История появления цемента. Цемент древний рим

Римский бетон « Попаданцев.нет

Человечество строило давно. И из кирпича и из камня и из дерева.При этом в случае с каменной и кирпичной кладкой, ее нужно было чем-то скреплять и раствор был придуман очень давно.Однако, в Древнем Риме идею раствора развили, когда камни с кирпичами и не нужны — достаточно раствора с наполнителем.Однако и раствор нужен не обычный, и наполнитель, и хотя оно и называется «бетоном», на современный бетон он похож крайне мало…

Надо сказать, что совсем неудивительно, что бетон начали массово применять в Древнем Риме:

1. Большой объем строительства. Любая империя начинает много строить. Тут много причин — от простой нужды в жилье или в мостах во время урбанизации, до вопросов престижа. Император Август говорил, что «он получил Рим кирпичным, а оставляет мраморным». Строительство в Риме ограничивалось не отсутствием финансирования или рабочей силы, а техническими возможностями строительной техники.

2. Строить требовалось быстро. Дело в том, что срок полномочий консулов, цензоров или переторов составлял от двух до пяти лет — и после этого времени они должны были отчитываться перед сенатом и народным собранием за сдачу объекта. Поэтому строительство старались укладывать в полтора-два года.

3. Римская бюрократия. Каждая империя очень быстро обрастает бюрократией. И строительство не могло не обрасти различными строительными нормами. Такие события, как завалившийся в 57 г в Фиденах амфитеатр для гладиаторов (во время представления), очень способствует изучению прочности материалов, как бы нам не казалось, что в те времена все стролось на глазок.

4. Любая империя строится не на века — а навсегда. И вопросы долговечности были перевоочередными — по Витрувию, долговечность каменной кладки определена в 80 лет. Поэтому старались строить сразу качественно, чтобы потом каждый год не ремонтировать.

Понятно, что требования взаимоисключающие. Строить много и качественно — это задача во все времена.И строители обратились к «опус цементум», так чаще всего называли бетон.

Прообраз бетона существовал и до Рима.Зиккураты города Ур строились трамбовкой смеси глины, влажного грунта и камней между деревянными щитами опалубки. Такие простые методы позволяли стоять стенам годами и тысячелетиями. Бетон, где для связующего использовались известь или битум, замечен в Древнем Египте.В Древней Греции во дворцах Креза бетоном отделаны стены и изобретена бутовая кладка — когда бетон заливается между двумя рядами каменной стены.Великая Китайская стена построена, в основном из бетона — на одну часть известкового теста брали две части песка с гравием или строительным мусором, укладывали слоями в районе 12 см и трамбовали.В древней Индии обнаружены бетонные «набивные полы».

Что же сделали Римляне?Они довели технологию.Они сделали бетон качественным и недорогим и научились выпускать его в больших количествах.Римляне строили бутовую кладку очень давно, но первые образцы (построенные до 3 века до н.э.) до нас не дошли, а последующие стоят как ни в чем не бывало.На картинке — фрагмент Пантеона, который до сих пор является самым большим бетонным неармированным зданием.

Бетон, собствено, состоит из двух частей — это связующее и наполнитель.Каждый из них выверен сотнями лет. Количество опытов и экспериментов просто не поддается подсчету.В римском бетоне связующее — это известь. Для того, чтобы ее получить, нужно взять известняк и обжечь его в печи. Тут первая засада — обжечь нужно максимально эффективно, чтобы сберечь топливо и максимально качественно. Мы получим негашеную известь (оксид кальция), которую нужно погасить водой. Тут тоже хватает секретов и методов, потому что если останутся крупинки негашеной извести, то прочность бетона резко упадет.Далее — вопросы сушки и подготовки «пушонки», то есть порошка гашеной извести (гидроксида кальция).Если развести пушонку водой еще раз и получить известковое тесто — оно на воздухе покрывается корочкой известняка и постепенно каменеет. Это — процесс карбонизации. Во время его свободная вода испаряется из известкового теста и параллельно образовывается кристаллический каркас из гидроксида кальция.

И ему мешает эта самая корочка углекислого кальция, которая затрудняет попадание углекислого газа во внутренние слои гидроксида кальция. Процесс идет очень медленно — годами, десятилетиями и столетиями.Этому мешает та самая корочка. Она не пускает углекислый газ внутрь и отвердение идет за счет чистой кристаллизации. Процесс должен идти при положительной температуре и в сухости.Тут необходим песок — растущие кристаллы гидроксида кальция срастаются между собой, образуя каркас вокруг частиц песка. Соответственно, нужно правильно рассчитать процент содержания песка, чтобы процесс шел максимально быстро и результат получился максимально прочным.

Естественно, начинаются вопросы подбора песка. Римляне перепробовали все типы песка, доступные им и тот же Витрувий пишет конкретные рекомендации.И тут есть секрет — если гидроксид кальция перевести в гидросиликат кальция, то он станет куда более стойким, потому что гидросиликат кальция не растворяется в воде. Для этого нужно добавить активный кремнезем, сейчас он называется гидравлической добавкой. Такое название говорит о том, что раствор будет застывать и в воде. И застывать будет очень и очень быстро!Самая простая добавка — кирпичный или черепичный песок. Но у римлян были естественные добавки вулканического происхождения, естественно, их нужно было подбирать годами и десятилетиями, но и обойдутся они заметно дешевле.

