Свежие комментарии

Римский бетон

Человечество строило давно. И из кирпича и из камня и из дерева.
При этом в случае с каменной и кирпичной кладкой, ее нужно было чем-то скреплять и раствор был придуман очень давно.
Однако, в Древнем Риме идею раствора развили, когда камни с кирпичами и не нужны — достаточно раствора с наполнителем.
Однако и раствор нужен не обычный, и наполнитель, и хотя оно и называется «бетоном», на современный бетон он похож крайне мало…

Надо сказать, что совсем неудивительно, что бетон начали массово применять в Древнем Риме:

1. Большой объем строительства. Любая империя начинает много строить. Тут много причин — от простой нужды в жилье или в мостах во время урбанизации, до вопросов престижа. Император Август говорил, что «он получил Рим кирпичным, а оставляет мраморным». Строительство в Риме ограничивалось не отсутствием финансирования или рабочей силы, а техническими возможностями строительной техники.

2. Строить требовалось быстро. Дело в том, что срок полномочий консулов, цензоров или переторов составлял от двух до пяти лет — и после этого времени они должны были отчитываться перед сенатом и народным собранием за сдачу объекта. Поэтому строительство старались укладывать в полтора-два года.

3. Римская бюрократия. Каждая империя очень быстро обрастает бюрократией. И строительство не могло не обрасти различными строительными нормами. Такие события, как завалившийся в 57 г в Фиденах амфитеатр для гладиаторов (во время представления), очень способствует изучению прочности материалов, как бы нам не казалось, что в те времена все стролось на глазок.

4. Любая империя строится не на века — а навсегда. И вопросы долговечности были перевоочередными — по Витрувию, долговечность каменной кладки определена в 80 лет. Поэтому старались строить сразу качественно, чтобы потом каждый год не ремонтировать.

Понятно, что требования взаимоисключающие. Строить много и качественно — это задача во все времена.
И строители обратились к «опус цементум», так чаще всего называли бетон.

Прообраз бетона существовал и до Рима.
Зиккураты города Ур строились трамбовкой смеси глины, влажного грунта и камней между деревянными щитами опалубки. Такие простые методы позволяли стоять стенам годами и тысячелетиями. Бетон, где для связующего использовались известь или битум, замечен в Древнем Египте.
В Древней Греции во дворцах Креза бетоном отделаны стены и изобретена бутовая кладка — когда бетон заливается между двумя рядами каменной стены.
Великая Китайская стена построена, в основном из бетона — на одну часть известкового теста брали две части песка с гравием или строительным мусором, укладывали слоями в районе 12 см и трамбовали.
В древней Индии обнаружены бетонные «набивные полы».

1318083991_beton66
Что же сделали Римляне?
Они довели технологию.
Они сделали бетон качественным и недорогим и научились выпускать его в больших количествах.
Римляне строили бутовую кладку очень давно, но первые образцы (построенные до 3 века до н.э.) до нас не дошли, а последующие стоят как ни в чем не бывало.
На картинке — фрагмент Пантеона, который до сих пор является самым большим бетонным неармированным зданием.

Бетон, собствено, состоит из двух частей — это связующее и наполнитель.
Каждый из них выверен сотнями лет. Количество опытов и экспериментов просто не поддается подсчету.
В римском бетоне связующее — это известь. Для того, чтобы ее получить, нужно взять известняк и обжечь его в печи. Тут первая засада — обжечь нужно максимально эффективно, чтобы сберечь топливо и максимально качественно. Мы получим негашеную известь (оксид кальция), которую нужно погасить водой. Тут тоже хватает секретов и методов, потому что если останутся крупинки негашеной извести, то прочность бетона резко упадет.
Далее — вопросы сушки и подготовки «пушонки», то есть порошка гашеной извести (гидроксида кальция).
Если развести пушонку водой еще раз и получить известковое тесто — оно на воздухе покрывается корочкой известняка и постепенно каменеет. Это — процесс карбонизации. Во время его свободная вода испаряется из известкового теста и параллельно образовывается кристаллический каркас из гидроксида кальция.

И ему мешает эта самая корочка углекислого кальция, которая затрудняет попадание углекислого газа во внутренние слои гидроксида кальция. Процесс идет очень медленно — годами, десятилетиями и столетиями.
Этому мешает та самая корочка. Она не пускает углекислый газ внутрь и отвердение идет за счет чистой кристаллизации. Процесс должен идти при положительной температуре и в сухости.
Тут необходим песок — растущие кристаллы гидроксида кальция срастаются между собой, образуя каркас вокруг частиц песка. Соответственно, нужно правильно рассчитать процент содержания песка, чтобы процесс шел максимально быстро и результат получился максимально прочным.

