Стену крепит рис

Композиционный материал из рисового супа и извести использовался для строительного раствора в Китае

Высокую прочность древних стен Китая обеспечивал рисовый бульон, который строители добавляли в раствор из извести. Смесь, содержащая углевод амилопектин, возможно, была первым в мире органическо-неорганическим композиционным материалом.

Композиционные материалы, или композиты — многокомпонентные сплошные материалы, позволяющие комбинировать полезные свойства их составляющих, стали уже незаменимыми для инфраструктуры человеческих сообществ. Особенность композитов в том, что они комбинируют в себе армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и связующую матрицу, обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Композиционные материалы используются при строительстве (железобетон) и в двигателях внутреннего сгорания (покрытия на поверхностях трения и поршни), в авиации и космонавтике, при изготовлении броней и удилищ.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "2977553",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_3377254_i_1"
}

Но насколько стары композиты и как быстро они стали эффективными? Первое, что приходит на ум, – примитивные кирпичи из глины, но смешанные с соломой (которая является как раз «связующей матрицей»), использовавшиеся еще в Древнем Египте. Однако эти конструкции были хотя и лучше современных некомпозитных аналогов, но все-таки очень несовершенными и потому недолговечными.

Однако этим не ограничивается семейство «древних композитов». Китайским ученым удалось выяснить, что секрет древнего строительного раствора, обеспечивающего прочность Великой китайской стены перед напором веков, тоже лежит в области науки о композиционных материалах. Их работу публикует Accounts of Chemical Research.

Древняя технология была весьма недешевой, но эффективной.

Строительный раствор изготовлялся с применением сладкого риса, главного компонента современных азиатских блюд.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "1884475",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_3377254_i_2"
}

Группа профессора физической химии Бинцзяна Чжана выяснила, что строители использовали клейкий строительный раствор из риса уже 1,5 тыс. лет назад. Для этого рисовый бульон смешивали с обычными ингредиентами для раствора – гашеной известью (гидроксид кальция), получаемой при прокаливании известняка (карбонат кальция) при высокой температуре с последующим гашением полученного оксида кальция (негашеной извести) водой.

Возможно, рисовый строительный раствор был первым в мире полноценным композитным материалом, сочетавшим органические и неорганические компоненты.

Он был более прочным и устойчивым к дождям, чем обычный известковый раствор, и наверняка стал величайшим технологическим прорывом своего времени. Он использовался только при строительстве особенно важных конструкций: гробниц, пагод и городских стен, некоторые из которых сохранились до наших дней и выстояли под ударами нескольких мощных землетрясений и попыток сноса современными бульдозерами.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 3,
    "pic2": "/files3/254/3377254/ar-2009-001944_0005.jpeg",
    "picsrc": "Микроснимки, показывающие текстуру строительного раствора. а - снимок раствора из древней стены, b - снимок чисто известкового раствора, с-e - снимки фрагментов раствора с содержанием рисового бульона 1-5%. Чем больше бульона содержит раствор, тем тоньше его микроструктура и тем эффективнее и устойчивее он скрепляет блоки//Fuwei Yang et al.",
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3377254_i_3"
}

Ученым удалось выяснить и «действующее вещество» рисового раствора. Им оказался амилопектин – полисахарид, состоящий из разветвленных цепочек молекул глюкозы, один из основных компонентов крахмала.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "1308420",
    "incutNum": 4,
    "repl": "<4>:{{incut4()}}",
    "uid": "_uid_3377254_i_4"
}

«Аналитическое исследование показало, что раствор в древних каменных кладках – это органическо-неорганический композитный материал. Состав был установлен методами термогравиметрической дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), рентгеновской дифракции, инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием и сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что амилопектин формирует микроструктуру смеси с неорганической компонентой, что обеспечивает ценные строительные свойства раствора», — говорится в статье китайских исследователей.

В Европе, отмечают они, со времен древних римлян для придания дополнительной прочности строительному раствору использовали вулканическую пыль. Таким образом, они добивались устойчивости раствора к воде – он не растворялся в ней, а, наоборот, лишь твердел. Эта технология была распространена в Европе и Западной Азии, однако не использовалась в Китае, так как там просто не было необходимых природных материалов. Поэтому китайские строители вышли из положения, разработав органическую добавку на основе риса.

Кроме исторической ценности открытие важно и в практической плоскости.

Приготовление тестовых количеств раствора показало, что он по сей день остается самым эффективным средством для реставрации древних зданий, где часто требуется заменить именно соединительный материал в кирпичной или каменной кладке.