Что раньше использовали вместо цемента

Обновлено: 10.01.2025

Об истории строительных растворов и бетона.Часть 2

О вкладе Византии в технологию строительных растворов пишет в своей диссертации А. Липатов [i] . Он сообщает, что со временем в Византии росла толщина растворных швов в кирпичных строениях – от 10-15 к 60-70 и даже 120-150 мм, что связано с введением в раствор кирпичной или керамической крошки (цемянки), кирпичного боя, дробленого щебня и гальки, причем керамическая крошка с успехом заменяет недоступный поццолан. В результате реакции гашеной извести с керамикой получалось нечто вроде армированного бетона. Да и сами кирпичи в такой кладке играют, фактически, роль арматуры. Византийский кирпич отличается по своему виду - это тонкая, около 5 см, широкая пластина - плинфа. Таким образом, раствор составлял основной массив стены, в котором плинфы задавали структуру. Кладка с широкими розовыми полосами раствора и слоями кирпича (иногда - рядами камня) получила название византийской .

Липатов пишет: «… как показывает изучение византийских построек, в том числе и Св. Софии Константинопольской, в кладке стен и арочных конструкций зданий используются необычно толстые растворные швы (сопоставимые с толщиной кирпича и превосходящие ее). В этом случае раствор является главной составляющей массива кладки, в которой кирпичи играют роль элементов армирования. В рамках современной терминологии раствор может быть классифицирован как цемент, благодаря значительному размеру кирпичного наполнителя [Livingston 1993: 859-860; Livingston, Stutzman, Mark, Erdik 1992: 731-732]. Важнейшим достижением византийцев также следует считать использование технологии «горячей» извести, позволяющей использовать в качестве наполнителя глину, термически активизируемую при совместном гашении извести и наполнителя. Прочность раствора, изготовленного по такой технологии признана высокой. Такая технология квазицемента получает широкое развитие в Византийской империи [MacDonald 1992:12-13]. Полученные данные позволяют нам сделать основной акцент в изучении строительного производства Византии на строительных растворах и поставить их во главу угла нашего исследования: византийские постройки со средневизантийского времени и особенно поздневизантийский период демонстрируют качества, присущие бетонным монолитным конструкциям. Византийские растворы, созданные на основе извести и кирпичного наполнителя различного размера, безусловно, не являются полными аналогами современных бетонов, однако могут рассматриваться как квазибетон в византийской архитектуре».

Византия передала свое мастерство принявшим православие соседям: Сербии, Болгарии, Румынии.

Русь после принятия христианства получила возможность причаститься не только к вере, но и к целому ряду инноваций Византии. Так, строительство Десятинной церкви в Киеве проходило с участием византийских мастеров, что доказывают не только приемы кладки, применение характерного плоского кирпича - плинф, характер интерьера, но и использование толстых швов и даже технологии горячего раствора, что можно выявить на археологических останках церкви.

Рис. 7 Десятинная церковь была с ооружена древнерусскими и византийскими мастерами в 979-996 годах в период князя Владимира Святого, на её сооружение и содержание выделялась десятая часть княжих доходов – десятина, отсюда и название храма. (Реконструкция изображает, между прочим, и византийскую полосатую кладку ) Церковь была разрушена во время татаро-монгольского нашествия.

Цемянковые растворы (растворы на основе керамической крошки или специально обожженной глины) перенимаются в других местах, хотя, возможно, поначалу работали византийские мастера (рис 8, 9). Но происходят и изменения в составе растворов. К примеру в Новгороде в церкви Благовещения на Городище (1108) в известковый раствор добавляется бой плинфы и специально обожженная глина, в Николо-Дворищенском соборе (1113), Рождественском соборе Антониева монастыря (1116), Георгиевском соборе (1119) Юрьева монастыря — только бой плинфы и мелко истолченный известняк, в двух последних памятниках применялся ожелезненный известняк [ii] . Авторы этой работы о растворе трех новгородских памятников конца 12 века также пишут, что после возобновления строительства в Новгороде в конце 60-х годов XII века, в новгородских строительных растворах наблюдаются изменения, заключающиеся во введении в строительный раствор в качестве наполнителя глины наряду с боем плинфы и известняком. Глинистые растворы извести, что характерно, способны схватываться, как и так негашеная известь, приготовленная из серых известняков с примесями глины. А. Липатов пишет: « Не вполне понятно, каким образом
строители подошли к использованию данного типа раствора: путем наблюдений,
усовершенствования технологии или позаимствовали его у византийских
строителей. Но нет сомнений в том, что известково-цемяночно-карбонатный тип
растворов преобладает в строительстве второй половины XI – XII вв. на территории
древнерусского государства » .

