Как делали цемент в древности
Как делали цемент в древности
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Нет аккаунта? Зарегистрироваться Вопросы истории Об истории строительных растворов и бетона. Часть 1. Древность и античность. Сообщество ru_history Historia Magistra Vitae Полезные ссылки: Другие исторические сообщества: В этом месяце: На этой странице: · tovarish_suhov - (без темы) [+1] · muuu_addib - (без темы) [+8] · deux_pieces - (без темы) [+1] · ibowest - Древний тонкостенный бетон [+39] 14-июн-2010 03:53 pmБетонная 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 вод ы. 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:
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.
В Месопотамии практически не б ыло 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, построенн ый в 1250 г. до нэ, использовал уже обожженые в печи кирпичи, но снова битум в качестве связки.
Известняковые блоки старых пирамид (2900 г. до нэ) прокладывались глиной и илом, великие пирамид ы (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.
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.
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: P ortus , 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.
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 портландцементТакой 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»:
Как наши прадеды в деревнях изготавливали ЦЕМЕНТ? Все просто…
Ко мне в руки попала очень интересная книга 1907 г.в. «КАК САМОМУ СТРОИТЬ НЕБОЛЬШИЕ ДОМА. »*, в ней, помимо прочего, описывается кустарный способ изготовления цемента. Текст пришлось слегка изменить, т.к. русский язык того времени немного отличается от современно, уж простите.
Кустарный способ изготовления гидравлического цемента.
Сравнительно дорогой гидравлический цемент, известный под названием «портландского», цемент может быть легко и дешево изготовлен домашним кустарным способом, без всяких заводских приспособлений. Мы опишем процесс этого полезного и простого производства.
В прежнее время для приготовления подобной смеси брали лишь особые, сравнительно редкие естественные породы камня. Сейчас просто берут обыкновенные известняки, измельчают их, прибавляют около 25% глины, и перемешивают всю массу, обжигают ее при температуре, близкой к плавлению подобной смеси. Затем после прокаливания, вся масса измельчается в порошок и закупоривается в водонепроницаемые бочки и хранятся непременно в сухом месте, во избежание порчи цемента.
При изготовлении гидравлического цемента в домашних условиях необходимо проделать все те-же выше описанные операции, но с небольшими, имеющими часто практический характер, изменениями. Изменения эти, или разница в производстве, заключается в следующем:
1) Вместо измельченного камня-известняка берут обыкновенную гашеную известь; продукт этот конечно, известковых камней, но зато при употреблении его не приходится устраивать специальной камнедробилки для измельчения известняка;
2) Известь смешивается в указанной выше пропорции с жирной сырой глиной; вся смесь высушивается и разбивается деревянной колотушкой на куски, величиной, приблизительно, в четверть обыкновенного кирпича;
3) Полученные куски обжигаются легким огнем в русской печи или, что еще лучше, в бане на каменке; если же в деревне есть мастера-кирпичники, то из кусков сухой смеси извести и глины складываются особые печи, с несколькими топками и продушинами и куски обжигаются, как обыкновенный сырец-кирпич;
masterok
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
Древнеримский цемент был лучше.
В сфере изготовления цемента современным строителям есть чему поучиться у древних римлян, считают исследователи, которые изучали древние строительные технологии под руководством Пауло Монтейро из Департамента энергетики Национальной лаборатории Лоренса Беркли в США.
Древнеримская технология изготовления цемента оказалась более передовой, чем современная — она требует меньших затрат энергии и является более экологичной, а сам кирпич по прочности превосходит современный, говорится на сайте Лаборатории Лоренса Беркли.
Сейчас в мире наиболее широко применяется портландцемент, который считается очень качественным. Но из-за того, что для его производства нужно подогревать смесь известняка и глины до 1450°С, от сгорания топлива выделяется углекислый газ. Кроме того, такой газ выделяет и сам нагретый известняк.
Римляне же, наоборот, для производства цемента использовали меньше извести и подогревали её только до 900°С. В этом процессе им нужно было меньше топлива — соответственно снижались и выбросы в атмосферу от его горения.
Древняя технологияВ состав цемента у римлян входила известь и магматические горные породы. Для возведения подводных конструкций смешивали известь и вулканический пепел, и такую смесь выкладывали в деревянную опалубку. Морская вода вызвала горячую химическую реакцию. Известь гасилась (проходила реакция гидратации), взаимодействовала с вулканическим пеплом, и вся смесь начинала застывать.
