Стародавні будівлі, що добре збереглися, завжди привертають особливу увагу істориків і археологів. Але цього разу давньоримською спорудою зацікавилися фізики, хіміки та інженери. Група вчених із Массачусетського технологічного інституту (США) провела дослідження бетону, яким було скріплено каміння гробниці знатної римлянки. Відповідну роботу опубліковано в Journal of the American Ceramic Society.
Гробниця Цецилії Метелли — відома пам'ятка давньоримської архітектури, яка часто зустрічається і на полотнах європейських художників. Це кругла башта, збудована на квадратній основі. Стіни складені з великого каміння вулканічного походження, яке будівельники з'єднали бетоном. Потім споруду облицьовували блоками з травертину, що виглядають як велика цегла. Квадратна основа біля гробниці бетонна. Під час будівництва використовували матеріали застиглого лавового потоку, що утворився колись при виверженні вулканів у районі Альбанських гір. Висота будівлі – 21 метр, діаметр – 29 метрів.
Гробницю збудували поряд з Апієвою дорогою у 30-10 роках до нашої ери. Імовірно, це зробили на замовлення сина Цецилії Метелли — дуже знатної особи, дружини сина Марка Красса, який утворив разом із Цезарем та Помпеєм перший тріумвірат у 59 році до нашої ери.
Зведення гробниці Цецилії Метелли стало початком епохи нових будівельних технологій Стародавнього Риму. Їх у найзагальнішому вигляді описав Марк Вітрувій Полліон у знаменитому трактаті «Десять книг про архітектуру». За його словами, будівництво товстих стін із цегли або вулканічного каменю, скріплених розчином із вапна та вулканічної тефри (пористих осколків скла та кристалів, що утворилися при вибухових виверженнях), дозволило створити споруди, які «протягом тривалого часу не розсипалися б у порох».
Слова Вітрувія підтверджує прекрасний сучасний стан багатьох римських будівель, створених за тим самим принципом: наприклад, Ринок Траяна (збудований у 100-110 роках нашої ери, більш як через сторіччя після гробниці). Приблизно так само зроблено багато пірсів і хвилерізів. І, звісно, ??гробниця. Незважаючи на те, що стінам вже понад дві тисячі років, бетон залишається дуже міцним. У чому секрет?
Вчені з'ясували, що в тефрі, яку використовували для будівництва гробниці, було чимало лейциту — мінералу магматичного походження, багатого на калій. Віками, просочуючись крізь стіни гробниці, дощові та ґрунтові води розчиняли лейцит і виділяли калій у розчин. У сучасному бетоні велика кількість калію призвела б до утворення гелів, що розширюються, які викликали б мікротріщини і руйнування конструкції. Чому це не сталося з гробницею?
Вивчивши розчин за допомогою рентгенівської дифракції та раманівської спектроскопії, дослідники виявили, що бетон змінювався нерівномірно. Розчинений калій змінював структуру сполук у різних місцях по-різному. Рентгенівська дифракція дозволила проаналізувати змінені ділянки аж до їхньої молекулярної структури — і стало ясно, що вони отримали нанокристалічну природу, зменшивши середній розмір «зерна» в бетоні. Вчені вважають, що ці змінені ділянки посилюють зчеплення частинок, з яких складається такий бетон.
Процес зміни — тривалий, він триває постійно, тобто конструкція постійно зміцнюється, що дозволяє їй протистояти зовнішнім силам руйнування. Виходить, вона як би постійно «саморемонтується», чого сучасні бетони не можуть.
Вчені вважають, що незвичайної довговічності стін гробниці Цецилії Метелли вдалося досягти завдяки поєднанню двох факторів: вибору римськими будівельниками багатої лейцитом тефри як заповнювача та будівництва гробниці в місці з високим рівнем опадів та ґрунтових вод. Останнє призвело до постійної перебудови та «саморемонту» будівельного матеріалу.
На думку авторів роботи, їх відкриття можна застосувати для створення сучасних бетонів, що мають ті ж якості, що давньоримський. Особливо корисним це може стати в гідротехнічних спорудах, наприклад, греблі.
