Древняя гробница знатной женщины раскрывает тайны прочности римского бетона

В рамках исследования для проекта ARPA-e Министерства энергетики США, ученые проанализировали состав строительного материала гробницы Цецилии Метеллы, расположенной близ Аппиевой дороги. Ученые надеются раскрыть секреты древнеримских строителей, чтобы создать более прочный и стойкий к воздействию внешних факторов бетон. Подробно о работе специалистов пишет портал The History Blog.

Гробница Цецилии Метеллы была построена из бетона, кирпича и травертина в 30-10 гг. до н.э., когда в римской архитектуре стали популярны бетонные строения. Круглая гробница возведена на квадратном фундаменте из бетона с вкраплениями вулканического камня, верхняя ее часть была облицована блоками травертина. Внутри гробницы находится погребальная камера конической формы с круглым отверстием в потолке. Коридор, ведущий к камере, выполнен из бетона и облицован кирпичом. Это самый высокий стандарт постройки, бытовавший на тот момент в Римской империи.

Для бетона, использовавшегося во внешней облицовке гробницы, строители брали лаву на полях Капо-ди-Бови, расположенных вблизи постройки. Эти отложения образовались за несколько сотен лет до этого в результате извержения вулкана Альбан-Хиллз. В подземном коридоре, ведущем в гробницу, для укрепления стен применяли тот же бетон, и, кроме того, тефру из вулканических отложений близ города Поццуоли. 

Подобные бетонные конструкции, возведенные римлянами, обладают уникальными свойствами при нахождении в условиях повышенной влажности. Самый лучший современный морской бетон имеет срок службы не более 50 лет. Римский служит до сих пор.

В новом исследовании ученые подробно изучили образцы раствора, взятые из могильного коридора гробницы Цецилии Метеллы, чтобы узнать больше о минеральной структуре бетона, в надежде пролить свет на его необычайную долговечность.

Оказалось, что тефра, которую римляне использовали для раствора, была очень богата лейцитом - породообразующим минералом с высоким содержанием калия, который образуется в магматических расплавах основного состава. Столетия воздействия дождевых и грунтовых вод, просачивающихся через стены гробницы, растворяли лейцит и способствовали высвобождению калия в раствор. В современном бетоне такой поток калия приведет к образованию экспансивных гелей, которые вызовут микротрещины и, в конечном итоге, растрескивание и ухудшение структуры.

Адмир Масич, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института, считает, что взаимодействие между заполнителями и строительным раствором любого бетона имеет фундаментальное значение для долговечности конструкции. По его словам, в современном бетоне щелочно-кремнеземные реакции, которые образуют расширяющиеся гели, могут привести к трещинами даже в самом твердом бетоне.

«Оказывается, внутренние вкрапления в древнеримском бетоне в гробнице постоянно взаимодействуют в результате длительного воздействия», - отметил Адмир Масич. «Эти процессы самовосстановления усиливают межфазные зоны и потенциально способствуют улучшению механических характеристик и устойчивости древнего материала к разрушению».