чем заменяли цемент в древности
Древнерусский раствор оказался лучше современного цемента
Древнерусский строительный раствор оказался по нескольким параметрам лучше, чем современный цемент. Подробностями строительства крепостей на Руси в XVI-XVII веках руководитель исследования поделился с корреспондентом Infox.ru.
Российские историки уже давно занимаются изучением истории и техники древнерусского строительства. Как пояснил корреспонденту Infox.ru кандидат исторических наук Константин Носов из Российской академии государственной службы при президенте РФ в Москве, «все каменные или кирпичные сооружения на Руси строились с использованием специального строительного раствора». Изучение состава этого раствора помогает ученым не только понять методику строительства, но и точнее датировать архитектурный памятник, создать похожий раствор для проведения реставрационных работ, определить, где именно добывались составляющие раствора, и отнести архитектурный памятник к определенной строительной школе.
Впервые этим вопросом историки занялись еще в 1930 году, однако до сих пор про растворы известно немного. По словам Носова, дело в том, что до настоящего времени ученые использовали каждый свой метод анализа, да и обработали небольшое количество образцов. В основном исследователей интересовали домонгольские сооружения: ученые исследовали около 90 древнерусских памятников, из которых 70 датируются XI-XIII веками.
13 образцов на анализ
Команда российских ученых под руководством Носова решила провести комплексный анализ образцов раствора более позднего периода. Ученый лично взял 13 образцов строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков в Нижнем Новгороде, Коломне, Зарайске, Серпухове, Борисовом городке, Смоленске и Вязьме. Для сравнения он также изучил образцы современного раствора в Смоленске и средневековых укреплений в Англии и в Уэльсе (замок в Чепстоу, городские стены в Конуи и в Кембере). Сложность работы заключалась в том, чтобы найти тот участок крепости, где не проводились реставрации и не применялись более поздние растворы (например, в случае с Московским Кремлем найти кладку конца XV века практически невозможно, так как крепость слишком часто ремонтировалась).
Что такое строительный раствор?
Строительный раствор состоит из двух компонентов: вяжущего вещества и заполнителя. Иногда к ним подмешивают и специальные добавки. На Руси в качестве вяжущего элемента использовалась известь: известняк, мел и другие карбонатные породы обжигались в специальных печах. К полученной смеси добавляли воду, в результате чего образовывалась гашеная известь, получалось этакое строительное «тесто». Однако такой материал быстро трескался. Поэтому к извести добавляли заполнитель, например песок, значительно улучшавший качество строительного раствора.
Ученые определили прочность разных строительных растворов, процентное соотношение вяжущего элемента и заполнителя, их состав и дополнительные примеси (например обломки кирпича или кирпичная мука, шлак, раковины и т. д.).
Как и из чего строили в XVI веке?
В Смоленске Носов брал четыре образца раствора из разных мест. Оказалось, что их составы довольно сильно отличаются между собой. Как пояснил ученый корреспонденту Infox.ru, видимо, у древних мастеров не было устоявшейся рецептуры приготовления этого вещества, и каждый раз получалось по-разному.
Образец современного раствора, использованный реставраторами, оказался весьма похож на древнерусский, однако оказался плохо перемешан. Зато средневековые образцы из Уэльса и Англии очень похожи на русские растворы XVI-XVII веков.
Несмотря на все полученные данные, ученым еще предстоит выполнить большую работу, чтобы сделать выводы об общей эволюции строительных растворов на Руси и их использовании в культовых, военных и гражданских сооружениях. По словам Носова, также интересно было бы сравнить древнерусские растворы с итальянскими, так как в Россию приезжали и иностранные мастера, например Аристотель Фиораванти (примерно 1415—1486), который построил Успенский собор в Москве.
Статья об исследовании строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков опубликована в журнале «Российская археология» (№ 1, 2009).
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Современный бетон, который широко используется при строительстве дорог, мостов и зданий, может разрушиться в течение как минимум 50 лет. Но этого нельзя сказать о бетонных сооружениях (например, причалов и волноломов), оставшихся после Римской империи. Им насчитывается не одна тысяча лет, а они до сих пор выдерживают удары морских волн.
А еще мы как то спорили бетонные ли Египетские пирамиды, которым уже не одна тысяча лет
Теперь же международная команда исследователей наконец-то решила загадку столь длительного сохранения:
. оказывается, во время химической реакции между бетоном и морской водой формируется редкий минерал, который и укрепляет материал. Именно это и заставляет бетон со временем становиться лишь крепче.
