История цемент: Кто изобрел цемент | Журнал Популярная Механика

Кто изобрел цемент | Журнал Популярная Механика

Современную земную цивилизацию невозможно представить без таких сооружений, как небоскребы, мосты, железные дороги. В основе всех этих сооружений лежит конструкционный материал, появившийся всего лишь полтора столетия назад… в качестве материала для садовых кадок.

Первые данные об использовании цемента в строительстве относятся примерно ко II веку до н.э. Смесь извести с вулканическим пеплом, пемзой и туфом со склонов Везувия использовалась римлянами в качестве связующего при строительстве каменных сооружений. Римские строители изготавливали и отдельные элементы сооружений из цемента, но его прочность оставляла желать лучшего.

В 1824 году Джозеф Аспдин разработал современный портландцемент, который в смеси с песком, щебнем и водой уже можно было применять в качестве строительного материала — бетона. Он хорошо выдерживает сжатие, а вот растяжения приводят к его разрушению. А железные балки, наоборот, отлично работают на растяжение и плохо на сжатие. Идея соединить эти достоинства почти одновременно пришла в голову нескольким людям. Жан-Луи Ламбо в начале 1850-х годов построил на юге Франции несколько небольших лодок с использованием бетона, армированного железной сеткой.

Британец Уильям Уилкинсон в 1854 году стал первым, кто использовал армированные железными балками бетонные панели в строительстве двухэтажного дома в Ньюкасле. Примерно в это же время другой строитель, Франсуа Куанье, экспериментировал с железобетоном во Франции — он стал первым, кто связал стальную арматуру перекрытий со стеновыми панелями. Но в массовую практику новый материал ввел человек, не имевший к строительству никакого отношения.

Изобретение армированного железобетона стало одним из важнейших событий в истории строительства.

Джозеф Монье в 1846 году был назначен садовником оранжереи в саду Тюильри возле Лувра. Для пересадки апельсиновых деревьев на зиму в теплицу ему понадобились прочные садовые кадки. Монье сделал несколько таких кадок из бетона (цемента с песком, золой, молотым кирпичом), но они все время трескались. Поэтому он укрепил их стенки с помощью железных стержней.

В то время считали, что железные элементы при перепадах температур быстро разрушат бетон, но за три года ни одна кадка не вышла из строя! После этого Монье перешел на емкости для воды и другие элементы ландшафтного дизайна из нового материала. В 1867 году он продемонстрировал армированный бетон на международной выставке в Париже и получил первый патент на использование материала в искусственных водоемах. За первым патентом последовали другие — на трубы и бассейны (1868), строительные панели (1869), мостовые конструкции (1873), балки и шпалы (1878).

В 1875 году под руководством Монье в замке Шазелье был построен небольшой железобетонный мост. А в 1879 году немецкий инженер-строитель Густав Вайс купил права на все патенты Монье и усовершенствовал его конструкцию, сместив арматуру в сторону наибольшей нагрузки на растяжение (Монье не был инженером и не вникал в такие тонкости). Тем самым Густав Вайс сделал последний шаг в сторону современного железобетона, вскоре захватившего строительные площадки всего мира.

Статья «Серая кость цивилизации» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№9, Сентябрь 2013).

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 — вследствии меньшей энергоёмкости 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 изобретён 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 недообожённый 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 толчённой 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 энергоёмкости 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 ещё 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 годы 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.

настоящий философский камень : lifestroi — LiveJournal

?

