Когда изобрели цемент
Древнерусский раствор оказался лучше современного цемента
Древнерусский строительный раствор оказался по нескольким параметрам лучше, чем современный цемент. Подробностями строительства крепостей на Руси в XVI-XVII веках руководитель исследования поделился с корреспондентом Infox.ru.
Российские историки уже давно занимаются изучением истории и техники древнерусского строительства. Как пояснил корреспонденту Infox.ru кандидат исторических наук Константин Носов из Российской академии государственной службы при президенте РФ в Москве, «все каменные или кирпичные сооружения на Руси строились с использованием специального строительного раствора». Изучение состава этого раствора помогает ученым не только понять методику строительства, но и точнее датировать архитектурный памятник, создать похожий раствор для проведения реставрационных работ, определить, где именно добывались составляющие раствора, и отнести архитектурный памятник к определенной строительной школе.
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.
В Смоленске Носов брал четыре образца раствора из разных мест. Оказалось, что их составы довольно сильно отличаются между собой. Как пояснил ученый корреспонденту Infox.ru, видимо, у древних мастеров не было устоявшейся рецептуры приготовления этого вещества, и каждый раз получалось по-разному.
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).
Источник: https://www.infox.ru/news/10/24268-drevnerusskij-rastvor-okazalsa-lucse-sovremennogo-cementa
Поиск ответов на простые и не очень простые вопросы
Цемент – искусственное, порошкообразное, минеральное вяжущее вещество, приобретающее при взаимодействии с водой, водными растворами солей или другими жидкостями высокую вязкость и после затвердения — высокую прочность. Прочное каменное тело, образованное в результате затвердевания называется цементным камнем. Цемент в переводе с латинского означает «битый камень». Цемент относится к одному из основных строительных материалов и применяется при изготовлении бетона и производных материалов, например, железобетонных изделий.
Цементу часто приписывают два имени – гидравлический и минеральный. Гидравлическим его называют за то, что затвердевание происходит непосредственно в жидкости и после этого полученное твёрдое соединение в воде не растворимо. Минеральным – поскольку материалы, используемые для получения цемента – это горные породы или продукты их выветривания, т.е. минеральные породы.
История цемента
Под историей цемента будем рассматривать историю применения природных вяжущих веществ. Одним из первых применяемых таких веществ была глина. Обычно её смешивали с жирной землёй и полученную смесь сушили. Однако, такие изделия имели ограниченную прочность и их применение в строительстве было достаточно узким. Требовалось найти материал, обладающий большими вяжущими свойством, нежели чем глина.
Заменой глине стали два основных вяжущих вещества: известь и гипс. В древнем Египте при строительстве пирамид изготавливали растворы извести и гипса. Гипсовые растворы уступаю известковым по прочности, но требуют значительно меньших усилий для обжига. В связи с этим гипс долго не сдавал своих позиций в Египте, где всегда существовал большой дефицит на топливо для обжига, например, древесину.
В Китае и Индии впервые начали использовать такие вяжущие как гипс более чем за 3 тыс.лет до н.э. В то время существовал специальный строительный гипс. Температура обжига такого гипса могла быть в пределах 150-180 градусов Цельсия.
Бетон с применением извести впервые был обнаружен на берегу Дуная, сейчас это территория современной Югославии. В одной их хижин был оборудован бетонный пол, толщиной 25 см. Эта находка носила единичный характер, массовое использование бетонной смеси стало частым в гораздо более поздние годы. При изготовлении бетона был использован гравий и красноватая местная известь. Возраст находки — более 5000 лет до нашей эры.
Древние Римляне подмешивали определённые материалы к извести для придания её гидравлических свойств. В основном к таким материалам относились дроблёные или измельчённые кирпичи и отложения вулканического пепла. Общее между этими двумя материалами заключалось в содержание в их составе оксиды (диоксид кремния SiO2 и оксид алюминия Al2O3 – глинозём). Как дроблёные кирпичи, так и вулканический пепел вызывают взаимодействие с ними извести. В процессе этой реакции происходит присоединение воды с образованием соединений кремнезёма. Римляне очень много внимания уделяли строительному искусству, оставив после себя знаменитые памятники архитектуры древнего мира и первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов.
В средние века производилось усиленное экспериментирование над известняковыми смесями. Совершенно случайно было обнаружено, что продукты обжига, изготовленные из загрязнённых глиной известняков по водостойкости превосходят Римские пуццолановые смеси. Много внимания уделялось соотношению концентраций известняка и глины в растворах и на разработку новых месторождений. В конце 18 века пришли к выводу, что для достаточной крепости сухой смеси кроме оптимальной концентрации необходима ещё и очень высокая температура обжига.