Специалисты начали своё исследование с изучения описания древнего рецепта для создания цементного строительного раствора, который был придуман древнеримским инженером Марком Витрувием ещё в 30 годы до нашей эры.
Римляне делали бетон, смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, а затем добавляли в него куски вулканического камня. Они «размазывали» полученную смесь на деревянные формы, которые затем погружались в морскую воду. Примечательно, что этот тип бетона использовался для строительства многих известных сооружений, включая Пантеон и рынок Траяна в Риме, а также для огромных морских сооружений для защиты гаваней.
В истории осталось много упоминаний о прочности древнеримского бетона, включая загадочную запись от 79 года до нашей эры. В ней описывается, что бетон, погружённый в морскую воду становится «единым массивом камня, неприступным для волн и укреплявшимся день ото дня».
Современным специалистам не терпелось понять, что же это значит на деле. И чтобы это выяснить, учёные изучили керны, полученные со дна древнеримской гавани в заливе города-порта Поццуоли близ Неаполя (Италия). Большинство итальянцев знают его как родину кинозвезды Софи Лорен, однако во времена Римской империи он был одним из крупнейших торговых портов Средиземного моря и звался Путеолы.
При анализе выяснилось, что морская вода растворила компоненты вулканического пепла, что позволило вырастать новым связующим материалам.
В течение десятилетия очень редкий гидротермальный минерал под названием алюминий-тоберморит (aluminum tobermorite; Al-tobermorite) образовался в бетоне. Кстати, исследователям уже было давно известно, что Al-tobermorite придавал древнеримскому бетону большую прочность, но как именно он там появлялся оставалось загадкой.
К слову, этот минерал можно получить и в лабораторных условиях, но его очень трудно внедрить в сам бетон.
«Никто никогда не производил тоберморит при 20 градусов по Цельсию. Кроме римлян», — говорит ведущий автор исследования, геолог из Университета Юты Мари Джексон (Marie Jackson).
В более ранних работах авторы исследования сообщали о редком минерале, Al-тоберморите, который они находили в древнеримском бетоне.
Фото Marie Jackson.
Теперь специалисты обнаружили следующее: когда морская вода просачивается сквозь цементный раствор, она реагирует с вулканическим пеплом и кристаллами, образовывая Al-tobermorite и пористый минерал филлипсит.
По мнению Джексон, современные инженеры могли бы использовать эти знания для создания прочного бетона. Правда, говорят исследователи, обоим минералам необходимы столетия, чтобы по-настоящему укрепить бетон. Так что специалисты в настоящий момент работают над тем, что пытаются воссоздать современную версию древнеримского бетона.
«Рецепт точного изготовления этого бетона был потерян, и никому никогда не удавалось его восстановить. Римлянам повезло, что у них был подходящий минеральный пример того, как работает этот бетон. Они наблюдали за тем, как вулканический пепел попадал в море и превращался в пемзу. Нам придётся подобрать их аналоги, так как и морская вода, и пепел есть далеко не везде», — заключает Джексон.
Результаты исследования древнеримского бетона опубликованы в научном издании American Mineralogist.
Об истории строительных растворов и бетона.Часть 2
Византийская кладка :– ряды кирпича-плинфы и толстый слой раствора между ними
Липатов пишет: «… как показывает изучение византийских построек, в том числе и Св. Софии Константинопольской, в кладке стен и арочных конструкций зданий используются необычно толстые растворные швы (сопоставимые с толщиной кирпича и превосходящие ее). В этом случае раствор является главной составляющей массива кладки, в которой кирпичи играют роль элементов армирования. В рамках современной терминологии раствор может быть классифицирован как цемент, благодаря значительному размеру кирпичного наполнителя [Livingston 1993: 859-860; Livingston, Stutzman, Mark, Erdik 1992: 731-732]. Важнейшим достижением византийцев также следует считать использование технологии «горячей» извести, позволяющей использовать в качестве наполнителя глину, термически активизируемую при совместном гашении извести и наполнителя. Прочность раствора, изготовленного по такой технологии признана высокой. Такая технология квазицемента получает широкое развитие в Византийской империи [MacDonald 1992:12-13]. Полученные данные позволяют нам сделать основной акцент в изучении строительного производства Византии на строительных растворах и поставить их во главу угла нашего исследования: византийские постройки со средневизантийского времени и особенно поздневизантийский период демонстрируют качества, присущие бетонным монолитным конструкциям. Византийские растворы, созданные на основе извести и кирпичного наполнителя различного размера, безусловно, не являются полными аналогами современных бетонов, однако могут рассматриваться как квазибетон в византийской архитектуре».
