Фото pxhere.com.
Очутившись внутри гигантской чаши римского Колизея, легко представить ревущую толпу в пятьдесят с лишним тысяч человек, глазеющую на кровавые бои гладиаторов, гонки колесниц и пышные процессии.
Овал из скрепленных строительным раствором камней, известный также как амфитеатр Флавия, длиной 188 метров и высотой в четыре этажа, по сей день остается самым большим амфитеатром в мире. За его открытием в 80 году нашей эры последовали сто дней непрерывных представлений, в ходе которых на арене были убиты девять тысяч диких зверей.
Созданный спустя 40 лет Пантеон знаменит своим потрясающим куполом диаметром 43 метра. В его верхней точке находится круглое окошко под названием оculus («глаз») — единственный источник света.
Название, восходящее к древнегреческим словам «все» и «боги», вроде бы говорит о религиозном предназначении, но часть историков полагает, что Пантеон был воздвигнут для возвеличивания императоров. И сегодня это крупнейший в мире неармированный бетонный купол.
Несомненно, древние римляне знали толк в грандиозном строительстве. Созданные почти две тысячи лет назад, два колоссальных и невероятно технически сложных сооружения стоят, пережив породившую их империю.
Они не поддались стихийным бедствиям, нашествиям варваров и войнам, олицетворяя собой непреходящее влияние Рима на мировую цивилизацию. Но как удалось создать такие здания без современных технологий?
Построенный из неармированного бетона, Пантеон увековечил совершенство римской архитектуры. Фото wikimedia.org.
Изучая древнеримские постройки, современные инженеры и материаловеды пришли к выводу, что залогом необыкновенной прочности были гениальные конструкторские решения в сочетании с применением бетона, долговечного и одновременно пластичного материала, широко используемого в наши дни.
Римляне не изобрели бетон, но достигли небывалых высот в умении строить из него.
Заливка жидкого бетона в опалубку позволяла римским архитекторам получать любые конфигурации. Полет их фантазии ограничивался только техническими возможностями создания соответствующих деревянных форм. Но знаменитые арки, сводчатые потолки и купола не были лишь результатом игры воображения.
Высшие достижения римской имперской архитектуры — плод сложнейших инженерных расчетов. «Они умели выполнять такие расчеты и воплощать их в жизнь с исключительной точностью», — говорит Ренато Перуччио, строительный эксперт из университета Рочестера в Нью-Йорке.
Состав бетона также был уникальным и тщательно продуманным. Римский бетон отличался от современного и, благодаря входившим в него ингредиентам, обладал феноменальной устойчивостью к внешним воздействиям.
В наши дни бетон делается в основном на основе портландцемента, состоящего из богатого кремнием песка, известняка, глины, мела и других минералов, который нагревают при температуре до 2000 градусов и превращают в мелкий порошок, и наполнителя — каменных частиц величиной от песчинки до мелкой гальки. Использование наполнителя делает бетон прочным и позволяет экономить цемент.
В смесь цемента и наполнителя добавляют воду, и в ходе реакции, известной в просторечии как схватывание, бетон превращается в однородную твердую массу.
Наполнитель подбирается таким образом, чтобы он был максимально химически инертным. Идея состоит в том, чтобы в дальнейшем в бетоне не возникало никаких реакций, которые ведут к появлению трещин и снижают его прочность.
Римский бетон делался из негашеной извести и наполнителя из камней вулканического происхождения, в изобилии имевшихся в окрестностях Вечного города. В отличие от современных наполнителей, эти вулканические минералы были химически активными, и процессы в бетоне после его затвердения шли еще несколько сотен лет.
«Портландцементы не должны менять состав, а если такое случается, это всегда плохо, — говорит геолог из университета штата Юта Мэри Джексон, занимавшаяся изучением древнеримского бетона несколько десятков лет. — Римляне, напротив, хотели, чтобы в их бетоне шли реакции, и выбирали соответствующие наполнители».
Единственное окно в куполе Пантеона дает достаточно света. Фота pxhere.com.
В результате древнеримский бетон со временем становился только крепче. Благодаря длительным химическим процессам мелкие трещины, образующиеся в местах соприкосновения цемента с кусочками наполнителя, не расширялись, а сами собой заделывались.
Именно эта способность к самовосстановлению, возникавшая благодаря активным вулканическим минералам, придает древнеримским постройкам исключительную долговечность.
«Сегодня мы умеем производить бетон с большей прочностью на растяжение, и что из этого? — говорит Ренато Перуччио. — Современные сооружения из бетона рассчитаны на сто лет, и то если их подновлять, а римские стоят тысячу лет и больше безо всякого вмешательства».
Исследователи давно предполагали, что римские здания обязаны своей долговечностью вулканическим минералам. Но лишь в 2014 году Мэри Джексон и ее коллеги установили химическую природу явления.
Они изготовили бетон по рецептам, применявшимся в ходе строительства знаменитого рынка Траяна, и наблюдали за ростом плоских кристаллов из вещества под названием штрётлингит в местах соприкосновения цемента с кусочками наполнителя.
Они выяснили, что эти кристаллы укрепляли бетон в самых слабых точках и препятствовали возникновению трещин.
Новая работа Джексон, опубликованная осенью 2021 года, свидетельствует о том, что кристаллический штрётлингит был не единственным продуктом химических реакций, повышавшим прочность бетона.