Естественно, начинаются вопросы подбора песка. Римляне перепробовали все типы песка, доступные им и тот же Витрувий пишет конкретные рекомендации.
И тут есть секрет — если гидроксид кальция перевести в гидросиликат кальция, то он станет куда более стойким, потому что гидросиликат кальция не растворяется в воде. Для этого нужно добавить активный кремнезем, сейчас он называется гидравлической добавкой. Такое название говорит о том, что раствор будет застывать и в воде. И застывать будет очень и очень быстро!
Самая простая добавка — кирпичный или черепичный песок. Но у римлян были естественные добавки вулканического происхождения, естественно, их нужно было подбирать годами и десятилетиями, но и обойдутся они заметно дешевле.

Витрувий описывает эти добавки так «существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой».
Такие добавки получили название «пуццолана», но их месторождение не только возле древних Путеол (сейчас Поццуоли), это также санторинская земля с острова Тир, рейнский трасс из Германии и туфф, который можно найти почти по всей Италии.
Хитростей при использовании добавок у римлян накопилось немало — например, использование морской воды при разведении раствора. Чаще всего на 1 часть извести давали 2 части пуццоланы.

Сейчас исследуют тот римский бетон, пролежавший в море тысячи лет и он по некоторым параметрам даже лучше современного.

Если попаданец хочет ввести бетон в древности, то ему следует задуматься над двумя вопросами:

1. Количество знаний, которые должен иметь попаданец, экстремально велико. Кроме вопросов, связанных с перечисленным, возникают вопросы с постройкой оборудования и инструментов. Ведь и печи нужно построить и инструменты для размельчения-перемешивания тоже нужны. Да и знания техники безопасности — ведь придется связываться с негашеной известью. И это — ни одного слова о строительстве или инструментах для строительства!
Вы понимаете, почему много позже масоны образовались именно из строителей? Это была элита рабочих профессий, с ними могли соревноваться только ювелиры, но последний было очень мало, по сравнению с каменщиками. В средние века строитель-гастарбайтер был просто невозможен!

2. Введение бетона — занятие социальное. Цена бетона упадет только с массовым его производством. То есть должны быть задействована большая масса народа десятков разных специальностей и главное — развито управление этим всем. То есть — нужно кормить большой бюрократический аппарат. Естественно, такая надстройка окупается только когда начинаются крупные проекты. И это — не игрушечные средневековые соборы, а тысячекилометровые дороги, бетонные гавани с волноломами или акведуки. Получается как с запуском ракеты-носителя в космос — при увеличении массы груза немного растет размер третьей ступени, заметно размер второй и очень сильно — размер первой ступени.
Соответственно — после развала Империи такие задачи потеряли актуальность. И бетон — вместе с ними.

43 комментария Римский бетон

  • AlkisTer

    Очень интересная статья, автор лови «+» 🙂

    Вообразите себе цельнолитой замок в средневековье…
    Правда масоны втихушку замочат скорее, чем дадут попаданцу монополию.

  • Nw

    Можно поэкспериментировать на предмет целлюлозного наполнителя и комбинации бетона с каменной кладкой опорных столбов

    • kraz

      А что даст целлюлоза в бетоне? Зачем огород городить?

      • Nw

        Прочность. Если никогда с таким материалом не сталкивался, можешь сравнить с шифером — прочность целлюлозного композита даже выше

  • Olga G.

    >>Вообразите себе цельнолитой замок в средневековье…

    Фигушки! И не пытайтесь!… Потому что:

    …»у римлян были естественные добавки вулканического происхождения, естественно, их нужно было подбирать годами и десятилетиями»…

    Даже если рецепты римского бетона сохранялись в эллинистической и постэллинистической литературе, сочетание МЕСТНОЙ воды и наполнителей требует либо химического анализа либо множества проб (и ошибок)….

    • kraz

      В статье указано — есть рейнский трасс, добывается в Германии. Так что тевтонские рыцари как раз и могли бы из бетона строить.

    • AlkisTer

      А кто заставляет сразу строить замок? На небольшие купеческие дома, Сторожевые башни, и более мелкое строительство подойдёт более плохой цемент. А улучшение состова цемента/бетон идёт не в отрыве от практики:
      1. Получил хоть какой-то цемент — сделал дом купцу/аристократу — получил деньги.
      2. На деньги улучшил производство/добыл лучшее сырьё — сделал дом больше — больше денег, больше производства.
      На каком-то этапе выходит на крупное военное/церковное строительство и потекли деньги 🙂

  • Akray

    В Римской республике консулы и преторы избирались на один год, цензоры — на полтора года. Бюрократия в Древнем Риме была относительной — её было меньше, чем, например, в Древнем Египте. Большую часть аппарата составляли личные слуги консула и претора — рабы и вольноотпущенники, которых содержал он сам.