В общем-то, до открытия цемента оставалась пара шагов: если иметь печи, дающие более высокие температуры, то можно было б дойти и до открытия цемента, который получается, как говорилось выше, совместным обжигом известняка и глины при 1450 о С. Но такая высокотемпературная печь сама была технической проблемой, когда она появилась, то стало возможным делать сталь, и фарфор.

Рис. 8. К ладк а Спасского собора в Чернигове , XI век. Хорошо видно, как мало тут плинфы и как много раствора. Слабый раствор за прошедшее тысячелетие разрушился бы. Этот и множество других любопытных образцов кладки древнего Спасского собора можно посмотреть здесь

Рис. 9. Комбинированная кладка Церкви Благовещения Пресвятой Богородицы, Витебск, XI или XII вв, фото Виктора Атапина.

Упомянутое исключение по своим строительным растворам составляют памятники Галицкого, Смоленского и Владимирского княжеств. Например, в Успенском соборе Владимира, построенном в середине 12 века по повелению князя Андрея Боголюбского, было отмечено применение гипсового раствора. Предполагается, что собор строили западные мастера, об этом писал Татищев [iii] : «По снисканию бо его (Андрея Боголю бского) даде ему Бог мастеров для строения оного из умных земель»; «по оставшему во Владимире строению, а паче по вратам градским, видно, что Архитект достаточный был. Мастеры же присланы были от Императора Фридерика Перваго, с которым Андрей в дружбе был как ниже явится» 4 . С.В. Заграевский [iv] пишет, однако, что работа мастеров не касалась самого строительства: « Однако необходимо заметить, что известный стереотип, связанный с приходом к Андрею «мастеров из всех земель», относится только к работам по украшению Успенского собора: «Того же лета создана бысть церква святая Богородица в Володимири благоверным и боголюбным князем Андреем, и украси ю дивно многоразличными иконами, и драгим каменьем бе з -щисла и сосуды церковными и верх ея позлати по вере же его, и по тщанию его к святеи Богородице, приведе ему Бог из всех земель все мастеры и украси ю паче инех церквии» .

В этом случае применение гипсового раствора было, вероятно, не связано с мастерами, но с распространением конкурентной технологии.

Средневековая Западная Европа.

В Западной Европе прежние секреты растворов, а тем более «протобетона» были утрачены. Вместо двух активных компонент – гашеной извести и силиката-порошка (поццолана) стали использовать композиции с гашеной известью и речным песком. Хотя песок тоже содержит окись кремния, но в заметно менее активной форме. Потому у такого раствора нет так называемых гидравлических свойств, то есть способности быстро схватываться с поглощением воды. Как строители огромных кафедралов справлялись с проблемой прочности? Стены строили медленно, давая построенному участку постоять, иногда и несколько лет [v] , с арок и мостов долго не снимали раму-опалубку. За это время песок частично реагировал с гашеной известью, но преимущественно происходила обратная реакция – из гашеной извести и углекислого газа из воздуха образовывался карбонат, кристаллы которого хорошо видны на многих микрофотографиях срезов. Когда швы после этого затвердевали, можно было продолжать строительство. Конечно, всех проблем это не решало. Для укрепления стен использовали различные опоры (рис. 10), ставшие архитектурными украшениями соборов. Ради большей прочности в некоторых местах кладки ставили железные скобы, укрепленные заливкой из мягкого свинца.

В некоторых случаях, например в кафедралах 13 века в Шартре, Суассоне, Бурже, Париже, Лаоне и более раннем кафедрале в Клуни использовались гипсовые растворы [vi] . Гипс, как известно, обладает гидравлическими свойствами, хотя и не очень прочен.

Рис. 10. Собор Нотр Дам де Пари, «летящие» опоры.

Рис. 11. Пизанская башня несет в себе строительную тайну. Она не только падает, но не упадет, но еще и сложена на основе очень неплохого строительного раствора. Он вернулся будто из античности.

