Могила знатной дамы раскрывает новые секреты древнего бетона в Древнем Риме

Среди многих известных туристических достопримечательностей Рима есть впечатляющий 2000-летний мавзолей на Виа Аппиа, известный как Могила Сесилии МетеллыНабила жила в первом веке нашей эры. Лорд Байрон был среди тех, кто восхищался Храмом, даже упомянув о нем в своем эпическом стихотворении. Паломничество ребенка Гарольда (1812-1818). Ученые проанализировали образцы древнего бетона, из которого построили гробницу, и описали свои находки в опубликовал статью в октябре в Журнале Американского керамического общества.

«Строительство этого новаторского и очень мощного памятника и ориентира на Виа Аппиа Антика свидетельствует о том, что [Caecilia Metella] Его очень уважали «. Соавтор Мэри Джексон сказала:, геофизик в Университет Юты. «Текстура бетона через 2050 лет отражает сильное и устойчивое присутствие».

как сегодня портландцемент (важнейший компонент современного бетона), старый римский бетон По сути, это была смесь полужидкой суспензии и заполнителя. Портландцемент обычно получают путем нагревания известняка и глины (а также песчаника, золы, мела и железа) в печи. Затем полученный клинкер измельчают до мелкого порошка, добавляя лишь немного гипса — чем выше, тем лучше для получения гладкой, ровной поверхности. Но заполнитель, используемый для изготовления римского бетона, представлял собой куски камня или кирпича размером с кулак.

в его диссертации архитектура (ок. 30 г. н.э.), римский архитектор и инженер Витрувий Он писал о том, как построить бетонные стены для погребальных построек, которые могли бы прослужить долгое время, не разрушаясь. Он рекомендовал, чтобы стены были не менее двух футов толщиной, сделанные либо из «квадратного красного камня, либо из кирпича или лавы, уложенных слоями». Совокупность кирпичей или вулканических пород должна быть связана вместе суспензией гашеной извести, пористыми осколками стекла и кристаллами от извержений вулканов (известными как вулканическая тефра).

Джексон много лет изучал необычные свойства древнеримского бетона. Например, она и многие коллеги проанализировали Раствор, используемый в бетоне, из которого он состоит Рынки Траяна, построенный между 100 и 110 годами нашей эры (вероятно, самый старый торговый центр в мире). Их особенно интересовал «клей», используемый в связующей фазе материала: кальций-алюминий-силикат-гидрат (CASH), усиленный кристаллами Стратлингетта. Они обнаружили, что кристаллы стратлгейта предотвращают образование и распространение микротрещин в суспензии, что может привести к более крупным трещинам в структурах.

В 2017 году Джексон стал соавтором бумага Анализ бетонной формы руин морских дамб на средиземноморском побережье Италии, которые на протяжении двух тысяч лет выдерживали суровые морские условия. Постоянные волны соленой воды, врезающиеся в стены, давно превратили бы современные бетонные стены в руины, но римские морские стены, похоже, на самом деле стали сильнее.

Джексон и ее коллеги обнаружили, что секрет его долговечности заключался в особом рецепте, в котором использовалась смесь редких кристаллов и пористого металла. В частности, воздействие морской воды вызвало химические реакции в бетоне, вызывая образование кристаллов алюминиевого тоберморита из филлипсита, распространенного минерала, обнаруженного в вулканическом пепле. Кристаллы прикрепляются к породе, что опять же предотвращает образование и распространение трещин, которые ослабили бы структуру.

Поэтому Джексон, естественно, был очарован Цецилией Метелла, которая считается одним из наиболее хорошо сохранившихся памятников на Аппиевой дороге. Джексон посетила кладбище в июне 2006 года, когда взяла для анализа небольшие пробы строительного раствора. Хотя день ее посещения был очень теплым, она помнит, что, как только она вошла в коридор святилища, воздух был очень холодным и влажным. «Было очень спокойно, если не считать трепета голубя в открытом центре круглой конструкции», Джексон сказал.