Византия передала свое мастерство принявшим православие соседям: Сербии, Болгарии, Румынии.
Рис. 7 Десятинная церковь была с ооружена древнерусскими и византийскими мастерами в 979-996 годах в период князя Владимира Святого, на её сооружение и содержание выделялась десятая часть княжих доходов – десятина, отсюда и название храма. (Реконструкция изображает, между прочим, и византийскую полосатую кладку ) Церковь была разрушена во время татаро-монгольского нашествия.
В общем-то, до открытия цемента оставалась пара шагов: если иметь печи, дающие более высокие температуры, то можно было б дойти и до открытия цемента, который получается, как говорилось выше, совместным обжигом известняка и глины при 1450 о С. Но такая высокотемпературная печь сама была технической проблемой, когда она появилась, то стало возможным делать сталь, и фарфор.
Рис. 9. Комбинированная кладка Церкви Благовещения Пресвятой Богородицы, Витебск, XI или XII вв, фото Виктора Атапина.
В этом случае применение гипсового раствора было, вероятно, не связано с мастерами, но с распространением конкурентной технологии.
Средневековая Западная Европа.
Рис. 10. Собор Нотр Дам де Пари, «летящие» опоры.
Рис. 11. Пизанская башня несет в себе строительную тайну. Она не только падает, но не упадет, но еще и сложена на основе очень неплохого строительного раствора. Он вернулся будто из античности.
Да и на Руси добавки такого рода относились к штукатурке для росписи, которая с такими добавками становится прочней и устойчивей к осыпанию.
Кратко суммируя, после удивительного рывка, который был достигнут древнегреческим изобретением «протоцемента» в 7 в. до нэ, его широкую адаптацию провели древние римляне, пришедшими к применению бетона даже в строительных работах на море. Традиция прочных растворов отчасти сохранялась в Византии, строители которой модифицировали строительные растворы с целью заменить важный активный компонент, и применяли технологию, которая позволяла получать прочную кладку. Этот метод был перенят на Руси, хотя меньшее применение каменного и кирпичного строительства, наступившее после татаро-монгольского завоевания, сужало, вероятно, базу для развития технологии. Наоборот, в Западной Европе, утратившей секреты прочных строительных растворов, использовали менее прочные растворы, но компенсировали это более изощренной архитектурой, и в некоторых случаях переоткрыли старые рецепты, как это видно на примере Пизанской башни.
[ii] Медникова Е.Ю., Липатов А.А., Куликов В.Е. О строительных растворах трех новгородских памятников конца XII века: Новые методы и результаты «РЕЛИКВИЯ» №2/06/04
[iii] В.Н.Татищев. История Российская. М., 2005. Т. 2, с. 687.
[iv] Заграевский С.В. Успенский собор во Владимире: некоторые вопросы архитектурной истории. В кн.: Памяти Андрея Боголюбского. Сб. статей. Москва – Владимир, 2009. С. 95–114.
[v] R obert A. Scott. The Gothic Enterprise: A Guide to Understanding the Medieval Cathedral University of California Press 2003
[vii] FRANZINI M . , LEONI L . , LEZZERINI М . and SARTORI F. The mortar of the «Leaning Tower» of Pisa European Journal of Mineralogy ; November, December 2000; v. 12; no. 6; p. 1151-1163;
Старинный раствор намного лучше современного: Возможно ли повторить сейчас?
Современные технологии строительства предполагают срок службы сооружений не более 120-150 лет. Однако, найденные при раскопках, на морских глубинах остатки древних зданий служат свидетельством более длительного срока службы строительных материалов прошлого. Исследования ученых доказали, что древний раствор для кладки был не только более прочным, но и менее энергетически затратным.
Древние люди не использовали для производства строительного раствора цемент, что не влияло на продолжительность службы, качество готового продукта. Чем обусловлена повышенная прочность старинного раствора для кладки, именно об этом пойдет речь в этом материале.
Компоненты старинного раствора
Историков давно интересует состав раствора древних мастеров. После проведенного исследования образцов, ученые пришли к выводу, что строительная смесь состояла из извести, глины – вяжущий материал. Известь получали путем нагревания известняковых пород при температуре ниже 1000 градусов Цельсия. Технология получения известняка в древние времена была менее затратной.
Использование недожженной извести повышало прочность строительной смеси. При смешивании извести с водой получалась жидкая вязкая масса, которая без добавления наполнителя быстро растрескивалась.
