Римската империя буквално е изградена върху специален вид изключително здрав самовъзстановяващ се бетон, който е издържал хиляди години. Дълго време съвременните учени не можеха да обяснят как римляните са произвеждали този почти „магически“ строителен материал. Нови открития от Помпей, публикувани миналата година, обаче дават важни насоки.

Данните идват от същия екип на MIT, който през 2023 г. предложи възможна рецепта за древноримския бетон. Тогава учените изграждат теорията си най-вече върху анализ на градска стена в Приверно, Югозападна Италия — град, завладян от римляните през IV век пр.н.е.

Как римляните са правели своя бетон?

Според изследователите една от ключовите съставки е пуцоланът — реактивна вулканична пепел, която идва от района на Поцуоли, близо до Неапол и до печално известния вулкан Везувий. Учените смятат, че този необичаен материал е бил смесван с парчета вар и други сухи съставки. Едва след това към сместа се добавяла вода, а материалът се нагрявал в процес, известен като „горещо смесване“.

Когато бетонът започне да се втвърдява, този метод запазва в структурата му малки „джобове“ от силно реактивна вар — видими като бели зрънца. Ако по-късно в конструкцията се появят пукнатини, тези варови включения могат да се разтворят и да кристализират отново, като запълнят празнините. Така римският бетон на практика получава способността да се самовъзстановява — забележително постижение за технология отпреди 2000 години.

„Римският цимент е издръжлив, самовъзстановява се и представлява динамична система“, казва Адмир Масик, съавтор на изследването и доцент в MIT, в изявление.

„Начинът, по който порите във вулканичните съставки могат да се запълват чрез рекристализация, е процес мечта — нещо, което искаме да пренесем в съвременните материали. Искаме материали, които се регенерират сами“, допълва той.

С новото си изследване екипът на MIT се опитва да „поправи пукнатина“ и в собствената си теория. Процесът, описан от учените през 2023 г., се различава леко от сведенията на Витрувий — римския инженер, оставил един от най-важните запазени трудове за архитектурата от Античността: De architectura libri decem.

Изгубено в превода?

В този древен трактат Витрувий пише, че римляните добавяли вода към варта, за да получат пастообразна смес, и едва след това я съчетавали с останалите съставки. Това се разминава с идеята, че първо са смесвали сухите материали, а водата е идвала накрая. Още по-любопитно е, че при Витрувий няма пряко описание на решаващата стъпка — „горещото смесване“.

„Тъй като изпитвам голямо уважение към Витрувий, беше трудно да предположа, че описанието му може да е неточно“, казва Масик. „Трудовете му изиграха ключова роля за интереса ми към древноримската архитектура, а резултатите от моето изследване противоречаха на тези важни исторически текстове.“

За да разберат повече, Масик и колегите му изследват археологическите останки от древна строителна площадка в Помпей — прочутия римски град, унищожен при катастрофалното изригване на Везувий през 79 г. сл.Хр. Екипът взема проби от обекта и извършва микроструктурни и химични анализи на предварително смесени купчини сух материал, частично изградена стена, завършени контрафорси и носещи стени, както и на хоросанови поправки в вече съществуваща стена.

Оказва се, че фрагменти от негасена вар са били предварително смесени с останалите съставки в суха суровинна смес. Това подкрепя теорията, предложена от изследователите през 2023 г.

„Благодарение на изследванията със стабилни изотопи успяхме да проследим важните реакции на карбонизация във времето. Така можахме да разграничим варта, получена при горещо смесване, от гасената вар, описана първоначално от Витрувий“, обяснява Масик.

„Резултатите показаха, че римляните са приготвяли свързващия материал, като са вземали калциниран варовик — негасена вар, смилали са го до определен размер, смесвали са го сух с вулканична пепел и едва след това са добавяли вода, за да получат циментираща матрица“, допълва той.

Грешал ли е Витрувий?

На пръв поглед разминаването е съществено: Витрувий не споменава горещо смесване, а освен това поставя добавянето на водата в по-ранен етап от процеса. Това обаче не означава непременно, че е грешал.

De architectura не е строго редактирана книга в съвременния смисъл на думата. По-скоро представлява сбор от бележки и наблюдения на Витрувий, които през вековете са били преписвани, подреждани и тълкувани от различни автори и редактори.

Масик смята, че е възможно думите на Витрувий просто да са били разбрани погрешно. Има и друга възможност: в De architectura все пак се споменава латентна топлина по време на смесването на цимента — детайл, който може да се отнася именно до горещото смесване.

Изследването е публикувано миналата година в списание Nature Communications. Значението му далеч не се изчерпва с историята на архитектурата: ако принципите зад самовъзстановяващия се римски бетон бъдат приложени днес, те могат да помогнат за създаването на по-дълготрайни и устойчиви строителни материали — особено на фона на въпросите около съвременния бетон и огромната му цена за цивилизацията.

А Помпей продължава да разказва историята си пласт след пласт. Новите данни за строителните практики в града допълват по-широката картина на катастрофата от 79 г. сл.Хр., включително изследванията, според които жертвите в Помпей може да са загинали не само заради Везувий, но и вследствие на земетресение.