История бетона. Часть 2.

Внедрение современной бетонной технологии

1678 - англичанин Джозеф Моксон в книге «Упражнения механика или доктрина ручных работ» написал о «скрытом огне в раскаленной извести, который появляется при добавлении воды».

1779 - ирландский естествоиспытатель Брайан Хиггинс получил патент на дешевый и прочный цемент , «... состоящий из песка и извести и определенного количества костной золы, при этом известь гашена известковой водой вместо обычной воды , и смесь использовалась как можно быстрее после приготовления».

1780 - Брайан Хиггинс опубликовал «Эксперименты и наблюдения сделанные с целью улучшения мастерства составления и применения известковых цементов и подготовки негашеной извести. Теория этого и авторская спецификация цемента дешевого и прочного для здания, покрытия или штукатурки, и искусственного камня». Правда описываемый им продукт был неустойчив и не имел долговечности качественных гидравлических растворов или бетона.

1791 - британский инженер Джон Смитон определил, что кальцинирование известняка, содержащего глину, дает известь, которая затвердевает под водой (гидравлическая известь). Он использовал гидравлическую известь для восстановления разрушенного пожаром маяка Эддистон в Корнуолле, Англия сооруженного на небезопасном рифе в проливе Ла-Манш, который ему было поручено построить в 1756 году, поэтому сначала ему пришлось изобрести материал, на который не повлияла бы вода. Впоследствии он написал книгу о своей работе - «Рассказ о здании и описание строительства Эдистонского маяка из камня». Маяк Эддистон (или «Башня Смитона») получил всемирную известность и с тех пор стал эталоном дизайна для маяков.

1796 - британский священник и производитель цемента Джеймс Паркер запатентовал природный гидравлический цемент получаемый путем кальцинирования конкреций нечистого известняка, содержащего глину, под названием «Parker’s Cement» или «Roman Cement». При этом распространено мнение что, что Паркер скопировал и модифицировал идею Смитона.

1802 - во Франции начинает применяться технология аналогичная получению римского цемента.

1810 - англичанини Эдгар Доббс следивший за работами Паркера произвел искусственный цемент, смешав чистый известняк с глиной и прокалив эту смесь в кирпичной печи. После прокаливания цементный клинкер измельчали, чтобы получить порошкообразный цемент. Но его изделия были плохого качества из-за отсутствия мер предосторожности в печи.

1812 - 1813 - выдающийся французский инженер Луи Вика первым упомянул, что свойства гидравлической извести зависят от глины и она затвердевает не только на воздухе, но и в воде. Также он первым стал употреблять гидравлическую известь в больших объёмах при постройке Мост Суйяк через реку Дордонь. Опоры этого моста построены из бетона, состоящего из искусственной гидравлической извести. Вика применил способ выкладывания основания бетоном при сооружении мостов. Вика создал руководство для приготовления этой извести искусственным путем и для приготовления романского цемента - «Экспериментальные исследования строительной извести, бетона и обычных растворов» изданное в 1818 г. Он предложил свое изобретение миру, не подавая заявки на патент. Цемент Вика - это искусственная гидравлическая известь, которая считается «главным предшественником» портландцемента. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

1818 - Морису Сен-Леже был выдан патент на гидравлический цемент. «Природный цемент» производился в США. Природный цемент - это известняк, который, естественно, содержал необходимое количество глины для изготовления того же типа бетона, который обнаружил Джон Смитон.

1820 - англичанин Джон Амброуз Тикелл, запатентовал «цемент для использования в водных и других зданиях, а также штукатурку, которая производится путем использования и применения минерального вещества, никогда ранее не использовавшегося при его производстве».

1821 - англичанин Абрахам Генри Чемберс, получил патент «на усовершенствование производства строительного цемента, композиции, штукатурки или гипса путем применения и комбинации некоторых известных материалов, которые до сих пор не использовались. (за исключением эксперимента) для этой цели». По сути патенты Тикелла и Чемберса это еще одна вариация гидравлического цемента.

1822 - Джеймс Фрост, британский производитель цемента, экспериментировал с рецептурами искусственного цемента. Его идея заключалась в разработке более дешевой цементной альтернативы римскому цементу. Он получил патент на новый тип цемента (технологию мокрого измельчения сырья), который он назвал «Бритиш Цемент».