LiveJournal

• Main
• Ratings
• Interesting
• iOS & Android

• Disable ads

Login

• Login

• CREATE BLOG

  Join

• English

  (en)

  • English (en)
  • Русский (ru)
  • Українська (uk)
  • Français (fr)
  • Português (pt)
  • español (es)

История возникновения цемента | ТАТЦЕМЕНТ

История цемента

 Строительное вещество — цемент появился совсем недавно. Датой происхождения этого материала считается 1822 год. Именно в этом году российский ученый Евгений Челиев изобрел необычный по своему свойству минеральный материал, который состоит из вяжущей смеси и специально добытой глины. Полученный им в лабораториях опытным путем результат он опубликовал в своих мемуарах и статьях, в которых подробно изложил методы приготовления цементной массы, а в последующем будущем и бетона. Далее была воспроизведена методика следующего их использования для кладки строительных камневидных материалов, блоков и прочих конструктивных элементов необходимых при возведении зданий и комплексов. Однако следует отметить, что официально родиной цемента неправильно называть Российскою Федерацию, так как в 1824 году ученый — технолог Джордж Эспинд заполучил эксклюзивный патент, который дал ему право на производство цемента. Он подарил всему населению планеты Земля свой особый и оригинальный способ изготовления этого материала. После долгих технических расчетов и раздумий Джордж Эспинд начал обрабатывать добытую глину и известковую пыль путем обжига этих материалов посредством огня подвергая эти минералы воздействию высокой температуры. Полученную им консистенцию он замочил в емкости и подверг смешиванию с водой. Спустя определенный промежуток времени концентрат был готов к использованию.

 После полного высыхания полученный твердый и прочный материал в промышленности начали именовать как портландцемент. Произношение названия известной всем смеси ведет свое происхождение от города Портланд где и по сей день ведутся исследования и раскопки по добыче камня, который по своим характеристикам, прочности, твердости и особым цветом очень похож на цемент. С тех самых пор цемент в Казани получил свою славу и зарекомендовал себя как основной вяжущий элемент в промышленном и гражданском строительстве. Само же вещество не является независимым строительным материалом, так как оно состоит из нескольких групп веществ неорганического происхождения, способные под воздействием смешивания с чистой и неилистой водой получать вязкую и одновременно жидкую массу, которая в дальнейшем, при схватывании становится твердым и прочным материалом, применяемым в отделочных и монтажных работах. Необходимо заметить и подчеркнуть то, что цемент – это не вода, он не может принимать распространенные в природе агрегатные состояния при воздействии на него температуры окружающего воздуха.

 Важность и незаменимость цемента заключается в том, что без него практически нельзя изготовить никакие виды строительных конструкций и железобетонные изделия. Главной характерной цемента является его прочность и твердость. Также необходимо отметить, что строительный цемент М400 это, пожалуй, единственный материал который фактически не подвержен влиянию временного фактора. Полученное бетонное изделие на протяжении срока в 200 лет набирает свою абсолютную плотность и крепость, а после проистечения этого срока он в течении еще 200 лет разрушается. Таким образом сооружения построенные посредством использования портландцемента способным прослужить как минимум 400 лет. Крупнейшим технологическим производителем этого вяжущего материала является Китай, далее по рейтингу идет Индия, а завершают тройку гигантов мирового уровня Соединенные Штаты Америки. Российская Федерация по количеству произведенного в год цемента на душу населения значительно отстает от этих стран. Но при всем при этом, необходимо отметить, что наша страна усиленными темпами набирает производственные мощности.

Закладка.

История бетона — InterNACHI®

Ник Громико, CMI® и Кентон Шепард

Период времени, в течение которого был впервые изобретен бетон, зависит от того, как интерпретировать термин «бетон». Древние материалы представляли собой неочищенный цемент, полученный путем дробления и обжига гипса или известняка. Известь также относится к измельченному обожженному известняку. Когда к этим цементам были добавлены песок и вода, они превратились в строительный раствор, который представлял собой гипсовидный материал, используемый для склеивания камней друг с другом. За тысячи лет эти материалы были усовершенствованы, объединены с другими материалами и, в конечном итоге, превратились в современный бетон.

Сегодняшний бетон изготавливается с использованием портландцемента, крупных и мелких заполнителей камня и песка, а также воды. Добавки — это химические вещества, добавляемые в бетонную смесь для контроля ее схватывания, и используются в основном при укладке бетона в экстремальных условиях окружающей среды, таких как высокие или низкие температуры, ветреные условия и т. Д.