Если упоминать Киевскую Русь – материалом, на котором основывались все строительные смеси служила известь. Сначала известняк обжигали в специально изготовленных для этого печах, а затем гасили в ямах. Из известняка с примесями глины в Киевской Руси получали серую известь, из чистого известняка получали жирную белую известь. Белую известь применяли в штукатурных работах, серую известь использовали в условиях, где необходимым являлось свойство застывать во влажных условиях, в основном это было применимо к кладке. В Мокве, в 1584 году был создан так называемый «Каменный союз», который заведовал изготовлением извести. Кроме этого у «Каменного союза» были такие области ответственности, как заготовка строительного камня и выпуск кирпича. Первые сухие строительные смеси назывались «сементом». В качестве добавок в первые цементные смеси активно использовались такие составляющие как яичный белок, бычья кровь и кизяк.
Изготовление цемента
Как и в прошлом, сейчас для изготовления цемента используют такие строительные смеси как известняк и глина. Известняк составляет примерно 75% от общего количества, оставшиеся 25% занимает глина. Оба компонента мелко измельчают и перемешивают. Соотношение долей составляющих является достаточно трудным процессом и даже такие доли, как 0,1% могут значительно влиять на свойства бетона в последствии.
Изготовленную смесь помещают во вращающуюся печь длиной до 180-220 метров и диаметром до 7-9 метров и обжигают при температуре до 1450 о С. Эту температуру ещё называют температурой спекания. В результате обжига получаются крупные комья, так называемые клинкеры. Эти комья в последствии размельчают и добавляют немного гипса, максимально до 6% в общей доле смеси.
После этого цемент упаковывают во влаго и разрывостойкие мешки или ёмкости и доставляют к требуемому месту. Ещё одним способом транспортировки являются машины или поезда оборудованные специальными ёмкостями.
Источник: http://rekhmire.ru/topic204.html
>История появления цемента
3 Фев by admin
История появления цемента
Способы производства вяжущих веществ были изобретены где-то в 3-4 тысячелетии до нашей эры. Это происходило в процессе обжига горных пород и последующего измельчения продуктов обжига. Первые искусственно созданные вяжущие вещества – известь и строительный гипс применялись во время строительства бетонной галереи лабиринта в Египте в 3600 году до нашей эры, римского Пантеона, Великой Китайской стены, фундаментов древних домов в Мексике. Вяжущие материалы известь, гипс и глина обладают способностью затвердевать только на воздухе потому они и называются воздушными. Прочность у всех воздушных вяжущих материалов довольно невысокая.
По прошествии времени водостойкость таких известковых растворов уже умели повышать путем ввода в раствор обожженной глины мелкого помола и вулканических пород, называющиеся «пуццоланы» (так назывались они потому, что залежи этих пород находились в древнем Риме возле города Поццуолли). В Москве с 1584 года действует так называемый «Каменный приказ», основной задачей которого было производство кирпича и заготовка камня для строительства, также он занимался и производством извести. На протяжении многих тысячелетий только воздушная известь и гипс были вяжущими материалами. Их большим недостатком была низкая водостойкость.
В связи с очень интенсивным развитием в 18-м веке промышленности в России возникла необходимость в систематизации знаний о вяжущих веществах, создания их усовершенствованных видов.
Нам же цемент известен с 1822 года. Егор Челиев, русcкий строитель, методом смешивания глины и извести получил материал с вяжущими свойствами. По происшествии нескольких лет он выпустил книгу, в которой описал процесс приготовления цементных материалов и бетона, а также все преимущества использования их при кладке кирпичей в строительстве набережных и зданий.
Англичанин Д. Аспинд в 1824 году получил на изготовление цемента патент. Он предложил изготавливать его следующим образом: нужно смешать глину и известковую пыль и эту смесь подвергнуть обработке при высокой температуре. Получился серый материал (клинкер). Его необходимо было измельчить до мелкого помола и смешать с водой. При высыхании получался материал высокой прочности. Этот материал назвали портландцемент. В городе Портланд добывали камень, похожий по своей прочности и цветом на цемент, который был получен Аспиндом.
После появления цемента он был оценен по достоинству. Сейчас без использования цемента даже нельзя представить себе ни одно строительство или ремонт. Цемент – не конкретный строительный материал. Это название обобщает группу веществ с такими физическими характеристиками как, вязкость, порошкообразность, способность образовывать вместе с водой пластичную массу, которая принимает, высыхая, камневидное состояние. Этот процесс полностью односторонний.
Если цемент затвердел, то в первоначальное состояние он не вернется никогда. Основные компоненты цемента – глинистые, маргелистые, известковые породы и добавки (шлак, бокситы и др.) В процессе высокотемпературной и высокотехнологичной обработки сырье попадает в стадию частичного либо полного плавления. При этом процессе образуются алюминаты или силикаты кальция, благодаря им цемент приобретает высокую прочность. Есть очень много видов цемента: портландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановый и шлаковый цементы, специальные цементы, например кислотоупорный и др.
В 1971 году в Советском союзе выпуск цемента был больше 100 млн.тонн.
Источник: http://nerudr.ru/blog/cement/istoriya-poyavleniya-cementa/