09.10.2021 г.
The History Blog
Гробница Цецилии Метеллы открывает тайну прочности римского бетона

Гроб­ни­ца Цеци­лии Метел­лы.
Фото: Tyler Bell.

Гроб­ни­ца Цеци­лии Метел­лы, над­гроб­ный памят­ник в виде баш­ни на ули­це Аппия Анти­ка за город­ски­ми сте­на­ми Рима, была постро­е­на из бето­на, кир­пи­ча и тра­вер­ти­на меж­ду 30 и 10 гг. до н. э., когда в рим­ской архи­тек­ту­ре про­изо­шёл круп­ный про­рыв в обла­сти стро­и­тель­ства из бето­на. Круг­лая бетон­ная гроб­ни­ца обли­цо­ва­на тра­вер­ти­но­вы­ми бло­ка­ми и постро­е­на на квад­рат­ном бетон­ном фун­да­мен­те с запол­ни­те­лем из вул­ка­ни­че­ско­го кам­ня. Внут­ри нахо­дит­ся кони­че­ская погре­баль­ная каме­ра с круг­лым отвер­сти­ем в цен­тре потол­ка. Погре­баль­ный коридор постро­ен из бето­на, обли­цо­ван­но­го кир­пи­чом, и это один из пер­вых при­ме­ров подоб­ных соору­же­ний в Риме, отве­чаю­щий самым высо­ким стан­дар­там каче­ства для сво­его вре­ме­ни.

Гроб­ни­ца рас­по­ло­же­на на север­ной око­неч­но­сти лаво­во­го пото­ка Капо-ди-Бове; её ниж­няя каме­ра про­ры­та в теф­ре, отло­жив­шей­ся здесь сот­ни и тыся­чи лет назад во вре­мя извер­же­ния вул­ка­на в Аль­бан­ских хол­мах. Этот же вул­кан отло­жил теф­ру в лаво­вом пото­ке Поц­цо­лане Рос­се все­го в 800 мет­рах к севе­ро-запа­ду от гроб­ни­цы.

Стро­и­те­ли гроб­ни­цы Цеци­лии Метел­лы бра­ли запол­ни­тель из обо­их источ­ни­ков: лаву из Капо-Бове они исполь­зо­ва­ли в бетоне внеш­не­го соору­же­ния, стро­и­тель­ном рас­т­во­ре для кир­пи­чей и бетоне инте­рье­ра. В погре­баль­ном коридо­ре (самая влаж­ная часть гроб­ни­цы, куда про­ни­ка­ет дож­де­вая вода сквозь отвер­стие в потол­ке и про­са­чи­ва­ют­ся под­зем­ные воды) исполь­зо­ва­на теф­ра из пото­ка Поц­цо­лане Рос­се; спу­стя 120 лет тот же самый запол­ни­тель при­ме­нят­ся при стро­и­тель­стве стен рын­ков Тра­я­на. Они тоже до сих пор сто­ят.

Рим­ские бетон­ные кон­струк­ции — такие, как эта гроб­ни­ца, опо­ры мостов и вол­но­ре­зы — дока­за­ли уди­ви­тель­ную спо­соб­ность на про­тя­же­нии тыся­че­ле­тий сопро­тив­лять­ся воздей­ст­вию воды, даже при затоп­ле­нии, тогда как совре­мен­ный бетон, свя­зан­ный цемен­том, кото­ро­го нет в рим­ском бетоне, под воздей­ст­ви­ем воды доволь­но быст­ро трес­ка­ет­ся и кро­шит­ся. Ожи­дае­мая про­дол­жи­тель­ность жиз­ни совре­мен­но­го гид­ро­тех­ни­че­ско­го бето­на состав­ля­ет все­го 50 лет.


Кир­пич­ная обли­цов­ка бето­на погре­баль­но­го коридо­ра в гроб­ни­це Цеци­лии Метел­лы.
Фото: Marie Jackson.

В ходе послед­не­го иссле­до­ва­ния были изу­че­ны образ­цы стро­и­тель­но­го рас­т­во­ра из погре­баль­но­го коридо­ра гроб­ни­цы Цеци­лии Метел­лы, чтобы полу­чить новые сведе­ния о мине­раль­ной струк­ту­ре бето­на и, воз­мож­но, про­лить свет на его необы­чай­ную дол­го­веч­ность.

В ходе пред­ше­ст­ву­ю­ще­го ана­ли­за стро­и­тель­но­го рас­т­во­ра с рын­ков Тра­я­на Джек­сон, Таму­ра и их кол­ле­ги иссле­до­ва­ли «клей» рас­т­во­ра, стро­и­тель­ный блок под назва­ни­ем «свя­зу­ю­щая фаза КАСГ» («каль­ций — алю­ми­ний — сили­кат — гид­рат») вме­сте с мине­ра­лом штрёт­лин­ги­том. Кри­стал­лы штрёт­лин­ги­та бло­ки­ру­ют раз­рас­та­ние мик­ротре­щин в рас­т­во­ре и не поз­во­ля­ют им соеди­нить­ся и обра­зо­вать тре­щи­ны в бетон­ной струк­ту­ре.

