Бетон, который "лечится" сам. Как древние постройки пытаются изменить современное строительство  (2)

Так почему же кажется, что люди прошлого умели строить гораздо лучше, чем мы? Исследователи во всем мире пытаются ответить на этот вопрос, заглядывая в далекое прошлое, чтобы извлечь уроки, которые помогут нам строить лучше в будущем.

Все большее число ученых изучают материалы давних эпох – откалывают кусочки зданий, изучают исторические тексты, смешивают указанные в старинных рецептах ингредиенты – в надежде выяснить, как здания смогли сохраниться на протяжении тысячелетий.

Результаты исследований оказались довольно неожиданными: в старинных материалах были обнаружены довольно неожиданные составляющие – кора деревьев, вулканический пепел, рис, пиво и даже моча. И как ни забавно это звучит, но эти неожиданные добавки могут быть ключом к долголетию древних памятников, придавая им способность становиться прочнее с течением времени и даже "залечивать" трещины при их образовании, пишет Euronews.

Последствия этого исследования могут быть довольно значительными для будущих зданий, особенно в условиях, когда все чаще звучат призывы к тому, чтобы строительство стало более устойчивым и экологичным.

Согласно недавнему отчету ООН, на долю строительной индустрии приходится более трети глобальных выбросов углекислого газа, причем на производство цемента приходится более 7% этих выбросов.

Многие исследователи обращаются за вдохновением к римлянам. Архитекторы Римской империи начали строить впечатляющие бетонные сооружения около 200 года до н.э., многие из которых выдержали испытание временем.

Вспомните внушительный купол Пантеона, который до сих пор остается самым большим в мире куполом из неармированного бетона, или прочные римские акведуки, которые и сегодня несут воду.

Даже в гаванях, где морская вода веками подтачивала сооружения, можно найти бетон "в основном таким, каким он был, когда его заливали 2000 лет назад", – говорит Джон Олесон, археолог из Университета Виктории (Канада).

Разница между римскими сооружениями и современными заключается в составе бетона, из которого они изготовлены.

Согласно древним записям, процесс изготовления бетона в Риме был схож: строители смешивали такие материалы, как обожженный известняк и вулканический песок, с водой и гравием, в результате чего происходила химическая реакция, скреплявшая все это вместе.

Но римский бетон обладает уникальным свойством: он может самовосстанавливаться с течением времени. И ученые как раз работают над разгадкой того, как это вообще возможно – ответ на этот вопрос сможет объяснить и тот факт, как римскому бетону удалось продержаться тысячи лет.

Недавнее исследование Массачусетского технологического института (MIT) показало, что куски извести, которые добавлялись в римский бетон, могли способствовать "самовосстановлению" материала. Ранее ученые считали, что эти кусочки, которыми усыпан римский бетон, являются признаком того, что римляне недостаточно хорошо смешивали свои материалы.

Адмир Машич, инженер-строитель и эколог из Массачусетского технологического института, возглавивший исследование, объяснил, что при образовании трещин в римском бетоне вода просачивается в смесь и активизирует оставшиеся в ней кусочки извести, в результате чего происходят новые химические реакции, способные заполнить поврежденные участки.

Другая теория, разработанная исследователями из Университета Юты, заключается в том, что самовосстанавливаться бетону помогают особые вулканические материалы, которые римляне подмешивали в свой бетон. Геолог Мари Джексон, автор доклада из Юты, считает, что вулканические породы, которые строители собирали после извержений, вступали в естественную реакцию с элементами со временем, помогая бетону заделывать возникающие трещины.

"Способность бетона адаптироваться со временем является поистине гениальным свойством материала, – сказал Джексон. – Бетон был настолько хорошо создан, что до сих пор поддерживает сам себя".

В Копане, месте проживания майя в Гондурасе, замысловатые известковые скульптуры и храмы сохранились даже после более чем 1000 лет пребывания в жаркой и влажной среде. Недавнее исследование показало, что секрет долговечности этих сооружений может заключаться в деревьях, растущих вокруг них.

Ученые опробовали следующий рецепт: они собрали кору, положили куски в воду и добавили полученный древесный "сок" в материал. Полученная штукатурка оказалась особенно прочной к физическим и химическим повреждениям.

При ближайшем рассмотрении оказалось, что кусочки органических веществ из древесного сока входят в молекулярную структуру гипса, имитируя такие прочные природные вещества, как ракушки и шипы морских ежей.

В других исследованиях было обнаружено множество различных природных материалов, входящих в состав древних сооружений, включая фруктовые экстракты, молоко, творог, пиво и биологические жидкости. Раствор, на котором держится Великая китайская стена и Запретный город, содержит следы крахмала из клейкого риса.

Если все это звучит как результат, полученный чисто случайно, то, скорее всего, так оно и было. Сесилия Пеше, материаловед из Шеффилдского университета (Англия), говорит, что древние строители добавляли в свои смеси практически все, что угодно, лишь бы это было дешево и доступно.

"Они добавляли в строительные смеси самые разные вещи, – говорит Пеше. – А сейчас мы имеем только те здания, которые сохранились до наших дней. Это похоже на процесс естественного отбора".

Но некоторые материалы, по-видимому, использовались более целенаправленно. Как, например, в Индии, где строители создавали смеси из местных материалов для получения различных свойств в зависимости от своих потребностей.

Тирумалини Сельварадж, инженер-строитель и профессор Веллорского технологического института Индии, обнаружил, что во влажных районах Индии строители использовали местные травы, которые помогали конструкциям справляться с излишней водой. Возводя дома вдоль побережья, они добавляли в смесь джаггери – нерафинированный сахар, который защищает от воздействия соли. А в районах с повышенной сейсмоопасностью они использовали сверхлегкие "плавающие кирпичи" из рисовой шелухи.

"Они знают регион, знают состояние почвы, знают климат, – говорит Сельварадж. – Поэтому и разрабатывают материал в соответствии с этим".

Современные строители не могут просто взять и скопировать древние рецепты. Несмотря на то, что римский бетон служит долго, он не выдерживает больших нагрузок. "Из римского бетона нельзя построить современный небоскреб, – говорит Олесон. – Он развалился бы уже на уровне третьего этажа".

Машич является частью стартапа, цель которого – строительство новых объектов с использованием "самовосстанавливающегося" бетона, вдохновленного римлянами. Джексон сотрудничает с Инженерным корпусом сухопутных войск в разработке бетонных конструкций, способных выдерживать воздействие морской воды, как это было в римских портах, для защиты береговой линии от повышения уровня моря.

По словам Машича, наши здания не должны стоять тысячелетиями, как римские. Но если увеличить срок службы современного бетона на 50 или 100 лет, то "в долгосрочной перспективе нам потребуется меньше сноса, меньше технического обслуживания и меньше материалов".