Римский Бетон

КЛЕЙ ДЛЯ БЕТОНА

Этому искусству уже много тысяч лет...

А. Куприн

Долговечность римского бетона поразительна. Можно лишь Удивляться, глядя на отдельные древнеримские здания и соору­жения, простоявшие почти 2000 лет. Даже их развалины пора­жают наше воображение. Сегодня мы имеем более прочные Цементы для бетона, чем слабые известковые вяжущие вещества Римлян, прогнозируем работу железобетонных конструкций на много лет вперед, и все-таки у нас нет полной уверенности, что современные бетонные и железобетонные сооружения выдержат : без разрушения хотя бы 100 лет эксплуатации. Почему же стоят бетонные сооружения римлян? Вероятно, они владели какими-то секретами, которые со временем были утрачены? Попробуем разобраться в этом сложном вопросе. Правда, для этого нам потребуется пройти по всей длинной технологической цепочке ; приготовления и производства римского бетона.

Для того чтобы каменный скелет превратился в монолитный ' искусственный камень, нужен прочный и желательно дешевый клей. В качестве такого клея, а точнее — его основного компо­нента, римляне использовали воздушную известь, хотя были случаи применения гидравлической извести и вяжущего типа роман-цемента.

Известь получают из обычного известняка, известняка-раку­шечника, мела, мергеля — т. е. всех тех горных пород, в которых основным компонентом является кальцит. Серый бутовый ка­мень, из которого выкладывают фундамент, мрамор, мел — все они в большей или меньшей степени содержат. кальцит. В зависимости от его относительного содержания известняки, например, называются чистыми (не менее 98% кальцита) и ; мергелистыми. Древние строители предпочитали чистые белые известняки, считая, что именно из них можно получить наиболее качественное вяжущее вещество.

Однако известняк еще не известь, и им невозможно склеить камни или кирпичи. Для этого он должен пройти длинный путь последовательных превращений — обжиг, дробление и гашение в воде...

За несколько тысячелетий до новой эры люди научились получать готовую известь из известняка. Со временем объемы строительства из камня и кирпича росли и требовали все больше и больше извести, поэтому вместе с увеличением выпуска кирпича и камня росла и совершенствовалась технология получения из­вести. Особенно больших, успехов достигли в этом деле, древние римляне.

Марк Порций Катон (234—149 гг. до н. э.), консул и цензор Римской Республики, примерно в 160 г. до н. э. описал устройство печи и процесс обжига известняка. По его данным печь имела форму усеченной пирамиды с шириной внизу 2,96 м, вверху 0,79 м и высотой 5,92 м. Устраивалась она обычно на крутом склоне холма, чтобы не мешал ветер. Иногда к печи пристраивали выступающую над поверхностью земли верхнюю часть, что увели­чивало объем и улучшало тягу. Топку отделяли от пространства, занятого камнем, колосниковой решеткой, препятствующей паде­нию камня в огонь. На рис. 12 приведен разрез римской известково - обжиговой печи.

В 60-х годах XX в. при прокладке автомобильной дороги Шван - мейн — Эйфель (ФРГ) были обнаружены шесть римских печей для обжига известняка. Все они имели примерно одинаковые

.■11Й

Размеры, а по форме напоминали печи, описанные Катоном. Средний диаметр печей составлял три метра, а высота немногим более четырех метров. Одна из печей была реконструирована и на ней проведен опытный обжиг местного известняка по римской технологии. Обжиг продолжался примерно одну неделю, а выход готовой обожженной извести составил порядка 15 м3.

Основное внимание при производстве извести римляне уделяли выбору сырья. Катон рекомендовал для этого белый, наиболее чистый известняк, не считая пригодным пестрый, содержащий глинистые примеси материал. Этого же мнения придерживались Витрувий, Плиний и Палладий (IV в. н. э.). Известняк обжигали при температуре порядка 900° С. При этом окончание про­цесса обжига определяли по уменьшению количества дыма в пламени.

Римляне различали три вида извести: негашеную, погашенную в тесто, которая употреблялась при отделочных работах, и по­гашенную в порошок, идущую исключительно для кладки стен.