Прекурсор бетона был изобретен примерно в 1300 г. до н.э., когда средний Восточные строители обнаружили, что, когда они покрывали внешние поверхности своих крепостей из толченой глины и стены домов тонким влажным слоем обожженного известняка, он вступал в химическую реакцию с газами в воздухе, образуя твердую защитную поверхность.Это не был бетон, но это было началом развития цемента.

Ранние цементирующие композитные материалы, как правило, включали измельченный в строительный раствор, обожженный известняк, песок и воду, которые использовались для строительства из камня, в отличие от заливки материала в форму, что по сути является тем, как используется современный бетон, с формой бетонные формы.

Цемент, как один из ключевых компонентов современного бетона, существует уже давно. Около 12 миллионов лет назад на территории современного Израиля естественные отложения образовались в результате реакций между известняком и горючими сланцами, образовавшимися в результате самовозгорания.Однако цемент — это не бетон. Бетон — это композитный строительный материал, и ингредиенты, из которых цемент является лишь одним из них, со временем менялись и меняются даже сейчас. Рабочие характеристики могут изменяться в зависимости от различных сил, которым бетон должен будет противостоять. Эти силы могут быть постепенными или интенсивными, они могут поступать сверху (гравитация), снизу (пучение почвы), по бокам (боковые нагрузки) или могут принимать форму эрозии, истирания или химического воздействия. Ингредиенты бетона и их пропорции называются дизайнерской смесью.

Раннее использование бетона

Первые бетонные постройки были построены набатейскими торговцами или бедуинами, которые оккупировали и контролировали ряд оазисов и создали небольшую империю в регионах южной Сирии и северной Иордании примерно в 6500 году до нашей эры. . Позже они обнаружили преимущества гидравлической извести, то есть цемента, который затвердевает под водой, и к 700 г. до н.э. они строили печи для производства раствора для строительства домов из щебня, бетонных полов и подземных водонепроницаемых цистерн.Цистерны держались в секрете и были одной из причин, по которым набатеи смогли процветать в пустыне.

При изготовлении бетона Набатеи понимали необходимость сохранять смесь как можно более сухой или с низкой оседанием, поскольку избыток воды создает пустоты и слабые места в бетоне. Их строительные методы включали утрамбовку свежеуложенного бетона специальными инструментами. В процессе утрамбовки образуется больше геля, который представляет собой связующий материал, образующийся в результате химических реакций, происходящих во время гидратации, которые связывают частицы и агрегатируются вместе.

Древнее здание Набатеи

Как и у римлян, 500 лет спустя, у Набатеев был доступный на местном уровне материал, который можно было использовать для придания водонепроницаемости цементу. На их территории были крупные поверхностные месторождения мелкодисперсного кварцевого песка. Подземные воды, просачивающиеся сквозь кремнезем, могут превратить их в пуццолановый материал, представляющий собой песчаный вулканический пепел. Чтобы сделать цемент, набатеи обнаружили отложения, зачерпнули этот материал и соединили его с известью, а затем нагрели в тех же печах, которые они использовали для изготовления своей керамики, поскольку целевые температуры лежали в том же диапазоне.

Примерно к 5600 году до нашей эры вдоль реки Дунай в районе бывшей Югославии дома были построены с использованием бетона для полов.

Египет

Примерно за 3000 лет до нашей эры древние египтяне использовали грязь, смешанную с соломой, для изготовления кирпичей. Грязь с соломой больше похожа на саман, чем на бетон. Тем не менее, они также использовали гипс и известковые растворы при строительстве пирамид, хотя большинство из нас думает, что раствор и бетон — это два разных материала. Для постройки Великой пирамиды в Гизе потребовалось около 500 000 тонн строительного раствора, который использовался в качестве подстилки для облицовочных камней, образующих видимую поверхность законченной пирамиды.Это позволило каменщикам вырезать и устанавливать облицовочные камни с открытыми швами не более 1/50 дюйма.

