Римские рецепты бетона – увлекательная тема с исторической точки зрения, но с практической точки зрения то, что знали римляне, может помочь улучшить методику производства бетона и сегодня.
Секрет долговечности римского бетона.
Тот же метод укладки бетона использовался при строительстве подземных частей зданий, таких как фундаменты, где опалубка состояла из деревянных планок, установленных вдоль котлована, жестко скрепленных изнутри поперечными и продольными брусьями (рис. 20). При строительстве фундаментов на плотных почвах вулканического происхождения, которыми так богата римская земля, бетонная смесь укладывалась в котлован без опалубки, так как котлован или траншея сами по себе создавали устойчивую форму, в которую было удобно укладывать и уплотнять бетон. К ним относятся подземные части Цирка Салюстия, Базилика Константина, здания виллы Адриана и т.д.
Метод трамбовки широко использовался при строительстве полов и дорог, как указывают Варрон и Витрувий. Следует отметить, что, по словам Витрувия, трамбовка обычно производилась "частыми ударами тяжелыми трамбовками (с использованием) большой группы рабочих". Все это говорит о том, что древние строители (не только в Древнем Риме) придавали большое значение тщательному уплотнению бетонной смеси. Даже штукатурку, наносимую на стены, рекомендовалось "утрамбовывать железом". ' Для придания ей большей плотности. Поэтому качество штукатурки было таким, что "в нее можно было смотреться как в зеркало", а фрески, написанные на ней, можно было, по словам Плиния Старшего, переносить вместе со штукатуркой в любое место.
Преимущества длительного уплотнения смеси подтверждает и индийская практика строительства из бетона. В Бенгалии. Там, где песок или его часть в растворе заменялись тонкими полнотелыми кирпичами (сурхи), применялся следующий метод работы: гашеную известь и сурхи смешивали мокрым способом на горках до образования липкой массы, которую добавляли к заполнителю, после чего раствор тщательно перемешивали и укладывали. Утрамбовка продолжалась часами и заканчивалась только тогда, когда вода, вылитая на поверхность раствора, уже не впитывалась им.
Древнеримский секрет долговечности бетонных конструкций.
Итак, после достаточно подробного анализа технологии формовки римского бетона нам снова пришло в голову спросить о секрете так называемого Древнего Рима – секрете долговечности бетонных конструкций.
Одним из первых, кто попытался объяснить древнеримский секрет долговечности бетонных конструкций, был французский архитектор Ж. Ронделе (1734-1829). После длительного изучения римских зданий и многочисленных экспериментов он пришел к выводу, что превосходное качество римских растворов и бетонов объясняется не какими-то секретами гашения извести, состава или времени выдержки, как считалось ранее, а лишь тщательным перемешиванием и хорошим уплотнением (трамбовкой) свежеуложенной смеси. Действительно, эксперименты показали, что химический анализ римских растворов и бетонов не выявил ничего необычного в их составе. В то же время они характеризуются плотной консистенцией и часто содержат известь, которая еще не полностью карбонизировалась.
Современный английский исследователь Ф. Финкельдей после детального изучения некоторых частей римского бетонного акведука также пришел к выводу, что у римлян не было особых секретов создания бетонных конструкций. По его мнению, долговечность достигалась за счет использования известково-пуццоланового вяжущего и рационального соотношения вяжущего и заполнителя. Римляне использовали умеренное количество воды в бетонной смеси. F. Финкельдей был настолько поражен долговечностью и прочностью римских бетонных конструкций, что настаивал на возвращении к их старым технологическим методам, используя аналогичные цемент и заполнители.
Можем ли мы согласиться с выводами Ж. Ронделе и Ф. Финкельдея, двух известных ученых-строителей, разделенных более чем столетием? Да, потому что все специалисты по бетону, будь то древние строители, энциклопедисты типа Ронделе или современные исследователи, знают простые, но важные принципы получения бетона с желаемыми свойствами. К ним относятся тщательный подбор составляющих материалов, перемешивание и уплотнение бетонной смеси.
Римский бетон
Каждый, кто посетил Рим или любой другой город, где сегодня возвышаются древнеримские здания, вероятно, был впечатлен изобретательностью древних римлян. Одним из самых гениальных творений этих замечательных инженеров был opus caementicium, известный как римский бетон. Но даже сегодня современные инженеры продолжают осваивать методы, которые были известны 2000 лет назад. Вот факты о римском бетоне.
Все началось с римской архитектурной революции
Римская архитектурная революция, также известная как бетонная революция, началась с Римской республики, которая была основана в 509 году до нашей эры и расцвела с возникновением Римской империи в 27 году до нашей эры.
В это время древние римляне начали строить такие архитектурные сооружения, как арки, мосты, акведуки, купола и своды. Для их возведения им требовался чрезвычайно прочный материал. И они смогли его создать.