Ученая и ее команда изучили образец бетона из 21-метрового цилиндрического обелиска, воздвигнутого рядом с Аппиевой дорогой около 30 года до нашей эры над могилой знатной римлянки по имени Цецилия Метелла. Оказалось, что наполнитель состоял из богатого калием вулканического минерала лейцита.
За две с лишним тысячи лет дожди и грунтовые воды размыли лейцит, и калий высвободился. Современный бетон от этого пошел бы трещинами и разрушился.
Но, как установила Джексон, в случае с древнеримским бетоном результат был обратным. Калий изменил состав скреплявшего его «клея» и придал ему дополнительную прочность, хотя штретлингита в нем содержалось значительно меньше, чем в бетоне с рынка Траяна.
По словам участницы исследования Линды Сеймур из Массачусетского технологического института, «эти сооружения имели разный состав, в них шли различные процессы, но разнообразие использовавшихся римлянами наполнителей в конечном счете вело к одному — повышению долговечности».
Рынок Траяна часто называют первым торговым центром в мире. Фото wikimedia.org.
Вероятно, не все варианты работали одинаково хорошо, но в случаях с Колизеем и Пантеоном римские строители, несомненно, достигли успеха.
Колизей был построен в основном не из бетона, а из глыб травертинского известняка, но и бетон сыграл важную роль. Его главный вклад в сохранность прославленных арок не виден невооруженным глазом.
«Туристу этого не разглядеть, но главное объяснение, почему Колизей стоит по сей день, состоит в том, что он возвышается на бетонном фундаменте исключительной прочности», — объясняет Мэри Джексон.
Глубина фундамента Колизея составляет целых 12 метров. В качестве наполнителя использовались крупные обломки застывшей лавы. Без такого основания Колизей был бы разрушен неоднократными землетрясениями.
Ни одна поездка в Рим не обходится без посещения Колизея, но для тех, кто особенно интересуется античной архитектурой и ролью в ней бетона, объектом № 1 является Пантеон, говорит Ренато Перуччио.
Диаметр купола и высота от пола ротонды до верхней точки составляют те же 43 метра, так что внутри Пантеона можно было бы разместить огромный идеальной формы шар.
Говоря о куполе Пантеона, ключевое слово здесь — «неармированный». По мнению Ренато Перуччио, если бы современный архитектор захотел возвести такой купол, ему бы не разрешили, поскольку все строительные нормативы требуют закладывать в бетон стальные балки.
Римские здания пережили создавшую их империю. Фото wikimedia.org.
«Купол испытывает очень сильное напряжение на разрыв, но стоит 19 веков, — говорит Перуччио. — Тут два варианта: либо закон всемирного тяготения тогда действовал по-другому, либо они располагали каким-то утраченным ныне знанием».
Помимо уникального химического состава бетона, римские архитекторы использовали множество разных приемов. Два из них были направлены на то, чтобы сделать стены сооружения максимально легкими.
В ходе строительства жидкий бетон для сферического купола поднимали на леса и заливали в деревянные формы, представлявшие из себя постепенно сходящиеся к центру круги. Чтобы снизить колоссальную нагрузку, по мере приближения к нему в качестве наполнителя использовались более легкие породы, а боковые стены делали максимально тонкими.
Ближе к основанию купола толщина его стенок достигает шести метров. Для прочности в них закладывались тяжелые базальтовые глыбы. Вокруг «глаза» толщина уменьшается до двух метров, а роль наполнителя выполняет пористая вулканическая пемза, настолько легкая, что плавает в воде.
Второй трюк состоит в выдолбленных в потолке прямоугольниках, известных как «сундуки». Резной орнамент выглядит завораживающе, но дело не только в эстетике.
Они также снизили количество пошедшего на купол бетона и облегчили его.
Участник исследования 2021 года, материаловед из Массачусетского технологического института Адмир Масик в своей книге назвал Пантеон «триумфом бетона».
Исследователь указывает на еще одно обстоятельство:
сегодняшний бетон несет человечеству много прекрасного и полезного, но производство портландцемента для его изготовления дает порядка 8% мирового объема выбросов парниковых газов.
Масик и Джексон изучают древнеримский бетон с целью сделать его современные аналоги более экологически чистыми. По словам Масика, основное преимущество античного бетона в том, что его связывающий компонент на основе негашеной извести требовалось нагревать до 900 градусов, а портландцемент — минимум до 1450.
Использование старинной технологии позволило бы сжигать меньше топлива, а долговечность сооружений из древнеримского бетона — реже заменять их.
«Представьте себе, что мы вносим в каждый проект способность бетона восстанавливаться, и вся наша инфраструктура служит не сто, а пятьсот лет, — говорит Масик. — Это проблема всей современной экономики. Производить более долговечные вещи — простейший способ беречь окружающую среду».
Мэри Джексон и ее сотрудники участвуют в проекте американского министерства энергетики ARPA-e, задача которого — научиться делать бетон по древнеримским рецептам, сократить вредные выбросы в процессе его изготовления на 85% и повысить срок эксплуатации сооружений в четыре раза.
Основные препятствия — долгий срок затвердевания римского бетона (полгода против месяца сейчас) и примерно в 10 раз меньшая прочность, что делает его непригодным для некоторых современных построек.
Но Масик утверждает, что химические реакции можно ускорить. Он работает над технологией впрыскивания в римский бетон двуокиси углерода, что может сократить время его приготовления до нескольких суток.
Бердымухамедов хочет закрыть «Врата ада»
В Камеруне нашли новое дерево и назвали его в честь Леонардо Ди Каприо
