Японські вчені розкрили секрет давньоримського бетону, який допоможе будувати надміцні камери ядерних реакторів

Рідкісний мінерал, який дозволив римським бетонним морським перешкодам вижити більш як 2000 років, був знайдений у товстих бетонних стінах виведеної з експлуатації атомної електростанції в Японії. Утворення глиноземного тобермориту збільшило міцність стін більш ніж утричі, ніж їх проєктна міцність, повідомляють дослідники та колеги Університету Нагої в журналі Materials and Design Висновок може допомогти вченим розробити міцніший та екологічніший бетон.

“Ми виявили, що гідрати цементу та породоутворюючі мінерали реагували подібно до того, що відбувається в римському бетоні, значно збільшуючи міцність стінок АЕС”, – говорить інженер з охорони навколишнього середовища Університету Нагої Іппей Маруяма.

Дослідження показали, що римський бетон, який використовувався при будівництві морських бар’єрів, зумів вижити понад два тисячоліття, оскільки морська вода розчиняє вулканічний попіл у суміші, що призводить до утворення глинистого тобермориту. Оскільки глиноземний тоберморит є кристалом, це робить бетон більш хімічно стійким і міцнішим. Дуже важко включити глиноземний тоберморит безпосередньо в сучасний бетон. Вчені генерували мінерал в лабораторії, але для цього потрібні дуже високі температури вище 70 C. З іншого боку, лабораторні експерименти показали, що гаряче середовище згубно впливає на міцність бетону, що призвело до норм, які обмежують його використання до температур нижче 65 C.

Маруяма та його колеги виявили, що глиноземний тоберморит утворився в бетонних стінах ядерного реактора при підтримці температури 40-55 С протягом 16,5 років.

Зразки були взяті з атомної електростанції Хамаока в Японії, яка працювала з 1976 по 2009 рік. Поглиблений аналіз показав, що дуже товсті стінки реактора здатні утримувати вологу. Мінерали, що використовуються для виготовлення бетону, реагували в присутності цієї води, збільшуючи доступність іонів кремнію та алюмінію та вміст лугу в стіні. Зрештою це призвело до утворення глинистого тобермориту.

Вчені виявили глинистий тоберморит, що утворився всередині стінок внаслідок реакцій між мінералами в бетонній суміші у присутності води та помірно високої температури протягом тривалого періоду.

“Наше розуміння бетону базується на короткотермінових експериментах, проведених у лабораторних часових масштабах”, – говорить Маруяма. “Але справжні бетонні конструкції дають нам більше розуміння для довгострокового використання”.

Маруяма та його колеги шукають шляхи зробити бетон більш міцним та екологічним. Цемент, що використовується у виробництві бетону, виробляє майже 10% викидів вуглекислого газу, створених людиною, тому команда прагне виробляти більш екологічно чисті суміші, які все ще відповідають стандартизованим вимогам до міцних бетонних конструкцій.