Загрузка...Цемент по старинной технологии
Ученые раскрыли секрет невероятных свойств древнеримского бетона
Римская империя стала распадаться уже в 395 году, а в 476 году она окончательно перестала существовать. Однако многие древнеримские строения напоминают о ней по сей день. Всевозможные акведуки, дамбы, бани и прочие сооружения, построенные более 2000 лет назад, все еще стоят. По мнению специалистов, долговечность этих сооружений связана с чрезвычайно прочным бетоном, который по качеству существенно превосходит его современный аналог, который начинает разрушаться уже через 50 лет. Но в чем заключался секрет древнего бетона? Долгое время ученые не могли ответить на этот вопрос, однако сейчас, похоже, что разгадка наконец найдена.
Прочность и долговечность древних римских сооружений, по мнению ученых, связана с бетоном, который использовали римские строители
Как древние римляне делали бетон
Древние римляне были далеко не первыми, кто начал использовать для строительства бетон. Согласно данным археологов, некое подобие бетона обнаружены еще в месопотамских строениях, которые были построены 6000 лет назад. Но римляне первыми начали применять бетон массово.
К 200 году до нашей эры бетон в Древнем Риме использовали при строительстве большинства зданий и сооружений. По мнению ученых, смесь включала в себя воду, гашеную известь, мелкие частицы и фрагменты горных пород, называемые тефрой. Эти горные породы выбрасываются на поверхность в результате извержений вулканов.
Во II веке до нашей эры почти все римские здания строились с использованием бетона
При изготовлении современного бетона используют портландцемент разных марок прочности, который изготавливается из известняка, глины, песка, мела и других ингредиентов. Все они измельчаются до состояния муки и обжигаются под воздействием высоких температур. Но почему древний бетон оказался прочнее и долговечнее современного?
Ученые ранее уже пытались раскрыть этот секрет. Так в 2017 году исследование показало, что древние римляне при изготовлении бетона использовали морскую воду, которая вступала в реакцию с другими ингредиентами, в результате чего образовывались новые прочные минералы. Однако неизвестно насколько массовым было использование морской воды. Ученые выяснили, что она применялась как минимум при возведении строений, подверженных воздействию океана. Вполне возможно, что при строительстве таких объектов морская вода была попросту более доступной.
Но неужели это и все отличия современного цемента от древнеримского, обладающего исключительной долговечностью? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые Массачусетского технологического института провели исследование, в котором проанализировали химический состав образцов бетона, взятых из древней городской стены в Привернуме, возраст которой оценивается в 2000 лет.
В древнеримском городе Привернум для строительства зданий использовали бетон с негашеной известью
Состав древнеримского бетона
В лаборатории команда сосредоточилась на небольших включениях кальция (комочках извести) в древнем бетоне. О наличии этих комочков было известно и раньше, однако ученые изначально подумали, что они являются результатом плохого перемешивания бетона при его приготовлении. Но химики во главе с Адмиром Масиком предположили, что кальций присутствует по той причине, что древние римляне в составе смеси использовали негашеную известь. Вначале они смешивали сухие ингредиенты бетона, а затем заливали их водой.
Известь, полученная из обожженного известняка, вступала в реакцию с водой во время смешивания, в результате чего выделялось большое количество тепла. Это предотвращало полное растворение кальция. Собственно, поэтому в составе образцов и присутствуют небольшие нерастворенные комки извести.
Чтобы выяснить, так ли это на самом деле, исследователи решили приготовить собственный бетон по «древнеримской рецептуре». В результате у них образовался материал, идентичный образцам, собранным в Привернуме. Об этом ученые сообщили в своем недавнем исследовании, опубликованном в издании Science Advances.
Известь в бетоне «залечивает» трещины в бетоне при воздействии на него влаги
В чем секрет прочности древнеримских построек?
Ученые, похоже, раскрыли секрет состава древнего бетона. Но почему он оказался прочнее современного? Чтобы выяснить это, команда создала в образцах собственного бетона трещины, которые обычно возникают по мере старения материала. Затем они стали поливать образцы водой, как это бывает в реальном мире, когда на стены воздействует дождевая вода.
Обязательно подписывайтесь на ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ, где вас ожидают поистине захватывающие и увлекательные материалы.
