Гробницата на благородната дама разкрива нови тайни на древния бетон в древен Рим

Сред многото известни туристически обекти в Рим има впечатляващ 2000-годишен мавзолей по протежение на Via Appia, известен като Гробницата на Сесилия МетелаНабила е живял през първи век след Христа. Лорд Байрон беше сред онези, които се удивиха на Храма, дори го споменаваше в своята епична поема Поклонението на Чайлд Харолд (1812-1818). Сега учените са анализирали проби от древен бетон, използван за построяването на гробницата, и описват своите открития в публикува статия през октомври в Journal of the American Ceramic Society.

„Изграждането на този иновативен и много мощен паметник и забележителност на Via Appia Antica показва това [Caecilia Metella] Той беше много уважаван“, Съавторът Мери Джаксън каза:, геофизик в Университет на Юта. „Бетонната текстура след 2050 години отразява силно и издръжливо присъствие.“

като днес Портланд цимент (съществен компонент на съвременния бетон), стар римски бетон По същество беше смес от полутечна каша и инертни материали. Портланд цимент обикновено се прави чрез нагряване на варовик и глина (както и пясъчник, пепел, креда и желязо) в пещ. След това полученият клинкер се смила на фин прах, като се добавя само едно докосване на гипс – колкото по-високо, толкова по-добре, за да се получи гладка, равна повърхност. Но агрегатът, използван за направата на римски бетон, е парчета камък или тухли с размер на юмрук

в дипломната си работа архитектура (около 30 г. сл. Хр.), римски архитект и инженер Витрувий Той пише за това как да се изградят бетонни стени за погребални конструкции, които могат да издържат дълго време, без да паднат в руини. Той препоръчва стените да бъдат дебели най-малко два фута, направени или от „квадратен червен камък, или от тухла или лава, положени на слоеве“. Съвкупността от тухли или магмени скали трябва да бъде свързана заедно с суспензия от гасена вар, порести парчета стъкло и кристали от вулканични изригвания (известни като вулканична тефра).

Джаксън изучава необичайните свойства на древния римски бетон в продължение на много години. Например тя и много колеги са анализирали Разтворът, използван в бетона, от който е съставен Пазарите на Траян, построен между 100 и 110 г. сл. Хр. (вероятно най-старият търговски център в света). Те бяха особено заинтересовани от „лепилото“, използвано във фазата на свързване на материала: калциево-алуминиев силикат хидрат (CASH), подсилен с кристали от Стратлингет. Те открили, че стратгейт кристалите предотвратяват образуването и разпространението на микропукнатини в суспензията, което може да доведе до по-големи пукнатини в структурите.

През 2017 г. Джаксън е съавтор хартия Анализ на конкретната форма на руините от морски стени по средиземноморското крайбрежие на Италия, които в продължение на две хиляди години са издържали на суровата морска среда. Постоянните вълни от солена вода, разбиващи се в стените, отдавна биха превърнали съвременните бетонни стени в руини, но римските морски стени изглежда са станали по-силни в действителност.

Джаксън и нейните колеги откриха, че тайната за дълголетието му е специална рецепта, включваща смес от редки кристали и порест метал. По-конкретно, излагането на морска вода задейства химически реакции в бетона, причинявайки образуването на кристали от алуминиев тоберморит от филипсит, често срещан минерал, открит във вулканичната пепел. Кристалите са прикрепени към скалата, което отново предотвратява образуването и разпространението на пукнатини, които биха отслабили структурите.

Ето защо Джаксън беше естествено очарован от Цецилия Метела, която се смята за един от най-добре запазените паметници по Апиевия път. Джаксън посети гробището през юни 2006 г., когато взе малки проби от хоросан за анализ. Въпреки че денят на посещението й беше много топъл, тя си спомня, че щом влезе в коридора на светилището, въздухът беше изключително студен и влажен. „Беше много спокойно, с изключение на трептенето на гълъба в отворения център на кръглата структура“, каза Джаксън.

Почти нищо не се знае за лейди Цецилия Метела, благородничката, чиито останки са погребани в гробницата, освен че е дъщеря на римски консул, Квинт Цецилий Метел Кретик. ожених се Марк Лициний Крас, баща на (със същото име) беше част от първо трио, с Юлий Цезар И Помпей Велики. Вероятно беше синът й — също така наречен Марк Лициний Крас, Защо е лесно за историците да проследят родовата линия? – който поръчва построяването на светилището, което вероятно е построено понякога между 30 и 10 г. пр. н. е.

