Когда был изобретен цемент: История цемента

История цемента

Цементами называют искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело — цементный камень.

Первым природным вяжущим была глина. Глина и жирная земля после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность. Однако в виду низких потребительских качеств данных материалов (с использованием глины возводились постройки, не требующие значительной прочности) — люди занимались поиском более совершенных вяжущих.

Первый ранний предшественник бетона был обнаружен на берегу Дуная на территории современной Югославии — в хижине древнего поселения каменного века находился пол из бетона толщиной до 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести. Ориентировочный возраст находки — более 5000 лет до н.э. Но это скорее относится к исключению из правил, массовое применение извести при строительстве датируется гораздо более поздними сроками.

В плане массового использования при строительстве, более чем за 3 тыс. лет до н. э., в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие — такие как гипс. Это обуславливалось тем, что при обжиге строительного гипса использовалось гораздо меньше топлива (температура обжига 140-190 С), чем для производства извести.

Известь является древнейшим искусственным минеральным вяжущим веществом после гипса , есть сведения, что египтяне использовали смешанные известково-гипсовые растворы при строительстве пирамид. Однако гипс долгое время не терял своих позиций — вследствии меньшей энергоёмкости при производстве, в том же Египте топливо было чрезвычайно дефицитным.

Впервые широко известь стала применяться в Греции для облицовочных работ и в гидротехнических сооружениях. Но лишь в римский период началось массовое применение извести для кладочных растворов.

Римляне развили строительное искусство, оставив после себя знаменитые памятники древнего мира. Римляне так же составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Впервые применив вулканический пепел в качестве добавок — был изобретён предок так называемого «пуцоланнового цемента», названного по месту залежей сырья близ города Поццуолли.

В Киевской Руси основным связующим материалом была известь. Получали ее путем обжига известняка в специальных печах, которая позже гасилась в специальных ямах. Для приготовления строительного раствора использовалась известь разного состава — из чистого известняка получалась жирная белая известь (воздушная), а из известняка с глинистыми примесями — серая (гидравлическая, которая обладает способностью схватываться во влажной среде и использовалась при кладке). Белую известь использовали в основном при штукатурной работе. Хотя согласно некоторым исследованиям этим правилом не всегда руководствовались — вопрос рационального применения различных видов вяжущих также актуален и в современном строительстве.

Заполнителем растворов являлась цемянка, т.е. мелкотолченая керамика, а также туф и пемза. Использовалась как специально обожженная и затем размолотая глина, так и недообожённый кирпич, а позже мелкотолченый кирпичный бой более крупных фракций — что давало меньшую усадку при твердении и увеличивало трещиностойкость. Однако тонкомолотая глина придавала дополнительные гидравлические свойства цемянке. Но видно уже тогда вопрос экономии и удешевления материалов и использования отходов производства ( брак кирпича ) не всегда решался в соответствии с задачей сохранения качества продукции. Использование толчённой керамики в качестве заполнителя — прием, широко применявшийся многими древними народами. К примеру, в Индии применялась известь в смеси с сурки — молотым кирпичом. Интересно, что в раннем зодчестве в строительных растворах в качестве заполнителя песок практически не использовался. В качестве вяжущего также использовался гипс, а заполнитель — дробленый алебастр.

В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести. В частности в Москве появились первые производители — cухих строительных смесей — назывались они цементом (или «сементом»). Активно использовались добавки — бычья кровь, творог, яичный белок, кизяк и другие вещества, что свидетельствует о высоких требованиях к качеству возводившихся сооружений.

В 1829 г. профессор Фукс (Johann-Nepomuk Fuchs, 1774.1856) — немецкий химик и минералог показал, что всякий кремнеземистый минерал может быть годен для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу. Такие породы, как граниты, гнейсы, порфиры, полевой шпат, слюда и даже простая глина, не говоря о чистом кремнеземе (горный хрусталь, халцедон), все после обжига затвердевают под водой с известью. Вопрос стоял только в доступности сырья и энергоёмкости производства.

Еще ранее Фукса были проведены исследования французским инженером Вика , работы которого начались в 1812 г. (Луи Жозеф Вика еще в 1812 г. показал, что обожженная смесь чистой углекислой извести и глины в известной пропорции по измельчении затвердевает с водой без всяких прибавок.), а в 1818 г. он высказал мнение и доказал опытом, что всякий известковистый минерал, содержащий глину в известном количестве, способен дать так называемую гидравлическую (т. е. твердеющую под водой) известь после надлежащего прокаливания. С 1837 по 1841 гг. Вика показал, что большая часть глин владеет свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, т. е. затвердевать с известью под водой, почему продукт обжига глин и назвали искусственной пуццоланой (цемянкой). Вика предпринял затем исследование разных французских глин, мергелей, известняков, благодаря которому, во Франции быстро стало развиваться производство гидравлических известей и цементов, получаемых прокаливанием естественных глинистых известняков.