Оказалось, что нерастворенные комки извести в воде стали растворяться и рекристаллизовались, заполняя при этом трещины. То есть бетон получился самовосстанавливающимся. Причем он «залечивал» трещины шириной до 0,6 миллиметров. Напомним, что самозалечивающийся бетон был придуман только несколько лет назад, и до сих пор не нашел широкого применения.
По мнению ученых, разработанный ими материал позволит не только увеличить прочность строений, но и снизит их стоимость, а главное — уменьшить выбросы парниковых газов. Ведь на производство цемента приходится 8% выбросов от общего количества. Как мы рассказывали ранее, сокращение выбросов сейчас является очень важной задачей, так как за последние несколько лет улучшить ситуацию не удалось.
Старинный раствор намного лучше современного: Возможно ли повторить сейчас?
Главная | Полезные статьи | Старинный раствор намного лучше современного: Возможно ли повторить сейчас?
Дата: 12 ноября 2019
Просмотров: 12016
Коментариев: 1
Современные технологии строительства предполагают срок службы сооружений не более 120-150 лет. Однако, найденные при раскопках, на морских глубинах остатки древних зданий служат свидетельством более длительного срока службы строительных материалов прошлого. Исследования ученых доказали, что древний раствор для кладки был не только более прочным, но и менее энергетически затратным.
Древние люди не использовали для производства строительного раствора цемент, что не влияло на продолжительность службы, качество готового продукта. Чем обусловлена повышенная прочность старинного раствора для кладки, именно об этом пойдет речь в этом материале.
Компоненты старинного раствора
Историков давно интересует состав раствора древних мастеров. После проведенного исследования образцов, ученые пришли к выводу, что строительная смесь состояла из извести, глины – вяжущий материал. Известь получали путем нагревания известняковых пород при температуре ниже 1000 градусов Цельсия. Технология получения известняка в древние времена была менее затратной.
Использование недожженной извести повышало прочность строительной смеси. При смешивании извести с водой получалась жидкая вязкая масса, которая без добавления наполнителя быстро растрескивалась.
К известковому раствору древние строители добавляли песок крупной фракции. В качестве армирующего материала применяли солому, золу, вулканическую породу. При отсутствии этих материалов в ход шел любой подручный материал – обломки кирпичей, раковины моллюсков. Определенной рецептуры раньше не существовало, раствор готовили на ощупь при ручном вымешивании. Для повышения прочности раствора добавляли органику.
В разных странах, это были – останки животных, экскременты, яичные белки. Предотвратить растрескивание помогало добавление жирной глины или «глиняного молока». Анализ взятых учеными нескольких образцов свидетельствует о том, что единой рецептуры не существовало, а проверялось качество строительной смеси опытным путем.
Рецепт старинного кладочного раствора
Перед началом смешивания компонентов проверяли их качество. Песок просеивали до получения однородной фракции. Для получения водоотталкивающего состава глину брали с высоким содержанием металлов. Их количество определяли по цветовой гамме глиняной массы – чем темнее глина, тем выше процент содержания металлов. Светлые сорта при высыхании быстро растрескиваются. Чтобы избежать этого эффекта, глину обжигали, растирали в муку, которую добавляли к известковой смеси. Увеличить плотность раствора получалось благодаря добавлению огромного количества яичных белков. На один куб смеси добавляли 3,5 тысячи белков. Основная смесь состояла из:
- четырех частей песка крупной фракции;
- трех частей извести;
- ½ части яичных белков;
- одной части жирной глины, глиняного порошка или «молока».
Смешивали известь с водой, постепенно добавляли глиняный компонент, последними вмешивали яичные белки. После следовало тщательное длительное вымешивания до получения однородной смеси. От общей массы отбирали образцы, из которых скатывали шарики, диаметром пять сантиметров и оставляли в прохладе на неделю. Каждое утро и вечер образцы сбрызгивали водой для постепенного высыхания. По истечению недели образцы проверяли на прочность.
Точный рецепт приготовления строительной смеси для кладки, штукатурки стен не сохранился. Описанный выше способ приготовления раствора подойдет для использования при отделке цоколя частных строений, кладке печей, каминов. Используют выше предложенную смесь для гидроизоляции участков, которые подвергаются агрессивному воздействию влаги. С его помощью заделывают трещины в кирпичной кладке, выполняют укладку кирпича при строительстве домов.
