Почему древние постройки сохранились до сих пор, а у современных срок не более 50-100 лет. Ученые составили список ингредиентов, которые добавляли в старые здания - это кора деревьев, вулканический пепел, рис, пиво и даже моча.
«Если вы улучшите свойства материала, используя… традиционные рецепты народа майя или древних китайцев, вы сможете производить материал, который можно будет использовать в современном строительстве гораздо более экологичным способом», — сказал Карлос Родригес-Наварро, специалист по культурному наследию. научный сотрудник Университета Гранады в Испании.
Многие исследователи обращались за вдохновением к римлянам. Даже в гаванях, где морская вода веками разрушала конструкции, вы найдете бетон «практически таким, каким он был, когда его заливали 2000 лет назад», — сказал Джон Олесон, археолог из Университета Виктории в Канаде.
Древние строители смешивали такие материалы, как обожженный известняк и вулканический песок с водой и гравием, создавая химические реакции, связывающие все воедино. Ученые полагают, что они нашли ключевую причину, по которой римский бетон удерживает конструкции на протяжении тысячелетий: древний материал обладает необычной способностью самовосстанавливаться.
В исследовании, опубликованном в этом году, Адмир Масик, инженер-строитель и инженер-эколог из Массачусетского технологического института, предположил, что эта сила исходит от кусков извести, которые пронизаны римским материалом, а не смешаны равномерно. Раньше исследователи считали, что эти куски были признаком того, что римляне недостаточно хорошо перемешивали материалы.
Вместо этого, проанализировав образцы бетона из Привернума — древнего города за пределами Рима — ученые обнаружили, что куски могут способствовать «самовосстановлению» материала. По словам Масика, когда образуются трещины, вода может просачиваться в бетон. Эта вода активирует остатки извести, вызывая новые химические реакции, которые могут заполнить поврежденные участки.
Мэри Джексон, геолог из Университета Юты, придерживается иного мнения. Ее исследования показали, что ключ может заключаться в конкретных вулканических материалах, которые использовали римляне. Строители собирали вулканические породы, оставшиеся после извержений, и смешивали их с бетоном. По словам Джексона, этот естественно реактивный материал со временем меняется по мере взаимодействия с элементами, что позволяет ему закрывать образующиеся трещины.
Использование сока деревьев для создания скульптур
В Копане, месте майя в Гондурасе, сложные скульптуры и храмы из известняка остаются нетронутыми даже после более чем 1000 лет воздействия жаркой и влажной среды. И согласно исследованию, опубликованному в этом году, секрет долговечности этих структур может заключаться в деревьях, которые прорастают среди них.
Исследователи встретились с местными каменщиками в Гондурасе, которые до сих пор используют древний опыт майя. Каменщики предложили использовать в известковой смеси экстракты местных деревьев чукум и джиоте. Когда исследователи опробовали рецепт — собрали кору, поместили куски в воду и добавили полученный древесный «сок» в материал — они обнаружили, что полученная штукатурка особенно устойчива к физическим и химическим повреждениям.
Когда ученые увеличили изображение бетона, они увидели, что кусочки органического материала из сока деревьев включились в молекулярную структуру гипса. Таким образом, штукатурка майя смогла имитировать прочные природные структуры, такие как морские ракушки и шипы морских ежей, и позаимствовать часть их прочности.
Исследования показали, что в структурах из давних времен смешались все виды натуральных материалов: фруктовые экстракты, молоко, творог, пиво и даже навоз и моча. Раствор, который скрепляет некоторые из сооружений Китая, в том числе Великую стену и Запретный город, содержит следы крахмала из клейкого риса.
В Индии строители создавали смеси местных материалов для получения различных свойств, говорит Тирумалини Селварадж, инженер-строитель и профессор индийского Технологического института Веллора.
Согласно его исследованию, во влажных районах Индии строители использовали местные травы, которые помогают конструкциям справляться с влагой. Вдоль побережья они добавили неочищенный сахар, нерафинированный сахар, который помогает защитить от вредного воздействия соли. А в районах с более высоким риском землетрясений они использовали сверхлегкие «плавающие кирпичи», сделанные из рисовой шелухи.
Древнеримские небоскребы?
Сегодняшние строители не могут просто копировать древние рецепты. Несмотря на то, что римский бетон прослужил долгое время, он не мог выдерживать большие нагрузки: «Невозможно построить современный небоскреб из римского бетона», — сказал Джон Олесон, археолог из Университета Виктории в Канаде. «Он рухнет, когда вы доберетесь до третьего этажа».
Вместо этого исследователи пытаются взять некоторые особенности древнего материала и добавить их в современные смеси. Масик является частью стартапа, который пытается строить новые проекты с использованием «самовосстанавливающегося» бетона, вдохновленного римскими традициями.
А Джексон работает с Инженерным корпусом армии над проектированием бетонных конструкций, которые могут хорошо выдерживать морскую воду (например, в римских портах), чтобы помочь защитить береговые линии от повышения уровня моря.
«Нам не нужно, чтобы все длилось так долго, как это делали римляне, чтобы оказать влияние», — сказал Масич. Если мы добавим 50 или 100 лет к сроку службы бетона, «в долгосрочной перспективе нам потребуется меньше сносов, меньше обслуживания и меньше материалов».
