что такое римский бетон
Римский бетон
Римский бетон (лат. opus caementicium ). Слово Caementum означало «бутовый камень», «тёсанный камень» и также каменные составляющие для наполнения полостей несущих стен. Камень являлся связующим элементом, который смешивался с песком и известью и после затвердевания превращался в конгломератную массу, похожую на сегодняшний бетон. [1]
Бетон изготавливался из песка без примесей земли для большей прочности, извести, воды, с более или менее грубыми дополнениями, например путеоланская земля, осколки глиняных изделий, пеперин. Смесь приготавливалась в соотношении: 3 части песка к одной части извести, при применениии морского песка: 2 части песка и 1 часть извести.
Существовал также способ постройки — opera caementicia, при котором цемент заливался между деревянных стен, которые после того как цемент затвердевал, удалялись, так что оставалась лишь цементная стена. [3]
Современные попытки повторить изготовление римского бетона показали, что римский бетон обладал высокой прочностью. Однако при его приготовлении могли возникнуть множество серъёзных нарушений, например, при применении морского песка, не полностью погашенной извести, слишком небольшом времени для отвердевания.
Виды стенной кладки, в которых применялся бетон:
Секрет долговечности римского бетона.
Способы производства бетонных работ.
Такой же способ укладки бетона применялся при строительстве подземных частей зданий, например, фундаментов, где опалубкой служили деревянные шиты, установленные по длине вырытой траншеи, раскрепленные изнутри поперечными и продольными брусьями (рис. 20). В случае постройки фундаментов на плотных грунтах вулканического происхождения, которыми так богата была римская земля, бетонная смесь укладывалась в траншею без опалубки, так как котлован или траншея сами по себе образовывали устойчивую форму, в которой было удобно укладывать и трамбовать бетон. Таковы подземные части цирка Салюстия, базилики Константина, зданий виллы Адриана и т. д.
Способ трамбования широко применялся при строительстве полов и дорог, на что в свое время указывали Варрон и Витрувий. При этом следует обратить особое внимание на то, что трамбование смеси, по словам Витрувия, обычно производилось «частыми Ударами тяжелых трамбовок (посредством) большой группой рабочих». Все это говорит о том, что древние строители (и не только в Древнем Риме) придавали большое значение тщательному уплотнению бетонной смеси. Даже наносимую на стены штукатурку рекомендовалось «бить гладилкой. » для придания ей большей плотности. Отсюда и качество штукатурки было такое, что «в нее можно было смотреться как в зеркало», а написанные на ней фрески можно было, но словам Плиния Старшего, вместе со штукатуркой переносить в любое место.
Польза продолжительного уплотнения смеси подтверждается и индийской практикой бетонного строительства. В Бенгалии. где песок или его часть в растворе заменялась тонкомплошм кирпичом (суркхи), применяли следующий способ производства работ: жирную известь и суркхи смешивали в мокром состоянии на бегунках до образования клейкой массы, которая добавлялась к заполнителю, после чего раствор тщательно перемешивался и укладывался. Трамбование продолжалось в течение многих часов » заканчивалось лишь тогда, когда вода, налитая на поверхность растворе переставала впитываться в него.
Другой способ производства бетонных работ выполнялся без применения трамбования и, вероятно, был распространен гораздо шире, чем первый. В качестве опалубки служили стены, выложенные из более мелких и легких, чем в первом случае, камней (кирпичей) кубической или треугольной формы. Толщина такой опалубки была намного меньше, чем в первом случае, так как давление, передаваемое бетонной смесью на стены, было значительно ниже.
В опалубку заливался небольшой слой раствора и на него сверху набрасывались камни, нередко достигавшие в поперечнике 12—17 см. При этом онч зачастую укладывались только на постель, т. е. горизонтально. Такой вид кладки в какой-то мере напоминал современную бутобетонную, хотя и отличался от нее строгим чередованием слоев раствора и крупного заполнителя. Консистенция растворной смеси выбиралась, видимо, таким образом, чтобы крупный заполнитель погрузился в смесь не больше, чем на определенную глубину, с тем, чтобы только заполнить пустоты между зернами щебня. Это подтверждается одинаковыми по высоте слоями щебня.
