Інженери хочуть повернути людство до бетону за римським рецептом: які мінуси та переваги

Саме тому науковці з Університету Півночі в Колумбії провели дослідження, щоб перевірити, наскільки виправданим був би такий перехід. Головний акцент автори нової статті зробили на екологічності та викидах парникових газів, пише 24 Канал з посиланням на iScience.

У чому переваги та недоліки давньоримського бетону?

Всупереч очікуванням, дослідники виявили, що виробництво римського бетону вимагає більше води та спричиняє більше викидів парникових газів, ніж виробництво сучасної версії. Однак, хоча початкові енергетичні витрати є вищими, римські бетонні суміші в кінцевому підсумку можуть виявитися більш ефективними в довгостроковій перспективі. Це пов'язано з тим, що їх не потрібно так часто замінювати або ремонтувати.

Умовно, кажучи, якщо ми маємо дві будівлі, одна з яких зроблена з римського бетону, а друга – з сучасного бетону, то друга почне руйнуватися вже через десять чи двадцять років, залежно від умов, а перша – стоятиме тисячу років. За цей час ви відремонтуєте або перебудуєте першу будівлю 50-100 разів, щоразу продукуючи нові викиди вуглекислого газу. Цей CO₂ вже під час кількох перших реставрацій перевищить обсяги викиду, що були зроблені під час виготовлення римської суміші бетону.

Коли ми беремо до уваги термін експлуатації бетону, тоді ми починаємо бачити переваги. Ми можемо багато чого навчитися у римлян. Якщо ми зможемо поєднати їхні стратегії з нашими сучасними інноваційними ідеями, ми зможемо створити більш стійке забудоване середовище,
– каже провідна авторка та інженерка Даніела Мартінес з Університету Півночі в Колумбії.

Важко порівняти довговічність римського бетону з сучасним бетоном, оскільки сьогодні багато бетонних споруд армовані сталлю. Сталь під час корозії розширюється, що призводить до розтріскування та руйнування навколишнього бетону вже за десять років. Для порівняння, бетон Стародавнього Риму здатний до "самовідновлення". Це означає, що коли в цементі з'являються тріщини, вони природним чином склеюються під впливом води, що просочується всередину. Це одна з причин, чому стародавні римські морські дамби простояли тисячоліття, попри постійні удари хвиль і корозійну дію солоної води. Чи здатний сучасний бетон на те саме, поки що незрозуміло.

"Корозія сталевої арматури є основною причиною руйнування бетону, тому порівняння слід проводити з великою обережністю", – пояснює ще один автор і інженер Пауло Монтейро з Каліфорнійського університету в Берклі.

Даніела Мартінес та її команда визнають, що більш довговічні цементні конструкції "можуть лише частково компенсувати зростаючий попит на нові матеріали", але римські методи виробництва можуть мати й інші екологічні переваги. І римський бетон, і сучасний виготовляються з одного і того ж основного інгредієнта. При нагріванні вапняк утворює високореактивний їдкий порошок, який називається негашеним вапном. У поєднанні з водою цей порошок утворює міцний розчин. У Римській імперії рецептури бетону були досить різноманітними, але зазвичай цей розчин змішували з місцевими вулканічними породами, а не з гіпсом, який використовується в сучасному бетоні.

Римський бетон також виробляє набагато менше небезпечних забруднювачів повітря, можливо тому, що вапняк спалюється за допомогою дубової та ялинової деревини, а не викопного палива.

Згідно з останніми моделями, використання римських технологій виробництва цементу може зменшити викиди оксиду азоту та оксиду сірки на 98% порівняно з сучасними методами.

Використання біомаси та інших альтернативних видів палива для опалення печей може виявитися більш ефективним для декарбонізації сучасного виробництва цементу, ніж впровадження римських рецептур бетону,
– каже Мартінес.

Сьогодні бетон є другим за популярністю матеріалом у світі після води. Його виробництво становить приблизно 8% від загального обсягу антропогенних викидів вуглецю, що дорівнює приблизно чверті всіх викидів вуглецю в промисловості.

За даними вченого-матеріалознавця з Арізонського державного університету Нараянана Нейталата, якби виробництво цементу було окремою країною, воно посідало б третє місце у світі за обсягом викидів вуглекислого газу після Китаю та США. Якщо ми хочемо мати реальні шанси не перевищити потепління планети більше у два градуси Цельсія, тоді викиди, пов'язані з виробництвом цементу, повинні зменшитися більш ніж на 20 відсотків у найближче десятиліття, зазначають науковці. Вивчення стародавнього римського бетону може допомогти нам досягти цих нагальних кліматичних цілей.