История бетона. Часть 1.

Самое раннее известное человеку использование известняка в конструкции и известковом растворе было найдено в храме Гёбекли-Тепе. Гёбекли-Тепе - археологический памятник в юго-восточной Анатолии в Турции. Из известняка состоят резные Т-образные колонны. Между колоннами проложены грубые каменные стены, поддерживающие их. Строительные растворы по всему участку демонстрируют исключительный уровень мастерства в понимании их использования. Крепление раствора к камню весьма прочное. Не менее интересны свидетельства использования бетона и в террацо полах. Хотя нет никаких доказательств технологии обжига извести, существует большая вероятность наличия минералов мягкого мергелевого известняка (мергель обычно находится в индексе 5-15% глин и 85-95% карбонатов) в климатических условиях, современных для строительства, из болотистой земли на лесных равнинах в долинах. Эти мягкие мергели, смешанные с песком и заполнителями, при высыхании дают подобие бетона, и это, возможно, было основой полов терраццо.

Самый старый псевдо-бетон найден на юге Галилеи, в Йифтах Эль, в Израиле. Он был обнаружен в 1985 году при открытии улицы и образует своего рода пол. Он сделан из смеси извести с камнями. Известь при смешивании с водой и песком образует своего рода слизь - строительный раствор, который при контакте с углекислым газом в атмосфере становится более жестким и образует твердое соединение. Если этот раствор смешать с камнями, он склеит камни и образует бетон. Археологи обычно называют эти материалы штукатурками, но правильнее их называть известково-бетонными и известково-известковыми растворами. Температура в дровяных печах, достигаемая на тот момент в истории человечества, составляла от 850 до 900°C, что было вполне достаточно для обжига известняка для получения извести, но недостаточно для обжига глиняной посуды или производства гидравлического цемента. Многие другие исследователи не согласны с открытием. Они полагали, что псевдо-бетон был создан, когда геологические силы постепенно привели обнажение известняка в контакт с горючими сланцами и, используя воду в качестве катализатора, образовали природный цементный состав.

Древние записи о бетонных сооружениях датируются 6500 годом до н.э. набатейскими торговцами в регионе Сирии и Иордании. Они создавали бетонные полы, жилые конструкции и даже подземные цистерны. Набатеи были одним из нескольких племен, бродивших по Аравийской пустыне. В пик своего расцвета набатейская империя простиралась от современного Йемена до Дамаска и от Западного Ирака до Синайской пустыни. Цементный раствор и штукатурка играли важную роль в жизни набатейцев. Они использовали эту важную технологию с самых первых лет жизни в пустыне. Без своих знаний о цементе набатейцы никогда бы не завоевали пустыню и никогда бы не поднялись до статуса цивилизации. Набатеи построили водные каналы и цистерны далеко в пустыне, чтобы собирать скудные дожди и хранить их для своих нужд. Без этих знаний о водонепроницаемом цементе набатейцы не стали бы торговцами-путешественниками, которые легко пересекали пустыни и негостеприимные бесплодные горы.

Существуют свидетельства цементной конструкции пола, подобные тем, что были обнаружены в Израиле и на реке Дунай, в древнем поселении Лепенски-Вир в Югославии, которые датируются 5600 годом до нашей эры. Лепенски-Вир расположен на правом берегу Дуная в восточной части Сербии, в ущелье Железные ворота. В качестве материала для полов используется местная известняковая глина, которая при смешивании с навозом и золой твердеет, как бетон. Благодаря этому полы сохранились практически в идеальном состоянии. Глина, красноватая мутная штукатурка, все еще широко распространена в этом регионе. В селе Больетин до сих пор ею отштукатурены несколько домов. Материал называется леп, отсюда и название местности, Лепенски Вир, или буквально «водоворот красной глины».

Древние Египтяне использовали грязь, смешанную с соломой, для связывания засохших кирпичей. Они также использовали гипсовые и известковые растворы в пирамидах. Египтяне использовали цемент еще в 2500 году до нашей эры. Некоторые ученые полагают, что при создании Великой пирамиды в Гизе использовался цементирующий материал, изготовленный либо из известкового бетона, либо из обожженного гипса. Самая ранняя из известных иллюстраций (примерно 1950 г. до н.э.) использования бетона в Египте показана на фреске на стене в Фивах. Считается, что многие египетские статуи были вырезаны не из камня, а были отлиты в формах и являются копиями.