    Во времена Римской республики большинство общественных сооружений строилось римскими богачами за свой счёт — чести ради, а также ради избрания на более высокую должность в будущем (впрочем, это стало своего рода повинностью богачей перед государством). Потому они и не были заинтересованы в долгострое и некачественном строительстве. При империи стало похуже.
    Падение амфитеатра в Фиденах относится к 27 году н.э., амфитеатр был деревянный, построен на ненадёжном грунте и набит до отказа (Тацит осуждает застройщика, как «человека, затеявшего это дело не от избытка средств и не для того, чтобы снискать благосклонность сограждан, а ради грязной наживы»). Погибло и было ранено 50 тысяч человек. Застройщика отправили в изгнание.

    Масоны образовались из средневековых строителей, а не из римских. В Риме, увы, аналог гастарбайтеров:
    «Марк Красс… стал приобретать рабов-архитекторов и строителей, а затем, когда их набралось у него более 500, начал скупать горевшие и смежные с ними постройки» (частично сжигал он сам, во время взятия Рима войсками Суллы) «которые задешево продавались хозяевами, побуждаемыми к тому страхом и неуверенностью» (Красс был ближайшим помощником Суллы). «Таким-то образом большая часть Рима стала его собственностью. Располагая столь значительным числом мастеров, сам он, однако, кроме собственного дома, не выстроил ничего, а о любителях строиться говорил, что они помимо всяких врагов сами себя разоряют» (Плутарх. Жизнеописание Красса).

    • kraz

      Я указал сроки выборов «от двух до пяти» не потому что одна должность избиралась на два года, а вторая на пять, а потому что эти сроки менялись во время существования самой Империи. И если кто-то выбирался на год — это значит что строить требовалось еще быстрее.

      Про масонов я писал совсем не про Рим, а про средневековье. Я поправил в статье, чтобы было понятней. А в древнем Риме — да, разложение нравов, снижение рождаемости, гастарбайтеры и наемная армия. И все помним к чему привело.

      • Akray

        Позднее, в Римской империи I-II веков, кроме ежегодных двух консулов (по именам которых назывался год), почти каждый год назначали ещё добавочных консулов (т. н. консулы-суффекты) — чтобы консулами становилось как можно больше лиц, поскольку бывшие консулы назначались наместниками в богатые провинции. Реально каждый из консулов был в должности 2-6 месяцев. Потом, как правило, снова стали назначать на год. Несколько лет подряд консулами становились только некоторые императоры. Списки консулов Римской империи по годам см. — http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%81%D1%83%D0%BB%D0%BE%D0%B2_%D0%A0%D0%B8%D0%BC%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9_%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8

    • 2:5080/205

      Есть мнение, что строители были именно гастарбайтерами, только УВАЖАЕМЫМИ (сейчас это слово носит негативный оттенок). Потому, что серьезная стройка была не в каждом Мухосранске, мотались с объекта на объект. И между странами в том числе. Чернорабочие, конечно, из местных.

      • kraz

        Слово «гастарбайтер» означает, что работы производятся по ценам, ниже рыночных. А вот те «уважаемые рабочие» требовали зарплату как бы не выше..

        • 2:5080/205

          Слово означает ни больше, ни меньше, чем иностранца (гаст = гость), приехавшего к нам поработать (арбайтер = работник). Оттенок негативный (причем не факт, что везде и всегда был таковым) в силу объективных причин — отнимают рабочие места. Не думаю, что среди местных много тех, у кого желание проектировать стометровый собор совпадает с возможностями.

  • Shamil

    Бетон очень хрупок, не держит ударную нагрузку. Гигроскопичен -т.е. пропускает воду. То есть в условиях Европы, особенно той же Германии, сам по себе бетон -не айс.
    К статье +1, строительство из бетона требует изрядного развития «сопутствующих» отраслей и высокого уровня строительства. Тут скорее социальный прогресс подгонит строительную технологию, чем наоборот. Хотя да, при массовом строительстве -железобетон это очень дёшево и очень качественно.

  • Nw

    А почему вместо извести гипс не использовали до появления парижской штукатурки? Стоимость изготовления примерно как у извести, месторождений гипса хватало, прочность уж точно не хуже извести, застывает почти мгновенно.

  • Nw

    Не влагонепроницаемый ты хотел сказать? Так и известь тоже этим не отличается.

    • xolmc

      Не пробовал кусочек гипса водой смочить?
      Или может видел, как лепнина с сырого потолка осыпается?
      Он быстро размягчается и крошится от воды.

  • Nw

    Пробовал. Много воды в себя набирает, но механических прочность остается сносной, сопоставимо с поведением красного кирпича, тот тоже прочность при намокали частично теряет.
    Что касается лепнины, то, во-первых нет, не видел, во-вторых лепнина это чистый гипс, а речь про бетон

    • xolmc

      А без разницы — хоть чистый, хоть в бетоне гипс себя одинаково ведет.