Преимущества известкового раствора
Использование строительной смеси для кладки на основе извести оправдано не только повышенной прочностью и долговечностью. Среди доказанных преимуществ использования извести в качестве основы вяжущей смеси отмечают:
- уменьшение теплопотерь;
- оптимизация внутри помещения баланса влажности;
- предотвращение развития, размножения бактерий, грибковых и плесневых спор;
- медленное схватывание, допускающее перекладку без потерь стройматериалов;
- соблюдение необходимого соотношения прочности раствора по отношению к прочности кирпичей.
Среди незначительных недостатков – медленное высыхание известкового раствора, что снижает скорость выполнения кладочных работ.
Не все так плохо с современными цементными растворами – при гидратации, зачастую цемент превращается в известь. Использование тощих строительных смесей (без добавления глины, извести) на территории Украины, США запрещены. На просторах России этот запрет снят после 1990 года.
На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках — 12 лет, из них 8 лет — за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.
История цемента
«Зри в корень!» — это один из знаменитейших афоризмов Кузьмы Пруткова, написанный ещё в XIX веке. Старайся искать первопричину во всем. А что же лежит в основе любого строительства? Конечно же, строительные материалы, и одно из первых мест здесь занимает цемент.
Рождение цемента произошло не так уж и давно — в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев получил вяжущий материал из смеси извести и глины. Свои результаты он изложил в книге «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», изданной в Петербурге. Несколько лет спустя, он же выпустил книгу, где описал способ приготовления цемента и бетона, а так же плюсы его использования для кладки кирпичей при строительстве зданий и набережных.
Но родиной цемента нельзя считать только Россию. Так, в 1824 году англичанин Д. Аспинд получил патент на изготовление цемента. Он предложил следующий способ изготовления цемента: смешав известковую пыль с глиной и подвергнув эту смесь высокой температурной обработке, Аспинд получил ноздреватый серый материал (клинкер) и, размолов его и смешав с водой, получил при высыхании очень прочный материал. Этот строительный материал получил название портландцемент, Портланд — это город, где добывали камень, на который цветом и прочностью походил цемент, полученный Аспиндом.
Как получить дизайн-проект бесплатно?
Цемент практически сразу же оценили везде. Так, в 1875 году в России на базе нескольких цементных заводов Подольского уезда был создан цементный завод Московского Акционерного Общества. Основал этот завод, который в последствии стал крупнейшим цементным заводом, московский купец Пороховщиков. Сейчас уже невозможно представить себе какое-либо строительство (будь то строительство нового дома, или реставрация старого, или даже внутренняя перепланировка квартиры) без использования этого материала.
Цемент сам по себе не является каким-то конкретным строительным материалом. Это общее название для определенной группы веществ, основными физическими характеристиками которых являются порошкообразность, вязкость и способность при смешивании с водой (в некоторых случаях с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, которая при высыхании принимает камневидное состояние. Важно отметить, что процесс это односторонний, т. е. раз затвердев, цемент уже не сможет вернуться в свое первоначальное состояние. Основными составляющими компонентами цемента являются известковые, маргелистые, глинистые породы и всевозможные добавки (бокситы, шлак и т. д.). Этот сырьевой материал подвергают высокотехнологичной и высокотемпературной обработке, в процессе которой начальное сырье доходит до стадии полного или частичного плавления. Так образуются силикаты и алюминаты кальция, благодаря которым цемент и приобретает своё главное качество — высокую прочность.
Существует множество видов цемента, основные из них: портландцемент, шлаковые и пуццолановые цементы, глиноземистый цемент и специальные виды цемента (такие как кислотоупорный и т. д.).
Цемент является важной составляющей и других строительных материалов, например, бетона и железобетона, для строительных растворов и т. д.
Основная характеристика, которой обладает цемент, это, несомненно, прочность. В отличие от чисто природных материалов он практически не подвержен влиянию времени. Цемент, в зависимости от состава, при затвердевании обладает разной степенью прочности (она указывается на мешках с цементом буквой М).
Дом не должен быть похожим на карточный домик — чуть дунешь и он рассыплется. Дом ассоциируется с крепостью, где можно укрыться от всех невзгод. Взгляните на замки и крепости в Европе — почему они, несмотря на свой уже очень древний возраст, стоят? Потому что строились на совесть, для себя, и из «вечных» материалов. Цемент стал современным показателем того, что «вечности» достигнуть можно.
