После десятилетий безуспешных исследований специалисты из Массачусетского технологического института (на англ. MIT) в сотрудничестве с Гарвардским университетом и лабораториями в Италии и Швейцарии наконец смогли прояснить тайну. Она была зашифрована в факторах, которые делают постройки римских времен чрезвычайно долговечными. Или, другими словами, какие обстоятельства делают раствор, используемый для строительства в Риме, таким эффективным и стойким элементом. Знаменитый Пантеон Агриппы в итальянской столице, которому не менее 1895 лет, или многочисленные акведуки, до сих пор стоящие на территориях бывшей империи, являются примерами необычайного качества и прочности материала.

Профессор гражданской и экологической инженерии Адмир Масич, аспирантка Линда Сеймур и еще четыре исследователя из MIT объявили миру о своем открытии в статье, опубликованной в начале этого года в журнале Science Advances. Ранее, как цитируется в исследованиях современных архитекторов, считалось, что определяющим фактором его долговечности и прочности является вулканический пепел из Поццуоли в Неаполитанском заливе, который присутствует в бетоне, используемом римлянами во всех уголках их владений. Однако после более тщательного изучения профессор Масич и его помощники пришли к новым выводам.

Действительно, древние образцы римского бетона содержат в микроскопическом масштабе маленькие ярко-белые минеральные скопления или «обломки извести» (кстати, присутствующие во всех местах, где есть римские постройки). Эти известковые комочки, по словам Масича, «не встречаются в современных рецептурах бетона». Так что вопрос всплыл сам собой: почему они присутствовали в римском бетоне? Ответ пришел с использованием изображений с высоким разрешением и методов «химического картографирования», впервые разработанных в лаборатории для этого исследования MIT.

В то время как исторически предполагалось, что известь вводилась в римский бетон сначала в сочетании с водой в процессе, известном как гашение, спектроскопические исследования указали в другом направлении: смешивание материала происходило при экстремальных температурах. И это было возможным только благодаря экзотермической реакции, вызванной использованием негашеной извести «вместо или в дополнение к гашеной извести». При этом первый вывод, к которому пришла исследовательская группа, заключался в том, что горячее смешивание является одним из факторов долговечности римского бетона.

Как утверждает профессор Масич, «когда бетон в целом нагревается до высоких температур, это позволяет получить химическую реакцию, которая была бы невозможна, если бы использовалась только гашеная известь». С другой стороны, «повышение температуры значительно сокращает время отверждения и схватывания, поскольку все реакции ускоряются, что позволяет значительно ускорить строительство».

Но кроме того, после новых испытаний ученые обнаружили еще один фактор стойкости и долговечности римского бетона. Дело в том, что крошечные комочки извести придают материалу неизвестную до сегодняшнего дня способность к самовосстановлению. То есть, как только в бетоне начинают образовываться небольшие трещины (которые, кстати, передаются преимущественно через известковые частицы), данные кусочки извести обнажаются. С дождем образуется насыщенный раствор кальция, который перекристаллизуется в карбонат кальция и быстро заполняет эти трещины или вступает в реакцию с пуццолановыми материалами для дальнейшего укрепления композитного материала. Таким образом, трещины автоматически устраняются до того, как они углубятся. И помимо лабораторных испытаний, проведенных исследовательской группой, изучение различных образцов римского бетона с трещинами подтвердило гипотезу, поскольку они были заполнены кальцитом.