Новый материал для консервации древних гротов создан по римским технологиям

Зона просачивания воды в гротах Бэйшань Дацзуских скальных рельефов. Автор: Команда профессора Ма

Вдохновившись технологиями древнеримского бетона, команда под руководством профессора Ма Сяо из Научно-технического университета Китая разработала новый недорогой и высокопрочный тампонажный материал на основе кальций-силикат-гидрата для консервации гротов. Их исследование опубликовано в журнале Advanced Science.

Скальные памятники служат важными архивами человеческой истории. Китайские храмовые гроты, такие как пещеры Могао в Дуньхуане и гроты Бэйшань Дацзуских скальных рельефов, объединяют архитектуру, скульптуру и настенную живопись в масштабные сокровища китайской цивилизации. Однако столетия естественной эрозии сделали многие гроты уязвимыми для различных повреждений, таких как растрескивание стен и проникновение воды.

В южном Китае жаркий и влажный климат усугубляет просачивание воды через трещины, что не только нарушает структурную стабильность гротов, но и вызывает комплексное разрушение, включая поверхностное выветривание, кристаллизацию солей и биологическую эрозию.

Одной из ключевых проблем в борьбе с просачиванием воды в гротах является использование тампонажных материалов для герметизации трещин. Идеальные тампонажные материалы должны обладать соответствующей механической прочностью, хорошей паропроницаемостью и высокой долговечностью. Традиционные материалы, такие как органические смолы и цементные составы, часто не соответствуют особым потребностям сохранения культурных реликвий из-за недостаточной совместимости или рисков вторичного повреждения.

В поисках идеального материала команда сочетает эксперименты с молекулярно-динамическим моделированием и исследует, как кальций-силикат-гидрат (C-S-H) взаимодействует с ключевыми минералами (такими как кварц, альбит и кальцит) в песчанике Бэйшань Дацзуских скальных рельефов. Их работа выявила критическую роль водородных связей в межфазной адгезии и синергию механического сцепления и химической связи, обеспечив теоретическую основу для оптимизации материала.

Изображение просвечивающей электронной микроскопии и картирование элементов синтезированного C-S-H. Автор: Команда профессора Ма, из Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202503333

Основываясь на этом открытии, команда синтезировала гель C-S-H с сетевидной структурой при комнатной температуре. Путем оптимизации таких параметров, как соотношение Ca/Si, водоцементное отношение, соотношение вяжущего и заполнителя, а также дозировка суперпластификатора на основе поликарбоксилата, они значительно улучшили общие характеристики тампонажного материала. Эта оптимизированная формула теперь является идеальным кандидатом для решения проблем просачивания воды в Дацзуских скальных рельефах.

С помощью комплексного метода, охватывающего дизайн материалов, синтез, характеристику и анализ интерфейсов, эта работа разработала целенаправленную исследовательскую структуру для защитных материалов и установила парадигму для сохранения храмовых гротов и другого каменного культурного наследия.

Интересный факт: древнеримский бетон, который вдохновил исследователей, демонстрирует удивительную долговечность — некоторые римские сооружения, такие как Пантеон и акведуки, простояли более 2000 лет. Секрет их прочности долгое время оставался загадкой для ученых, и лишь современные исследования выявили уникальные химические процессы, происходящие в этом материале.

Больше информации: Mengjun Jia et al, From Ancient Techniques to Modern Solutions: In Situ Synthesis of C–S–H for Sandstone Conservation, Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202503333