Состав римского бетона
В лаборатории группа исследователей сосредоточила внимание на небольших включениях кальция (комочках извести) в древнем бетоне. О наличии этих комков уже было известно, но первоначально ученые считали их результатом плохого перемешивания бетона во время его приготовления. Однако химики под руководством Адмира Масика предположили, что наличие кальция объясняется тем, что древние римляне использовали в смеси негашеную известь. Сначала они смешивали сухие ингредиенты бетона, а затем заливали их водой.
Известь, полученная из обожженного известняка, вступала в реакцию с водой во время смешивания, выделяя большое количество тепла. Это препятствовало полному растворению известняка. Собственно, именно поэтому в образцах присутствуют небольшие нерастворенные комочки извести.
Чтобы проверить, так ли это на самом деле, ученые решили создать свой собственный бетон по "древнеримскому рецепту". В результате они получили материал, идентичный образцам, собранным в Привернуме. Об этом ученые сообщили в своем недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science Advances.
Известь в бетоне "лечит" трещины в бетоне от влаги
В чем секрет долговечности древнеримских зданий?
Ученые, похоже, раскрыли секрет состава древнего бетона. Но почему он был прочнее современного бетона? Чтобы выяснить это, группа ученых создала в образцах собственного бетона трещины, которые обычно появляются по мере старения материала. Затем они начали лить воду на образцы, как это происходит в реальном мире, когда дождевая вода попадает на стены.
Подписывайтесь на канал Яндекс.ZEN, чтобы увидеть действительно интересные и захватывающие кадры.
Оказалось, что нерастворенные комочки извести в воде начали растворяться и перекристаллизовываться, заполняя при этом трещины. Другими словами, бетон ремонтировал сам себя. Он был способен "залечивать" трещины шириной до 0,6 миллиметра. Напомним, что самовосстанавливающийся бетон был изобретен всего несколько лет назад и до сих пор не нашел широкого применения.
По мнению исследователей, разработанный ими материал позволит не только повысить прочность зданий, но и снизить их стоимость и, что самое главное, уменьшить выбросы парниковых газов. Ведь на производство цемента приходится 8% всех выбросов. Как мы уже говорили, сокращение выбросов – очень важная задача на сегодняшний день, так как за последние несколько лет ситуация не улучшилась.
Как римляне использовали химию для создания самого прочного бетона в истории
Долгое время ученые были убеждены, что особый вид вулканического пепла в римском бетоне был главной причиной его прочности. Этот вид золы был известен как пуццолановый пепел, поскольку он образовался в результате извержений, происходивших вокруг города Поццуоли на побережье Неаполитанского залива. Он широко использовался в строительных проектах по всей Римской империи и был востребован благодаря своему твердому и прочному химическому составу.
Однако ученые обнаружили, что причиной долговечности римского бетона был не только вулканический пепел. При внимательном изучении нескольких образцов ученые обнаружили, что древние технологии изготовления бетона включали то, что эксперты называют "ключевыми самовосстанавливающимися функциями".
Этот термин относится к крошечным, ярко-белым кусочкам минерала, известного как "известняковые обломки" (проще говоря, маленькие кусочки извести), которые в изобилии встречаются в образцах римского бетона.
Ранее считалось, что эти кусочки затвердевшей извести являются плохо перемешанными примесями, которые не играют существенной роли в формуле бетона. Но Адмир Масич всегда скептически относился к подобным выводам и решил доказать, что это не так.
"С тех пор как я впервые начал работать с древнеримским бетоном, я всегда был очарован его характеристиками", – объяснил он. – объяснил он. "Идея о том, что присутствие частиц извести можно объяснить плохим контролем качества, всегда беспокоила меня. Если римляне приложили столько усилий для создания идеального строительного материала, скрупулезно соблюдая все детальные правила, отточенные веками, почему они не смогли хорошо перемешать конечный продукт? В этой истории было что-то не так".
Ученые хотят знать, можно ли использовать римский бетон сегодня?
Воодушевленные результатами испытаний, ученые теперь ищут инвесторов, чтобы начать коммерческое использование римского бетона, который имеет явные преимущества перед большинством современных вариантов.
"Подумайте о том, как эти более прочные составы бетона могут увеличить не только долговечность материалов, но и как они могут улучшить долговечность составов бетона для 3D-печати", – сказал Масич. – сказал Масич.
В исследовательской лаборатории Адмира Масича в Массачусетском технологическом институте материаловеды экспериментируют с новыми составами бетона, которые могли бы уменьшить влияние производства цемента на глобальный климат (в настоящее время на производство цемента приходится около восьми процентов глобальных выбросов парниковых газов). Масич отмечает, что более долговечный бетон мог бы помочь снизить этот процент, поскольку конструкции из бетонных блоков, которые служат так же долго, как римские акведуки, не требуют частого ремонта или замены.