betono mėginiuose. Ilgą laiką tokius fragmentus buvo galima laikyti ne iki galo išmaišytos medžiagos požymiu. Tyrėjų analizė iškėlė kitokią galimybę: šios dalelės galėjo susidaryti dėl sąmoningai pasirinkto mišinio ruošimo būdo ir vėliau prisidėti prie jo patvarumo.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 12 minučių

Archeologai Europoje randa paslaptingus romėnų dvylikasienius – jų paskirtis iki šiol nežinoma

4 min. skaitymo • prieš 32 minutės

Prieš 3 700 metų Babilono matematikai sprendė uždavinius, kuriuos šiandien mokome mokyklose

5 min. skaitymo • prieš 52 minutės

Senovės Egipto gydytojai prieš tūkstančius metų aprašė operacijas, kurios stebina ir šiandien

Visi naujausi straipsniai →

Tyrimas siejamas su vadinamuoju karštuoju maišymu. Kai tam tikros kalkių formos reaguoja su vandeniu, išsiskiria šiluma, veikianti mišinio cheminę struktūrą. Tai gali lemti reaktyvių kalkių intarpų susidarymą, kurie medžiagoje išlieka ir vėliau. Vien istorinių konstrukcijų stebėjimo šiai hipotezei patvirtinti nepakaktų, todėl tyrėjai pasitelkė laboratorinius bandymus.

Komanda pagamino bandinius, kurių sudėtyje buvo reaktyvių kalkių dalelių, ir specialiai juose sukūrė įtrūkimų. Per plyšius leidžiant vandenį stebėta, kaip vyksta mineralų susidarymo procesai. Tyrimo metu dalis plyšių užsivėrė maždaug per dvi savaites, o atitinkamas kontrolinis mišinys be šio komponento tokio efekto neparodė.

Šis procesas nepanašus į gyvo organizmo gijimą, nors dažnai vadinamas savaiminiu taisymusi. Kalbama apie chemines reakcijas, kurios leidžia tam tikromis sąlygomis užpildyti mažus medžiagos plyšius. Svarbios yra vandens, kalcio junginių ir aplinkinės medžiagos savybės. Todėl to paties rezultato nereikėtų tikėtis visais įtrūkimų atvejais.

Romėnų architektūros ilgaamžiškumą aiškinantys tyrimai domina šiuolaikinę statybų pramonę. Jei konstrukcijos tarnautų ilgiau ir rečiau reikalautų remonto, ilgainiui būtų galima sumažinti kai kurias statybinių medžiagų sąnaudas. Tačiau laboratorinis tyrimas dar nereiškia, kad toks mišinys jau tinkamas visoms šiuolaikinėms statyboms. Reikia vertinti jo stiprumą, elgesį skirtingame klimate ir gamybos kainą.

Tyrimas taip pat nepašalina kitų galimų romėniško betono patvarumo priežasčių. Mineraliniai priedai, vulkaninės medžiagos ir statinių eksploatavimo aplinka gali turėti didelį poveikį. Todėl profesionalus paaiškinimas turi matyti visą statybinių technologijų sistemą, o ne vieną sudedamąją dalį. MIT rezultatai yra reikšmingas žingsnis, bet ne galutinis visų istorinių klausimų atsakymas.

Baltieji intarpai romėnų betone

Liekantys reaktyvūs kalkių intarpai gali tapti kalcio šaltiniu smulkiems įtrūkimams užsipildyti. Kai į plyšį patenka vanduo, vyksta cheminės reakcijos, kurių metu susidarantys junginiai gali jį užkimšti.

Tyrėjai pagamino šio principo įkvėptus betono mėginius, juos įskėlė ir leido vandenį. Jų eksperimente plyšiai užsitraukė maždaug per dvi savaites, o kontroliniame mėginyje tokio efekto nepastebėta.

Romėnų betono savybes svarbu vertinti kartu su konkrečia aplinka, kurioje jis buvo naudojamas. Vienaip medžiaga elgiasi sausame pastate, kitaip – jūros vandenyje ar nuolat drėgnoje konstrukcijoje. Dėl to skirtingų senovinių objektų išlikimo negalima paaiškinti tik viena chemine reakcija. Mišinio sudėtis, priežiūra ir aplinkos poveikis sudaro bendrą rezultatą.

MIT tyrimo išvados suteikė papildomą kryptį šiuolaikinių statybinių medžiagų kūrimui, tačiau prieš praktinį taikymą reikia pakartojamų bandymų ir techninių standartų. Mokslininkų rezultatai nėra kvietimas savarankiškai maišyti agresyviai reaguojančias kalkes ar keisti namų statybų receptus. Realiame statybos projekte turi būti naudojamos tinkamai sertifikuotos medžiagos.

Šiuolaikinių statybų srityje taip pat ieškoma naujų būdų mažinti cemento sąnaudas ir gerinti konstrukcijų ilgaamžiškumą. Viena kitų plėtros krypčių aptarta straipsnyje apie 3D betono spausdinimą. Tai atskira technologija, tačiau abu tyrimų laukai siekia efektyvesnių statybos procesų. Senovinių mišinių tyrimai savaime dar neįrodo šiuolaikinės technologijos pranašumo.

Karštasis maišymas

Tai nereiškia, kad kiekviena senovinė romėnų konstrukcija savaime pasitaiso arba kad mokslininkai jau pilnai išsprendė visus senovės betono patvarumo klausimus. Bet tyrimas suteikia idėjų kuriant ilgaamžiškesnes šiuolaikines medžiagas.

Romėnų betono patvarumas priklausė ne vien nuo vienos ypatingos sudedamosios dalies. Svarbios ir vulkaninės medžiagos, mišinio paruošimas, konstrukcijos paskirtis bei ilgalaikė aplinkos įtaka. Todėl šiuolaikinis bandymas atkurti vieną seną receptą nebūtinai leis gauti identišką rezultatą.

Tyrimas aktualus dabartinėms statyboms, nes ilgaamžiškesnės konstrukcijos teoriškai leistų rečiau jas taisyti ar pakeisti. Tačiau prieš komercinį pritaikymą reikia įvertinti naujų mišinių mechaninį stiprumą, ilgaamžiškumą ir poveikį aplinkai. Laboratorinis eksperimentas yra pažangos įrodymas, bet dar ne statybos pramonės standartas.