1822 - русский строитель Егор Челиев опубликовал «Трактат об искусстве приготовления хорошего раствора, а спустя три года - «Полные инструкции по приготовлению дешевого и превосходного раствора или цемента большой прочности для подводных сооружений», в которых он описал состав и способ приготовления цемента. Он изобрел гидравлическое вяжущее, смешав извести и глину, свойства которой были аналогичны свойствам портландцемента.

1824 - Джозеф Аспдин будучи английским производителем цемента, получившим патент (№ 5022) на портландцемент 21 октября 1824 года. В изобретении Аспдина использовалась смесь известняка, глины и воды. Эту смесь нагревают при очень высоких температурах в печи, а затем измельчают в мелкий порошок, чтобы получить конечный продукт. Точная пропорция того, что было смешано, когда и как нагревали, в его патенте не указывалось. Именно он ввел термин «портландцемент» по аналогии с портландским камнем, оолитовым известняком, который добывают на побережье Ла-Манша в Англии, на острове Портленд в Дорсете. Цемент Джозефа Аспдина был быстро схватывающимся материалом, который можно было использовать только в строительных растворах и штукатурках.

1828 - инженер французского происхождения Марк Исамбар Брюнель прославился благодаря строительству первого в мире туннеля под судоходной рекой Темзой - крупнейшим применением гидравлического цемента со времен Римской империи.

1829 - Иоганн Непомук фон Фукс – немецкий химик и минералог, показал, что всякий кремнеземистый минерал может быть годен для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу.

1830 - первое производство извести и гидравлического цемента было осуществлено в Канаде.

1836 - первые систематические испытания на разрыв и сжатие прошли в Германии.

с 1837 по 1841 гг. Луи Вика показал, что большая часть глин владеет свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, т.е. затвердевать с известью под водой, поэтоу продукт обжига глин и назвали искусственной пуццоланой (цемянкой).

1843 - J. M. Mauder, Son & Co. получили лицензию на производство запатентованного портландцемента.

1843 - Уильям Аспдин изменил рецептуру цемента своего отца, увеличив содержание известняка в смеси, сделав ее более твердой. Новый продукт был медленно схватывающимся, высокопрочным, пригодным для использования в бетоне. Хотя этот продукт, называемый сегодня «современным» портландцементом, минералогически полностью отличался от продукта его отца, Аспдин не получил патента и не дал ему новое имя. Вместо этого он пытался сохранить в секрете детали своих методов, иногда заявляя, что продукт защищен патентом его отца. Его цемент был первым, который постоянно содержал алит, ответственный за раннюю прочность.

1845 - исследователь Исаак Джонсон указал, что сжег сырье портландцемента до температур клинкера.

1848 - француз Джозеф-Луи Ламбо изобрел ферроцемент, что привело к развитию железобетона. Еще начале 1840-х годов Ламбо начал строительство резервуаров для воды и желобов с использованием цементного раствора (кирпичной кладки) и железной арматуры, скорее всего, в виде железных стержней, проволочной сетки и, возможно, бочковых лент, которые стали широко доступны с приходом машинного века. В 1848 году Ламбо построил свою первую лодку, используя ту же систему, которую он опробовал на пруду в поместье. Эта лодка была запатентована 30 января 1855 года и представлена на Всемирной выставке 1855 года (Exposition Universelle) в Париже. Оригинальный прототип хранится в Музее Бриньоля. Лодка Ламбот затонула и сохранилась в анаэробной грязи на дне озера. Лодку нашли более ста лет спустя.

1849 - Немецкие химики Макс Йозеф Петтенкофер и Иоганн Непомук фон Фукс из Мюнхенского университета выполнили первый точный химический анализ портландцемента.

1853 - французский промышленник Франсуа Куанье построил первое железобетонное сооружение в Париже. Многие опасались, что дом может быть опасным, но он все еще стоит сегодня и служит убедительным историческим памятником. Франсуа Куанье был первым, кто использовал железобетон в качестве метода строительства строительных конструкций. Он предсказал, что железобетон заменит камень как средство строительства. В 1856 году он запатентовал технологию железобетона с использованием железа. В 1861 году он выпустил публикацию о своих методах. Куанье - изобретатель формованного бетона, известного как «Бетон Куанье». Он добился больших успехов в строительстве из этого типа бетона. Он стал известным строительным подрядчиком и автором многочисленных проектов, в том числе формованной бетонной церкови Le Vésinet недалеко от Парижа. Эта церковь со своим 130-футовым (39,6 м) шпилем - первое современное монументальное здание, построенное из бетона.