      Не мгновенно конечно он трескается, со временем. Кирпич просто воду в поры сосет, а гипс постепенно разрушается.
      Если воды много, то часть гипса в ней растворяется, а часть начинает связывать воду химически, и перекристаллизуется. Из-за этого гипс начинает трескаться. У извести и цемента этот эффекта выражен гораздо меньше, поэтому их добавляют в чистый гипс для влагостойкости.
      Но все равно все сроительные смеси с гипсом только для внутренней отделки и только для нормальной влажности.

  • Olga G.

    Действительно, на развитие строительных технологий в какой-либо местности сильно влияет климат.
    Те же хваленые немецкие автобаны в последние годы, когда климат Германии «слегка приблизился» к российскому (в количестве «переходов через ноль») посыпались со страшной силой! Это хорошо заметно на разных муниципальных сайтах — объявления о ремонте дорог и их участков публикуются, как сводки с фронта…
    А в России до массового строительства доходных домов большинство населения проживало в деревянных постройках, причем, даже имея достаточно средств на каменное строительство, хозяева возводили из кирпича или камня подвалы и первые этажи, где размещались хозяйственные или торговые нежилые помещения, жилые этажи возводились все равно из дерева, т.к. жилье из камня считалось вредным для здоровья! Что при нашем сыром и нежарком, мягко говоря, климате представляется вполне разумным.
    Это при том, что отечественные строительные смеси содержали органику и массу «секретных» добавок, призванных препятствовать лишней гигроскопичности.

  • Serg

    Уже упоминал на форуме «землебит» и замок из землебита в Гатчине. очень прочный и недорогой материал. по прочности может соперничать с железобетоном по стоимости

    >>>>Российский архитектор Н А. Львов, что побывал в XIX веке в Гатчине на берегу Черного озера ,в землебитном двухэтажном дворце-замке , сумел подобрать такой состав землебита, что он может соперничать с железобетоном.
    Землебит и землебитная стена.

    Землебитные стены исключительно прочны и долговечны: дают меньшую усадку, почти не образуют трещин, мало набухают от сырости, имеют небольшой коэффициент теплопроводности, их можно свести в жилых домах, складских и служебно-технических зданиях высотой не более двух этажей. Состав грунта массы , которую использовал архитектор Н.А. Львов, был таким по объему: гравий крупностью от 3-7 мм — 4%, песок — 58%, пыль (мелкая земля) -20%, глина -18%. Органические примеси не добавлялись. Грунтомасса должна иметь естественную влажность.

    Приготовив массу, необходимо закладывать ее в прочную опалубку по 12-15 см, трамбовать и заливать 6-милиметровым слоем известкового раствора нормальной жирности, далее заключать очередной слой грунта.>>>

    Если ориентироваться на современную калькуляцию — то>>> Трудоёмкость постройки дома из землебита фактически получается на 10-15% выше, чем трудоёмкость постройки дома из кирпича или бруса, — но преимущество землебитной постройки в том, что она обойдётся в 10 раз дешевле постройки из кирпича или бруса.>>>

    • AlkisTer

      Очень интересный способ, из материалов необходима только известь, остально легко доступно.

      А как землебитки в оборонительных сооружениях?

      • Serg

        >>>>А как землебитки в оборонительных сооружениях?>>>

        Отлично подходит. Землебит изначально и применялся для строительства оборонительных сооружений(старые крепости из землебита стоят до сих пор).Есть еще особенность землебита-со временем прочность материала только увеличивается и по своей сути землебит представляет из себя грубый аналог примитивной дисперсно-керамической брони, правда без четкого разделения,дробящего и задерживающих слоев(но принцип работы очень схож). Если покопаться в истории,то даже во время Великой Отечественной войны выходили в свет работы о технологии возведения фортификационных сооружений, используя местные грунты.
        Это уж в последствии землебит стали применять для гражданского строительства.
        В XVIII веке на территории завода ЗИЛ находился филиал школы землебитного строения.За 6 лет существования училище подготовило 815 человек: 377 мастеров, 87 подмастерьев, 351 ученика.

    • Taras

      Чего чего? Один материал по свой прочности соперничает со стоимостью другого материала? А булки Вы с гвоздями считаете?

  • Gera

    Все это так уважаемые коллеги. И это устройство было популярно для откачки воды из шахт и проч.
    Но есть одно «но». В этом устройстве возникает ударная волна и кавитация. И ничего хорошего из этого не следует. Что касается кавитации можете посмотреть на берега водоемов около плотин. Они зачастую безжизненны.
    Европа сама по себе консервативна. Но и там эти устройства были повсеместно демонтированы как только нашлась замена — электронасосы и проч.
    Поэтому использовать такие установки для полива, водоснабжения не безопасно для здоровья.

Leave a Reply to Serg Cancel reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>