В стремежа си да подобрят строителството, някои търсят отговори в далечното минало.
Древните строители по света са създали структури, които все още се издигат и днес, хиляди години по-късно. Постиженията са на римските инженери, които изграждат солидни морски бариери от бетон, на зидарите на маите, които изработват скулптури на своите богове, та чак до китайските строители, които издигат стени срещу нашественици.
В същото време десетки по-скорошни структури вече гледат към края на своя срок на годност: Бетонът, който изгражда голяма част от съвременния свят, има живот между 50 и 100 години.
Все по-голям брой учени изучават материали от отдавнашни епохи – отчупват и анализират парчета от сгради, преглеждат исторически текстове, изпробват изкопирани рецепти – с надеждата да открият как тези структури са се запазили през хилядолетията.
Това инженерство, насочено към историята, е довело до изненадващ списък от съставки, които са били влагани в старите сгради – материали като дървесна кора, вулканична пепел, ориз, бира и дори урина. Тези неочаквани добавки биха могли да бъдат ключ към някои доста впечатляващи свойства, като способността на структурите да се заздравяват с времето и да “лекуват” пукнатините, когато те се образуват.
Разбирането как да се копират тези свойства може да има реално въздействие върху строителството днес. Докато нашият съвременен бетон има здравината да издържа натоварването на огромни небостъргачи и тежка инфраструктура, той не може да се конкурира с издръжливостта на тези древни материали.
А с нарастващите заплахи от изменението на климата, все по-наложително е да направим строителството по-устойчиво. Според неотдавнашен доклад на ООН, застроената среда е отговорна за повече от една трета от световните емисии на CO2, а само производството на цимент е причина за 7% от тези емисии.
“Ако подобрите свойствата на материала, като използвате традиционни рецепти от маите или древните китайци, можете да произведете материал, който да се използва в съвременното строителство и да е много по-устойчив”, споделя Карлос Родригес-Наваро, специалист по културно наследство в университета в Гранада, Испания.
По-добър ли е древният римски бетон от днешния?
Много изследователи се обръщат към древните римляни за вдъхновение. Около втори век преди новата ера архитектите на Римската империя започват да строят впечатляващи бетонни конструкции, които са издържали проверката на времето – от извисяващия се купол на Пантеона, до здравите акведукти, които все още пренасят вода и до днес.
Дори в пристанищата, където морската вода е разрушавала конструкциите в продължение на хилядолетия, бетонът е в основата си такъв, какъвто е бил, когато са го изливали преди 2000 години. Това твърди Джон Олесън, археолог в университета „Виктория“ в Канада.
Повечето съвременни бетони се състоят от портландцимент – прах, произведен от нагряване на варовик и глина до свръхвисоки температури и смилането им. Този цимент се смесва с вода, за да се получи химически реагираща паста. След това се добавят парчета инертни материали като скали и чакъл, а циментовата паста ги свързва в бетонна маса.
Според данни от древни архитекти като Витрувий, римският бетон е бил подобен на по-горе описаното. Древните строители са смесвали материали като изпечен варовик и вулканичен пясък, с вода и чакъл, създавайки химически реакции, за да се свържат всички компоненти заедно.
Сега учените смятат, че са открили основната причина, поради която римският бетон е издържал в конструкциите в продължение на хиляди години – древните материали имат необичайната способност да се самовъзстановяват. Как точно се случва това, все още не е напълно ясно, но учените започват да правят някои изводи.
В изследване, публикувано по-рано тази година, Адмир Машич, строителен инженер и специалист по околната среда в Масачузетския технологичен институт, предполага, че тази способност за самовъзстановяване идва от парчетата варовик, които са влагани в римския бетон цели, вместо да бъдат стрити на прах и смесени равномерно. Изследователите са смятали досега, че тези парчета са знак, че римляните не са могли да смесват достатъчно добре материалите си.
Вместо това, след анализ на бетонни проби от Привернум – древен град близо до Рим, учените откриват, че парчетата варовик могат да захранват “самолечението” на материала. Когато се образуват пукнатини, водата прониква в бетона, обяснява Масич. Тази вода активира нарочно оставените несмлени парчета варовик, като предизвиква нови химични реакции, които могат да запълнят повредените участъци.
Мари Джаксън, геолог в Университета на Юта, има различно мнение. Нейните изследвания показват, че ключът може да се крие в специфичните вулканични материали, използвани от римляните.