С древних времён сохранились и записи древних римлян о качестве цемента и вулканического пепла.
Вначале Витрувий, инженер императора Августа, а позже Плиний Старший записал, что самый лучший цемент получался из пепла, взятого в районе Неаполитанского залива, особенно в окрестностях одного из приморских городов, современного Поццуоли.
Такой вулканический пепел имеет специальное название — пуццолан. Пепел такого типа можно встретить в разных частях мира, в частности, его можно добыть в Украине и в Карпатских, и Крымских горах.
В чём разница?Учёные выделяют несколько особенностей, которые делают древнюю технологию изготовления цемента более передовой, чем современную.
Во-первых, изменился состав бетона. Бетон на основе портландцемента состоит из кальция, силикатов и гидратов (К-С-Г). В состав римского бетона входило меньше кремния, а вместо него добавлялся ещё один компонент — алюминий. Такое сочетание кальция, алюминия, силикатов и гидратов (К-А-С-Г) позволяло создать очень прочный материал.
Во-вторых, древнеримский и современный цементы имеют разную структуру. Цемент на основе К-С-Г, застывая, становится похожим на такие природные структуры, как тоберморит и женнит. Однако он только подобен им — идеальной кристаллической структуры в современных цементах не увидеть.
Однако тоберморит обнаруживается в составе древнего римского бетона, который образуется там благодаря добавлению алюминия. Кроме того, само сочетание алюминия с тоберморитом даёт чрезвычайно прочный и долговечный материал.
Анализ показал, что по римскому рецепту для изготовления цемента требуется значительно меньше извести — его добавляется только 10% от веса всех компонентов. Температура, которой подвергается смесь, также на треть меньше, чем требуется при изготовлении портландцемента. А известь при реакции с богатым на алюминий пуццоланом и морской водой даёт очень прочные сочетание К-А-С-Г и алюминий-тоберморита.
«В середине 20-го века бетонные конструкции были рассчитаны на 50 лет, и немало таких зданий уже доживает свой век», — говорит Пауло Монтейро, профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Калифорнии.
По словам специалиста, нынешние сооружения рассчитаны на 100—120 лет. Однако римские портовые сооружения сохранились на протяжении 2 тысяч лет и выстояли в условиях химического воздействия и подводных течений.
Как древние римляне научились делать цемент
Тициана Ванорио (Tiziana Vanorio) и Варунторн Канитпаньячароен (Waruntorn Kanitpanyacharoen) из Стэнфордского университета выявили геологический процесс, которые мог подтолкнуть древних римлян к созданию бетона. В районе итальянского города Поццуоли в почве естественным образом образовывалась гашеная известь, которую римляне использовали для создания цемента. Подробности изложены в журнале Science.
В 1982 геологи обратили внимание на странные процессы, идущие в итальянском городе Поццуоли — уровень почвы здесь вдруг начал подниматься с неожиданной скоростью, иногда достигавшей двух метров в год. Этот процесс сопровождался мелкими землетрясениями, и власти даже эвакуировали около 40 тысяч человек из старинного центра города, опасаясь большого землетрясения или извержения вулкана. Но ничего не произошло.
После того, как почву рядом с Поццуоли пробурили на глубину 2,9 км, геологи наткнулись на толстый слой угля. Под воздействием жары и морской воды, этот слой начинал испускать углекислый газ, а тот в свою очередь вступал в реакцию с кальцием и водородом, — элементами, которыми богаты здешние скалы. Таким образом получалась та самая гашеная известь, с помощью которой римляне делали цементную смесь, лежащую в основе бетона. Кстати, вулканический пепел, применявшийся для создания этой «opus caementicium», привозили из Путеол — так в древности назывался Поццуоли.
Вполне вероятно, что древнеримские строители при создании бетона вдохновлялись этими природными химическими реакциями — а без этого бетона не было бы великих римских построек. Римские дороги, храмы и акведуки возводились во всех землях, принадлежавших римской империи. Многие древнеримские создания не просто сохранились до сегодняшнего дня, пережив и саму империю, и множество завоевателей, и природные катаклизмы, но и по-прежнему используются по прямому назначению — по древним акведукам все еще течет вода, а по проложенным древними римлянами дорогам ездят современные машины.