Витрувий описывает эти добавки так «существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой».Такие добавки получили название «пуццолана», но их месторождение не только возле древних Путеол (сейчас Поццуоли), это также санторинская земля с острова Тир, рейнский трасс из Германии и туфф, который можно найти почти по всей Италии.Хитростей при использовании добавок у римлян накопилось немало — например, использование морской воды при разведении раствора. Чаще всего на 1 часть извести давали 2 части пуццоланы.

Сейчас исследуют тот римский бетон, пролежавший в море тысячи лет и он по некоторым параметрам даже лучше современного.

Если попаданец хочет ввести бетон в древности, то ему следует задуматься над двумя вопросами:

1. Количество знаний, которые должен иметь попаданец, экстремально велико. Кроме вопросов, связанных с перечисленным, возникают вопросы с постройкой оборудования и инструментов. Ведь и печи нужно построить и инструменты для размельчения-перемешивания тоже нужны. Да и знания техники безопасности — ведь придется связываться с негашеной известью. И это — ни одного слова о строительстве или инструментах для строительства!Вы понимаете, почему много позже масоны образовались именно из строителей? Это была элита рабочих профессий, с ними могли соревноваться только ювелиры, но последний было очень мало, по сравнению с каменщиками. В средние века строитель-гастарбайтер был просто невозможен!

2. Введение бетона — занятие социальное. Цена бетона упадет только с массовым его производством. То есть должны быть задействована большая масса народа десятков разных специальностей и главное — развито управление этим всем. То есть — нужно кормить большой бюрократический аппарат. Естественно, такая надстройка окупается только когда начинаются крупные проекты. И это — не игрушечные средневековые соборы, а тысячекилометровые дороги, бетонные гавани с волноломами или акведуки. Получается как с запуском ракеты-носителя в космос — при увеличении массы груза немного растет размер третьей ступени, заметно размер второй и очень сильно — размер первой ступени.Соответственно — после развала Империи такие задачи потеряли актуальность. И бетон — вместе с ними.

Секрет древнеримского бетона - Мастерок.жж.рф

Современный бетон, который широко используется при строительстве дорог, мостов и зданий, может разрушиться в течение как минимум 50 лет. Но этого нельзя сказать о бетонных сооружениях (например, причалов и волноломов), оставшихся после Римской империи. Им насчитывается не одна тысяча лет, а они до сих пор выдерживают удары морских волн.

А еще мы как то спорили бетонные ли Египетские пирамиды, которым уже не одна тысяча лет

Теперь же международная команда исследователей наконец-то решила загадку столь длительного сохранения:

...оказывается, во время химической реакции между бетоном и морской водой формируется редкий минерал, который и укрепляет материал. Именно это и заставляет бетон со временем становиться лишь крепче.

Специалисты начали своё исследование с изучения описания древнего рецепта для создания цементного строительного раствора, который был придуман древнеримским инженером Марком Витрувием ещё в 30 годы до нашей эры.

Римляне делали бетон, смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, а затем добавляли в него куски вулканического камня. Они "размазывали" полученную смесь на деревянные формы, которые затем погружались в морскую воду. Примечательно, что этот тип бетона использовался для строительства многих известных сооружений, включая Пантеон и рынок Траяна в Риме, а также для огромных морских сооружений для защиты гаваней.

В истории осталось много упоминаний о прочности древнеримского бетона, включая загадочную запись от 79 года до нашей эры. В ней описывается, что бетон, погружённый в морскую воду становится "единым массивом камня, неприступным для волн и укреплявшимся день ото дня".

Современным специалистам не терпелось понять, что же это значит на деле. И чтобы это выяснить, учёные изучили керны, полученные со дна древнеримской гавани в заливе города-порта Поццуоли близ Неаполя (Италия). Большинство итальянцев знают его как родину кинозвезды Софи Лорен, однако во времена Римской империи он был одним из крупнейших торговых портов Средиземного моря и звался Путеолы.

При анализе выяснилось, что морская вода растворила компоненты вулканического пепла, что позволило вырастать новым связующим материалам.

В течение десятилетия очень редкий гидротермальный минерал под названием алюминий-тоберморит (aluminum tobermorite; Al-tobermorite) образовался в бетоне. Кстати, исследователям уже было давно известно, что Al-tobermorite придавал древнеримскому бетону большую прочность, но как именно он там появлялся оставалось загадкой.

К слову, этот минерал можно получить и в лабораторных условиях, но его очень трудно внедрить в сам бетон.

"Никто никогда не производил тоберморит при 20 градусов по Цельсию. Кроме римлян", — говорит ведущий автор исследования, геолог из Университета Юты Мари Джексон (Marie Jackson).

В более ранних работах авторы исследования сообщали о редком минерале, Al-тоберморите, который они находили в древнеримском бетоне.Фото Marie Jackson.

Теперь специалисты обнаружили следующее: когда морская вода просачивается сквозь цементный раствор, она реагирует с вулканическим пеплом и кристаллами, образовывая Al-tobermorite и пористый минерал филлипсит.