Облицовочный камень пирамиды

Китай

Примерно в то же время северные китайцы использовали форму цемента при строительстве лодок и при строительстве Великой китайской стены. Спектрометрические испытания подтвердили, что ключевым ингредиентом строительного раствора, используемого для строительства Великой Китайской стены и других древних китайских сооружений, был клейкий клейкий рис. Некоторые из этих построек выдержали испытание временем и противостояли даже современным попыткам сноса.

Рим

К 600 г. до н.э. греки открыли природный пуццолан, который при смешивании с известью приобрел гидравлические свойства, но греки были далеко не так успешны в строительстве из бетона, как римляне. К 200 г. до н.э. римляне очень успешно строили из бетона, но это не было похоже на бетон, который мы используем сегодня. Это был не пластиковый текучий материал, налитый в формы, а больше похожий на цементированный щебень. Римляне строили большинство своих построек, складывая камни разных размеров и вручную заполняя промежутки между камнями раствором.Над землей стены как внутри, так и снаружи были облицованы глиняным кирпичом, который также служил формой для бетона. Кирпич имел небольшую структурную ценность или не имел ее вообще, и их использовали в основном в косметических целях. До этого времени и в большинстве мест того времени (включая 95% Рима) обычно используемые растворы представляли собой простой известняковый цемент, который медленно затвердевает от реакции с переносимым по воздуху диоксидом углерода. Истинной химической гидратации не произошло. Эти минометы были слабыми.

Для более грандиозных и искусных построек римлян, а также для их наземной инфраструктуры, требующей большей прочности, они делали цемент из вулканического песка с естественной реакцией под названием harena fossicia .Для морских сооружений и сооружений, подверженных воздействию пресной воды, таких как мосты, доки, ливневые стоки и акведуки, они использовали вулканический песок под названием пуццуолана. Эти два материала, вероятно, представляют собой первое крупномасштабное использование действительно цементирующего вяжущего. Pozzuolana и harena fossicia химически реагируют с известью и водой, гидратируются и затвердевают в скалистую массу, которую можно использовать под водой. Римляне также использовали эти материалы для строительства больших сооружений, таких как римские бани, Пантеон и Колизей, и эти сооружения все еще стоят сегодня.В качестве добавок они использовали животный жир, молоко и кровь — материалы, которые отражают очень примитивные методы. С другой стороны, помимо использования природных пуццоланов, римляне научились производить два типа искусственных пуццоланов — кальцинированную каолинитовую глину и кальцинированные вулканические камни, которые, наряду с впечатляющими строительными достижениями римлян, являются свидетельством высокого уровня технической сложности для того времени.

Пантеон

Построенный римским императором Адрианом и завершенный в 125 году нашей эры, Пантеон имеет самый большой из когда-либо построенных неармированных бетонных куполов.Купол имеет 142 фута в диаметре и имеет 27-футовое отверстие, называемое окулусом, на вершине, которая находится на высоте 142 фута над полом. Он был построен на месте, вероятно, начавшись над внешними стенами и создав все более тонкие слои по мере продвижения к центру.

Пантеон имеет внешние фундаментные стены шириной 26 футов и глубиной 15 футов, сделанные из пуццоланового цемента (известь, химически активный вулканический песок и вода), утрамбованного поверх слоя плотного каменного заполнителя.То, что купол все еще существует, — это случайность. Оседание и движение в течение почти 2000 лет, наряду со случайными землетрясениями, создали трещины, которые обычно ослабляли бы структуру настолько, что к настоящему времени она должна была бы упасть. Наружные стены, поддерживающие купол, содержат семь равномерно расположенных ниш с камерами между ними, которые выходят наружу. Эти ниши и камеры, изначально спроектированные только для минимизации веса конструкции, тоньше основных частей стен и действуют как контрольные соединения, контролирующие расположение трещин.Напряжения, вызванные движением, снимаются за счет трещин в нишах и камерах. Это означает, что купол, по существу, поддерживается 16 толстыми, конструктивно прочными бетонными столбами, образованными частями внешних стен между нишами и камерами. Другим методом снижения веса было использование очень тяжелых заполнителей с низкой структурой и использование более легких и менее плотных заполнителей, таких как пемза, высоко в стенах и в куполе. Стенки также сужаются по толщине для уменьшения веса наверху.