И все это благодаря умению изготавливать состав, похожий на современный бетон. Они делали смесь их песка, извести, воды, добавляя туда вулканический пепел, туф, осколки глиняных изделий. Получалось что-то вроде цемента, который они заливали в полости между стенами, приобретавшими таким образом невероятную прочность.
История цемента
Цементами называют искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело – цементный камень .
Первым природным вяжущим была глина . Глина и жирная земля после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность. Однако в виду низких потребительских качеств данных материалов (с использованием глины возводились постройки, не требующие значительной прочности) – люди занимались поиском более совершенных вяжущих.
Первый ранний предшественник бетона был обнаружен на берегу Дуная на территории современной Югославии – в хижине древнего поселения каменного века находился пол из бетона толщиной до 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести. Ориентировочный возраст находки – более 5000 лет до н.э. Но это скорее относится к исключению из правил, массовое применение извести при строительстве датируется гораздо более поздними сроками.
В плане массового использования при строительстве, более чем за 3 тыс. лет до н. э., в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие – такие как гипс . Это обуславливалось тем, что при обжиге строительного гипса использовалось гораздо меньше топлива (температура обжига 140–190 С), чем для производства извести. Известь является древнейшим искусственным минеральным вяжущим веществом после гипса, есть сведения, что египтяне использовали смешанные известково-гипсовые растворы при строительстве пирамид. Однако гипс долгое время не терял своих позиций – в следствии меньшей энергоемкости при производстве, в том же Египте топливо было чрезвычайно дефицитным.
Впервые широко известь стала применяться в Греции для облицовочных работ и в гидротехнических сооружениях. Но лишь в римский период началось массовое применение извести для кладочных растворов.
Римляне развили строительное искусство, оставив после себя знаменитые памятники древнего мира. Римляне так же составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Впервые применив вулканический пепел в качестве добавок – был изобретен предок так называемого « пуцоланнового цемента », названного по месту залежей сырья близ города Поццуолли.
В Киевской Руси основным связующим материалом была известь. Получали ее путем обжига известняка в специальных печах, которая позже гасилась в специальных ямах. Для приготовления строительного раствора использовалась известь разного состава – из чистого известняка получалась жирная белая известь (воздушная), а из известняка с глинистыми примесями – серая (гидравлическая, которая обладает способностью схватываться во влажной среде и использовалась при кладке). Белую известь использовали в основном при штукатурной работе. Хотя согласно некоторым исследованиям этим правилом не всегда руководствовались – вопрос рационального применения различных видов вяжущих также актуален и в современном строительстве. Заполнителем растворов являлась цемянка , т.е. мелкотолченая керамика, а также туф и пемза. Использовалась как специально обожженная и затем размолотая глина, так и недообоженный кирпич, а позже мелкотолченый кирпичный бой более крупных фракций – что давало меньшую усадку при твердении и увеличивало трещиностойкость. Однако тонкомолотая глина придавала дополнительные гидравлические свойства цемянке. Но видно уже тогда вопрос экономии и удешевления материалов и использования отходов производства (брак кирпича) не всегда решался в соответствии с задачей сохранения качества продукции. Использование толченой керамики в качестве заполнителя – прием, широко применявшийся многими древними народами. К примеру, в Индии применялась известь в смеси с сурки – молотым кирпичом. Интересно, что в раннем зодчестве в строительных растворах в качестве заполнителя песок практически не использовался. В качестве вяжущего также использовался гипс, а заполнитель – дробленый алебастр .
В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести. В частности в Москве появились первые производители – cухих строительных смесей – назывались они цементом (или «сементом»). Активно использовались добавки – бычья кровь, творог, яичный белок, кизяк и другие вещества, что свидетельствует о высоких требованиях к качеству возводившихся сооружений.
В 1829 г. профессор Фукс (Johann-Nepomuk Fuchs, 1774.1856) – немецкий химик и минералог показал, что всякий кремнеземистый минерал может быть годен для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу. Такие породы, как граниты, гнейсы, порфиры, полевой шпат, слюда и даже простая глина, не говоря о чистом кремнеземе (горный хрусталь, халцедон), все после обжига затвердевают под водой с известью. Вопрос стоял только в доступности сырья и энергоемкости производства.