Примерно в это же время при строительстве Великой китайской стены также использовался цемент. Имеются свидетельства использования цемента в провинции Гань-су на северо-западе Китая еще в 3000 году до нашей эры. Спектрометрические испытания подтвердили, что ключевым ингредиентом строительного раствора, использованного в Великой китайской стене и других древних китайских сооружениях, была клейковина риса. Некоторые из этих построек выдержали испытание временем и противостояли даже современным попыткам сноса.

Древние греки были хозяевами моря и владели искусством постройки небольших кораблей, способных преодолевать большие расстояния и достаточно крепких, чтобы нести тонны груза. Они строили огромные дворцы со множеством комнат и залов. Метод строительства состоял из использования грубых камней и керамических кирпичей, соединенных раствором во внутренних стенах, в то время как углы зданий были выполнены из четко очерченных больших прямоугольных блоков. Греки широко использовали цемент уже к 600 году до нашей эры, когда греческие строители обнаружили природный пуццолан, который при смешивании с известью приобрел гидравлические свойства. Пуццоланы представляют собой широкий класс кремнеземистых или кремнистых и глиноземистых материалов, которые сами по себе обладают небольшой вяжущей ценностью или не обладают вообще, но в виде порошка и в присутствии воды химически реагируют с известью при обычной температуре с образованием соединений, обладающих вяжущими свойствами. Греки использовали различные смеси извести для строительства и для покрытия кирпичей из глины, высушенных на солнце.

Римляне не были изобретателями или создателями бетона. Фактически, они первыми использовали этот широко распространенный материал для различных типов строительства, копируя идею греческого цемента и бетона. Римский инженер Марк Витрувий использовал греческое слово «emplekton» для описания материала, предшественника сегодняшнего бетона. Они использовали смесь вулканического пепла, извести и морской воды, смешали её с вулканическими породами и разложили в деревянные формы, которые затем погрузили в морскую воду. Древние греки, вероятно, были первыми, кто использовал гидравлические растворы, другими словами, растворы, которые при смешивании с водой могут схватываться и затвердевать как в воздухе, так и в воде. Поэтому очевидно, что растворы и бетон, произведенные с использованием гидравлических растворов, имеют гораздо более высокую степень устойчивости к постоянному воздействию окружающей среды. Современный бетон разрушается всего за 50 лет, но даже через тысячи лет римские бетонные конструкции все еще стоят. Теперь ученые наконец выяснили причину. Исследователи использовали древний рецепт, описанный Витрувием, чтобы смешать раствор. Инженеры дали ему затвердеть в течение шести месяцев и проанализировали его минералогию. Они обнаружили, что морская вода растворила компоненты вулканического пепла, позволив новым связующим минералам расти. В основном это очень редкий гидротермальный минерал под названием тоберморит алюминия и пористый минерал под названием филлипсит. Оба минерала укрепляют бетон веками. Колизей и Пантеон - классические образцы римского бетона. Другой пример римского бетона, который пережил разрушительное воздействие возраста и рук человека, - это римский сенат, называемый Курией Юлия.

Марк Теренций Варрон был древнеримским ученым и писателем и был признан важным первоисточником для многих других древних авторов, таких как Плиний Старший. Его единственная полная сохранившаяся работа, «Rerum rusticarum libri tres» (Три книги по сельскому хозяйству), описывается как «хорошо усвоенная система опытного и успешного фермера, который видел и применял все, что он записал.» В главе XI он описывает сигнино, «штукатурку, состоящую из измельченных в порошок плиток, смешанных с раствором. В главе LVII даны примечания о марморато - цементе из порошкообразного белого мрамора (opus alharium) часто использовавшемся в качестве отделочного покрытия внутренних стен домов и т.д. Он был почти таким же твердым, как самородный мрамор.