Римские гильдии

Еще одним секретом успеха римлян было использование ими торговых гильдий. У каждой профессии была гильдия, члены которой отвечали за передачу своих знаний о материалах, методах и инструментах ученикам и римским легионам. В дополнение к боевым действиям, легионы обучались самодостаточности, поэтому они также обучались методам строительства и технике.

Технологические вехи

В средние века технология производства бетона поползла назад.После падения Римской империи в 476 году нашей эры методы изготовления пуццоланового цемента были утеряны, пока в 1414 году не были обнаружены рукописи, описывающие эти методы, и возродили интерес к строительству из бетона.

Только в 1793 году технология сделала большой скачок вперед, когда Джон Смитон открыл более современный метод производства гидравлической извести для цемента. Он использовал известняк, содержащий глину, которую обжигали до тех пор, пока она не превратилась в клинкер, который затем измельчал в порошок.Он использовал этот материал при исторической перестройке маяка Эддистоун в Корнуолле, Англия.

Версия Смитона (третья) маяка Эддистоун, завершенная в 1759 году.

Спустя 126 лет он разрушился из-за эрозии скалы, на которой он стоял.

Наконец, в 1824 году англичанин по имени Джозеф Аспдин изобрел портландцемент, сжигая мелко измельченный мел и глину в печи до тех пор, пока не будет удален углекислый газ.Он был назван «портлендским» цементом, потому что он напоминал высококачественные строительные камни, найденные в Портленде, Англия. Широко распространено мнение, что Аспдин был первым, кто нагрел глинозем и кремнезем до точки стеклования, что привело к плавлению. В процессе стеклования материалы становятся стеклоподобными. Аспдин усовершенствовал свой метод, тщательно распределив известняк и глину, измельчив их, а затем обожгнув смесь в клинкер, который затем измельчили в готовый цемент.

Состав современного портландцемента

До открытия портландцемента и в течение нескольких лет после этого использовались большие количества натурального цемента, который производился путем сжигания смеси извести и глины природного происхождения.Поскольку ингредиенты натурального цемента смешаны по своей природе, его свойства сильно различаются. Современный портландцемент производится по строгим стандартам. Некоторые из многих соединений, содержащихся в нем, важны для процесса гидратации и химических характеристик цемента. Его получают путем нагревания смеси известняка и глины в печи до температур от 1300 ° F до 1500 ° F. До 30% смеси становится расплавленным, но остальная часть остается в твердом состоянии, претерпевая химические реакции, которые могут быть медленными.В конечном итоге смесь образует клинкер, который затем измельчают в порошок. Небольшая часть гипса добавляется, чтобы замедлить скорость гидратации и сохранить бетон более пригодным для обработки. Между 1835 и 1850 годами были впервые проведены систематические испытания цемента на сжатие и растяжение, а также первые точные химические анализы. Только в 1860 году были впервые произведены портлендские цементы современного состава.

Обжиговые печи

В первые дни производства портландцемента печи были вертикальными и стационарными.В 1885 году английский инженер разработал более эффективную печь, которая была горизонтальной, слегка наклонной и могла вращаться. Вращающаяся печь обеспечивала лучший контроль температуры и лучше справлялась с перемешиванием материалов. К 1890 году на рынке доминировали вращающиеся печи. В 1909 году Томас Эдисон получил патент на первую длинную печь. Эта печь, установленная на цементном заводе Эдисон Портленд в Нью-Виллидж, штат Нью-Джерси, имела длину 150 футов. Это было примерно на 70 футов длиннее, чем используемые в то время печи. Промышленные печи сегодня могут достигать 500 футов в длину.