Еще ранее Фукса были проведены исследования французским инженером Вика, работы которого начались в 1812 г. (Луи Жозеф Вика еще в 1812 г. показал, что обожженная смесь чистой углекислой извести и глины в известной пропорции по измельчении затвердевает с водой без всяких прибавок.), а в 1818 г. он высказал мнение и доказал опытом, что всякий известковистый минерал, содержащий глину в известном количестве, способен дать так называемую гидравлическую (т.е. твердеющую под водой) известь после надлежащего прокаливания. С 1837 по 1841 гг. Вика показал, что большая часть глин владеет свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, т.е. затвердевать с известью под водой, почему продукт обжига глин и назвали искусственной пуццоланой (цемянкой). Вика предпринял затем исследование разных французских глин, мергелей, известняков, благодаря которому, во Франции быстро стало развиваться производство гидравлических известей и цементов, получаемых прокаливанием естественных глинистых известняков.
Незадолго до Вика, Джеймс Паркер открыл, что глинистые почвы устьев Темзы с 30–35% глины после обжигания и измельчения дают цемент, на производство которого он и взял патент, назвав свой цемент – романским . Несколько лет спустя такое же открытие было сделано французами в Булони. Во Франции они тоже получили название романских цементов, или быстротвердеющих (быстросхватывающих), но впоследствии из естественных глинистых известняков стали делать и медленно схватывающие цементы, почему за всеми цементами этого рода оставлено только название «романских», без других характеристик. Большие неудобства, зависящие от неоднородности глинистых известняков, повели к дальнейшим весьма важным открытиям в приготовлении цементов. Известняки с малым содержанием глины дают гидравлическую известь, с большим содержанием – гидравлические цементы разных характеристик, а естественные толщи мергелей даже незначительной мощности обыкновенно очень неоднородны по составу. Поэтому возникло естественное желание приготовить гидравлический цемент из смеси глины и извести. Вика показал, что это возможно, но практическое осуществление эта мысль получила в России и Англии. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика .
В 1822 г. в Петербурге вышла книга Е.Г. Челиева «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», а в 1825 году Челиев в книге «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений» обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. Егор Герасимович Челиев начинал работать в Саратове, затем стал участником восстановления Москвы после пожара в 1812 году. Именно тогда он начал проводить эксперименты с различными материалами, чтобы найти скрепляющий состав для кирпича и камня. Стремление получить еще более совершенный вид гидравлического вяжущего привело русского строителя Челиева к важному открытию: при обжиге в горне на сухих дровах смеси извести и глины до «белого жару» (при температуре свыше 1100–1200 С) получался спекшийся продукт, обладавший в измельченном виде высокими механическими свойствами и способностью твердеть в воде. Егор Герасимович Челиев является изобретателем современного цемента.
В 1824 году Джозеф Aспдин, британский каменщик, получил патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня», который он создал на собственной кухне. Изобретатель нагрел смесь хорошо подробленного известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Aспдин назвал полученный продукт – портландцементом , потому что при производстве он использовал камни с карьера, который находился на острове Портланд. Однако только 30 лет спустя после этого открытия английские портландцементы получили распространение, а затем и преобладание. Толчок дала Лондонская всемирная выставка 1851 г., после которой на континенте весь портландцемент назывался английским.
Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность романцемента , полученного при несколько повышенной температуре обжига (900–1000 С), однако название «портландцемент» сохранилось и поныне. Гидравлическое вяжущее, описанное Е.Г. Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина.
Дело Челиева продолжили русские ученые Р.Л. Шуляченко, А.А. Байков, В.А. Кинд, С.И. Дружинин, В.Н. Юнг, П.П. Будников, В.Ф. Журавлев и др.
Д.И. Менделеев в книге «Основы химии» рассматривает ряд вопросов, связанных с химией силикатов, в частности цементов.
После Октябрьской революции развитию цементной науки уделялось большое внимание – так как цементная промышленность является базовой в обеспечение экономической мощи страны. Была создана научная основа цементной промышленности – по всей стране были созданы организации, занимающиеся проблемами и перспективами развития производства цемента.
Последние 15 лет недостаточного внимания к цементной науке привело к тому, что утеряно как минимум 75% научного потенциала отрасли. Оставшиеся 25% нуждаются в инвестициях со стороны производителей и поддержке со стороны государства.
Читайте также: