Как римляне изобрели самое популярное в мире вещество - бетон

Самым распространенным и популярным искусственным материалом на нашей планете является не сталь, не пластик и даже не бумага, а бетон. Более того, по подсчетам экспертов, ежегодно по всему миру производится более 2 млрд. тонн бетона, и на сегодняшний день его используется больше, чем древесины, металлов и пластмассы вместе взятых. На протяжении многих столетий человечество использует его для построения своей цивилизации, однако, у бетона был долгий период забытья, когда рецепты его приготовления были полностью утрачены и забыты, пишет Портал спецтехники.

У большинства из нас слово бетон вызывает в памяти ассоциации со светло-серыми каменными дорогами, высотками и фундаментами зданий. И мало кто знает, что изначально этот материал был рожден жерлом огнедышащего вулкана и самой природой, подсказавшей человеку великий рецепт. К тому же, на самом деле, в отличие, к примеру, от алюминия, стали или пластика, слово "бетон" вовсе не означает какой-то определенный материал, ведь бетоном называют любое вещество, которое содержит в себе горную породу, смешанную с каким-то клейким, связующих агентом. В принципе, бетон – это просто истолчённый щебень, смешанный с водой и цементом. Вместе эти компоненты образуют сметаноподобную жидкую пасту, которую можно залить в любую форму, и после его отвердения получить нужную фигуру. 

Сегодня даже школьник младших классов примерно представляет, как это работает, но в древние времена, когда люди вручную, с помощью молотков и кувалд выдалбливали здания из гигантских каменных глыб, изобретение бетона являлось настоящим волшебством, понять принцип которого было весьма сложно. 

И первыми, кто открыл рецепт его «приготовления», были римляне, живущие рядом с вулканами.

Рожденный вулканом

Более двух тысяч лет назад (примерно в I веке до нашей эры), когда Римская империя являлась одной из самых могущественных и развитых цивилизаций, на берегу ее Неаполитанского залива располагался небольшой красивый портовый город Поццуоли (латинское название города Путеоли), откуда ежедневно отплывали корабли, развозящие множество разнообразных товаров. 

Город Поццуоли сейчас

Купцы Поццуоли везли в заморские страны зерно и пряности, железо и оружие, но одним из самых дорогих их товаров был пуццолан – пепельного цвета вулканический песок, который местные жители добывали у подножия вулкана Сольфатара на Флегрейских полях («огненных полях»).

Этот песок был природной смесью вулканического пепла, пемзы и песка, и он был совершенно особенным, ибо в смеси с водою образовывал раствор настолько сильный, что после застывания мог связывать и удерживать вместе каменные глыбы.

Древнеримский бетон, связавший вместе куски кирпича

Римский философ Сенека писал о нем, что «пыль из Путеоли превращается в камень, если она касается воды", однако, никто тогда не понимал, почему так происходит. Просто по счастливой случайности, абсолютно этого не осознавая, римляне построили один из своих городов на вершине природного активно действующего цементного завода. А римский пуццолан на самом деле представлял собой смесь оксида кремния (песка) и извести, двух ключевых компонентов цемента.

В 1970 году земля под городом Поццуоли неожиданно стала вздыматься, словно растущий на дрожжах пирог. Она трескалась и образовывала бугры, за два года поднявшись на два метра, а набережную города полностью опустив под воду. Такие колебания земной коры привели к тому, что 40000 граждан Поццуоли в 1972 году покинули родные места, и родина цемента тогда стала городом-призраком (сейчас этот город восстановлен и вновь процветает).

Сегодня геофизики уверены, что жители Поццуоли всегда «ходили по острию ножа», ибо их город был построен практически на действующем вулкане, активные процессы в котором никогда не прекращались. Но, от слабых толчков землетрясений, растрескиваний почвы и извержений лавы их защищал толстый слой образованного природой бетона. 

И он был тем самым веществом, которое римляне использовали для строительства Пантеона, Колизея и многочисленных портов по всему Средиземноморью, а рецепт его изготовления им подсказала сама природа. Ведь глубоко под Поццуоли постоянно происходила известная химикам реакция естественной декарбонизации, когда горячая, насыщенная минералами вода, взаимодействуя с известняком, образует газ диоксид углерода (СО2) и гидроксид кальция (гашеную известь). 

Вот как выглядит химическая реакция, описывающая этот процесс:

СаСО3 (известняк) + тепло + Н2О (вода) > Са (ОН) 2 (гашеная известь) + CO2 (углекислый газ)

В итоге, геотермальные жидкости внутри Флегрейских полей выносили известь ближе к  поверхности, где она соединялась с богатой кремнием золой (застывшей вулканической лавой в виде пемзы), формируя непроницаемый слой готового бетона. И лишь настоящее вулканическое извержение выносило его в виде цемента на земную поверхность. Попадая в морские воды, она твердела, чем и привлекла внимание сообразительных римлян. Наблюдая этот процесс, они использовали его, чтобы создать свой знаменитый бетон. 

Руины портового римского города Кейсария, который был построен из пуццолана

И потому-то римский Коллизей и Пантеон и сохранились до наших дней, ведь эти величайшие строения были созданы из настоящего природного бетона.

Но, увы, после падения Римской империи, искусство создания бетона было на много веков утеряно, и о нем все позабыли, начав пытаться воссоздавать где-то в XV веке нашей эры. Однако, эти попытки были не очень удачны и разрозненны, вплоть до 1824 года, когда англичанин Джозеф Аспдин разработал и запатентовал свой широко известный портландцемент, на момент своего изобретения еще очень несовершенный. Цемент, известный нам сейчас, создали в 1860 году также англичане, во вращающейся печи, где известняковую смесь нагревали до почти 600оС, то есть создавали ей условия, которые она проходила в недрах Флегрейских полей на протяжении тысячелетий.