Марк Витрувий был римским писателем, архитектором, инженером-строителем и военным инженером. Он служил военным инженером и архитектором у Юлия Цезаря между 58 и 51 г. до н.э. Он наиболее известен своей многотомной работой под названием «De Architectura» известной сегодня как «Десять книг по архитектуре». В 1300-х годах начали появляться фрагменты трактата Витрувия. В 1414 году он был повторно обнаружен Поджио Браччолини (Джан Франческо Поджио Браччолини (1380–1459), итальянский ученый) в швейцарском монастыре. В 1450 году Леон Баттиста Альберти (1404–1472, итальянский писатель, художник, архитектор, поэт, священник и философ) опубликовал его в своем основополагающем трактате по архитектуре. В своем трактате Витрувий описывает множество различных строительных материалов, а бетон и известь получают подробное описание. В Книге II подробно рассказывается о кирпичных, песчаных, известковых, пуццолановых и каменных карьерах в разных главах. О пуццолане он написал: «Существует также вид порошка, который естественным образом дает поразительные результаты. Он находится в окрестностях Байи и в стране, принадлежащей городам вокруг горы Везувий. Это вещество, когда оно смешано с известью и щебнем, не только придает прочность другим зданиям, но даже когда его опоры сооружаются в море, они затвердевают под водой. Причина этого, по-видимому, в том, что почва на склонах гор в этих районах горячая и полна горячих источников. Этого не было бы, если бы под горами не было огромных пожаров горящей серы, квасцов или асфальта. Таким образом, огонь и жар пламени, исходящие из глубины через трещины, делают почву там светлой, и найденная там грязь не содержит влаги. Следовательно, когда три вещества, все образованные по одному и тому же принципу силой огня, смешиваются вместе, вода, внезапно поглощенная, заставляет их соединиться, и влага быстро затвердевает, так что они образуют массу, которую сила воды не может растворить. В главе VIII Книги II подробно описаны методы возведения стен. Он описывает два типа римских стен следующим образом: «Есть два стиля стен: opus reticulatum, ныне используемый всеми, и древний стиль, называемый opus incertum». Из них ретикулатум выглядит лучше, но из-за своей конструкции он может треснуть, потому что его слои и постройки расходятся во всех направлениях. С другой стороны, в opus incertum щебень, лежащий рядами и покрытый черепицей, образует стену, которая хоть и не красива, но прочнее ретикулатума».

Ирод Великий был царем Иудеи. Правление Ирода ознаменовало новое начало в истории Иудеи. Римский сенат пожаловал Ироду титул «царя Иудеи». Когда Август Цезарь решил построить небольшую прибрежную станцию под названием Башня Стратона в новом городе, который в дальнейшем будет переименован в Кесарию Приморскую, он поручил эту задачу архитектору Ироду Великому. Ирод построил гавань в Кесарии, которая станет одним из чудес древнего мира. Первое крупномасштабное использование римского бетона имело место не в Риме, а в Иудее для строительства Кесарии Приморской. До начала двадцатого века это было самое крупное применение гидравлического бетона в одном строительном проекте.

Гай Плиний Секунд, широко известный как Плиний Старший, был римским писателем, естествоиспытателем, философом, военно-морским и армейским командующим в ранней Римской империи. В возрасте 23 лет он начал военную карьеру со службы в Германии, дослужившись до звания командира кавалерии. Позже, после воцарения Веспасиана в 69 году нашей эры, он вернулся в Рим. Плиний был известным автором, и, по словам его племянника (Плиний Младший), последней работой Плиния была «Naturalis Historia» (Естественная история). Из семи сочинений, приписываемых ему, сохранилась только естественная история. Естественная история разделена на 37 библиотек или «книг», каждая из которых состоит из множества глав. В книге 35, главе 46, «Работы в керамике», Плиний подробно описывает Opus Signinum, гипс или цемент, который часто используется для изготовления тротуаров. Он получил свое название от итальянской Сигнии, известной своей плиткой. Он пишет: «Что есть такого, чего человечество не придумает? Использовалась даже битая керамика; было обнаружено, что после измельчения в порошок и закалки с известью он становится более твердым и прочным, чем другие вещества аналогичной природы; формирование цемента, известного как состав «Сигнин», который так широко используется даже для изготовления тротуаров домов». В книге 35, главе 48, «Формейские стены», он пишет о стенах, которые можно найти в Африке и Испании. Он пишет: «А кроме того, разве не в Африке и не в Испании стены из земли, известные как «формовочные стены» по той причине, что они сформированы, а не построены, путем помещения земли в каркас из досок, построенных с обеих сторон. Эти стены будут служить веками, устойчивы к дождю, ветру и огню и по прочности превосходят любой цемент. Даже в наши дни Испания все еще видит сторожевые башни, воздвигнутые Ганнибалом, и земные башни, расположенные на самых вершинах ее гор. Из того же источника мы получаем строительные материалы, которые так хорошо приспособлены для земляных работ наших лагерей и набережных, противостоящих безудержному буйству рек. Какой человек также не знаком с тем фактом, что перегородки сделаны из препятствий, покрытых глиной, а стены - из необожженного кирпича? «Плиний был охвачен горячим пеплом вулкана Везувий и умер 24 августа 79 года, согласно отчету своего племянника. Плиний не был женат, и его пережила единственная сестра. После падения Римской империи в 476 году нашей эры техника изготовления пуццоланового цемента была утеряна до тех пор, пока в 1414 году не были обнаружены рукописи с его описанием. Волна за волной германские варварские племена захлестнули Римскую империю. Такие группы, как вестготы, вандалы, англы, саксы, франки, остготы и лангобарды по очереди разоряли Империю. В 476 году н.э. Ромул Августул, последний из римских императоров на западе, был свергнут германским лидером Одоакром, который стал первым варваром, правившим в Риме, и римские знания и технологии были утеряны.