1856 - британский инженер Генри Бессемер разработал первый рентабельный процесс производства стали. Он запатентовал преобразователь Бессемера, и процесс производства стали никогда больше не был прежним (стал эффективнее в 10 раз!). Параллельно с этим в начале 1850-х годов американский изобретатель Уильям Келли экспериментировал с методом, аналогичным процессу Бессемера. Бессемеровская сталь также оказала большое влияние на гражданское строительство и архитектуру. Прочность и относительная легкость стали (низкоуглеродистой стали и конструкционной стали) сделали железобетон современной реальностью.

1857 - американский изобретатель Эли Уитни Блейк-старший изобрел камнедробитель Блейка. Машина Блейка состояла из пары челюстей (неподвижной и подвижной), которые снабжали механизм дробления. Это позволяло оператору дробилки просто загружать камни в машину, а закрывающее действие челюстей дробило камень до желаемого размера. К 1862 году каменная дробилка Блейка стала использоваться для дробления клинкера в цементной промышленности.

1860 - 1861 - Фактическое начало эры портландцементов «современного» состава.

1867 - французский инженер Станислас Сорел разработал негидравлический цемент. Цемент представлял собой смесь оксида магния (обожженной магнезии) с хлоридом магния. Он также открыл цементы на основе оксихлорида цинка, которые получают из оксида цинка и хлорида цинка. Цемент Сореля применяется для изготовления абразивных камней, полов, и, даже, для имитации слоновой кости, например, при изготовлении бильярдных шаров.

1867 - Жозеф Монье из Франции укрепил цветочные горшки Уильяма Ванда проволокой, положив начало идее железных арматурных стержней (арматурных стержней). Жозеф Монье был французским садовником и одним из главных изобретателей железобетона. Он экспериментировал с армированием железной проволокой для своих цементных и бетонных ванн и бассейнов. В его запатентованных конструкциях был четко установлен основной принцип железобетонных конструктивных элементов: бетон забирал большую часть прочности на сжатие, а встроенная металлическая проволока - большую часть прочности на растяжение.

1871 - Дэвид О. Сэйлор получил первый американский патент на портландцемент. Он первым продемонстрировал важность клинкеринга. Компания Coplay Cement Company была единственным производителем портландцемента в Соединенных Штатах до 1885 года.

1875 - Жозеф Монье построил первый железобетонный мост через ров, в замке Шазле, во Франции

1875 - американский инженер-механик Уильям Уорд построил первый в США дом из армированного металла. Построенный в 1873–1875 годах, этот дом был первым строением в Соединенных Штатах, полностью построенным из железобетона. Здание построено полностью из бетона на основе портландцемента, армированного железными балками и стержнями. Только двери, оконные рамы и отделка из дерева. Когда закончили, соседи, ожидая его неминуемого краха, назвали его «Безумием Уорда». Со временем его удобство и долговечность стали очевидны, и его название было изменено на «Замок Уорда». Его цель заключалась не только в том, чтобы построить себе дом, но и в том, чтобы он был эффективно защищен от огня из-за страха его жены перед огнем. Он не может претендовать на то, чтобы быть единственным изобретателем железобетона, он, кажется, был первым, кто придал новому материалу архитектурное выражение. Во время своего визита в Англию в 1867 году он заметил, что некоторые рабочие испытывают большие трудности с удалением цемента со своих лопат, и ему пришло в голову, что, если цемент случайно прилипает к железным инструментам с такой нежелательной прочностью, он также должен столь же прочно приклеиться к железу.

1877 - английский инженер Томас Крэмптон получил первый патент на вращающуюся печь (№ 2438). Его конструкция печи воплотила многие узнаваемые черты современных печей. Впоследствии это позволило повсеместно заменить вертикальные шахтные печи.

1877 - Тадеус Хайят опубликовал книгу, в которой изложил свои взгляды на огнестойкие конструкции, а также результаты испытаний различных комбинаций железа и бетона - «Отчет о некоторых экспериментах с портландцементным бетоном в сочетании с железом в качестве строительного материала со ссылкой на экономию в строительстве и защиту от огня при изготовлении крыш, полов и пешеходных поверхностей». По результатам своих исследований и тестов Хайят среди прочих сделал и следующий вывод - «...Эта огнестойкая конструкция требует, чтобы все железные балки были полностью окружены огнестойким материалом...».