Вращающаяся печь

Вехи строительства

Хотя были исключения, в течение 19, ^-го, века бетон использовался в основном для промышленных зданий. В качестве строительного материала он считался социально неприемлемым по эстетическим соображениям. Первое широкое использование портландцемента в жилищном строительстве было в Англии и Франции между 1850 и 1880 годами французом Франсуа Куанье, который добавил стальные стержни, чтобы предотвратить распространение наружных стен, а позже использовал их в качестве элементов изгиба.Первым домом, построенным из железобетона, был коттедж для прислуги, построенный в Англии Уильямом Б. Уилкинсоном в 1854 году. В 1875 году американский инженер-механик Уильям Уорд построил первый железобетонный дом в США. Он до сих пор стоит в Порт-Честере, штат Нью-Йорк. Уорд усердно вел записи о строительстве, поэтому об этом доме известно очень много. Он был построен из бетона из-за страха его жены перед огнем, и, чтобы быть более социально приемлемым, он был спроектирован так, чтобы напоминать каменную кладку.Это было началом того, что сегодня является отраслью с оборотом в 35 миллиардов долларов, в которой только в США работает более 2 миллионов человек.

Дом, построенный Уильямом Уордом, обычно называют Замком Уорда.

В 1891 году Джордж Бартоломью залил первую бетонную улицу в США, и она существует до сих пор. Бетон, используемый для этой улицы, испытан на давление около 8000 фунтов на квадратный дюйм, что примерно вдвое превышает прочность современного бетона, используемого в жилищном строительстве.

Корт-стрит в Беллефонтене, штат Огайо, которая является старейшей бетонной улицей в США.S.

К 1897 году Sears Roebuck продавала бочки импортного портландцемента емкостью 50 галлонов по цене 3,40 доллара за штуку. Хотя в 1898 году производители цемента использовали более 90 различных рецептур, к 1900 году базовые испытания — если не методы производства — стали стандартизованными.

В конце 19, 90, 136, века, использование железобетона более или менее одновременно осваивалось немцем Г.А. Уэйсс, француз Франсуа Хеннебик и американец Эрнест Л.Выкуп. Рэнсом начал строительство из железобетона в 1877 году и запатентовал систему, в которой использовались скрученные квадратные стержни для улучшения связи между сталью и бетоном. Большинство построенных им построек были промышленными.

Компания Hennebique начала строительство домов из армированной стали во Франции в конце 1870-х годов. Он получил патенты во Франции и Бельгии на свою систему и добился большого успеха, в конечном итоге построив империю, продавая франшизы в крупных городах. Он продвигал свой метод, читая лекции на конференциях и разрабатывая стандарты своей компании.Как и Рэнсом, большинство построек, построенных Хеннебиком, были промышленными. В 1879 году Уэйсс купил права на систему, запатентованную французом по имени Монье, который начал использовать сталь для армирования бетонных цветочных горшков и контейнеров для растений. Wayss продвигал систему Wayss-Monier.

В 1902 году Август Перре спроектировал и построил многоквартирный дом в Париже, используя железобетон для колонн, балок и перекрытий. В здании не было несущих стен, но у него был элегантный фасад, который помог сделать бетон более социально приемлемым.Здание вызывало всеобщее восхищение, и бетон стал более широко использоваться как архитектурный материал, а также как строительный материал. Его дизайн оказал влияние на проектирование железобетонных зданий в последующие годы.

25 Rue Franklin в Париже, Франция

В 1904 году в Цинциннати, штат Огайо, было построено первое бетонное высотное здание. Его высота составляет 16 этажей или 210 футов.

Здание Ингаллса в Цинциннати, Огайо

В 1911 году в Риме был построен мост Рисорджименто.Его ширина составляет 328 футов.

Римский мост Рисорджименто

В 1913 году первая партия товарной смеси была доставлена ​​в Балтимор, штат Мэриленд. Четыре года спустя Национальное бюро стандартов (ныне Национальное бюро стандартов и технологий) и Американское общество испытаний и материалов (теперь ASTM International) установили стандартную формулу портландцемента.

В 1915 году Matte Trucco построил пятиэтажный автомобильный завод Fiat-Lingotti в Турине из железобетона.На крыше здания находился автомобильный испытательный полигон.

