В первом веке нашей эры римский писатель Плиний Старший заметил в своей «Естественной истории», что бетонные постройки в гаванях, подверженные постоянным нападкам волн, становятся «единой каменной массой, непроницаемой для волн и с каждым днем делаются все крепче».

Плиний не преувеличивал. Несколько лет назад геологи из Университета Юты исследовали минералы и микроструктуры древнеримских бетонных пирсов, чтобы понять, почему спустя две тысячи лет они стали только прочнее, тогда как современные разваливаются едва ли не на глазах.

Американские ученые, применив к древнеримским строениям метод изучения вулканических пород, обнаружили, что морская вода, проникающая сквозь древний бетон, оставляет в порах минералы, увеличивающие сцепление материала.

Римские секреты

Кроме того, выяснилось, что древние римляне делали бетон, смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, а затем добавляя куски вулканического камня в раствор. Сочетание пепла, воды и негашеной извести провоцировало пуццолановую реакцию, названную так в честь города Поццуоли в Неаполитанской бухте. Этот материал римляне использовали для строительства множества архитектурных памятников, включая Пантеон и рынок Траяна в Риме, которые стоят по сей день.

Современный портландцемент, наиболее распространенный вид цемента, похож по своему составу на древнеримский, но с одной важной оговоркой –песок и щебень, в отличие от вулканических пепла и камня, инертны. Любая реакция с цементной массой может привести к расширению бетона и образованию трещин.

Данное обстоятельство вынуждает ученых заново изобретать новую рецептуру цемента или добавлять совершенно неожиданные ингредиенты в готовящийся бетон. Так, канадские ученые используют для увеличения прочности бетона переработанные автомобильные покрышки. Такой материал на 90% меньше подвержен износу, чем обычный, и способствует сокращению выбросов в атмосферу углекислого газа.

Гадание на кофейной гуще

Исследователи из Мельбурнского королевского технологического института пошли еще дальше. Они обнаружили, что замена части песка отходами кофейной гущи позволяет получить более надежный бетон – примерно на 30 проц. прочнее.

Как пишет Journal of Cleaner Production, во всем мире общее количество отработанной кофейной гущи, производимой ежегодно, составляет почти 60 млн тонн. В рамках эксперимента австралийцы использовали кофейную гущу из различных кафе Мельбурна в Австралии, и высушили ее, чтобы удалить влагу. Затем органический материал нагревали при двух разных температурах (350°C и 500°C), используя пиролиз – низкоэнергетический бескислородный процесс – для создания биоугля.

Эксперимент показал, что из всех протестированных бетонных композитов, самым эффективным оказался тот, в котором 15% песка заменили на кофейную гущу, пиролизованную при 350 °C.

Метод не только значительно улучшил свойства материала, по и позволил сократить использование природных ресурсов, таких как песок, что еще больше способствует более экологичному подходу к строительству, основанному на экономике замкнутого цикла.