Но из этой картины есть исключения (рис. 11). Строители пизанской «падающей башни» [vii] , которая строилась в два этапа, в 1173-1178 и 1272-1278 гг., использовали раствор, который не только включал известь из очень качественного известняка, и песок из реки Арно, но и «диатомовую землю», очень мелкий порошок, который состоит преимущественно из силиката кремния, являющегося останками диатомовых водорослей. Это заметно более активный компонент, чем песок, такой раствор способен схватываться. И потому растворы Пизанской башни (рис. 9) обладают большой прочностью, чем растворы многих других современных ей зданий. Рассчитано, что для семи этажей башни (не считая ее макушки, достроенной только в 1365 году) , потребовалось примерно 1400 тонн гашеной извести с 60% содержанием воды, 1350 тонн песка и 400 тонн диатомита .

И несколько слов о применениях органических добавок, вроде яичного белка, молока и прочего. Легенд об этом много. Китайцы в самом деле добавляли в растворы отвар риса: «Аналитические исследования показывают, что раствор, использованный в древних каменных кладках, представляет собой специфический органо-неорганический композиционный материал … Амилопектин в строительном растворе выступает также в качестве ингибитора роста кристаллов карбоната кальция, в результате чего формируется компактная микроструктура затвердевшего раствора, что является причиной его хорошей работы в составе каменной кладки » [viii] . Как мы видим, опять же речь идет о бедном строительном растворе и методе карбонизации извести.

Наоборот, опровергнут миф, что при строительстве Карлова моста в Праге использовались яйца, как добавки в раствор [ix] , это показал химический анализ.

Да и на Руси добавки такого рода относились к штукатурке для росписи, которая с такими добавками становится прочней и устойчивей к осыпанию.

Кратко суммируя, после удивительного рывка, который был достигнут древнегреческим изобретением «протоцемента» в 7 в. до нэ, его широкую адаптацию провели древние римляне, пришедшими к применению бетона даже в строительных работах на море. Традиция прочных растворов отчасти сохранялась в Византии, строители которой модифицировали строительные растворы с целью заменить важный активный компонент, и применяли технологию, которая позволяла получать прочную кладку. Этот метод был перенят на Руси, хотя меньшее применение каменного и кирпичного строительства, наступившее после татаро-монгольского завоевания, сужало, вероятно, базу для развития технологии. Наоборот, в Западной Европе, утратившей секреты прочных строительных растворов, использовали менее прочные растворы, но компенсировали это более изощренной архитектурой, и в некоторых случаях переоткрыли старые рецепты, как это видно на примере Пизанской башни.

[i] Липатов Алексей Анатольевич. Византийские традиции в строительном производстве Древней Руси: строительные растворы, стены, фундаменты : строительные растворы, стены, фундаменты : Дис. . канд. ист. наук : 07.00.06 СПб., 2006 304 с. РГБ ОД, 61:06-7/542

[ii] Медникова Е.Ю., Липатов А.А., Куликов В.Е. О строительных растворах трех новгородских памятников конца XII века: Новые методы и результаты "РЕЛИКВИЯ" №2/06/04

[iii] В.Н.Татищев. История Российская. М., 2005. Т. 2, с. 687.

[iv] Заграевский С.В. Успенский собор во Владимире: некоторые вопросы архитектурной истории. В кн.: Памяти Андрея Боголюбского. Сб. статей. Москва – Владимир, 2009. С. 95–114.

[v] R obert A. Scott. The Gothic Enterprise: A Guide to Understanding the Medieval Cathedral University of California Press 2003

[vi] Adams J., W. Kneller and D. Dollimore Thermal analysis (TA) of lime- and gypsum-based medieval mortars Thermochimica Acta , V . 211, 1992, P . 93-106

[vii] FRANZINI M . , LEONI L . , LEZZERINI М . and SARTORI F. The mortar of the "Leaning Tower" of Pisa European Journal of Mineralogy ; November, December 2000; v. 12; no. 6; p. 1151-1163;

[viii] Fuwei Yang, Bingjian Zhang, Qinglin Ma. Study of Sticky Rice-Lime Mortar Technology for the Restoration of Historical Masonry Construction . Accounts of Chemical Research , 2010

Как делали фундаменты в старину без цемента

Основание дома это фундамент. Бетон для фундаментов, как мы привыкли видеть сегодня, придуман не так давно, чуть более 100 лет назад. Однако дома, построенные без цемента стоят до сих пор. Рассмотрим несколько примеров старинных технологий изготовления фундаментов.