По мнению Джексон, современные инженеры могли бы использовать эти знания для создания прочного бетона. Правда, говорят исследователи, обоим минералам необходимы столетия, чтобы по-настоящему укрепить бетон. Так что специалисты в настоящий момент работают над тем, что пытаются воссоздать современную версию древнеримского бетона.

"Рецепт точного изготовления этого бетона был потерян, и никому никогда не удавалось его восстановить. Римлянам повезло, что у них был подходящий минеральный пример того, как работает этот бетон. Они наблюдали за тем, как вулканический пепел попадал в море и превращался в пемзу. Нам придётся подобрать их аналоги, так как и морская вода, и пепел есть далеко не везде", — заключает Джексон.

Результаты исследования древнеримского бетона опубликованы в научном издании American Mineralogist.

А еще помните, была такая конспирологическая версия - Колизей, которого нет

masterok.livejournal.com

Открыт секрет прочности древнеримского цемента

Чем так уникален цемент из Древнего Рима?

Безусловно, нетрудно догадаться, что у читателя может возникнуть вопрос: в чем же столь высокий интерес к данному конкретному материалу и непосредственного того периода. А все дело в том, что тот цемент, который использовался активно при строительстве в Древнем Риме отличался необыкновенной прочностью. Это было не так сложно установить. При проведении археологических раскопок и обнаружении постороек того периода, эксперты каждый раз были немало удивлены тому, насколько целостными остались постройки из цемента того времени. Как выяснилось, секрет оказался не в том, чем обрабатывали этот материал на момент завершения строительных работа того времени, а непосредственно в составе.

Из чего делали цемент в Древнем Риме?

Благодаря проведенным исследованиям стало известно, что древние римляне добавляли, при изготовлении данного строительного материала. Все дело в том, что в состав цемента включалась вулканическая пыль и лава. Источник этих компонентов был близок — это Альбанские горы. Теперь достоверно известно, что именно эти две составляющие отличают цемент Древнего Рима от других, «аналогичных» материалов подобного профиля.

Это открытие может сыграть положительную роль, быть может, в современном изготовлении цемента. Конечно же, вряд ли кто-то будет сегодня использовать лаву и вулканическую пыль. Однако, искусственным образом, химическим путем возможно создание подобных компонентов. Вот таким интересным образом находки из прошлого могут сыграть положительную роль в строительстве будущего.

Категории: Статьи

archaeology.kiev.ua

История возникновения цемента

В связи с очень интенсивным развитием в 18-м веке промышленности в России возникла необходимость в систематизации знаний о вяжущих веществах, создания их усовершенствованных видов.

Нам же цемент известен с 1822 года. Егор Челиев, русcкий строитель, методом смешивания глины и извести получил материал с вяжущими свойствами. По происшествии нескольких лет он выпустил книгу, в которой описал процесс приготовления цементных материалов и бетона, а также все преимущества использования их при кладке кирпичей в строительстве набережных и зданий.

Англичанин Д. Аспинд в 1824 году получил на изготовление цемента патент. Он предложил изготавливать цемент следующим образом: нужно смешать глину и известковую пыль и эту смесь подвергнуть обработке при высокой температуре. Получился серый материал (клинкер). Его необходимо было измельчить до мелкого помола и смешать с водой. При высыхании получался материал высокой прочности. Этот материал назвали портландцемент. В городе Портланд добывали камень, похожий по своей прочности и цветом на цемент, который был получен Аспиндом.

После появления цемента он был оценен по достоинству. Сейчас без использования цемента даже нельзя представить себе ни одно строительство или ремонт. Цемент – не конкретный строительный материал. Это название обобщает группу веществ с такими физическими характеристиками как, вязкость, порошкообразность, способность образовывать вместе с водой пластичную массу, которая принимает, высыхая, камневидное состояние. Этот процесс полностью односторонний.

Если цемент затвердел, то в первоначальное состояние он не вернется никогда. Основные компоненты цемента – глинистые, маргелистые, известковые породы и добавки (шлак, бокситы и др.) В процессе высокотемпературной и высокотехнологичной обработки сырье попадает в стадию частичного либо полного плавления. При этом процессе образуются алюминаты или силикаты кальция, благодаря им цемент приобретает высокую прочность. Есть очень много видов цемента: портландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановый и шлаковый цементы, специальные цементы, например кислотоупорный и др.

В 1971 году в Советском союзе выпуск цемента был больше 100 млн.тонн.

nerudr.ru

БЕТОН В ДРЕВНЕМ РИМЕ

В Древнем Риме не было слова «бетон». Оно появилось гораздо позже, в XVIII в. во Франции. Римляне же материал, подобный оетону, называли по-разному. Так, литую кладку с каменным заполнителем они именовали греческим словом «эмплектон» lemple-kton). У Витрувия в кн. VII, гл. 4,5 при описании полов встречается слово «рудус» (nidus), которое в переводе Ф. А. Петровского и других известных ученых-историков означает бетон. Однако чаще "всего при обозначении таких слов, как раствор, возведении стен, сводов,- фундаментов, молов и тому подобных конструкций в римском лексиконе употреблялось словосочетание «опус цементуй» (opus caementitium), которым и стали называть римский бетон.