Незадолго до Вика, Джеймс Паркер открыл, что глинистые почвы устьев Темзы с 30-35% глины после обжигания и измельчения дают цемент, на производство которого он и взял патент, назвав свой цемент — романским. Несколько лет спустя такое же открытие было сделано французами в Булони. Во Франции они тоже получили название романских цементов, или быстротвердеющих (быстросхватывающих), но впоследствии из естественных глинистых известняков стали делать и медленно схватывающие цементы, почему за всеми цементами этого рода оставлено только название «романских», без других характеристик. Большие неудобства, зависящие от неоднородности глинистых известняков, повели к дальнейшим весьма важным открытиям в приготовлении цементов. Известняки с малым содержанием глины дают гидравлическую известь, с большим содержанием — гидравлические цементы разных характеристик, а естественные толщи мергелей даже незначительной мощности обыкновенно очень неоднородны по составу. Поэтому возникло естественное желание приготовить гидравлический цемент из смеси глины и извести. Вика показал, что это возможно, но практическое осуществление эта мысль получила в России и Англии. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

В 1822 г. в Петербурге вышла книга Е.Г. Челиева «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», а в 1825 году Челиев в книге «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений» обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. Егор Герасимович Челиев начинал работать в Саратове, затем стал участником восстановления Москвы после пожара в 1812 году. Именно тогда он начал проводить эксперименты с различными материалами, чтобы найти скрепляющий состав для кирпича и камня. Стремление получить ещё более совершенный вид гидравлического вяжущего привело русского строителя Челиева к важному открытию: при обжиге в горне на сухих дровах смеси извести и глины до «белого жару» (при температуре свыше 1100-1200 С) получался спекшийся продукт, обладавший в измельченном виде высокими механическими свойствами и способностью твердеть в воде. Егор Герасимович Челиев является изобретателем современного цемента.

В 1824 году Джозеф Aспдин, британский каменщик, получил патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня», который он создал на собственной кухне. Изобретатель нагрел смесь хорошо подробленного известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Aспдин назвал полученный продукт — портландцементом, потому что при производстве он использовал камни с карьера, который находился на острове Портланд. Однако только 30 лет спустя после этого открытия английские портландцементы получили распространение, а затем и преобладание. Толчок дала Лондонская всемирная выставка 1851 г., после которой на континенте весь портландцемент назывался английским.

Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность романцемента, полученного при несколько повышенной температуре обжига (900-1000 С) , однако название «портландцемент» сохранилось и поныне. Гидравлическое вяжущее, описанное Е.Г. Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина.

Дело Челиева продолжили русские ученые Р. Л. Шуляченко, А. А. Байков, В. А. Кинд, С. И. Дружинин, В. Н. Юнг, П. П. Будников, В. Ф. Журавлев и др.

Д.И. Менделеев в книге «Основы химии» рассматривает ряд вопросов, связанных с химией силикатов, в частности цементов.

После Октябрьской революции развитию цементной науки уделялось большое внимание — так как цементная промышленность является базовой в обеспечение экономической мощи страны. Была создана научная основа цементной промышленности — по всей стране были созданы организации, занимающиеся проблемами и перспективами развития производства цемента.

Последние годы недостаточного внимания к цементной науке привело к тому, что утеряно как минимум 75 % научного потенциала отрасли. Оставшиеся 25 % нуждаются в инвестициях со стороны производителей и поддержке со стороны государства.

Статьи Ресурс: почему так названы.

Большинство из нас на вопрос: «Что такое цемент?» — ответит, что это серый порошок, который используют в строительстве.

Цемент — (в переводе с латинского «битый камень») — oдин из основных строительных материалов; гидравлическое минеральное вяжущее, приобретающее при затвердевании высокую прочность, также используемое при изготовлении бетона. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в воде; полученные из цементных минералов и воды твердые соединения водостойки, то есть нерастворимы в воде. Его называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, — минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).

Слово цемент — очень древнего происхождения. Его использовали еще в Древнем Риме, но тогда цементом называли толченый кирпич или камень. Такой цемент при смешивании с гашеной известью позволял получать очень хороший материал для кладочных растворов и бетонов. В его качестве можно легко убедиться, осмотрев уцелевшие с римских времен памятники, особенно контактирующие с водой: акведуки, пристани и другие портовые сооружения. Раствор в них сохранился великолепно, местами даже лучше, чем природный камень, который он скреплял.

В более поздние времена термин «римский цемент» закрепился именно за такой смесью извести и добавки. Затем, с появлением других вяжущих материалов, цементом стали называть любое вещество, способное при некоторых манипуляциях переходить из дисперсного состояния в камневидное. Во времена промышленной революции цементов было изобретено множество. Их обилие облегчало выполнение различных специальных строительных работ, но при этом значительно усложняло классификацию, так как цементы готовили из разных по химической природе компонентов, и твердели они различными способами. Есть версия ,что знаменитые египетские пирамиды делали из цементных блоков ,которые  заливали прямо на месте. Сейчас эта технология называется съёмной опалубкой. Эта теория объясняет от куда в пустыне огромные камни и как их затаскивали на верх.

Продолжим наш рассказ описанием цементов самых распространенных и широко известных.

 Их повсеместно используют в строительстве, а перед применением тщательно смешивают с песком, щебнем и водой.

Официальное имя этой уважаемой плеяды — портландцементы и шлакопортландцементы.

Откуда взялась приставка «портланд»? Из Англии, где существует одноименный город, в окрестностях которого издавна добывали строительный камень однородно серого цвета. Инженер-строитель Аспдин (Аспден) наверняка был знаком с этим материалом, и поэтому, когда он рассматривал только что полученный им цемент, не смог удержаться от сравнения: по прочности и цвету искусственный камень не отличался от природного. Сходство настолько поразило изобретателя, что в заявке на патент, поданной в 1824 г., он назвал свое детище портландским цементом.

Таким образом, официальная история производства современного портландцемента началась на излете первой четверти XIX века. А первые попытки создать материал, по водостойкости сравнимый с римским цементом, начались в Европе на 200 лет раньше. Основным компонентом настоящего высококачественного римского цемента была пуццолановая пыль (лат. pulvis putceolanus) — чудодейственная приправа, превращавшая слабый и нестойкий известковый раствор в прекрасное вяжущее, простоявшее тысячелетия. Римляне в полной мере осознавали ценность этой добавки, поэтому всюду искали вулканический пепел, а если не находили — завозили пуццолану из метрополии. Но даже у Римской империи с ее прекрасными дорогами не было возможности обеспечить пуццоланой многочисленные стройки в отдаленных провинциях, поэтому приходилось использовать подручные заменители. Качество от этого, безусловно, страдало, культура строительства снижалась. Совершенно очевидно, что низкокачественный, медленно твердеющий раствор не мог удовлетворить запросов бурно развивающейся промышленности. А потому уже в XVII веке в развитых европейских странах изо всех сил искали новый цемент. Особенно остро в нем нуждались Англия и Голландия с их огромной береговой линией, которую необходимо укреплять, и множеством портов, которые нужно строить и ремонтировать.

Голландцы первыми начали использовать в строительных растворах тонкомолотый рейнский трасс — вулканический туф, по составу подобный пуццолане, но более плотный, слежавшийся за миллионы лет и поэтому менее активный. У англичан трасса не было. Но у них были наблюдательные инженеры, которые заметили, что если обжигать в известь не чистый белоснежный известняк, а менее качественные, загрязненные породы желтоватого или зеленоватого цвета, то получается известь более стойкая. Первым на это обратил внимание Смитон, строивший в 1756 г. Эдистонский маяк. Полученная им известь гасилась с трудом, но зато растворы на ее основе неплохо твердели даже под водой, за что новый материал получил название «гидравлическая известь».

Развивая идею получения гидравлической извести, англичанин Паркер обжигал на известь различные местные известняки с примесями. В 1796 г. он столкнулся с новым явлением: «глинистые почки» с о. Шеппи, будучи обожженными на известь, при контакте с водой не гасились. Но измельченный продукт обжига при смешивании с водой довольно быстро схватывался (гораздо быстрее, чем твердела известь) и набирал прочность гораздо более высокую, чем известь. Вдохновленный успехом изобретатель не без претензии назвал свое детище «римским цементом». По современной классификации смесь так и называется: «романцемент», и от него всего один шаг до настоящего, классического портландцемента. А те самые «глинистые почки» оказались не чем иным, как мергелем — природной смесью мела и глины, который и сегодня охотно используют производители цемента. Но месторождения мергеля достаточно редки. Для широкого распространения производства необходима более универсальная сырьевая база, реализуемая на местных источниках. Решающий прорыв в этом направлении принадлежит французскому ученому Викa (кстати, его именем назван прибор для определения сроков схватывания цементного теста). Он открыл, что для повышения гидравличности извести известняк перед обжигом нужно смешивать с глиной, причем существует область оптимальных соотношений, позволяющая получать цемент высокого качества. Именно Викa первому удалось получить синтетический цемент, сырье для которого приготовлялось искусственно, путем смешения нескольких компонентов.

Используя такую серьезную эмпирическую и теоретическую базу, Аспдин первым сумел поставить производство цемента на индустриальные рельсы, и новая отрасль промышленности начала стремительно развиваться. Уже к 50-м годам XIX века цементы, аналогичные запатентованному Аспдином портландцементу, широко производят в Англии, Германии, Франции и других европейских странах, причем к указанному времени их качество заметно выросло, приближаясь к уровню современных рядовых портландцементов. Историческое название закрепилось, и сегодня его носят все продукты, получаемые путем совместного помола портландцементного клинкера, сульфата кальция и специальных добавок.

История возникновения и использование бетона, цемента

Происхождение бетона

Много было написано о большом количестве значимых зданий Римской империи построенных с использованием «бетона» в качестве основного конструкционного материала. Многие исследователи полагают, что первое использование настоящих цементных связующих (в отличие от обычной извести, обычно используемой в древних сооружениях) произошло в южной Италии в о втором веке до нашей эры.

Особый тип вулканического пепла называемый «пуццолан», сначала использовали около Поццуоли в заливе Неаполя, он широко использовался римлянами в их цементе. Совершенно очевидно, что при строительстве Порта Aemelia, большое сооружение построенное в 193 г. до н.э., пуццолан был использован для связывания камней вместе, чтобы получить «бетон». Этот необычный пепел реагирует химически с известью и водой, укрепляясь в твердую как скала массу, даже при полном погружении в воду. Римляне использовали его для мостов, доков, ливневых стоков и водопроводов, а также для зданий.

Римский бетон

Римский бетон укладывался слоями в виде раствора вручную между камнями различных размеров. Этот раствор обкладывали глиняными камнями с обеих сторон, если это была нижняя часть строения, а для создания стен камни служили формой для «бетона». Известно, что эти кирпичи имели не конструктивное значение а использовались для облегчения строительства и, как элементы декора. Нет сомнений, что материал «пуццолан» сделал этот тип конструкций возможным, так как он был использован во всем Риме и районе Неаполя, но не встречался в северной Италии, и в других местах в Римской империи.

Большинство общественных зданий, в том числе Пантеон, и модные резиденции в Риме использовали бетонные кирпичи для возведения стен и сводов. Купол Пантеона, построенный во втором веке нашей эры, несомненно, является одним из строительных шедевров всех времен. Это очень сложная конструкция с большим количеством уменьшающих вес пустотами, нишами, и небольшими сводчатыми потолками. Строители Пантеона знали достаточно, чтобы использовать очень тяжелые элементы на уровне земли и уменьшали плотность конструкции выше в стенах и в самом куполе, чтобы уменьшить вес конструкции. Большой пролет Пантеона в 142 фута затмил маленькие предыдущие пролеты и создал эффект не меньше, чем архитектурная революции с точки зрения восприятия внутреннего пространства.

Вероятно, из-за отсутствия и недоступности пуццолана во всем мире, этот вид бетона не использовался в других местах и камне-кирпичная кладка по прежнему была доминирующим строительным материалом для большинства значительных строений в мире на протяжении многих веков. Еще один вид бетона был использован в восемнадцатом веке во Франции, где стены из оштукатуренного щебня эмитирующего каменную кладку стали модными. Франсуа Куантеро, каменщик в Лионе, искал экономичный способ создания несгораемых стен с помощью цементного раствора в сочетании с очень древней глинобитной техникой или «спрессованной землей». Глинобитная техника подразумевает использование древесной опалубки заполняемой глиной с землей или соломой с последующей утрамбовкой, но использование новых и сильных цементов сделало процесс утрамбовки ненужным. В 1824г. Джозеф Аспдин, английский каменщик, запатентовал улучшенный цемент, который он назвал Портлендским цементом, поскольку он напоминает природный камень который добывали на соседнем острове Портленд.

Считается, что Аспдин был первым, кто использовал высокие температуры для нагрева глинозема и кварцевых материалов до точки стеклования, в результате чего происходило сплавление. Цемент все еще таким же методом делается и сегодня. В девятнадцатом веке бетон был использован в Европе для зданий, в основном промышленного характера, так как этот «новый» материал не имел социальной преемственности как камень или кирпич.

Использование армирования

Существует разногласие среди исследователей, относительно первого реального использования армирования в бетоне. Скорее всего в качестве первого успешного примера был господин Лэмбот крупный землевладелец на юге Франции.

При строительстве нескольких небольших гребных лодок Жан-Луи Ламбо в начале 1850-х годов, укрепил свои лодки железными прутьями и проволочной сеткой.

У него появились планы по использованию этого материала в строительстве, поэтому он подал заявку на патент во Франции и Бельгии в 1856 году, описывая бетон следующим образом:

«улучшенный строительный материал, который будет использоваться в качестве заменителя древесины в военно-морских и архитектурных сооружениях, а также для бытовых целей, где следует избегать сырости»

В 1854 году штукатур, Уильям Б. Уилкинсон Ньюкасл-апон-Тайн, возвел небольшой двухэтажный коттедж, укрепляя бетонный пол и крышу железными прутьями и проволочным тросом, и получил патент на этот вид строительства в Англии. Он построил несколько таких конструкций и таким образом стал прародителем первых железобетонных зданий.

В 1867 году Джозеф Монье, французский садовник, получил патент на некое усиление садовых ванн, а позже запатентовал некие усиленные балки и сваи используемые для ограждения дорог и железных дорог. В последствии было доказано, что Монье никогда не знал, как Уилкинсон, сделал свое армирование, чтобы увеличить сопротивление балки.

Армирование пола

Первое широкое применение портландцементного бетона в строительстве зданий происходило под руководством французского строителя, Франсуа Куане. Он построил несколько больших домов из бетона в Англии и Франции в период 1850-1880, с первым использованием железных прутьев в полу, чтобы сохранить стены от разъезжания, а позже использовал арматуру, как изгибаемые элементы.

Первой вехой в железобетоне стала постройка американского инженера-механика, Уильяма Э. Уорда, в 1871-1875. Этот дом стоит сегодня в Порт-Честер, штат Нью-Йорк. Это стало известно благодаря усердию, с которым г-н Уорд вел все его дела, исследуя и документируя все. Он хотел надежный дом, потому что его жена ужасно боялась огня и поручил дизайн и проектирование архитектору Роберту Муку в 1870 году. Как и здание Койента, это должно было быть сделано так, чтобы напоминать каменную кладку и быть социально приемлемым решением. Г-н Уорд занимался всеми техническими и строительные вопросы сам, проводил долгосрочные нагрузочных испытания и другие эксперименты. Он использовал французское слово для бетона, «beton», а в 1883 выступил с докладом на дому к Американскому обществу инженеров-механиков, названным «Бетон в комбинации с железом в качестве строительного материала». Его аудитория, по определению, была гораздо более заинтересована в уникальных системах водоснабжения и отопительных систем, которые он проектировал, чем в железобетоне.

В 1879 году Г. А. Вайс, немецкий строитель, купил патентные права на систему Монье и стал применять железобетонные конструкции в Германии и Австрии, рекламируя это как система Вайс-Монье. Многие из этих зданий были построены также и во Франции.

Монолитная рамная конструкция

В конце девятнадцатого века происходило параллельное развитие каркасных железобетонной конструкции Г. А. Вайса в Германии / Австрии, Эрнеста Л. Рэнсома в Соединенных Штатах, и Франсуа Эннибека во Франции.

В 1870 Эрнест Л. Рэнсом был управляющим успешной компании по производству бетонных блоков как искусственного камня в Сан-Франциско. Он впервые использовал армирование в 1877 году, а в 1884 году он запатентовал систему, используя витые квадратные пруты, чтобы увеличить сцепление между бетоном и арматурой. Его крупнейшим работой на то время был Леланд Стэнфорд — музей в Стэнфордском университете, первое здание в котором была использована технология при которой бетонный наполнитель (камень) с наружи не был закрыт самим бетоном (оголен).

Он также был ответственным за ряд производственных зданий в Нью-Джерси и Пенсильвании, например, 1903-1904 строительство механического цеха Келли и Джонса в городе Гринсбург, в Соединенных Штатах.

Здание Ингалс, заметное здание в Цинциннати, было построено в 1904 году с использованием системы Рэнсома. Разработанный фирмой Элзнер и Хендерсон, это был первый бетонный небоскреб, состоящий из 16 этажей (210 футов).

По другую сторону Атлантики, Франсуа Эннебек, каменщик, оказался успешным подрядчиком в Париже, начал строить железобетонные дома в конце 1870-х. Он получил патенты во Франции и Бельгии на систему строительства Эннибека и приступил к созданию своих представительств в крупных городах. Он развивал новый метод путем проведения конференций и разработки стандартов в пределах своей собственной сети компании. Большинство его зданий (как Рэнсом) были промышленные.

Во времена подъема компании Эннибек выполнял более 1500 контрактов в год. Более чем любой другой человек, он был причиной быстрого роста железобетонных конструкций в Европе.

Бетонные купола и своды

Железобетон позволял делать здания новой формы – с тонкими стенами. В 1930 году Эдуардо Торроха, блестящий испанский инженер, разработал невысокий купол 3,5-по толщине и 150-футов шириной для рынка в Альхесирасе, используя стальные тросы для растяжки. Торроха также был автором элегантной консольной крыши стадиона в Мадридском ипподроме в 1935 году.

Мастер панельных конструкций, безусловно, был математик-инженер-архитектор Феликс Кандела испанского происхождения. Практикуя в основном в Мехико, он разработал лабораторию космических излучений, с 5/8 дюймовой толщиной крыши, для университета Мехико. Он сделал параболоидную форму свода, своим товарным знаком и, пользуясь дешевизной рабочей силы, построили много заводов и церквей в окрестностях Мехико, используя эту форму. Его наиболее ярким строением стало здание ресторана в Хочимилко, построенное в 1958 году, состоящее из шести одинаковых параболоидных сводов.

Дальнейшее использование бетона в современной архитектуре

Архитектор Ле Корбюзье всегда расходится во мнениях со своим работодателем, не желая использовать классическую дизайнерскую базу для проектирования. Ле Корбюзье чуть позже, стал очень уважаемым архитектором современной эпохи, работая почти полностью только с железобетоном. Среди его знаменитых работ такие: Вилла Савой (из панелей плоской конструкции, 1931), многоквартирные дома на Пилотэс в Нанте и Марселе (в конце 1940-х годов), Часовня Рончамп (со стенами из забетонированной каменной кладки, 1957), монастырь Ла- Туретта (1959), и правительственный комплекс на Чандигарх в Индии (1961). Больше чем его современники, Ле Корбюзье увлекался игрой естественного света, как элементом дизайна, а бетон с его разнообразной текстурой поверхности ему в этом помогал.

Фрэнк Ллойд Райт заявлял о преимуществах пластичности железобетона в монолитных строительствах, но он не воспользоваться этим до конца своей карьеры.

В 1919 году Мис ван дер Роэ предложил идею конструктивной основы в высотных зданиях с консольной плитой перекрытия, но Райт воплотил эту идею в жизнь в своей работе Башни Джонсона Воск на Расин, штат Висконсин. Весь комплекс Джонсон был признан одним из лучших творений Райта.

Высокопрочный бетон и высотные здания

Развитие высотного строительства из бетона шло медленно от момента строительства здания Ингаллс в 1904 году. Гиганты и середнячки 1930-х годов были все из стальных конструкций. Но Башня Джонсон Воск, послужил толчком для башен-близнецов Бертран Голдберг Марина-Сити, хотя это и совершенно разные масштабы. Высотка Чикаго 60story, возведен в 1962 году, ознаменовала начало использования железобетона для строительства современных небоскребов, и составила конкуренцию строениям на стальной раме. Плэйс Виктории в Монреале, построенная в 1964 году, достигла высоты 624 фута.

Бетон повышенной прочности оказался ключом к увеличению высоты зданий, поскольку они сохраняют разумный размер колонн на нижних этажах. Shell Plaza в Хьюстоне достигла 714 футов в высоту, в 1970 году. Район Чикаго, с его многочисленными запасами высококачественной летучей золы (которая помогает достичь более прочных характеристик водно/цементного состава), породил наибольшую концентрацию высотных зданий из усиленного бетона. 70-этажная башня Lake Point достигла 645 футов в 1968 году. Water Tower Place достигла 859 футов в 1973 благодаря применению пластификаторов бетона.

В 1989 году здание Шотландия Plaza в Торонто было построено до высоты 907 футов, в 1990 году еще две башни в Чикаго превысили 900 футов в высоту и есть запланированные здания еще большей высоты.

Секрет древнеримского бетона — Мастерок.жж.рф — LiveJournal

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.

А еще помните, была такая конспирологическая версия — Колизей, которого нет

Фундамент цивилизации: История бетона

Старая барабанная печь для обжига цементного клинкера

Бетон как строительный материал восстал из пепла в 1824 году, когда Джозеф Аспдин изобрёл портландцемент (от лат. caementum — щебень, битый камень, и названия английского острова Портленд, где добывали природный камень, похожий на отвердевший портландцемент). Согласно рецептуре Аспдина, клинкер и гипс измельчаются (СaSO ₄•2H₂O) до порошкообразного состояния. Клинкер — это смесь веществ, полученная спеканием известняка (преимущественно CaCO₃) и глины (смесь Al₂O₃, воды и SiO₂) при температуре выше 1400 °С.

Как производят цемент?

1. Известняк, сланец, кремнезём и оксиды железа проходят через дробилку, измельчающую камни на мелкие куски.

2. Вращающаяся печь непрерывно смешивает ингредиенты и подвергает их обжигу при 1400 °С.

3. Клинкер измельчается в порошок и смешивается с гипсом.

4. Цемент упаковывается.

Сегодня масштабы производства бетона настолько велики, что ежегодно этот процесс формирует 7% выбросов СО ₂ в мире. Полученные после обжига гранулы клинкера на 97% состоят из оксидов кальция, кремния, алюминия и железа; оставшаяся часть приходится на оксиды марганца, титана, хрома и других элементов. Эту смесь вяжущих веществ тщательно измельчают и смешивают со вторым важным компонентом портландцемента — гипсом, отвечающим за скорость схватывания раствора, то есть за превращение его в твёрдый искусственный камень.

Изображение со сканирующего электронного микроскопа: пластины гидроксида кальция и иглы эттрингита

А что же происходит, когда в цемент добавляют воду? Безводные минералы в составе цемента активно взаимодействуют с водой. Один из основных процессов можно представить в виде уравнения:

3CaO Al₂O₃ + 6H₂O = 3CaO Al₂O₃ 6H₂O + 867Дж/г.

Иглообразные кристаллы CaO•Al ₂O₃•6H₂O пронизывают всю толщу цементного раствора, придавая ему прочность и твёрдость. Уравнение реакции подсказывает, что кристаллизация цементного раствора сопровождается выделением тепла, — его надо вовремя отводить, чтобы бетон получился качественным. Обычно его просто поливают водой, и это позволяет избежать главного врага искусственного камня — появления трещин.

Армирование — способ увеличения стойкости конструкции; служит для упрочнения бетона, который в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении

Бетон выдерживает колоссальные нагрузки на сжатие, что делает его отличным материалом для фундаментов, но вот на растяжения (в том числе при изменении температуры) реагирует очень плохо. Это было главным препятствием для его использования в качестве строительного и конструкционного материала, пока в 1846 году за дело не взялся французский садовник Жозеф Монье. Он изготавливал бетонные кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев в оранжереи Лувра и не понаслышке знал, как часто растрескивается и ломается бетон. Монье вставил стальные стержни в стенки кадок, и это здорово продлило срок службы материала. Сталь оказалась идеальным напарником бетона: она отлично выдерживает растяжения, но при сжатии заметно деформируется. Получившийся железобетон вписал в историю имя неизвестного доселе садовника и подарил человечеству возможность высотного строительства. 

строение и функции. Общая характеристика и интересные факты

• Время чтения статьи: 1 минута

Цементом называют специфическую минерализированную костную ткань, которая небольшим слоем кроет корень и соединяется с эмалью вблизи шейки зуба. Является аналогом грубоволокнистой костной ткани, но не включает сосуды. Трофика осуществляется путем диффузии из периодонта и дентина. Не подвергается постоянной перестройке, чем также отличается от костной.

Наибольшая масса цемента у верхушки корня и наименьшая у шейки.

В течение жизни ткань продолжает откладываться на поверхности корня зуба, а потому значительно увеличивается ее масса. Это свойство позволяет при помощи измерения толщины ткани определять возраст человека, что актуально для разного рода исследований — судебно-медицинских, археологических и других.

В сравнении с костью метаболизм цемента менее высок, что связано с отсутствием кровеносных сосудов. Благодаря этому возможно использование ортодонтических конструкций с целью смещения зубов без значительной резорбции корня зуба.

Распространенное заболевание, связанное с цементом — гиперцементоз. Травма или хроническое воспаление в области корня зуба может спровоцировать локальный, диффузный или генерализованный гиперцементоз.

Строение, типы цемента

Цемент представлен клетками и межклеточным веществом. Клетки — цементоциты, цементокласты и цементобласты.

Гистологически выделяют 2 типа цемента: бесклеточный и клеточный.

Бесклеточный цемент, или как его называют — первичный, клеток не содержит — лишь обызвествленное межклеточное вещество. Толщина его — 23-40 мкм. Покрывает шейку зуба.

Вторичный цемент (или клеточный) кроет небольшим слоем корень, располагаясь ниже шейки зуба. Цементоциты, отростчатые клетки, в большом количестве содержатся в межкорневых отделах и в области верхушечной части корня. Также выделяют цеметобласты, которые расположены на поверхности цемента. Цементоциты же локализуются в толще цемента зуба. Вторичный цемент локализуется на бесклеточном либо на дентине.

В сравнении с первичным вторичный образуется гораздо быстрее. Цементоцитами характеризуются множеством ветвящихся отростков и наличием большого ядра. Погибая, они оставляют лакуны в более глубоких слоях. Ближе к периферии цементобласты схожи с цементобластами и более «активны». Последние способствуют отложению цемента.

Межклеточное вещество представлено коллагеновыми волокнами,
которые с учетом местоположения разделяют на несколько видов:

• прорастающие в дентин;

• выходящие в периодонт;

• локализованные в пределах цемента, внутренние;

• прорастающие в надкостницу альвеол.

Также межклеточное вещество представлено минерализованными гликозамингликанами и матриксом. Межклеточные волокна образуются собственными клетками (то есть клетками цемента) и идут параллельно корню. Под прямым углом к зубу проходят волокна периодонтальной связки, которые также входят в состав альвеолярной кости.

Функции цемента

Как было отмечено выше, цементобласты — функциональные клетки, и именно благодаря им откладываются последующие слои цемента. Откладываются слои ткани на протяжении всей жизни человека, и за всю жизнь увеличение толщины происходит в 2-3 раза. Отложение цемента необходимо для поддержания нормальной длины зуба в процессе естественного стирания, и происходит «выталкивание» зуба. Эту компенсационную функцию, которая необходима для сохранения нормальных размеров клинической коронки при помощи наслоения тканей, называют пассивным прорезыванием зуба. В ряде случаев наслоение может усиливаться на верхушке корней зубов при утрате «противолежащего» зуба на противоположной зубной дуге.

Цемент зуба необходим для крепления к шейке зуба и корню периферических волокон периодонта.

Итак, функции:

• Обеспечение крепления волокон периодонта к зубу. Цемент является значимой составляющей поддерживающего аппарата зуба.

• Защита дентина от неблагоприятных факторов.

• Участвует в восстановительных процессах при образовании резорбционных лакун.

• Компенсирует длину зуба при естественном изнашивании эмали, «выталкивая» зуб.

• Особо важное клиническое значение имеет соединение цемента и эмали. Цементно-эмалевая граница.

• стык в стык;

• обнаженный дентин — у пожилых людей;

• захождение цемента на эмаль.

Если, например, наличие полости между цементом и эмалью является причиной гиперчувствительности в области шейки зуба. Также причиной может послужить покрытие дентина небольшим слоем цемента. Боль возникает при высокой или низкой температуре употребляемой пищи, при прикосновении стоматологическими инструментами. Цемент — защита дентина.

Своевременное профилактическое посещение стоматологического кабинета поможет предупредить развитие серьезных заболеваний.

Кто изобрел цемент и когда?

Современную земную цивилизацию невозможно представить без таких сооружений, как небоскребы, мосты, железные дороги. В основе всех этих конструкций лежит конструкционный материал, появившийся всего полтора века назад… как материал для садовых кадок.

Первые сведения об использовании цемента в строительстве относятся примерно ко II веку до нашей эры. Смесь извести с вулканическим пеплом, пемзой и туфом со склонов Везувия использовалась римлянами как связующее при строительстве каменных сооружений.Римские строители также изготавливали отдельные элементы цементных конструкций, но прочность его оставляла желать лучшего.

В 1824 году Джозеф Аспдин разработал современный портландцемент, который в смеси с песком, гравием и водой уже можно было использовать в качестве строительного материала — бетона. Он хорошо выдерживает сжатие, но растяжение приводит к его разрушению. А железные балки наоборот отлично работают на растяжение и плохо на сжатие. Идея объединить эти добродетели почти одновременно пришла в голову нескольким людям.Жан-Луи Ламбо в начале 1850-х построил несколько небольших лодок на юге Франции из бетона, армированного железной сеткой.

Британец Уильям Уилкинсон в 1854 году первым применил железобетонные панели при строительстве двухэтажного дома в Ньюкасле. Примерно в это же время другой строитель, Франсуа Куанье, экспериментировал с железобетоном во Франции — он первым соединил стальную арматуру потолков со стеновыми панелями. Но в массовую практику новый материал ввел человек, не имевший отношения к строительству.
Изобретение железобетона стало одним из важнейших событий в истории строительства.
Жозеф Монье в 1846 году был назначен садовником оранжерей в саду Тюильри возле Лувра. Для переноса апельсиновых деревьев на зиму в теплицу ему понадобилась солидная садовая кадка. Монье сделал несколько таких бетонных ванн (цемент с песком, ясень, молотый кирпич), но они все время давали трещины. Поэтому он укрепил их стены железными прутьями.

В то время считалось, что железные элементы при перепадах температуры быстро разрушают бетон, но за три года ни одна ванна не вышла из строя! После этого Monje перешла к резервуарам для воды и другим элементам ландшафтного дизайна из нового материала.В 1867 году он продемонстрировал железобетон на международной выставке в Париже и получил первый патент на использование материала в искусственных водоемах. За первым патентом последовали другие — на трубы и бассейны (1868 г.), строительные панели (1869 г.), мостовые конструкции (1873 г.), балки и шпалы (1878 г.).

В 1875 году под руководством Монье в замке Шатле был построен небольшой железобетонный мост. А в 1879 году немецкий инженер-строитель Густав Вайс купил права на все патенты Monjeu и усовершенствовал свою конструкцию, сместив арматуру в направлении наибольшей нагрузки на растяжение (Монье не был инженером и не углублялся в такие тонкости).Таким образом, Густав Вайс сделал последний шаг к современному железобетону, который вскоре захватил строительные площадки по всему миру.

Ответьте на вопросы. Что такое наука? 2 Что такое технология? 3. Связаны ли они между собой? …

1. Что такое наука? — Наука — это знание о мире, основанное на изучении, проверке и подтверждении фактов. 2. Что такое технология? — Технологии — это новые машины, оборудование и способы работы, основанные на современных знаниях о науке и компьютерах.3. Связаны ли они между собой? — Да. Технология — это продолжение науки. 4. Все ли технологии основаны на науке? — Я думаю, что не все технологии основаны на науке. 5. Какие современные технологии сильно зависят от науки? — Есть некоторые современные технологии, которые сильно зависят от науки, например, производство ядерной энергии и космические путешествия. 6. Когда зародились промышленные технологии? — Промышленные технологии зародились около 200 лет назад. 7. Когда была изобретена паровая машина? — Паровая машина была изобретена в 1698 году.8. Кто изобрел паровой двигатель? — его изобрел Томас Савери. 9. Когда было изобретено радио? — Радио было изобретено в 1895 году. 10. Кто изобрел радио? — Радио было изобретено Гульельмо Маркони. 11. Когда было изобретено телевидение? — Телевидение было изобретено в 1927 году. 12. Кто изобрел телевидение? — Телевидение изобрел Фило Тейлор Фарнсворт. 13. Когда был изобретен телефон? — Телефон был изобретен в 1876 году. 14. Кто изобрел телефон? — Телефон изобрел Александр Грэм Белл.15. Когда была изобретена первая машина? — Первый автомобиль был изобретен в 1886 году. 16. Когда был изобретен первый цифровой компьютер? — Первый цифровой компьютер был изобретен в 1930-х гг. 17. Кто изобрел первый цифровой компьютер? — Первый цифровой компьютер изобрел Джон Винсент Атанасов. 18. Какие известные ученые вы знаете? — Я знаю многих известных ученых, среди которых К. Дарвин и Н. Тесла. 19. Какие известные изобретатели вы знаете? — Для меня одним из самых известных изобретателей является Т.Эдисон. 20. Какая область науки вас интересует? Зачем? — Меня интересует инженерия. Это сложно, и мне это нравится.

Необходимость — мать изобретения, Пословицы Рассказы, Времена, Грамматика английского языка

В этом высказывании пословицы говорится, что все, что человек предлагает в качестве своей цели достичь, проявляя силу воли, усилия и интеллектуальный потенциал, есть предел его способностям и есть некая сверхъестественная сила — Бог — определять форму вещей и их цель.Иногда или в большинстве случаев конец может быть против предложения человека.

Люди очень часто используют это утверждение во время разговора. Человек может поставить перед собой целью благородной и может стремиться трудно добиться этого, выдвигая все свои усилия и другие возможности. Но есть предел человеческим способностям. Хорошо сказано. Есть сверхъестественная сила, которая определяет форму вещей и эту силу. Бог также определяет цель нашей цели. Человек может только предлагать чего-то достичь и трудиться ради достижения.Даже само достижение не в его руках. Конечно, древнегреческий критик — Гераклит — говорит: «Человек — архитектор своей судьбы».

Шекспир и в своих трагедиях не вводит судьбу или Бога как силу, определяющую форму вещей. Он вводит элемент случайности, который меняет ход игры. Как бы то ни было, есть сила, которая формирует конец, и поэтому очень уместно сказать: человек предполагает, что Бог располагает.

Эта максима указывает на то, что всякий раз, когда человеку что-то требуется, он обязательно это найдет.Это всегда происходило во всей человеческой цивилизации. Когда человек чувствует, что что-то необходимо для его полезности, это заставляет его думать о возможности найти что-то новое. Об этом свидетельствуют истории возникновения многих изобретений. Сегодня все достижения в медицине были достигнуты благодаря исследованиям, и эти исследования были вызваны потребностями людей в более продолжительной и здоровой жизни.

Вакцины от таких болезней, как оспа, и лекарства от бешенства были изобретены для предотвращения болезни.Когда человек жил в пещерах, он не мог видеть в темноте, и он обнаружил, что огонь может помочь видеть в темноте, и поэтому он нашел способ разжечь огонь. Точно так же, когда он начал переезжать с места на место, он обнаружил, что колесо очень помогает ему при транспортировке. Он также изобрел лодку для путешествий по воде. Точно так же, когда Томас Альва Эдисон хотел изобрести что-нибудь, чтобы увидеть в темноте Он работал над идеей электрической лампы и вскоре изобрел ее.