Для изготовления кладочных растворов обожженную и измель­ченную в небольшие куски воздушную известь гасили водой так называемым сухим способом. Для этого известь погружали в воду и затем рассыпали на воздухе или укладывали ее слоями, которые затем опрыскивали водой и покрывали слоем песка для сохранения выделяемого тепла, способствующего гашению. Эти способы, применяемые порой и теперь, не обеспечивали полноты гашения, так как оставляли в порошке более крупные, неразмешанные и непогасившиеся зерна извести. Для штукатурных работ известь затворяли избыточным количеством воды задолго до употребления и выдерживали в ямах до полного гашения. Образующееся тесто тщательно секли острыми металлическими секирами и пере­мешивали (рис. 13) до равномерно жирной и «липкой» консис - тенци и. Витрувий справедливо считал, что без этого кусочки НеДожженной извести не успевают погаситься до начала работ будут продолжать гаситься в штукатурке, образуя дутики,

Которые приведут к. поверхностным разрывам и трещинам. Для наиболее ответственных работ и приготовления специальных за­мазок (мальт) известь гасили не водой, а вином, перетирая со свиным салом и смоквой. Обычно римские законы не разрешали применять известь, гашенную менее чем за три месяца до начала строительства. Особенно тщательно и долго гасили известь, предназначенную для штукатурных работ. У древних строителей существовали специальные правительственные постановления, запрещающие употребление гашеной извести раньше истечения нескольких лет со дня затворения ее водой. Плиний Старший упоминает в своей «Естественной истории» о том, что древние законы о сооружениях запрещали применять для штукатурки известь, гашенную менее чем за три года до начала строительства. В то время считали, что, «...чем старее известь, тем лучше». Этим, по мнению Витрувия, достигалась надежность гашения, от кото­рой зависела прочность сооружения.

К XIX в. сроки гашения извести намного сократились, но мно­гие строители придерживались старых правил, считая законы древних строителей непогрешимыми. Так, русский зодчий Ф. М- Казаков при постройке здания Сената в Кремле приказал выдерживать известь в творильных ямах до шести месяцев, а Д. Жилярди считал, что этот срок должен быть около двух недель. Впоследствии время выдержки извести было уменьшено до трех дней, а сегодня известь гасят за несколько часов, используя для этой цели специальные установки-гидраторы-

Качество извести проверялось государственными контролерами при помощи небольшой лопатки, которую погружали в известковое

Тесто. Если после выдергивания лопатки на ней оставались от­дельные комки, считалось, что известь еще не созрела для произ­водства работ. Если же лопатка выходила из теста сухой и чис­той, это показывало,, что известь утратила свои вяжущие свойства. И только когда при вытаскивании лопатки к ней прилипал по всей поверхности ровный слой известкового теста, известь считалась годной к употреблению. Интересно, что Витрувий был первым, кто сделал попытку теоретически обосно­вать процесс обжига и твердения извести. Его объяснение сво­дилось к взаимодействию четырех первичных элементов, из которых состоит материя — земли, воды, огня и воздуха. Сегодня многим такое объяснение покажется наивным и даже смешным. Однако не следует забывать, что Витрувий описал это явление 2000 лет назад, и еще долго после него сущность процесса обжига известняка оставалась неясной. Первые научные объяснения та­кому взаимодействию химических элементов дал в 50-х годах XVIII в. Дж. Блэк. Процессы же твердения современных каль­циевых цементов исчерпывающе не разъяснены и поныне.

Прошли века, но принцип получения извести, отработанный древними римлянами, остался прежним. Изменилась лишь техно­логия ее получения и гашения. На смену кустарному произ­водству пришли автоматизированные заводы с большой про­изводительностью, позволяющие получать продукт, однород­ный по составу, с улучшенными характеристиками.

Однако при рассмотрении технологии получения извести из известняка мы не продвинулись по пути расшифровки римского секрета... С этой целью познакомимся с различными качествен­ными превращениями известняка, описанными в следующем раз­деле.