Заметное применение бетона на территории древнеримского государства началось примерно с конца IV в. до н. э. и продолжалось около-700 лет. За это время в его развитии, как в живом организме, можно проследить четыре важных этапа: рождение, быстрый рост, зрелость и гибель этого материала. Так, зарождение бетона, т. е. медленное и постепенное внедрение его в римскую строительную практику, длилось более двух столетий (до I в. до н. э.). Второй этап, продолжавшийся до II в. н. э., сопровождался ускоренным ростом и широким распространением объемов бетонного строительства по всей Римской империи и прилегающим к ней странам. На третьем этапе (в период так называемой зрелости) бетон развивался не так стремительно, но с заметным улучшением свойств, технологии изготовления и принятия новых конструктивных решений. Это был этап качественного роста и развития больших потенциальных возможностей, который продолжался с начала II в. и примерно до середины III в. н. э. Наконец, заключительный, четвертый этап, продолжался менее ста лет и закончился в начале IV века н. э.

Римляне не были изобретателями бетона, так же, как не они первые обнаружили вяжущие свойства извести, не они придумали арку, свод, большинство строительных машин и оборудования. Они переняли все это у этрусков, греков и других народов. Однако массовое применение, или как говорят сегодня — внедрение, все это получило именно в Древнем Риме. Только там широкое применение получил и бетон. Только римляне сумели полностью использовать такие его свойства, как прочность, водонепроницаемость и экономичность, а с I в. н. э. бетон превратился в один из основных конструкционных строительных материалов. Первые бетонные постройки Древнего Рима датируются II в. до н. э. Однако, несомненно, этот материал применялся в римском государстве намного раньше. Подтверждением служат многие работы археологов, в частности американского археолога Е. Ван Деман.

Бетон того далекого времени т. е. IV—III вв. до н. э., мало походил в качественном отношении на последующий римский, хотя принципиальное сходство между ними сохранилось. Недаром до наших дней почти не дошло ни одного сооружения из «старого» раннеримского бетона. Е. Ван Деман, посвятившая большую часть жизни изучению древнеримской архитектуры и строительства, назвала такой материал псевдо- или квази (якобы) бетоном. В качестве вяжущего в псевдобетоне использовалась воздушная известь, а заполнителем служили песок и камень с большим количеством грунта. Камни крупного заполнителя часто были размером более 40—60 см.

Археологические раскопки стен Помпеи показали, что римский псевдобетон представлял собой материал, напоминающий современную бутовую кладку, где в качестве сердечника, т. е. ядра кладки, выступали крупные битые камни или валуны, скрепленные известковым раствором, а в качестве облицовки—две параллельные стены из крупных естественных камней, также связанных раствором из песка и извести. Подобную кладку в то время называли «опус инцертум» (оpus incertum) или просто «инцерт», т. е. кладка камней, образующая на фасаде сооружения неправильный, нерегулярный рисунок. Бетон в ней был очень непрочен, и устойчивость таких стен достигалась не столько за счет связующей силы раствора, сколько за счет внутреннего давления, создаваемого массой заполнителя, и трения между камнями. Определенную роль играла здесь и облицовочная стенка, которая одновременно выполняла роль опалубки, хотя уже в то время были известны случаи возведения бетонных сооружений с разборной деревянной опалубкой.

Начиная со II в. до н. э. бетон употребляется при строительстве фундаментов и стен жилых домов, храмов и сооружений утилитарного значения, в частности дорог. Известно, что строительству дорог римляне придавали очень большое значение, так как это связано с их военной политикой и освоением захваченных территорий.

Одним из первых наиболее крупных бетонных сооружений в Риме, по дошедшим до нас сведениям, явился огромный продовольственный склад рода Эмилиев. Он был построен во II в. до н. э. из массивных бетонных стен, вытянутых на 500 м вдоль Тибра.

Примерно с первой четверти I в. до н. э. состав бетона меняется. Улучшается качество заполнителей за счет более разнообраз-* ного зернового состава, уменьшается наибольшая крупность камней до величины с «кулак», резко сокращается количество грунта в заполнителях. В связи с этим растет и прочность бетона., Постепенно на смену «инцерту» приходит «ретикулат» (opus reticulatum): возведение опорной стенки из камней, имеющих правильный сетчатый рисунок

На юге Италии, особенно в районе Путеол, вместо обычно применявшегося песка для раствора и бетона местные жители использовали залегающие здесь пуццоланы, сначала даже не подозревая, какими превосходными качествами эти добавки обладают. Подобные свойства имели и вулканические породы в окрестностях Рима. Отличались они от неаполитанских (путеолан-ских) только цветом, но строители Рима не знали этого и ввозили такие добавки до середины I в. до н. э. с юга страны. После то№ как было обнаружено, что местные добавки обладают такими же свойствами, как и добавки из района Путеол, их стали повсеместно использовать в бетоне, на что указывает красноватый оттенок бетонных сооружений в Риме и его окрестностях. Впоследствии все добавки подобного типа стали называть пуццоланами.