Автозавод Fiat-Lingotti в Турине, Италия

Эжен Фрейссине был французским инженером и пионером в области использования железобетонных конструкций. В 1921 году он построил два гигантских ангара для дирижаблей с параболической аркой в ​​аэропорту Орли в Париже. В 1928 году он получил патент на предварительно напряженный бетон.

Ангар для дирижаблей с параболической аркой в ​​аэропорту Орли в Париже, Франция

Строительство ангара для дирижаблей

Воздухововлечение

В 1930 году были разработаны воздухововлекающие агенты, количество которых значительно увеличилось. устойчивость бетона к замерзанию и улучшение его удобоукладываемости.Воздухововлечение было важным шагом в улучшении долговечности современного бетона. Воздухововлечение — это использование агентов, которые при добавлении в бетон во время смешивания создают множество очень маленьких и близко расположенных пузырьков воздуха, и большинство из них остаются в затвердевшем бетоне. Бетон затвердевает в результате химического процесса, называемого гидратацией. Для гидратации бетон должен иметь минимальное водоцементное соотношение 25 частей воды на 100 частей цемента. Вода, превышающая это соотношение, является избыточной водой и помогает сделать бетон более пригодным для укладки и отделочных работ.По мере высыхания и затвердевания бетона излишки воды испаряются, оставляя поверхность бетона пористой. В эти поры может попадать вода из окружающей среды, например, дождь или талый снег. Морозная погода может превратить эту воду в лед. Когда это происходит, вода расширяется, создавая небольшие трещины в бетоне, которые будут увеличиваться по мере повторения процесса, что в конечном итоге приведет к отслаиванию поверхности и ее разрушению, называемому отслаиванием. Когда бетон увлекается воздухом, эти крошечные пузырьки могут слегка сжиматься, поглощая часть напряжения, создаваемого расширением, когда вода превращается в лед.Вовлеченный воздух также улучшает обрабатываемость, поскольку пузырьки действуют как смазка между заполнителем и частицами в бетоне. Захваченный воздух состоит из более крупных пузырьков, застрявших в бетоне, и не считается полезным.

Thin Shell

Опыт в строительстве из железобетона в конечном итоге позволил разработать новый способ строительства из бетона; Метод тонкой оболочки включает в себя строительные конструкции, такие как крыши, с относительно тонкой оболочкой из бетона.Купола, арки и сложные кривые обычно строятся этим методом, так как они имеют естественные формы. В 1930 году испанский инженер Эдуардо Торроха спроектировал для рынка Альхесирас невысокий купол толщиной 3½ дюйма и шириной 150 футов. Стальные тросы использовались для образования натяжного кольца. Примерно в то же время итальянец Пьер Луиджи Нерви начал строительство ангаров для ВВС Италии, как показано на фото ниже.

Монтируемые на месте ангары для ВВС Италии

Ангары были отлиты на месте, но для большей части работ Nervi использовался сборный бетон.

Вероятно, наиболее опытным человеком, когда дело дошло до строительства с использованием методов бетонной оболочки, был Феликс Кандела, испанский математик-инженер-архитектор, который практиковал в основном в Мехико. Крыша лаборатории космических лучей в Университете Мехико была построена толщиной 5/8 дюйма. Его фирменным знаком был гиперболический параболоид. Хотя здание, показанное на фотографии ниже, не было спроектировано Канделой, это хороший пример гиперболической параболоидной крыши.

Гиперболическая параболоидная крыша церкви в Боулдере, штат Колорадо

Та же строящаяся церковь

Некоторые из самых ярких крыш в мире были построены с использованием тонкослойной технологии, как показано ниже.

Сиднейский оперный театр в Сиднее, Австралия

Плотина Гувера

В 1935 году плотина Гувера была завершена после заливки примерно 3250000 ярдов бетона, с дополнительными 1110000 ярдами, использованными для электростанции и строительства. другие сооружения, связанные с плотиной. Имейте в виду, что это произошло менее чем через 20 лет после того, как была установлена ​​стандартная рецептура цемента.

Колонны блоков, заполняемые бетоном на плотине Гувера в феврале 1934 г.