О леди Сеслии Метелле, дворянке, останки которой были похоронены в гробнице, почти ничего не известно, кроме того, что она была дочерью римского консула. Квинт Цецилий Метелл Кретик. женился Марк Лициний Красс, отец (с таким же названием) был частью первое трио, с участием Юлий Цезарь И Помпеи Великий. Вероятно, это был ее сын, которого тоже звали Марк Лициний Красс, Почему историкам легко проследить родословную? — который приказал построить святыню, которая, вероятно, строилась временами между 30 и 10 годами до нашей эры.

Мраморный саркофаг в Палаццо Фарнезе предположительно находится из гробницы Цецилии Метеллы, но, возможно, это не аристократы, поскольку он датируется 180-190 гг. Нашей эры. Кроме того, кремация была одной из самых распространенных традиций захоронения во время смерти женщины, и поэтому историки считают, что гробница Силла могла когда-то содержать погребальную урну, а не какой-то каменный саркофаг.

Сама структура гробницы представляет наибольший интерес для таких ученых, как Джексон и ее коллеги. Святыня расположена на вершине холма. На квадратной платформе находится цилиндрическая ротонда с замком, построенным где-то в 14 веке. На внешней стороне находится мемориальная доска с надписью: «Цецилии Метелле, дочери Квинта Кретика. [and wife] Красс «.

На нем частично построен фундамент. туфовая порода (вулканический пепел, сжатый под давлением) и лавовые породы древнего потока, который когда-то покрывал эту территорию около 260 000 лет назад. И платформа, и ротонда состоят из нескольких слоев толстого бетона, окруженных известняковыми блоками в качестве каркаса, в то время как бетонные слои формируются и затвердевают. Стены башни имеют толщину 24 фута. Первоначально на вершине мог быть земляной холм конической формы, но позже он был заменен средневековыми валами.

Чтобы ближе познакомиться с микроструктурой строительного раствора, Джексон объединился с коллегами из Массачусетского технологического института Линдой Сеймур и Адмиром Маском, а также с Нобумичи Тамурой из лаборатории Лоуренса Беркли. Тамура проанализировал образцы в усовершенствованный источник света, что помогло им идентифицировать и направлять множество различных минералов, присутствующих в образцах. Линия луча ALS производит мощное рентгеновское излучение микронного размера, которое может проникать в Tamura на всю толщину образца. Команда также визуализировала образцы с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Они обнаружили, что ступка из гробницы похожа на раствор, использованный в стенах могилы. Рынки Траяна: Вулканическая тефра из Пуццолане Росс. поток лавы, связывает вместе большие куски кирпича и лавы. Однако тефра, используемая в гробнице, содержит много лейцита, богатого калием. На протяжении веков дождевая вода и грунтовые воды просачивались через стены гробницы, растворяя лейцит и выделяя калий. Это было бы катастрофой для современного бетона, что привело бы к микротрещинам и серьезному разрушению конструкции.

Очевидно, с могилой этого не произошло. но почему? Джексон и другие. Он определил, что калий в строительном растворе в свою очередь растворяется и эффективно восстанавливает фазу связывания CASH. Некоторые части остались нетронутыми даже спустя более 2000 лет, в то время как другие выглядели более мягкими и имели некоторые признаки расщепления. Фактически, структура несколько похожа на структуру нанокристаллов.

«Оказывается, прослои в древнеримском бетоне некрополя Цецилия Метелла постоянно развиваются в результате длительной реконструкции», Маска сказала. «Эти реконструкции укрепляют межфазные области и, вероятно, будут способствовать улучшению механических характеристик и устойчивости старых материалов к разрушению».

Чем больше ученые узнали о точном составе минералов и соединений, используемых в римском бетоне, тем ближе они были бы к возможности воспроизвести эти качества в бетоне сегодня — например, найти подходящую замену (например, угольную летучую золу) для чрезвычайно редкие магматические породы использовали римляне. Это может сократить выбросы энергии при производстве бетона до 85 процентов и значительно продлить срок службы современных бетонных конструкций.

«Сосредоточение внимания на разработке современного бетона с непрерывно армированными прослойками может дать нам еще одну стратегию повышения долговечности современных строительных материалов», Маска сказала. «Осуществление этого путем включения проверенной временем« римской мудрости »обеспечивает устойчивую стратегию, которая на порядки улучшит преемственность наших современных решений».

DOI: Журнал Американского керамического общества, 2021 г. 10.1111 / Джесс. 18133 (О DOI).