В I в. до н. э. во времена Юлия Цезаря, пуццоланы в бетонах все чаще используются непосредственно по своему назначению. Примерами могут служить ранние гидротехнические сооружения; некоторые из них сохранились до наших дней, в частности большой волнолом близ Неаполя, построенный в конце I в. до н. э. При этом толченый бой отходов кирпича и черепицы, который добавлялся также в качестве гидравлической добавки и позднее получил название пуццолан, стал применяться несколько раньше, чем добавки вулканического происхождения. Есть сведения, что подобные добавки использовались на Крите за много веков до римской цивилизации.

«Опус инцертум» все больше уступает место «опусу ретикулату». Появляется тенденция в качестве крупного заполнителя использовать обломки старых разрушенных зданий. Размеры камня в бетонных основаниях теперь всегда начинают превышать размеры его в бетонных стенах. Становится очевидным, что древние мастера уже обратили внимание на то, что качество бетона зависит от качества заполнителя. В это же время все большее распространение получает технология возведения бетонных сводов и куполов. Бетонные своды к тому времени уже достигают пролета 20—22 м, хотя и строятся преимущественно из тесаного камня или кирпича. В правлении римского императора Августа начинается расцвет бетонного строительства — второй его период. В это время в Риме возводится ряд крупных общественных зданий. Грандиозное строительство было неотъемлемой частью политической программы новой монархии. Рим как столица, центр империи, должен был быть хорошо украшен. Кроме того, он должен был вместить огромные массы людей.

В I в. н. э. население Рима составляло более одного миллиона человек. Для такого огромного города необходим был целый ряд мер по благоустройству, проведению водопроводов, дорог, жилых и общественных зданий. Это требовало, с одной стороны, достаточно высокого уровня практических и теоретических строительных знаний, а с другой — прочного и долговечного материала. Всем этим требованиям лучше всего отвечал бетон. В конце I в. до н. э. возводятся первые крупные общественные постройки с монолитными бетонными стенами и фундаментами — театры в Помпеях и Риме (в частности, известный театр Марцелла — 17 г. до н. э.). Есть сведения, что основания отдельных мостов, которые довольно интенсивно строились в тот период, также были бетонными.

К этому времени в основном стандартизируется состав бетонной смеси и технологии его приготовления. Так, крупный заполнитель уже представлял собой камни размером до 100 мм, песок просеивался и для различных работ строго подразделялся по происхождению. Нередко в качестве крупного заполнителя использовали битую черепицу, называя в этом случае бетонную массу «структура цистациа» (structure cistacea).

Впоследствии бетон почти полностью вытеснил дерево и каменную кладку из прямоугольного камня, используемую при возведении арок и сводов, и лишь при строительстве наиболее ответственных сооружений, например мостов, по-прежнему использовалась каменная кладка, так как полного доверия к бетону пока не было.

Примерно с середины 60-х годов I в. н. э. в правление Нерона архитекторами Севером и Целером в Риме сооружается громадный по размерам «золотой дом Нерона», где бетон с большим Успехом используется при возведении стен, сводов и куполов. В 90-х годах I в. н. э. был открыт Колизей, построены термы " триумфальная арка в честь побед Тита, где мощный пятиметровый фундамент был выполнен из трамбованного бетона.

В то же время архитектором Рабирием воздвигнут грандиозный дворец на Палатине, своды которого представляли собой кирпичный каркас, заполненный бетоном. К концу I в. н. э. бетон занял в строительстве лидирующее положение среди основных конструкционных строительных материалов.

Со II в. н. э., начиная с правления Траяна и позднее Адриана, расширяется строительство инженерных сооружений из бетона. Однако особое место бетону, как и прежде, отводится при возведении общественных и жилых зданий, особенно при постройке так называемых инсул — многоэтажных домов. Среди них особое место занимает показательное строительство жилого комплекса с типовыми трех-четырех этажными инсулами в Остии.

Облицовка из плоского кирпича и черепицы в то время почти полностью вытесняет «ретикулат». Так выполнены термы Траяны, Торговые ряды Траяна в Риме и Вилла Адриана. Часть набережной Тибра в период правления этого императора также была изготовлена из бетона с облицовкой методом «ретикулат» и чередующимися рядами кирпича.

В 123 г. заканчивается в Риме строительство Пантеона, размер бетонного купола которого диаметром 43 м до XIX в. оставался рекордным для данного типа бетонных конструкций. Основные строительные работы по Пантеону были выполнены при императоре Адриане. Именно при нем строительство из бетона достигает своего наивысшего расцвета, начинается третий период его развития.

В Британии, Северной Африке, Германии, Испании — во всех римских провинциях прокладываются дороги, строятся многочисленные оборонительные сооружения, жилые и общественные здания. Бетонные своды этих построек имели несколько другое конструктивное решение, чем прежде. Они выполнялись не в виде кирпичных арок, заполненных бетоном, а в виде сплошного каркаса из кирпича, уложенного плашмя по деревянным доскам, на который поверху набрасывался бетон. После смерти Адриана намечается постепенный спад бетонного строительства. Это было закономерно и связано с начавшимся политическим и экономическим кризисами, которые на протяжении последующих 2,5—3 столетий сотрясают древнеримское рабовладельческое государство.

На общем фоне упадка, несомненно, были отдельные периоды подъема строительного дела. В это время построены термы Каракаллы и Домициана, где бетон был применен в стенах, водах и бассейнах для купания. В 268 г. был закончен большой храм Минервы Врачевательницы (Minerva Medica). Ее сферический бетонный купол имеет весьма любопытную конструкцию. Каркас свода храма состоит, по мнению французского ученого Шуази, из меридиональных кирпичных арок, пространство между которыми заполнено бетоном.

Бетон, хотя и в более ограниченном количестве, продолжал применяться вплоть до IV в. н. э. Наиболее выдающиеся сооружения этого периода условно — четвертого периода — термы Диоклетиана, базилика Максенция и трехпролетная арка Константина (рис. 11). Последние примеры использования бетона в античный период можно встретить в Константинополе, куда в начале IV в. н. э. переместилась столица римского государства. Так, в частности, нижние части сводов и арок знаменитого Софийского собора в Константинополе, построенного в 540 г., были сделаны из бетона. В последующий период строительство из бетона практически прекращается.

konglomerat-spb.ru

Когда изобрели бетон? | Мир вокруг нас

Люди научились делать его очень давно. Некоторые египтологи предполагают, что большая часть огромных пирамид — не что иное, как искусственный камень, древнейший бетон в истории человечества. Пирамиды Древнего Египта, огромные величественные сооружения Древнего Рима и колоссальные небоскребы из стекла и бетона создавались из одного материала. Сколько его произвели за все времена? Миллиарды тонн? Триллионы тонн?

Скажу сразу, что, хотя современные небоскребы и зовут «колоссами из стекла и бетона», их силовой каркас создают из стали. А уж потом заливают полы и стены бетоном и украшают все это стеклом. Все равно бетон, в том или ином виде, абсолютно необходимая часть современного строительства. И это верно уже много десятилетий, чтобы не сказать — веков.

Рецепт первого бетона был открыт 5−6 тысяч лет назад, когда люди обнаружили, что если сильно обжечь некоторые горные породы, смолоть их в пыль, а потом перемешать с гравием и добавить нужное количество воды, то получается вязкая масса, которая высыхает на воздухе за несколько дней, после чего получается искусственный камень. Если его залить в форму, пока он не застыл, сразу же после добавления воды и хорошего перемешивания, то получается камень нужной формы или хороший кусок стены.

Легендарный Лабиринт Древнего Египта имел бетонные стены, отлитые за 3600 лет до н.э. Из бетона сделаны древнейшие сооружения Мексики, некоторые части Великой Китайской стены, древнеримский Пантеон… Пантеон в Риме, ИталияФото: Depositphotos

В Древнем Риме использовался т.н. цемент-пуццолана. Залежи вяжущего вещества в Древнем Риме добывали на холмах рядом с Везувием, возле местечка Путеола. У нас слово перевели как пуццолана, хотя сами итальянцы называют его поццолана.

Лирическое отступление в тему.Полагаете, разница между puzzo и pozzo — всего одна буква? Итальянский язык очень многолик. Слова pazzo, pezzo, puzzo и pozzo (паццо-пеццо-пуццо и поццо) отличаются всего одной буквой, но имеют совершенно различный смысл, ибо переводятся (последовательно) как — сумасшедший, кусочек, вонь и колодец. Велик и могуч итальянский язык!

Но вернемся к бетонам.

Из этого бетона-пуццолана были построены многие акведуки в Римской империи, в городах многоэтажные дома для плебса делали из бетона. Не надо вырубать в каменоломне камень и везти его за десятки или сотни километров к месту стройки. Привезти цемента-поццоланы и мелких камней, залить водой из реки, размешать как следует — и залить в форму. Через несколько дней очередная часть стены уже готова. За несколько веков на территории Империи было построено множество объектов с применением бетона-пуццоланы.

Когда Империя погибла, многие открытия оказались забыты на века. О бетоне вспомнили в XVII веке. В Англии тогда активно расширяли разнообразные портовые сооружения. И водостойкий цемент оказался очень полезен. В Англии обжигали известняк с примесями глины и получали водоустойчивую вяжущую составляющую. Такой бетон твердел, даже будучи погруженным в воду. Известковый каменный карьер на острове Портленд, АнглияФото: Wilson44691, ru.wikipedia.org

Век XIX был началом эпохи цемента. По всему миру строились заводы, во многих городах строились дома. Изобретались разнообразные виды цементов, был придуман железобетон — и началось…

Строительство стало намного технологичнее. Не надо выламывать в каменоломнях камни, которые потом надо обтесать, придав правильную форму, привезти их, возможно, за многие десятки километров от каменоломни на место строительства. Вместо этого можно использовать искусственный камень, затвердевающий прямо на своем месте в стене.

Или просто стена этажа, залитая за один раз, затвердевшая за сутки-двое, позволяющая через несколько дней разместить на только что созданном этаже оборудование, которое позволит залить следующий этаж. И так — этаж за этажом, неделя за неделей, растут железобетонные здания. Знай только, подвози машинами цемент, гравий, а воду можно взять в водопроводе. М. С. Сарьян, «Рабочий поселок и цементный завод в Давалу»Фото: artchive.ru

С начала 60-х годов СССР занимал по производству цемента первое место в мире. Сейчас Россия находится на 5 месте. А на первом месте по производству цемента находится Китай.

В наше время созданы десятки различных видов цементов.

Есть цементы, которые очень быстро схватываются и твердеют.

Есть цементы, которые водонепронецаемы и даже обладают свойствами водооталкивания.

Если цементы, устойчивые к сильно минерализованным водам.

Алсфальтоцемент покрывает улицы, дома на которых сделаны из бетона.

Пломба на зубе — цемент!

При повреждении подводной части корабля в море аварийная команда ставит на пробоину цементный пластырь, который останавливает течь, и бетонная заплатка позволяет кораблю пройти по морю большое расстояние, дойти до порта, где пробоину необходимо будет заварить.

Даже у писателей-фантастов, в далеком будущем, роботы-ремонтники ремонтируют поврежденные паропроводы или пробитую метеоритами обшивку корабля ничем иным, как «пластоцементом».

Серый порошок, вездесущий и все пачкающий при ремонте или при строительстве — незаметный, не знаменитый и незаменимый.

Может быть, нашу эпоху стоит назвать эпохой цемента. Как бы мы обходились, если бы его не было?

Что еще почитать по теме?

Изумруды и «искусственные» изумруды. Алмазы и «искусственные» алмазы. Что дороже?Когда изобрели асфальт?Зачем штампуют бетон?

shkolazhizni.ru

Об истории строительных растворов и бетона. Часть 1. Древность и античность. - Сергей Алданов

 Бетонная ванна в Кесарии Палестинской  (известная также, как Себастос, на латыни Цезарея Маритима,) создана древними римлянами.

Я хочу дать  небольшой, не претендующий на полноту обзор истории строительных растворов и раннем применении бетона. Тема это интересная, хотя поначалу   кажется суховатой. Но в последние годы ей уделялась масса внимания – исследовались связывающие растворы зданий из разных культур и времен, искусственные монолиты древности. Исследователи получили массу интересных результатов, для истории технологии и арзитектуры весьма и весьма ценных.

Тут, в этой теме, можно увидеть прогресс, определенные этапы достижений, позволяющих создавать все более сложные строения, а также взаимовлияние разных культур.

Пару слов о химии строительного раствора. В современности это смесь цемента, песка и воды. Сам цемент получают спеканием известняка и глины при температурах около 1450 градусов. Известняк разлагается до окиси кальция, а глина состоит из гидратированных окислов кремния, алюминия и железа. Получившаяся окись кальция реагирует с ними, например, так:

2CaO + h5SiO4 —>  Ca2SiO4  + 2 h3O

Образуются также и силикаты кальция другого вида. Окислы алюминия и железа также образуют в реакции с окисью кальция  алюминаты и алюмоферриты кальция.

Все эти соли способны гидратироваться, то есть присоединять воду, причем  смесь после перемешивания постепенно твердеет, что разными способами (например, добавками) можно варьировать. Это способность цемента называется гидравлической.

К технологии получения цемента пришли, понятно, далеко не сразу, но уже в античности достигли весьма впечатляющих результатов в  области строительных растворов.

Первый этап – использование обожженой извести и разных силикатов, которые способны с ней реагировать.

.

Месопотамия.

В Месопотамии практически не было камня, но была глина, из которой стали делать кирпичи, которые вначале сушили на солнце, а лишь потом начали обжигать. Крепили кладку битумом, который был доступен строителям. Так был построен зиккурат в Сиалке, Иран, время постройки около 2900 лет до нэ, использовались кирпичи, высушенные на солнце, храм Chogha Zanbil в Иране, построенный в 1250 г. до нэ, использовал уже обожженые в печи кирпичи, но снова  битум в качестве связки.

Древний Египет.

Известняковые блоки старых пирамид (2900 г. до нэ)  прокладывались глиной и илом, великие пирамиды (пирамида Хеопса, примерно 2600 г. до нэ) и Сфинкс[i]  (примерно 1400 г. до нэ) – раствором, большую часть которого составлял гипс, хотя точная рецептура испольщуемой смеси неясна.

Древняя Греция

Проблема идентификации старейших строительных  растворов, используемых в Древней Греции заключается, между прочим,  в том, что греки часто разбирали старые здания при постройке новых. Но, конечно, для археологов это препятствие преодолимое. Сохранившийся памятник найти можно.

В городе  Мегара в конце VII века правил тиран Феаген. «… Феаген, подобно другим тиранам, уделял внимание городскому благоустройству. При нем в Мегарах был построен водопровод, подводивший к городу воду из загородного источника, посвященного Сифнидским нимфам (Paus., I, 40, 1; 41, 2). Вода поступала в большой резервуар (17 × 13 м), стены которого были сложены из больших каменных блоков. Крыша сооружения опиралась на тридцать пять колонн, которые, как и стены водоема, хорошо сохранились»[ii].

Рис. 1. Резервуар фонтана Феагена в Мегаре, время построения примерно 600 г. до нэ: первое известное  применение «протоцемента» и бетона на его основе.

При исследовании этого резервуара выяснилось, что его стены обмазаны слоем  известкового раствора толщиной 12 мм, включающего в себя вулканический пепел из области Поццуоли  (или Путеоли – район современого Неаполя), где существовали греческие колонии. Можно себе представить, насколько ценным было изобретение  раствора в глазах греков, если его компонент везли из такой дали.