Трасс - это местное название вулканического туфа, образовавшегося в деревне Брол, недалеко от Андернаха, на берегу Рейна, где он использовался для получения гидравлического раствора. Это обломочная порода серого или кремового цвета, в основном состоящая из пемзовой пыли, и может определяться как трахитовый туф. Камни идеально подходили для строительства. В измельченном виде это был идеальный пуццолан для бетона и в смеси с известью и песком широко использовался для гидравлических работ. Иногда в шестнадцатом веке люди в Андернахе обнаруживали, что трасс идеален для применения в жерновах, а некоторые, очевидно, пытались заменить песок в известковом растворе порошкообразным трассом и обнаруживали, что после того, как он затвердел, он оказывался тверже, чем обычный раствор.

Фра Джованни Джокондо был пионером эпохи Возрождения, был архитектором, инженером, антикваром, археологом, классиком, монахом-францисканцем. В 1511 году он опубликовал «Об архитектуре» Витрувия, тщательно аннотированный и богато иллюстрированный. Он также был королевским советником короля Людовика XII. Король хотел построить мост через Сену рядом с собором Нортр-Дам. Спустя 1000 лет Джокондо впервые применил римский рецепт гидравлического цемента для строительства опор моста Нотр-Дам.

Итальянский архитектор Андреа Палладио, был величайшим архитектором 16 века. Он изучал математику, музыку и философию. На него огромное влияние оказала римская и греческая архитектура, и в первую очередь Витрувий. Виллы Палладио воссоздали римскую модель, основанную на древних писаниях. Его «Четыре книги архитектуры» (I quattro libri dell’architettura) сделали его одной из самых влиятельных фигур в западной архитектуре. Впервые он был опубликован в четырех томах в 1570 году в Венеции. Бесчисленные поколения архитекторов и дизайнеров были вдохновлены «I quattro libri dell’architettura» Андреа Палладио, самым влиятельным трактатом о западном строительстве, возникшем в эпоху итальянского Возрождения. Популярность этого обзора традиций классической архитектуры не ослабевает и по сей день.

Филибер Делорм был французским архитектором и писателем. Он был одним из великих архитекторов эпохи Возрождения 16 века. Он родился в семье мастеров-масонов. Он учился в Италии и три года был в Риме, где изучал древние памятники. Он был доставлен в Париж в 1537 году кардиналом Жаном дю Белле (послом Франции в Риме), что сделало его известным двору Франциска I и Генриха II. После смерти Генриха (1559 г.) Делорм лишился королевской благосклонности и занялся написанием «Новых изобретений для бьен бастир и мелких фресок» (1561 г.) и «Первого фолианта архитектуры Филибера Делорма» (1567 г., пересмотрено в 1568 г.). архитектурных трактатов, излагавших теории, лежащие в основе его практик.

Конец 17 века был «золотым веком» Голландской республики. У них был большой промысел на трассе. Они получали это вещество в огромных количествах и превращали его в очень мелкий порошок с помощью ветряных мельниц. Голландцы попытались смешать трасс с известью и результат оказался гидравлическим. Они сразу же осознали коммерческий потенциал этого гидравлического материала и начали продавать его французам и британцам. Некоторые авторы называют это вещество «Голландским трассом».

Продолжение следует...