Для большей устойчивости обе стенки каменной опалубки по мере заполнения их бетонной смесью связывались специальными плоскими квадратными кирпичами из обожженной глины, размером 60 X 60 см и толщиной 4. 5 см (см. рис. 19), которые укладывались обычно через 1,5. 3 м по высоте стены, и поперечными деревянными брусьями.
Рассмотрев оба способа производства бетонных работ, следует еше раз подчеркнуть, что хотя они и были основными при изготовлении бетонных сооружений, но далеко не единственными. Различные их варианты использовались во всех концах Римской империи.
Древнеримский секрет долговечности бетонных сооружений.
Таким образом, после относительно подробного анализа технологии формования римского бетона мы вновь подошли к вопросу о тайне так называемого древнеримского секрета долговечности бетонных сооружений.
Одним из первых, кто сделал попытку объяснения древнеримского секрета долговечности бетонных сооружений, был французский архитектор Ж. Ронделе (1734—1829). После длительного изучения римских сооружений и проведения ряда опытов он пришел к выводу, что превосходное качество римских растворов и бетонов объясняется не какими-нибудь секретами гашения извести, ее составом или сроками выдерживания, как думали раньше, а лишь тщательным перемешиванием и хорошим уплотнением (трамбованием) свежеуложенной смеси. Действительно, опыты показали, что химический анализ римских растворов и бетонов не обнаруживает в их составе ничего необычного. При этом они характеризуются плотной структурой и часто содержат еще не полностью карбонизировавшуюся известь.
Современный английский исследователь Ф. Финкелдей после детального обследования отдельных частей римского бетонного акведука также пришел к выводу, что у римлян не было никаких особых секретов изготовления бетонных сооружений. По его мнению, долговечность достигалась применением известково-пуццоланового вяжущего и рационально подобранного соотношения вяжущего и заполнителя. При этом римляне использовали умеренное количество воды в бетонной смеси. Ф. Финкелдей был настолько поражен долговечностью и прочностью римских бетонных сооружений, что настойчиво призывал вернуться к их старым технологическим методам, используя аналогичный цемент и заполнители.
Можно ли согласиться с выводами Ж. Ронделе и Ф. Финкелдей, двух известных ученых-строителей, которых разделяет более чем столетний отрезок времени? Вероятно да, так как любой специалист-бетонщик, будь то античный строитель, энциклопедист типа Ж. Ронделе или исследователь наших дней, знает простые, но важные принципы получения бетона с заданными свойствами. Это тщательный выбор исходных материалов для бетона, перемешивание и усиленное уплотнение бетонной смеси.
Кроме того, для каждого типа конструкции римляне тщательно определяли вид бетона и неукоснительно соблюдали все технические условия. Как известно, они разработали значительное количество стандартов и строго им следовали. При их полувоенном государственном управлении и рабовладельческой системе хозяйства сомневаться в этом не приходится.
Источник книга «Римский бетон». Автор В.А.Кочетов
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.
Производство бетонных работ в древнем Риме
Секрет долговечности римского бетона.
В стремленье ввысь, величественно смелом.
Вершилось здание свободным острием,
И было конченным, и было целым.
Спокойно замкнутым в себе самом.
Использование опалубки античными строителями.
Мы подошли к одному из самых главных технологических процессов при производстве бетонных изделий — формованию, которое в современном понимании этого слова включает устройство опалубки, укладку и уплотнение бетонной смеси. Вопросы формования бетона, несомненно, крайне интересовали античных строителей.
Как уже было сказано, для возведения бетонных стен они обычно применяли каменную опалубку, которая, по мнению большинства ученых, одновременно выполняла роль облицовки. Такое мнение является распространенным, но не единственным, так как некоторые исследователи полагают, что каменная стена, выполняющая роль облицовки, возводилась лишь после твердения бетонного ядра.
Римляне употребляли самые различные виды каменной опалубки-облицовки: неправильную (инцерт), правильную из камней (ретикулат), правильную из кирпича (тестациум) и смешанную (микстум), т. е. с использованием камней и кирпичей (рис. 14).
В качестве материала для опалубки использовались или довольно крупные бутовые камни естественной формы с «инцертом» На фасаде (рис. 15), или камни, образующие правильный рисунок — «ретикулат». В этом случае опалубка представляла собой кладку из квадратных тесаных камней относительно небольшой величины, укладываемых так, что их стороны образовывали к горизонту угол в 45. Полученный таким образом сетчатый рисунок придавал стене красивый вид.
В качестве примера можно привести волнолом в Неаполе (см. рис. 6), развалины виллы Адриана, остатки терм Диоклетиана в Риме и многие другие сооружения. Использовалась также опалубка из больших квадратных или прямоугольных камней, расположенных своими сторонами под прямым углом к горизонту (рис. 16). Разновидностью «ретикулата» был «опус спикатум» (spicatum), т. е. укладка камней или кирпичей в виде колоса или елочки или с частичным употреблением «ретикулата» и кирпичей (рис. 17).
В I в. н. э. на смену «ретикулату» приходит облицовка из обожженного плоского кирпича треугольной или любой другой формы. Стена с такой облицовкой выглядела более просто, чем «ретикулат», однако сцепление кирпичей с бетонной смесью было более надежным, а все сооружение более монолитным. Острые концы таких кирпичей были направлены в сторону бетонного ядра для лучшего закрепления в нем (рис. 18). Такие виды опалубок-облицовок, называемые «опус тестациум» (opus testacium), стали особенно популярны после Тиберия (14—37 гг.). когда «опус тестациум» изготавливались централизованно и регулярно обеспечивали стройку. Иногда ряды таких кирпичей чередовали с рядами тесаного камня, уложенного по форме «ретикулата».
Рис. 16. Опалубка из прямоугольных камней
с уложенными в нее слоями бетона (по Шуази)
Рис. 17. Пример смешанной кладки
«ретикулат» с кирпичом.
Для более прочного сцепления кирпича опалубки с бетоном римляне специально изготавливали кирпич с одной стороны шероховатым, пористым, а с другой — гладким и блестящим.
Во времена Тиберия в качестве внешней облицовки стали использовать также специально приготовленную черепицу, кромки и концы которой хорошо обеспечивали сцепление ее с бетоном. При этом черепица готовилась в специальных формах, после чего ее можно было с помощью удара молотка разбить на две или несколько одинаковых керамических деталей заданных размеров.
Рис. 18. Римская бетонная стена с опалубкой-облицовкой
из треугольного кирпича и поперечными связями из плоских
кирпичей и деревянных брусьев (по Шуази)
Всестороннее и длительное использование каменной и кирпично-черепичной кладки в качестве постоянной опалубки-облицовки, вероятно, было оправдано стремлением римлян придать привлекательность внешнему виду своих бетонных сооружений.
Помимо каменной опалубки широко применялась деревянная — в виде струганых досок и деревянных щитов, о чем упоминается в работах Витрувия и многих археологов.
Изготовление сводов и куполов в древнем Риме.
В особую группу входила опалубка сводов и куполов, так как её устройство считалось наиболее сложной работой в процессе строительства. Опалубка для сводов и куполов делалась деревянной и устраивалась по деревянным кружалам, которые в зави симости от пролета свода опирались или на опоры-выступы, специально оставляемые в стене в процессе строительства, или на деревянные леса. Она нередко имела сложную конфигурацию, в которой плотники должны были воплотить замысел архитектора. Конструкция такой опалубки зачастую усиливалась кирпичными каркасами (рис. 19), промежутки между которыми заполнялись бетонной смесью.
С целью экономии древесины римские инженеры использовали оригинальный способ изготовления массивных перекрытий: вначале с помощью легкой деревянной опалубки сооружался тонкий бетонный свод, а затем по нему производили последующее бетонирование всего перекрытия.
После возведения опалубки приступали к бетонированию сооружения. Это была относительно простая, но крайне тяжелая физическая операция, так как от того, как уложена и уплотнена бетонная смесь, зависят все основные свойства бетона.
Сегодня нам хорошо известно, что если бетонную смесь недоуплотнить всего лишь на 1%, то прочность его понизится на 5%. Если же недоуплотнение составит 5—10%, то прочность соответственно упадет на 30—50%. В современном строительстве такое положение считается недопустимым, поэтому уплотнению смеси уделяют серьезное внимание, применяя многочисленные виды бетоноформовочного оборудования, в основе которого в большинстве случаев лежит эффект вибрации.
Римляне не использовали вибрацию, но, видимо, хорошо понимали, насколько важно тщательно уложить и уплотнить бетонную смесь. В начальный период применения бетона они использовали хаотичную, беспорядочную укладку известкового раствора с большими камнями, что в наше время напоминает бутовую кладку с «изюмом», когда производится набрасывание больших бутовых камней в заранее уложенный раствор. Затем появляется более упорядоченный, послойный метод укладки растворной смеси и крупного заполнителя. Уплотнение бетонной смеси производилось ими с помощью трамбования или без него.
Трамбование осуществлялось следующим образом: вначале на небольшую высоту возводилась опалубка из крупных тесаных камней, назначение которых заключалось в том, чтобы за счет своей большой массы сдерживать боковое давление бетонной смеси и ударов трамбовок. Затем, видимо, в опалубку укладывался слой раствора толщиной 10 — 15 см, а поверх него набрасывался щебень крупностью 8—10 см (см. рис. 17). Возможно, щебень укладывался раньше раствора.
В качестве щебня использовались куски плотного туфа либо обломки черной лавы, добывавшиеся в карьерах, которые располагались неподалеку от строительной площадки. Когда слой щебня достигал приблизительно такой же толщины, как слой раствора, его начинали трамбовать тяжелыми деревянными трамбовками, обитыми железом. Трамбование продолжалось, видимо, до тех пор, пока сверху не появлялся раствор, заполнявший пустоты между щебнем. Затем снова укладывался раствор, посыпался щебнем, трамбовался, и процесс повторялся. Так вместе с ростом опалубки вырастала стена из монолитного бетона. При этом каждый законченный слой посыпался каменной крошкой и пылью, оставшейся после отески камней. Эта пыль, вероятно, предназначалась для того, чтобы бетонная смесь не прилипала к ногам и трамбовкам рабочих, хотя, по мнению архитектора А. Башкирова, пыль служила специальным «прокладочным», антисейсмическим слоем.
Источник книга «Римский бетон». Автор В.А.Кочетов
Ученые раскрыли секрет удивительной прочности бетона Древнего Рима
МОСКВА, 4 июл — РИА Новости. Секрет удивительной прочности древнеримских акведуков и других построек из бетона, простоявших уже несколько тысячелетий, заключается в необычной «химии» его двух основных компонентов — вулканического пепла и морской воды, говорится в статье, опубликованной в журнале American Mineralogist.
«Рецепт 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 придется подобрать их аналоги, так как и морская вода, и пепел есть далеко не везде», — рассказывает Мэри Джексон (Marie Jackson) из университета Юты в Солт-Лейк-Сити (США).
Главным ноу-хау и чудом древнеримской строительной индустрии был «цемент», opus caementicium — прародитель современного бетона, из которого сложены многие акведуки, Колизей, портовые причалы, стены домов и других построек в Риме и остальных частях бывшего Pax Romana. В отличие от современного бетона, сложенного из цемента и щебня, его древнеримский тезка был заметно прочнее и не разваливался через несколько десятков лет после попадания воды.
Наоборот, как отмечает Джексон, он становился только крепче после контакта с водой, о чем писали Плиний Старший и многие другие хронисты времен имперского Рима. Это необычное свойство древнеримского бетона оставалось тайной для ученых, так как о его составе и методике изготовления нам было известно крайне мало — лишь то, что он содержал в себе песок, гальку определенных размеров, известь и вулканический пепел.
Это вещество, состоящее из воды, кальция, алюминия, кремния и кислорода, обычно образуется в гидротермальных источниках или жерлах вулкана при сверхвысоких температурах, и обнаружение его в «цементе» стало сюрпризом для ученых. Проанализировав структуру кристаллов, Джексон и ее коллеги поняли, как они возникли, и нашли объяснение невероятной прочности древнеримского бетона.
Как оказалось, бетон формировался в два этапа, первый из которых был быстрым, а второй — достаточно медленным по человеческим меркам. Сначала известь взаимодействовала с молекулами, содержащимися в пепле, и создавала внутри бетона щелочную среду, способствовавшую формированию тоберморита.
Сейчас Джексон и несколько других геологов пытаются воссоздать «рецепт» древнеримского бетона, смешивая различные типы вулканического пепла с морской водой. Его создание, как надеются ученые, позволит не только найти замену обычному цементу, производство которого является одной из самых экологически «грязных» процедур, но и создать «вечные» дамбы, приливные электростанции, волнорезы и другие портовые сооружения.