Но теф­ра, исполь­зо­ван­ная рим­ля­на­ми для стро­и­тель­но­го рас­т­во­ра в гроб­ни­це Цеци­лии Метел­лы, содер­жа­ла боль­ше лей­ци­та, бога­то­го кали­ем. На про­тя­же­нии сто­ле­тий дож­де­вые и под­зем­ные воды, про­са­чи­вав­ши­е­ся сквозь сте­ны гроб­ни­цы, рас­т­во­ри­ли лей­цит и высво­бо­ди­ли калий. В совре­мен­ном бетоне такой при­ток калия обра­зо­вал бы боль­шое коли­че­ство геля, что при­ве­ло бы к воз­ник­но­ве­нию мик­ротре­щин и, в конеч­ном счё­те, к рас­ка­лы­ва­нию и повреж­де­нию соору­же­ния.

Одна­ко в гроб­ни­це калий рас­т­во­рил­ся и транс­фор­ми­ро­вал свя­зу­ю­щую фазу КАСГ. Сей­мур утвер­жда­ет, что мето­ды рент­ге­нов­ской мик­ро­ди­фрак­ции и рама­нов­ской спек­тро­ско­пии поз­во­ли­ли иссле­до­вать изме­не­ние рас­т­во­ра. «Мы виде­ли обла­сти КАСГ, остав­ши­е­ся непо­вреж­дён­ны­ми после 2050 лет, дру­гие же были рас­ко­лоты, истон­че­ны или име­ли иные отли­чия в мор­фо­ло­гии», — гово­рит она. В част­но­сти, рент­ге­нов­ская мик­ро­ди­фрак­ция поз­во­ли­ла про­ана­ли­зи­ро­вать истон­чив­ши­е­ся обла­сти вплоть до их атом­ной струк­ту­ры. «Мы видим, что истон­чив­ши­е­ся обла­сти при­об­ре­та­ют нано­кри­стал­ли­че­ский харак­тер», — гово­рит она.

Транс­фор­ми­ро­вав­ши­е­ся обла­сти «явно созда­ли проч­ные ком­по­нен­ты сцеп­ле­ния в бетоне», — гово­рит Джек­сон. В этих струк­ту­рах, в отли­чие от рын­ков Тра­я­на, обра­зо­ва­лось гораздо мень­ше штрёт­лин­ги­та. […]

Адмир Масич, доцент стро­и­тель­ной и при­ро­до­охран­ной инже­не­рии Мас­са­чу­сет­ско­го тех­но­ло­ги­че­ско­го инсти­ту­та, утвер­жда­ет, что проч­ность соору­же­ния из любо­го бето­на обес­пе­чи­ва­ет в основ­ном зона сопря­же­ния меж­ду запол­ни­те­лем и рас­т­во­ром. В совре­мен­ном бетоне, по его сло­вам, реак­ция щело­чей с крем­не­зё­мом, в ходе кото­рой обра­зу­ют­ся обшир­ные геле­вые обла­сти, может осла­бить поверх­ность даже само­го твёр­до­го бето­на.

«Ока­зы­ва­ет­ся, зоны сопря­же­ния в древ­не­рим­ском бетоне гроб­ни­цы Цеци­лии Метел­лы посто­ян­но меня­ют­ся в ходе дол­го­сроч­но­го реструк­ту­ри­ро­ва­ния, — гово­рит он. — Эти про­цес­сы реструк­ту­ри­ро­ва­ния укреп­ля­ют зоны сопря­же­ния и в пер­спек­ти­ве спо­соб­ст­ву­ют повы­ше­нию меха­ни­че­ской проч­но­сти и сопро­тив­ле­ния антич­но­го мате­ри­а­ла».


Лава, покры­ваю­щая вул­ка­ни­че­скую теф­ру в осно­ва­нии гроб­ни­цы.
Фото: Marie Jackson.

Иссле­до­ва­ние про­во­дит­ся в рам­ках про­ек­та ARPA-e, орга­ни­зо­ван­но­го Мини­стер­ст­вом энер­ге­ти­ки Вели­ко­бри­та­нии, с целью исполь­зо­ва­ния древ­не­рим­ских тех­но­ло­гий для созда­ния более проч­но­го и энер­го­сбе­ре­гаю­ще­го бето­на. Его резуль­та­ты опуб­ли­ко­ва­ны в «Journal of the American Ceramic Society».

© 2021 г. The History Blog по материалам https://attheu.utah.edu.
© 2021 г. Перевод с англ.: О. В. Любимова.
ИСТОРИЯ ДРЕВНЕГО РИМА