Wysoką wytrzymałość starożytnych murów Chin zapewniał bulion ryżowy, który budowniczowie dodawali do zaprawy wapiennej. Mieszanina zawierająca węglowodanową amylopektynę mogła być pierwszym na świecie organiczno-nieorganicznym materiałem kompozytowym.
Materiały kompozytowe, czyli kompozyty – wieloskładnikowe materiały stałe, które pozwalają łączyć użyteczne właściwości ich składników, stały się już nieodzowne dla infrastruktury społeczności ludzkich. Specyfiką kompozytów jest to, że łączą one elementy wzmacniające, które zapewniają niezbędne właściwości mechaniczne materiału, oraz matrycę spoiwa, która zapewnia wspólne działanie elementów wzmacniających. Materiały kompozytowe znajdują zastosowanie w budownictwie (żelbeton) oraz w silnikach spalinowych (powłoki na powierzchniach ciernych i tłokach), w lotnictwie i kosmonautyce, przy produkcji pancerzy i prętów.
Ale ile lat mają kompozyty i jak szybko stały się skuteczne? Pierwsze, co przychodzi na myśl, to prymitywne cegły z gliny, ale zmieszane ze słomą (która jest po prostu „matrycą spajania”), używaną w starożytnym Egipcie.
Jednak chociaż te projekty były lepsze niż nowoczesne odpowiedniki niekompozytowe, nadal były bardzo niedoskonałe, a zatem krótkotrwałe. Jednak rodzina „starożytnych kompozytów” nie ogranicza się do tego. Chińskim naukowcom udało się odkryć, że tajemnica pradawnej zaprawy, która zapewnia wytrzymałość Wielkiego Muru Chińskiego na naporu wieków, tkwi także w dziedzinie nauki o materiałach kompozytowych.
Starożytna technologia była bardzo droga, ale skuteczna.
Moździerz został zrobiony ze słodkiego ryżu, który jest podstawą nowoczesnych dań kuchni azjatyckiej. Grupa profesorów chemii fizycznej Bingjiang Zhang odkryła, że budowniczowie używali lepkiej zaprawy wykonanej z ryżu już 1,5 roku temu. W tym celu bulion ryżowy został zmieszany ze zwykłymi składnikami roztworu – wapnem gaszonym (wodorotlenkiem wapnia), otrzymanym przez kalcynację wapienia (węglanu wapnia) w wysokiej temperaturze, a następnie zgaszanie powstałego tlenku wapnia (wapno palone) wodą.
Być może zaprawa ryżowa była pierwszym na świecie kompletnym materiałem kompozytowym, który łączył składniki organiczne i nieorganiczne.
Była mocniejsza i bardziej odporna na deszcz niż zwykła zaprawa wapienna i była z pewnością największym przełomem technologicznym swoich czasów. Wykorzystano go jedynie przy budowie szczególnie ważnych budowli: grobowców, pagód i murów miejskich, z których część przetrwała do dziś i wytrzymała kilka potężnych trzęsień ziemi oraz próby rozbiórki przez współczesne buldożery.
Naukowcom udało się odkryć „substancję aktywną” roztworu ryżu. Okazało się, że to amylopektyna, polisacharyd składający się z rozgałęzionych łańcuchów cząsteczek glukozy, jednego z głównych składników skrobi.
„Badania analityczne wykazały, że zaprawa w starożytnym murze jest materiałem kompozytowym organiczno-nieorganicznym. Skład określono za pomocą termograwimetrycznej różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), dyfrakcji rentgenowskiej, spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera i skaningowej mikroskopii elektronowej. Ustalono, że amylopektyna tworzy mikrostrukturę mieszaniny ze składnikiem nieorganicznym, co zapewnia cenne właściwości budowlane roztworu ”- mówią chińscy naukowcy w artykule.
Zauważają, że w Europie od czasów starożytnych Rzymian pył wulkaniczny był używany do wzmacniania zaprawy murarskiej. W ten sposób osiągnęli stabilność roztworu w wodzie – nie rozpuszczał się w niej, a wręcz przeciwnie, tylko stwardniał. Ta technologia była szeroko rozpowszechniona w Europie i Azji Zachodniej, ale nie była używana w Chinach, ponieważ po prostu nie było niezbędnych materiałów naturalnych. Dlatego chińscy budowniczowie wyszli z sytuacji, opracowując organiczny suplement na bazie ryżu.
Oprócz wartości historycznej odkrycie ma również znaczenie praktyczne. Przygotowanie próbnych ilości zaprawy wykazało, że pozostaje ona najskuteczniejszym środkiem do renowacji zabytkowych budynków, w których często konieczna jest wymiana materiału łączącego w cegle lub murze.