К известковому раствору древние строители добавляли песок крупной фракции. В качестве армирующего материала применяли солому, золу, вулканическую породу. При отсутствии этих материалов в ход шел любой подручный материал – обломки кирпичей, раковины моллюсков. Определенной рецептуры раньше не существовало, раствор готовили на ощупь при ручном вымешивании. Для повышения прочности раствора добавляли органику.
В разных странах, это были – останки животных, экскременты, яичные белки. Предотвратить растрескивание помогало добавление жирной глины или «глиняного молока». Анализ взятых учеными нескольких образцов свидетельствует о том, что единой рецептуры не существовало, а проверялось качество строительной смеси опытным путем.
Рецепт старинного кладочного раствора
Перед началом смешивания компонентов проверяли их качество. Песок просеивали до получения однородной фракции. Для получения водоотталкивающего состава глину брали с высоким содержанием металлов. Их количество определяли по цветовой гамме глиняной массы – чем темнее глина, тем выше процент содержания металлов. Светлые сорта при высыхании быстро растрескиваются. Чтобы избежать этого эффекта, глину обжигали, растирали в муку, которую добавляли к известковой смеси. Увеличить плотность раствора получалось благодаря добавлению огромного количества яичных белков. На один куб смеси добавляли 3,5 тысячи белков. Основная смесь состояла из:
Смешивали известь с водой, постепенно добавляли глиняный компонент, последними вмешивали яичные белки. После следовало тщательное длительное вымешивания до получения однородной смеси. От общей массы отбирали образцы, из которых скатывали шарики, диаметром пять сантиметров и оставляли в прохладе на неделю. Каждое утро и вечер образцы сбрызгивали водой для постепенного высыхания. По истечению недели образцы проверяли на прочность.
Точный рецепт приготовления строительной смеси для кладки, штукатурки стен не сохранился. Описанный выше способ приготовления раствора подойдет для использования при отделке цоколя частных строений, кладке печей, каминов. Используют выше предложенную смесь для гидроизоляции участков, которые подвергаются агрессивному воздействию влаги. С его помощью заделывают трещины в кирпичной кладке, выполняют укладку кирпича при строительстве домов.
Преимущества известкового раствора
Использование строительной смеси для кладки на основе извести оправдано не только повышенной прочностью и долговечностью. Среди доказанных преимуществ использования извести в качестве основы вяжущей смеси отмечают:
Среди незначительных недостатков – медленное высыхание известкового раствора, что снижает скорость выполнения кладочных работ.
Не все так плохо с современными цементными растворами – при гидратации, зачастую цемент превращается в известь. Использование тощих строительных смесей (без добавления глины, извести) на территории Украины, США запрещены. На просторах России этот запрет снят после 1990 года.
Как строители древности без цемента и техники умели строить на века
Москва, 13.12.2021, 21:09:47, редакция FTimes.ru, автор Анастасия.
Старинные замки удивляют своей красивой архитектурой. Профессиональные строители отмечают, что они более качественно построены. Именно поэтому древние здания стоят веками, требуя время от времени реконструкции и ремонта. Современному человеку тяжело понять, как в те времена строили такие прочные здания, ведь у них не было цемента и современной техники.
Какой раствор использовали для строительства
Древние строители действительно не имели цемента. Однако фундамент для зданий они делали, и еще более прочный, чем современный бетон.
В те времена использовали различные растворы. Они готовились всегда с учетом особенностей возводимого здания. Строители не могли позволить себе испортить раствор.
Основные правила приготовления старинных аналогов цемента:
Особое внимание обращали на профессионализм работников. К строительству объекта привлекали архитекторов и мастеров, которые уже имели положительный опыт строительства. Никто из рабочих не «филонил». Каждый из них отвечал за качество своей жизнью, имуществом. Поэтому вся работа была выполнена безукоризненно.
Как проверяли качество раствора
Крепость старинных зданий обусловлена серьезным подходом к строительству и строгим контролем качества раствора. Последний должен быть прочным.
Раствор на основе кирпича проверяли так:
Если отпало до 3, то раствор считался прочным. В случае, если кирпичей было больше, в смесь добавляли больше цемяника.
Как делали цемент в Древнем Риме
Одним из эталонных растворов считается тот, который готовили древние римляне. Из этого «цемента» готовили дороги, здания, в том числе и храмы. Некоторые трассы сохранились до сих пор, и используются по назначению. То же самое касается акведуков.
Древние римляне готовили цементную смесь на основе гашеной извести. К ней добавляли воду, песок, туф, вулканический пепел и даже осколки глиняных изделий. В итоге получался состав, который схож с современным бетоном. Этот «цемент» заливали в полости стен, делая их настолько прочными, что здания становились практически неразрушимыми.