Инженеры Бюро мелиорации подсчитали, что если бетон был помещен в единую монолитную заливку, строительство плотины заняло 125 лет остыть, и напряжения от выделяемого тепла и сжатия, которое происходит при застывании бетона, могут привести к растрескиванию и разрушению конструкции.Решение заключалось в том, чтобы залить плотину серией блоков, образующих колонны, при этом некоторые блоки имели размер 50 квадратных футов и 5 футов высотой. Каждая секция высотой 5 футов имеет ряд установленных труб диаметром 1 дюйм, по которым перекачивается речная вода, а затем механически охлажденная вода для отвода тепла. Как только бетон перестал сжиматься, трубы залили раствором. Образцы бетонных кернов, испытанные в 1995 году, показали, что бетон продолжает набирать прочность и имеет прочность на сжатие выше среднего.

Верхняя сторона плотины Гувера показана, когда она заполняется впервые.

Плотина Гранд-Кули

Плотина Гранд-Кули в Вашингтоне, построенная в 1942 году, является крупнейшей бетонной конструкцией из когда-либо существовавших. построен. Он содержит 12 миллионов ярдов бетона. Раскопки потребовали удаления более 22 миллионов кубических ярдов земли и камня. Чтобы уменьшить количество грузовых перевозок, была построена конвейерная лента длиной 2 мили. В местах фундамента раствор закачивался в отверстия, пробуренные глубиной от 660 до 880 футов (в граните), чтобы заполнить любые трещины, которые могли ослабить землю под плотиной.Чтобы избежать обрушения грунта под весом покрывающих пород, в землю были вставлены 3-дюймовые трубы, по которым закачивалась охлажденная жидкость из холодильной установки. Это заморозило землю, достаточно стабилизировав ее, чтобы строительство могло продолжаться.

Плотина Гранд-Кули

Бетон для плотины Гранд-Кули укладывался теми же методами, что и плотина Гувера. После помещения в колонны, холодная речная вода перекачивалась по трубам, встроенным в застывающий бетон, снижая температуру в формах с 105 ° F (41 ° C) до 45 ° F (7 ° C).Это привело к сокращению дамбы примерно на 8 дюймов в длину, и образовавшиеся щели были заполнены раствором.

Строящаяся плотина Гранд-Кули

Высотное строительство

В годы, прошедшие после постройки Ингаллс-билдинг в 1904 году, большинство высотных зданий были сделаны из стали. Строительство в 1962 году 60-этажных башен-близнецов Бертрана Голдберга в Чикаго вызвало новый интерес к использованию железобетона для высотных зданий.

Самое высокое сооружение в мире (по состоянию на 2011 год) было построено из железобетона. Башня Бурдж-Халифа в Дубае в Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) имеет высоту 2717 футов.

Вот несколько фактов:

• Это многофункциональная структура с гостиницей, офисными и торговыми помещениями, ресторанами, ночными клубами, бассейнами и 900 резиденциями.
• В строительстве использовано 431 600 кубических метров бетона и 61 000 тонн арматуры.
• Вес пустого здания составляет около 500 000 тонн, примерно столько же, сколько и миномет, использованный при строительстве Великой пирамиды в Гизе.
• Бурдж-Халифа может одновременно вместить 35 000 человек.
• Чтобы преодолеть 160 этажей, некоторые из 57 лифтов движутся со скоростью 40 миль в час.
• Жаркий влажный климат Дубая в сочетании с системой кондиционирования воздуха, необходимой для поддержания наружной температуры выше 120 ° F, производит такое количество конденсата, что он собирается в сборном баке в подвале и используется для орошения ландшафтов.

Бурдж-Халифа в Дубае

Великая пирамида в Гизе удерживала рекорд самого высокого в мире сооружения, созданного руками человека, около 4000 лет назад.Строительство здания на 568 футов выше Бурдж-Халифа планируется завершить в 2016 году в Кувейте.

************************

Эта статья является первой из серии, которая поможет инспекторам InterNACHI понять характеристики и визуально осмотреть бетон.

.

История

Перейти к основному содержанию