1879 - система «Béton Armé» Франсуа Геннебика взяла начало с использования бетона в качестве огнестойкой защиты для балок из кованого железа в проекте дома в Бельгии.

1880 - англичанин Дж. Грант показывает важность использования самых твердых и плотных частей клинкера. Ключевые ингредиенты подвергались химическому анализу.

1886 - немецкий строитель Матиас Коенен опубликовал статью о конструкции изгиба железобетонной плиты - первое теоретическое эссе о том, как работает железобетон, который содержал эмпирический метод проектирования стальных вставок. Вместе с Густавом Вайсом он создал первую основу для расчета железобетонных балок - тем самым заложив теоретическую основу для проектирования и строительства из железобетона.

1886 - англичанин Эндрю Томас Туртон Петерсон в своем частном имении в графстве Хемпшир (Великобритания) - построил самое высокое здание в мире с неармированной бетонной конструкцией. Башня насчитывает 14 этажей и имеет высоту 66 метров. Она существует и в настоящее время!

1887 - Густав Вайс опубликовал результаты своих исследований в книге «Система Монье, железный каркас с цементной облицовкой». Он был первым, кто обнаружил, что бетон должен поглощать давление, а железо должно принимать поезд, и поэтому арматура должна находиться в зоне растяжения бетона. Он также инициировал развитие теорий для расчета необходимого сечения арматуры.

1887 - химик Анри Ле Шателье из Франции установил соотношение оксидов, чтобы получить необходимое количество извести для производства портландцемента. Он назвал компоненты: алит (трехкальциевый силикат), белит (двухкальциевый силикат) и целит (тетракальцийалюмоферрит). На основе своих исследований он создал теорию затвердевания цемента, иначе называемую теорией «кристаллизации». В своей книге «Кремнезём и силикаты» он предположил, что затвердевание вызывается образованием кристаллических продуктов реакции между цементом и водой. Обладая весьма ограниченными средствами точного измерения, доступными в 1887 году, ему, тем не менее, удалось обнаружить и постулировать множество моментов, которые сегодня признаны неоспоримыми фактами.

1888 - американский инженер П.Х.Джексон получил по крайней мере пять патентов на разработку систем предварительного напряжения при строительстве зданий.

1890 - в США было введено добавление гипса при измельчении клинкера в качестве замедлителя схватывания бетона. Вертикальные шахтные печи окончательно были заменены вращающимися печами, а для измельчения цемента стали использоваться шаровые мельницы.

1891 - американский изобретатель Джордж Бартоломью залил первую бетонную улицу в США (Корт-Авеню в Беллефонтене, штат Огайо), и она существует до сих пор. Бетон, используемый для этой улицы, испытан на давление около 8000 фунтов на квадратный дюйм (55.16 МПа), что примерно в два раза превышает прочность современного бетона, используемого в жилищном строительстве.

1892 - Франсуа Геннебик получил патент на объединение отдельных элементов конструкции, таких как колонна и балка, в единый монолитный элемент. Его идея заключалась в том, чтобы сделать дом из металлического каркаса огнестойким. Он решил залить железные балки бетоном. Эта идея привела его к разработке структурной системы, в которой металлические стержни (заменяющие железную балку) выдерживали натяжение, а бетон - сжатие. Его изобретение имело большой успех в строительной индустрии. Он построил первое (семиэтажное!) здание из железобетонной системы на улице Дантон, 1, в Париже. Здание просуществовало до второй мировой войны. Однако изобретение Геннебика – монолитная железобетонная ребристая плита прекрасно известна профессионалам по сей день, востребована во всем мире и широко применяется.

1893 - немецкий химик Уильям Михаэлис обнаружил, что гидратированные метасиликаты образуют студенистую массу, которая со временем обезвоживается и затвердевает. Впоследствии, вскоре после рубежа веков, он построил набор из двух калькуляторов для расчета параметров железобетона. Работы Михаэлиса привели к первым количественным характеристикам состава сырьевой смеси, используемой при производстве портландцемента.

1897 - шведский геолог Торнебом опубликовал «Петрографию портлендского цемента». Он идентифицировал четыре различных минеральных компонента в портландцементном клинкере, которые он описал как алит, белит, целит и фелит.

Продолжение следует...