Предполага се, че мраморният саркофаг в Палацо Фарнезе е от гробницата на Цецилия Метела, но може да не са били благородниците, тъй като датира от 180 до 190 г. сл. Хр. Освен това кремацията е една от най-разпространените погребални традиции по време на смъртта на дамата и по този начин историците смятат, че гробницата Сила може би някога е съдържала погребална урна, а не някакъв вид каменен саркофаг.

Самата структура на гробницата представлява най-голям интерес за учени като Джаксън и нейните колеги. Светилището се намира на върха на хълм. Има цилиндрична ротонда на върха на квадратна платформа, със замък, прикрепен отзад, който е построен някъде през 14-ти век. Отвън има плоча с надпис „На Цецилия Метела, дъщеря на Квинт Кретик [and wife] Крас“.

Основата е частично изградена върху него туф скала (вулканична пепел, която е била компресирана под налягане) и скали от лава от древния поток, който някога е покривал района преди около 260 000 години. И платформата, и ротондата се състоят от няколко слоя дебел бетон, заобиколен от варовикови блокове като рамка, докато бетонните слоеве се образуват и втвърдяват. Стените на кулата са с дебелина 24 фута. Първоначално на върха е трябвало да има конична земна могила, но по-късно тя е заменена от средновековни крепостни стени.

За да разгледа по-отблизо микроструктурата на хоросана, Джаксън си партнира с колегите от MIT Линда Сиймор и Адмир Мъск, както и с Нобумичи Тамура от лабораторията на Лорънс Бъркли. Тамура анализира проби в усъвършенстван източник на светлина, което им помогна да идентифицират и насочат многото различни минерали, присъстващи в пробите. ALS лъчовата линия произвежда мощни рентгенови лъчи с микронни размери, които могат да проникнат в цялата дебелина на пробите в Тамура. Екипът също изобрази пробите със сканиращ електронен микроскоп.

Те открили, че хоросанът на гробницата е подобен на този, използван в стените на гроба Пазарите на Траян: Вулканична тефра от Pozzolane Rosse поток от лава, свързва големи парчета тухла и лава. Въпреки това, тефрата, използвана в гробницата, съдържа много богат на калий левцит. През вековете дъждовната и подземната вода се просмуква през стените на гробницата, разтваряйки левцит и освобождавайки калий. Това би било бедствие в съвременния бетон, което ще доведе до микропукнатини и сериозно влошаване на конструкцията.

Очевидно това не се е случило с гроба. но защо? Джаксън и други. Той установи, че калият в хаванчето се разтваря на свой ред и ефективно възстановява CASH-свързващата фаза. Някои части останаха непокътнати дори след повече от 2000 години, докато други изглеждаха по-меки и показаха някои признаци на разцепване. Всъщност структурата е донякъде подобна на тази на нанокристалите.

„Оказва се, че междинните слоеве в древния римски бетон на некропола Caecilia Metella непрекъснато се развиват чрез продължителна реконструкция“, Маск каза. „Тези реконструкции укрепват междинните региони и вероятно ще допринесат за подобряване на механичните характеристики и устойчивост на повреда на по-старите материали.

Колкото повече учените научаваха за точния състав на минералите и съединенията, използвани в римския бетон, толкова по-близо биха били до възможността да възпроизведат тези качества в бетона днес – като например намирането на подходящ заместител (като въглищна летлива пепел) за изключително редки магмени скали, използвани от римляните. Това може да намали енергийните емисии от производството на бетон с до 85 процента и значително да подобри живота на съвременните бетонни конструкции.

„Фокусът върху проектирането на модерен бетон с непрекъснато подсилени междинни слоеве може да ни предостави друга стратегия за подобряване на издръжливостта на съвременните строителни материали“, Маск каза. „Правенето на това чрез включване на доказана във времето „римска мъдрост“ осигурява устойчива стратегия, която ще подобри приемствеността на нашите съвременни решения с порядък на величина“.

DOI: Вестник на Американското керамично общество, 2021. 10.1111 / Джес .18133 (Относно DOI).