Технология строительства 19 века и ранее

В первую очередь определяли качество и плотность грунта очень простым способом: “ Твердым слоем, называемым в строительном искусстве грунтом, почитается тот грунт, в который железный лом весьма мало углубляется от нескольких сильных ударов.” Также в местах наибольшей нагрузки копали шурфы на глубину превышающую проектируемый фундамент как минимум на метр. Это позволяло определить качество грунта и возможность осадки возводимого здания.

Сами грунты подразделяли на мягкие и твердые:

Мягкие грунты :

1) Болотистый и иловатый.

3) Хрящеватый и песчаный,

К твердым относятся:

1) Рассыпной или разборной камень

При большом углублении в землю, если не будет достигнут твердый слой и покажется вода, то делают искусственное укрепление грунта под закладку фундамента.

Оно производится двумя способами:

1) набивкою свай, с ростверком или без него,

2) укладыванием лежней.

Лежни делались минимум в два ряда, один продольный и второй поперечный. Сваи применялись также сосновые или лиственные. Их забивали в шахматном порядке. Ростверк делался под основным фундаментом. Сваи прижимали большими камнями и перекрывали доступ к ним воздуха заливая известковый гидравлический раствор.

Потом укладывали камни, самые большие внизу. Особенно старались положить большие камни под углы, колонны,арки и в местах соединения наружных стен с простенками.

Камни укладывали рядами, заполняя пустоты более мелкими камнями и заливая известковым раствором. Чтобы раствор не растекался делали опалубку из досок. Практически всегда фундаменты расширялись в нижней части, чем слабее держал грунт тем шире была его подошва.

Камни были из известняка, причем из выбирали по цвету, запаху и звуку. Светлые камни считались более мягкими, чем темные. Запаха серы и других примесей они должны были не иметь. Звук при ударе молотком должен быть чистым, без дребезжания.

“Если фундамент делается по земле, то положив камни, уколачивают их деревянною колотушкою, дабы каждый камень лежал как можно плотнее на грунте, второй ряд по извести".

Это делалось так:

"Землекопною железною лопаткою один работник накладывает извести из верстака, а другой на слой извести кладет камни, ударяя по каждому молотком. Все пустоты между камнями наполняет щебнем, уколачивая деревянною колотушкою и заливают известковым раствором.”

Цитаты взяты из книги профессора Свиязева И.И. “Руководство к архитектуре” 1833 года.

Дом на последнем фото стоит на сваях из лиственницы с арками и противоарками в фундаменте, так как под домом была близко грунтовая вода.

Это не полностью все процессы и технологии изготовления фундаментов и если вас заинтересует, то продолжу.

Для чего в древности в кладочный раствор добавляли яйца и рисовый отвар?

В школьные годы запомнилась информация про строительство крепостей. Учитель рассказывал, что для увеличения прочности кладки в раствор добавляли сырые яйца. Тогда эта информация показалась необычной или чем-то типа легенд. В наше время эту же информацию подтверждают многие на форумах в интернете, но четкого ответа для чего именно – никто назвать не может.

Да, почти все комментарии говорят, что белок яиц придавал повышенную прочность раствору. Но за счет чего? Где кристаллизация связующего и где белок! Как связаны неорганические минералы с органикой? Не думаю, что древние упоминания – выдумки или мифы. Давайте разбираться.

Прочитал, что кроме яиц в кладочный раствор добавляли молоко, а в Китае – рисовый отвар. Есть даже легенда про Карлов мост в Праге. Что для его строительства со всей округи собирали яйца и молоко. А кто из крестьян не понял для чего – привозил вареные яйца и творог сыром.

В начале краткая информация о связующих для раствора. Сейчас в растворе используется портландцемент. Известно, что портландцемент был получен лишь в 1824 г. Д.Аспдином из породы на о.Портленд в Англии. Это обожженный книнкер и гипс. Правда, до него был известен романцемент , известный с 18в. (обожженные мергели и гипс ). А до этого был известен римский бетон (утерянный рецепт) и просто известковый раствор.

Кирпичные строения имеют возраст гораздо больший, чем период применения романцемента. В основном, в их кладке использовали известковые растворы. Как удалось выяснить, для придания большей пластичности раствору, в него добавляли яйца и тем самым уменьшалось водно-известковое соотношение (как при применении современных пластификаторов).