Пепел из Поццуоли – туф и получаемый из него тонкий песок, то есть силикатный порошок (рис. 2), содержащий также большое количество окиси алюминия.  Реакция, которая происходит в такой смеси, очень близка к реакции, происходящей при получении современного цемента.

В  результате совместного применения гашеной извести и пепла получается  очень хорошее приближение к современному цементу. Как и в сегодня, в смесь иногда добавляли и гипс, который меняет скорость схватывания смеси и улучшает в результате качество. То есть технология была создана достаточно современная.

Рис. 2. Поццолан – ключевой материал для  античного строительства.

Потом  греки использовали вулканический пепел с  островов Тира и Нисирос, и стали добавлять вместо пепла дробленую керамику, что увеличивало плотность раствора. 

Фактически получаемые из таких растворов монолиты уже являются бетоном. Поэтому время изобретения известкового раствора и бетона – не позже VII века до нэ и вероятные авторы изобретения – древние греки из колоний в Северной Италии.

Древний Рим.

Понятно, что римляне не только переняли строительную технологию древних греков, но и по, мере возможности, внесли  в нее свой вклад.  

Древнеримский архитектор Витрувий в своих «Десяти книгах об архитектуре» (около 25 г. до нэ) наряду с известковыми растворами и бетоном для наземного строительства упоминает бетон для морских сооружений (рисунок в начале этого очерка). В самом деле,  известны  молы из римского «протобетона». Такой бетон стал использоваться со 2 века до нэ.

Рис.3. Вид на гавань Ирода Великого сверху (аэрофото). Часть сооружений гавани находится под водой, но хороша видна на этом снимке.

К ним обратились и исследователи «морского бетона» римлян в рамках проекта Roman Maritime Concrete Study (ROMACONS), собиравшие его образцы из морских сооружений римлян (построенных в период примерно 6 веков), и проводившие модельные эксперименты по строительству на основе растворов, которые использовали римляне. Вначале это были объекты на Аппенинах:  Portus, Anzio, Cosa, Santa Liberata, и Baia). Потом объектом их исследования[iii] стала  Кесария Палестинская, где в очень короткие сроки, менее, чем за десятилетие (около  23-15 гг. до нэ) была построена гавань для Ирода Великого, правителя Иудеи (рис. 3). Даже по современным стандартам это был большое и сложное строительство, проведенное в очень короткие сроки, и при этом очень квалифицированно.  Стараясь понять, как строили римляне,   ее исследуют уже с 60 годов, и результаты получены очень любопытные.

Во-первых, римляне  использовали разные виды  опалубки: простую и два варианта сложной (рис. 4 и 5).

Рис. 4. Простая опалубка: в песок вбиваются сваи, вода откачивается, внутреннее простанство заполняется бетоном. Но на деле этот способ весьма трудоемок.

Рис. 5. На земле строится короб с двойной стенкой, он транспортируется на место, пространство между стенками заполняется раствором, после чего короб садится на дно. Откачивается вода, и раствором заполняют внутреннее пространство короба[iv]. Существовал вариант, когда строительство продолжалось уже на достаточно большой глубине нескольких метров.

На рис. 6 изображен типичный образец древнеримского бетона. Поццолан для строительства гавани, как показывает исследование,  был с Аппенин, из Поццуоли у Неаполя. То есть строительство потребовало также подвоза этого компонента морем.

Один из современных исследователей,  Брэндон, посчитал, что при строительстве гавани Ирода Великого в Кесарии было использовано примерно 35,000 куб. метров бетона, что потребовало доставки   24,000 куб метров поццолана (около. 52,000 тонн), разработки 12,000 куб метров его местного заменителя куркара,  дававшего, однако, бетон более низкого качества, и прозводства 12,000 куб.метров гашеной извести. Только поццолан  примерно 100-150 больших судов, некоторые из которых были грузовые перевозчики зерна из Александии в Поцциоли, откуда зерно отправлялось в Рим, а назад они везли в качестве балласта или полноценного груза  поццолан. Учитывая расстояние в 2000 км от Неаполя, и необходимость координации работ с доставкой зерна и погодой,  строительная задача, и без того непростая, становилась еще более сложной, и  исследователи говорят, что применение заменителя отчасти  вело к снижению качества бетона по сравнению  с аналогичными молами   на Аппенинах.

Рис. 6. Образец древнеримского бетона.

В рамках того же проекта исследовалась небольшая римская крепость Херсонис на северном побережье Крита. И там для бетона использовался поццолан из Италии. То есть, получается, для римлян это была гарантия качественного бетона.

[ii] Л.А.ПАЛЬЦЕВА Из истории архаической Греции: Мегары и мегарские колонии. Издательство С.-Петербургского университета, СПБ 1999

[iv] Oleson, J. P., 1988, The technology of Roman Harbours, IJNA 17, 147–58.

aldanov.livejournal.com

• 
  Роскошь древней греции
• 
  Необычные древние находки
• 
  Маски древних народов
• 
  Поэзия древней японии
• 
  Посуда древних греков
• 
  Одежда древних персов
• 
  Мнемозина древняя греция
• 
  Сказки древнего китая
• 
  Самый древний овощ
• 
  Мифы древней турции
• 
  Карта древней кореи