Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Ноябрь » 14 » Строительство из камня. Цемент.
20:20
Строительство из камня. Цемент.

    Развитие строительной индустрии неразрывно связано с двумя легендарными материалами: древесина и камень. Камень обладает рядом серьезных преимуществ, среди них: долговечность, малая восприимчивость к влаге, высокая прочность, особенно к смятию, пожарная безопасность. Исторически сложилось, что каменные строения нашли наиболее широкое применение в фортификации и строительстве религиозных сооружений. Поэтому к прочности и долговечности строений из камня всегда подходили очень серьезно.
    Природный камень (гранит, базальт и др. породы) является застывшей шлаковой составляющей магмы, которая за счет своей легкости, всплыла на поверхность мантии, состоящей из металлов. Поэтому все породы камня имеют плотность значительно ниже, чем плотность самого массового металла земной мантии – железа (плотность примерно 7,8 гр./см3). Остывание земной коры происходило сравнительно медленно, что, с одной стороны привело к агрегации различных минералов в сравнительно крупные кристаллиты, с другой стороны, минимизировало растрескивание минералов от перепада температуры. Поэтому часто встречаются монолитные камни массой до нескольких десятков тонн, особенно, на значительной глубине.
    Природный камень имеет структуру весьма дальнего порядка, отличающуюся высокой плотностью. Это не только делает камень очень твердым, но и повышает его хрупкость. Как следствие, природный камень очень восприимчив к резким перепадам температуры, ударным нагрузкам и методам механической обработки. При строительных работах античности и средневековья, было необходимо не только извлечь камень из земли и доставить на место проведения работ, но и обтесать его до правильной формы, а так же, ровно подогнать камни в кладке так, что бы они равномерно передавали нагрузку на нижние слои кладки. Чем ровнее и аккуратнее обтесаны камни кладки, чем они плотнее подогнаны один к другому, тем прочнее и долговечнее будет здание.
    Все работы по добыче, транспортировке и обтесыванию камней занимали много времени и сил, на строительство даже небольшой каменной церкви или одной башни крепости уходил труд нескольких сотен человек в течение полугода. Если камни необходимо было везти издалека, тогда трудозатраты увеличивались еще в разы. Все это ограничивало возможности строительной индустрии. Основным стилем в архитектуре античности и раннего средневековья является романский стиль, при котором несущей основой здания были массивные стены из каменных блоков, и составные колонны из цельных выточенных из камня фрагментов. Здания получались сравнительно низкими и отличались толстыми стенами.
    От качества подгонки каменных блоков зависело многое, если камни соприкасаются лишь несколькими точками, тогда вся масса верхних слоев кладки со временем приведет к растрескиванию нижних камней и обрушению кладки. Аналогичный результат вызывало попадание между блоками небольших камешков, которые вызывали локальные максимумы нагрузки на нижние блоки. Чем выше здание, тем точнее и чище должна быть кладка.
    Со временем стали делать попытки повысить прочность каменной кладки, для этого использовали различные формы и размеры каменных блоков, крепежные элементы из дерева, принимали меры по уменьшению перепадов температуры в ходе эксплуатации здания. Наиболее продуктивных результатов смогли достичь благодаря использованию цементной массы для скрепления каменных блоков. С античности сохранилось множество рецептов цементных растворов для каменной кладки, авторы и дата составления большинства из них неизвестны. Растворы отличались обилием подходов, в некоторые смеси входили такие компоненты как: гипс, навоз, глина, птичьи яйца, тальк, известь и пр. Смеси позволяли не только сгладить неровности камней кладки, но и служили некоторым буфером для гашения динамических нагрузок при перепадах температуры или обстреле крепостной стены при штурме. Широкое использование цементных смесей при монтаже каменных блоков, а так же, общее качественное развитие строительной индустрии, позволили возводить здания значительно большей высоты, столь характерные для готического стиля средневековой архитектуры.
    Из ряда различных рецептур выделяется группа смесей, которым было предначертано большое будущее, это силикатные цементы. По-видимому, впервые человек познакомился с силикатным цементом еще в ранней античности (3-4 тыс. лет до н.э.). Люди разводили очаг преимущественно в сухих местах с прочным грунтом. На одном из таких мест к поверхности выступал слой глины, богатой бокситами (нестехиометрические кислые алюмосиликаты щелочных металлов). В течение длительного времени очаг спекал богатые диоксидом кремния алюмосиликаты с оксидом кальция из древесной золы. В результате был достигнут состав, близкий к оптимальному составу простейшего силикатного цемента, когда очаг к очередной раз погасили и оставили на некоторое время, смеси притянула влагу из воздуха и схватилась в сплошную массу. Люди, которые убирали золу из очага, обнаружили эту прочную корку и заинтересовались ее происхождением. В результате ряда попыток, удалось искусственно достичь аналогичного результата, что и привело к дальнейшим опытам по использованию таких смесей в строительстве и даже в керамическом производстве (знаменитый китайский фарфор был открыт аналогичным образом).
    Изначально силикатные смеси использовали лишь для крепления кладки из природного камня, так как, получение и обжиг извести это занятие трудоемкое и требующее большого количества дров (уголь тогда еще не использовали достаточно широко). Глины с подходящим содержанием диоксида кремния и оксида алюминия так же, встречались не часто. Поэтому основным строительным материалом в течение еще долгого времени оставался природный камень.
    Лишь в первой трети 19-го века, в связи с всеобщей индустриализацией на волне внедрения паровых машин, увеличения производства сталей и освоения массового использования в промышленности углей, стало возможно производить цементные смеси в больших количествах. Примерно в этот же период произошло вытеснение практически всех альтернативных цементных смесей для кладки камня. Широкое применение в фортификации, вплоть до 1880-х годов, находили только цементные растворы с добавлением птичьих яиц. Так как, данные композиции при высыхании включали трехмерную сетку из белковой полимерной матрицы, что давало высокую ударную прочность, столь необходимую фортам и артиллерийским батареям систем долговременной фортификации. Ряд систем таких укреплений сохранились и по сей день, например, в окрестностях Калининграда.
    Расширение производства цементных смесей позволило изготавливать из них отдельные литые детали различной формы и размера. Бетонные отливки можно производить заблаговременно и доставлять на место стройки в готовом виде, или отливать непосредственно в деревянные опалубки на стройке. Данный подход позволил резко снизить не только затраты труда на строительство, но и ускорить возведение зданий различной площади и высоты. Настоящей находкой силикатные цементы стали для фортификации, так как, в цемент можно легко и быстро залить не только мелкий гравий, но и крупные камни массой до тонны, что резко повышает стойкость оборонительных сооружений к бризантному действию взрывов снарядов и авиабомб.
     Далее мы подробно поговорим о рецептах, технологии и оборудовании цементного производства.

Категория: Химия элементов | Просмотров: 625 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 5.0/2
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]