Раствор лучше уплотнялся и повышались его прочностные характеристики. В наше время тоже существуют органические пластификаторы. Хотя сама известь обладает хорошей пластичностью в отличие от современных растворов на цементной основе. Добавление дополнительного пластификатора в известь ставит вопрос.

Так же оказалось, что белок является ингибитором роста кристаллов карбоната кальция (который выделяется при затвердевании строительного раствора на основе гидроксида кальция – гашеной извести). Сохранился даже рецепт таких растворов, который кто-то перевел из старинных книг:

Примерные соотношения: примерно 1 яйцо на 1 кг известкового раствора. Есть еще мнение, что белок в раствор добавляли для того, чтобы продлить или максимально задействовать реакцию гашения негашеной извести. Если раствор был на ее основе. Происходило лучшее прожаривание известняка с большим образованием карбонатов кальция. Современный метод – автоклавирование бетонов при больших температурах как аналог.

Так же яйца добавляли в раствор для штукатурных работ в храмах – для придания большей прочности штукатурке. Известь являлась антисептиком и, не смотря на то, что органику любят грибы – плесень не образовывалась.

Удалось найти исследование европейских ученых, которые установили оптимальное соотношение белка в кладочном растворе. Это значение оказалось 6%. Ниже или выше – раствор имел меньшую прочность:

На 10 л известкового раствора нужно 0,6 л яичного белка.

Но для чего нужен был рисовый отвар в растворе в Китае? В рисе практически одни углеводы! Оказалось, что в этом отваре очень много амилопектина (углевод из крахмала). И он тоже выступает в качестве ингибитора роста кристаллов карбоната кальция.

В Китае провели научное исследование раствора из древней кладки стены и аналогичных образцов раствора без рисового отвара и с ним. Вот что увидели ученые под электронным микроскопом:

Т.е. существуют вполне научные обоснования древнему применению таких рецептов с органическими наполнителями. Но тогда вопрос – откуда у древних были такие познания в химии, материаловедении? Все было получено опытным путем? Или алхимия того времени – не такая уж и лженаука с заблуждениями? И какие-то средневековые рецепты на эту тему могут быть вполне рабочими? Ведь кому в наше время в здравом уме вздумается в известковую штукатурку добавлять рисовый отвар? А оказывается – есть смысл и это чистой воды наука!

Рецепты древних цементов из старых книг

Современные строительные технологии в большинстве случаев использует так называемый портландцемент. Это вид связующего для цементации строительных растворов, получения строительных блоков, для монолитной заливки строений (колонны, балки, плиты и т.д.). Официальная информация: портландцемент был получен в 1824г. англичанином Джозефом Аспдином из сырья, которое добывали на острове Портлэнд у берегов Англии и далее технология распространилась по всему миру.

Краткая информация что такое портландцемент Краткая информация что такое портландцемент

Такой вопрос: а как строили раньше? Неужели все древние кирпичные и каменные кладки в Европе замешивали на гипсе? Ведь гипсовый раствор и бетонный – имеют разную прочность и долговечность. Но европейские замки, крепости и дворцы стоят столетиями до сих пор. Неужели римский бетон никто не использовал в Европе? Должна же была эта технология остаться потомкам.

Помню со школы, что на уроке истории нам рассказывали: древние строители не знали цемента и в качестве связующего добавляли куриные яйца. Точного ответа зачем – нет. Есть только предположения, что известковый раствор при этом получался прочнее.

Оказывается, масса рецептов различных цементов была известна и без яиц в составе и до патента на портландцемент. Вот список некоторых рецептов из книги 1931г. Бродерсена Г.Г. «Справочник кустаря»:

Древнерусский раствор оказался лучше современного цемента

Впервые этим вопросом историки занялись еще в 1930 году, однако до сих пор про растворы известно немного. По словам Носова, дело в том, что до настоящего времени ученые использовали каждый свой метод анализа, да и обработали небольшое количество образцов. В основном исследователей интересовали домонгольские сооружения: ученые исследовали около 90 древнерусских памятников, из которых 70 датируются XI-XIII веками.