Според нея строителите са събирали вулканични скали, останали след изригвания, за да ги смесят в бетона. Този естествено реактивен материал се променя с течение на времето, тъй като взаимодейства с останалите елементи, твърди Джаксън. И именно това му позволява да уплътнява появилите се пукнатини.
Способността да се адаптира с течение на времето е истинската гениалност на този материал, подчертава Джаксън и заключава: „Бетонът е толкова добре проектиран, че поддържа себе си.“
Използване на дървесен сок за изработване на скулптури, здрави като мидени черупки
В Копан, селище на маите в Хондурас, сложни скулптури от варовик остават непокътнати дори след повече от 1000 години излагане на гореща и влажна среда. И според проучване, публикувано по-рано тази година, тайната на дълголетието на тези структури може да се крие в дърветата, които растат сред тях.
Изследователите тук имат жива връзка със създателите на структурите. Те се срещнаха с местни зидари в Хондурас, като проследиха връзката им чак до строителите на маите, обяснява Родригес-Наваро, който е работил върху изследването.
Каменоделците предложили да се използват екстракти от местните дървета чукум и джиоте в сместа от варовик. Когато изследователите изпробвали рецептата, събирайки кората, поставяйки парчетата във вода и добавяйки дървесен “сок” в материала, те установили, че получената смес е особено издръжлива на физически и химически повреди.
Когато учените увеличили мащаба на изследването, те установили, че парчетата органичен материал и дървесният сок се включват в молекулярния състав на сместа. По този начин варовиковият материал на маите е бил в състояние да имитира здравината на естествени структури като миди и бодли на морски таралежи, както и да придобие част от тяхната здравина, твърди Родригес-Наваро.
Проучванията са установили, че всички видове природни материали са смесвани от древни времена: плодови екстракти, мляко, извара, бира, дори тор и урина. Разтворът, който е използван при строежа на някои от най-известните китайските структури – включително Великата китайска стена и Забраненият град, съдържа следи от нишесте от лепкав ориз.
Късмет или умение?
Някои от тези древни строители може би просто са имали късмет, смята Сесилия Пеше, специалист по материалознание от Университета в Шефилд, Англия. Те са хвърляли почти всичко в смесите си, стига да е било евтино и достъпно, а тези, които не са били сполучливи, отдавна са се разпаднали.
“В строителството древните са влагали всякакви неща”, продължава Пеше. “И сега имаме само оцелелите сгради. Така че, това е нещо като процес на естествен подбор.”
Но някои материали изглежда показват по-сериозно отношение – като в Индия, където строителите изработват смеси от местни материали, за да създадат различни продукти, споделя Тирумалини Селварадж, строителен инженер и професор в Индийския технологичен институт Велоре.
Според изследванията на Селварадж, във влажните райони на Индия строителите са използвали местни растения, които помагат на конструкциите да се справят с влагата. По крайбрежието те добавят ягери – нерафинирана захар, която може да помогне за защита от увреждане от солта. А в райони с повишен риск от земетресения, те използват свръхлеки “плаващи тухли”, изработени от оризови люспи.
“Те познавали региона, познавали състоянието на почвата, споделя Селварадж. “Така те проектирали материала, съобразявайки се с конкретните условия.”
Древни римски … небостъргачи?
Днешните строители не могат просто да копират древните рецепти. Въпреки че римският бетон е преживял толкова дълго време, той не е издържал на големи натоварвания: “Не бихте могли да построите съвременен небостъргач с римски бетон”, казва Олесон. “Той би се срутил, още когато стигнете до третия етаж.”
Вместо това изследователите се опитват да използват някои от съставките на древния материал и да ги добавят в съвременните смеси. Масик е част от стартираща компания, която се опитва да изгради нови проекти, вдъхновени от римската епоха и по-точно – “самолекуващ се” бетон. А Джаксън работи с Армейския инженерен корпус за проектиране на бетонни конструкции, които могат да издържат дълго в морските води. Като тези в римските пристанища, за да се помогне за защитата на бреговете от покачването на морското равнище.
Не е необходимо нещата да издържат толкова дълго, колкото римските, за да твърдим, че това ще има ефект, споделя Масик. Но все пак, ако добавим 50 или 100 години към живота на бетона, ще се нуждаем от по-малко разрушаване, по-малко поддръжка и по-малко материали в дългосрочен план.
