Как древним удавалось строить уцелевшие до сих пор здания

В акрополе Копан, древнем городище майя на западе Гондураса, замысловатые известковые скульптуры и храмы стоят уже более 1000 лет. Вместе с тем множество более поздних сооружений уже пришлось снести: срок службы современного бетона — от 50 до 100 лет. Вот почему всё большее учёных занимаются так называемым обратным инжинирингом, чтобы распутать загадки долговечности древних стройматериалов.

Древнеримский бетон

Многие исследователи обращались к римлянам за вдохновением. Примерно с 200 года до н. э. архитекторы Римской империи возводили бетонные сооружения, выдержавшие испытание временем — от парящего купола Пантеона до прочных акведуков, по которым до сих пор течёт вода.

Даже в гаванях, где морская вода разрушала сооружения на протяжении веков, сохранился бетон «в основном таким, каким он был, когда его заливали 2000 лет назад», сказал Джон Олесон, археолог из Университета Виктории в Канаде.

Большинство современных бетонных изделий изготавливается из портландцемента, порошка, получаемого путём нагревания известняка и глины. На стройке цемент смешивают с водой для получения раствора, в который добавляют наполнители, вроде гравия. Затем цементная масса связывает их в прочный бетон. Прочный до поры до времени.



Согласно записям древних архитекторов, таких как Витрувий, древние строители смешивали обожжённый известняк, то есть негашёную известь, и вулканический песок, а затем химические реакции связывали их воедино.

Теперь учёные думают, что нашли ключевую причину, по которой некоторые римские бетонные конструкции выдерживали тысячи лет: древний материал обладает необычной способностью к самовосстановлению.

В исследовании, опубликованном ранее, Адмир Масич, инженер-строитель и эколог из Массачусетского технологического института, предположил, что микротрещины затягиваются растворяемым водой кальцием благодаря кускам неравномерно размешанной извести. Даже если римляне неосознанно делали бетон несколько небрежно, результат получился тысячелетней прочности.

У Мэри Джексон, геолога из Университета Юты, другой взгляд. Её исследование показало, что секрет может скрываться в специфических вулканических материалах. По словам Джексон, этот природный материал — пуццолан — меняется со временем по мере взаимодействия с элементами, позволяя им заделывать возникающие трещины.

В Южной Америке

В Копане, поселении майя в Гондурасе, сложные известковые скульптуры и храмы остаются нетронутыми даже после более чем 1000 лет пребывания во влажной среде. Согласно исследованию, опубликованному ранее в этом году, секрет их долговечности может заключаться в деревьях.

Исследователи встретились в Гондурасе с местными каменщиками. И те предложили использовать в известковой смеси вещества из местных деревьев чукум и джиоте. Учёные собирали кору, опускали куски в воду и добавляли в материал этот настой. В итоге учёные обнаружили, что полученная штукатурка особенно устойчива к физическим и химическим повреждениям.

Под микроскопами они увидели, что частицы органики из древесного сока вошли в молекулярную структуру штукатурки.

Прочие факты

Исследования показали, что в древние конструкции по всему свету добавляли всевозможные природные материалы: фрукты, молоко, творог, пиво, навоз и даже мочу. Строительный раствор, на котором скреплены некоторые из самых известных сооружений Китая, включая Великую китайскую стену и Запретный город, содержит следы крахмала из клейкого риса.

Удача или мастерство?

Некоторым из этих древних строителей, возможно, просто повезло, сказала Сесилия Пеше, специалист по материалам из Университета Шеффилда в Англии. Они добавляли в свои смеси практически всё, что угодно, лишь бы это было дёшево и доступно. А построенное из того, что не сработала, просто давно разрушилось.

Но некоторые материалы, похоже, доказывают осознанный подход. Например, в Индии, где строители использовали смеси местных материалов для получения различных свойств, сказал Тирумалини Селварадж, инженер-строитель и профессор Индийского технологического института Веллор.

Согласно исследованиям Селвараджа, во влажных районах Индии строители использовали местные травы, которые помогают сооружениям справляться с влагой. В постройки у побережья они добавляли джаггери — это нерафинированный сахар, чаще всего тростниковый или пальмовый. Джаггери помогает защитить от повреждения солью. А в районах с более высоким риском землетрясений индийцы использовали сверхлёгкие кирпичи с добавлением рисовой шелухи.

Возможность возрождения

Сегодняшние строители не могут просто копировать древние технологии. Несмотря на то, что римский бетон прослужил долго, он не выдерживал больших нагрузок.


— Джон Олесон, археолог из Университета Виктории в Канаде.

Вместо этого исследователи пытаются использовать некоторые особенности древнего материала и добавлять их в современные смеси. Например, стартап Masic пытается строить с использованием «самовосстанавливающегося» бетона, вдохновлённого римлянами.

Но и не нужно, чтобы всё простояло так долго, как это удавалось римлянам, сказали в Masic. Если удастся продлить срок службы современного бетона на 50 или 100 лет, в долгосрочной перспективе потребуется меньше сноса, меньше ремонта и меньше стройматериалов.

А нужен ли строителям столь долговечный бетон с точки зрения бизнеса? Вопрос, конечно, непростой.