13 образцов на анализ

Команда российских ученых под руководством Носова решила провести комплексный анализ образцов раствора более позднего периода. Ученый лично взял 13 образцов строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков в Нижнем Новгороде, Коломне, Зарайске, Серпухове, Борисовом городке, Смоленске и Вязьме. Для сравнения он также изучил образцы современного раствора в Смоленске и средневековых укреплений в Англии и в Уэльсе (замок в Чепстоу, городские стены в Конуи и в Кембере). Сложность работы заключалась в том, чтобы найти тот участок крепости, где не проводились реставрации и не применялись более поздние растворы (например, в случае с Московским Кремлем найти кладку конца XV века практически невозможно, так как крепость слишком часто ремонтировалась).

Рентгенофлуоресцентный анализМетод спектроскопического исследования вещества с помощью рентгеновского излучения для определения содержания элементов и элементарного состава образца вещества. Петрографический анализ -- метод исследования вещества с помощью микроскопа для определения фазового состава, структуры и текстуры горной породы или технического камня. Химический анализ рентгенофлуоресцентным методом провела Ирма Рощина из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН. Петрографический анализ сделала сотрудник Государственного научно-исследовательского института реставрации Раиса Лобзова.

Что такое строительный раствор?

Строительный раствор состоит из двух компонентов: вяжущего вещества и заполнителя. Иногда к ним подмешивают и специальные добавки. На Руси в качестве вяжущего элемента использовалась известь: известняк, мел и другие карбонатные породы обжигались в специальных печах. К полученной смеси добавляли воду, в результате чего образовывалась гашеная известь, получалось этакое строительное «тесто». Однако такой материал быстро трескался. Поэтому к извести добавляли заполнитель, например песок, значительно улучшавший качество строительного раствора.

Ученые определили прочность разных строительных растворов, процентное соотношение вяжущего элемента и заполнителя, их состав и дополнительные примеси (например обломки кирпича или кирпичная мука, шлак, раковины и т. д.).

Как и из чего строили в XVI веке?

ЦемянкаЗаполнитель для строительного раствора из керамической или кирпичной крошки. Использовался, например, при строительстве архитектурных памятников Киева, Чернигова, Переяславля. В итоге ученые выяснили, что строительные смеси, связывающие камни крепостей XVI-XVII веков, значительно отличаются от более ранних образцов. В XI-XIII веках в основном использовали известково-цемяночные, а в XVI-XVII -- известково-песчаные смеси. В некоторых образцах присутствует недожженная известь, которая повышает прочность раствора. Возможно, древние строители специально не очищали известь, выяснив экспериментальным путем, что так качество раствора только повышается. Исследователи также нашли следы повторного использования старой извести, которую смешивали с новой. Более того, они обнаружили, что некоторые качества древней извести (долговечность, воздухоустойчивость) превышают качества современных цементов.

Образец современного раствора, использованный реставраторами, оказался весьма похож на древнерусский, однако оказался плохо перемешан. Зато средневековые образцы из Уэльса и Англии очень похожи на русские растворы XVI-XVII веков.

Несмотря на все полученные данные, ученым еще предстоит выполнить большую работу, чтобы сделать выводы об общей эволюции строительных растворов на Руси и их использовании в культовых, военных и гражданских сооружениях. По словам Носова, также интересно было бы сравнить древнерусские растворы с итальянскими, так как в Россию приезжали и иностранные мастера, например Аристотель Фиораванти (примерно 1415--1486), который построил Успенский собор в Москве.

Статья об исследовании строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков опубликована в журнале «Российская археология» (№ 1, 2009).

Старинный раствор намного лучше современного: Возможно ли повторить сейчас?

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.

Из чего и как делают цемент?

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.

Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.

Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.

По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Карбонатные породы

Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:

Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.

В состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства

Глинистое сырье

К глинистым породам относятся:

глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
лесс, представляющий рыхлую горную, непластичную породу, отличающуюся пористостью, мелкозернистостью. Содержит включения силиката, кварца.

Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

Глинозем.
Кремнезем.
Глину.
Плавиковый шпат.
Апатиты.

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

стойкость к воздействию коррозионных процессов;
устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
прочностные характеристики;
продолжительность твердения;
подвижность цементного раствора, его эластичность;
степень проницаемости водой.

Состав

Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:

Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
Известь – 60 %.
Алюминий (глинозем) – 5 %.
Оксиды железа и гипс – 10 %.

Сегодня производится множество видов цемента

Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.

Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.

Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:

клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций

Процесс изготовления

Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:

Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Этапы производства

Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.

Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:

мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.

Заключение

Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.

Читайте также: