Римский бетон
Римский бетон , также называемый opus caementicium , использовался при строительстве в Древнем Риме . Как и его современный эквивалент , римский бетон был основан на гидравлическом цементе, добавляемом в заполнитель .
Многие здания и сооружения, сохранившиеся до сих пор, такие как мосты, водохранилища и акведуки, были построены из этого материала, что свидетельствует как о его универсальности, так и о его долговечности. Его прочность иногда усиливалась за счет добавления пуццоланового пепла , где он был доступен (особенно в Неаполитанском заливе ). Добавление золы предотвратило распространение трещин. Недавние исследования показали, что добавление смесей различных видов извести, образующих конгломератные «обломки», позволяет бетону самостоятельно устранять трещины. [1]
Римский бетон широко использовался примерно с 150 г. до н.э.; [2] некоторые ученые полагают, что он был разработан за столетие до этого. [3]
Его часто использовали в сочетании с облицовками и другими опорами. [4] а интерьеры были дополнительно украшены лепниной , фресками или цветным мрамором. Дальнейшие инновационные разработки в области материалов, ставшие частью так называемой бетонной революции , способствовали структурно усложненным формам. Самым ярким примером этого является купол Пантеона , самый большой и самый старый в мире неармированный бетонный купол. [5]
Римский бетон отличается от современного бетона тем, что заполнители часто включали более крупные компоненты; следовательно, его скорее положили, чем налили. [6] Римский бетон, как и любой гидравлический бетон, обычно мог затвердевать под водой, что было полезно для мостов и других прибрежных сооружений.
Исторические ссылки
[ редактировать ]
Витрувий , написавший около 25 г. до н. э. в своих «Десяти книгах по архитектуре» , выделил типы материалов, подходящих для приготовления известковых растворов . В качестве строительных растворов он рекомендовал пуццолану ( на латыни pulvis puteolanus ), вулканический песок из пластов Поццуоли , который имеет коричневато-желто-серый цвет в районе Неаполя и красновато-коричневый возле Рима. Витрувий указывает соотношение 1 части извести к 3 частям пуццолана для строительного раствора и соотношение 1:2 для подводных работ. [10] [11]
Римляне впервые использовали гидравлический бетон в прибрежных подводных сооружениях, вероятно, в гаванях вокруг Байй, еще до конца II века до нашей эры. [12] Гавань Кесарии является примером (22-15 гг. до н.э.) использования подводной римской бетонной технологии в больших масштабах. [10] было импортировано огромное количество пуццоланы для чего из Путеол . [13]
Для восстановления Рима после пожара 64 года нашей эры , уничтожившего большую часть города, новый строительный кодекс Нерона в основном предусматривал использование бетона с кирпичной облицовкой. [ нужна ссылка ] Это, по-видимому, способствовало развитию кирпичной и бетонной промышленности. [10]
Свойства материала
[ редактировать ]Римский бетон, как и любой бетон , состоит из заполнителя и гидравлического раствора , связующего вещества, смешанного с водой, которое со временем затвердевает. Состав заполнителя разнообразен и включает в себя куски камня, керамическую плитку, обломки извести и кирпичный щебень из остатков ранее снесенных зданий. легкодоступный туф . В Риме в качестве заполнителя часто использовался [14]
гипс и негашеную известь . В качестве связующих использовали [2] Вулканическую пыль, называемую пуццоланой или «ямным песком», предпочитали там, где ее можно было добыть. Пуццолана делает бетон более устойчивым к соленой воде, чем современный бетон. [15] Пуццолановый раствор имел высокое содержание глинозема и кремнезема .
Исследования 2023 года показали, что известковые обломки, которые ранее считались признаком плохой технологии агрегации, реагируют с водой, просачивающейся в любые трещины. При этом образуется реактивный кальций, который позволяет новым кристаллам карбоната кальция образовываться и закрывать трещины. [16] Эти известковые обломки имеют хрупкую структуру, которая, скорее всего, была создана в технике «горячего смешивания» с негашеной известью , а не с традиционной гашеной известью , в результате чего трещины преимущественно движутся через известковые частицы, тем самым потенциально играя решающую роль в механизме самовосстановления. . [1]
Бетон и, в частности, гидравлический раствор, ответственный за его сцепление, представляли собой разновидность конструкционной керамики, полезность которой во многом определялась ее реологической пластичностью в пастообразном состоянии. Схватывание и затвердевание гидравлических цементов происходит в результате гидратации материалов и последующего химического и физического взаимодействия этих продуктов гидратации. Это отличалось от схватывания гашеных известковых растворов , наиболее распространенных цементов доримского мира. После схватывания римский бетон проявлял небольшую пластичность, хотя и сохранял некоторую устойчивость к растягивающим напряжениям.
Схватывание пуццоланового цемента имеет много общего с схватыванием его современного аналога портландцемента . Состав римского пуццоланового цемента с высоким содержанием кремнезема очень близок к составу современного цемента, к которому доменный шлак , летучая зола или микрокремнезем были добавлены .
Считается, что прочность и долговечность римского «морского» бетона достигается за счет реакции морской воды со смесью вулканического пепла и негашеной извести с образованием редкого кристалла, называемого тоберморитом , который может противостоять разрушению. Когда морская вода просачивалась в крошечные трещины римского бетона, она вступала в реакцию с филлипситом, естественным образом обнаруженным в вулканической породе, и образовывала глиноземистые кристаллы тоберморита. Результатом стал кандидат на звание «самого прочного строительного материала в истории человечества». Напротив, современный бетон, подвергающийся воздействию соленой воды, портится в течение десятилетий. [17] [18] [19]
Римский бетон на гробнице Цецилии Метеллы — это еще один вариант с повышенным содержанием калия, который вызвал изменения, которые «укрепляют межфазные зоны и потенциально способствуют улучшению механических характеристик». [20]
Сейсмическая технология
[ редактировать ]
среде, В такой подверженной землетрясениям как итальянский полуостров , перерывы и внутренние конструкции внутри стен и куполов создавали разрывы в бетонной массе. Части здания могли затем слегка смещаться при движении земли, чтобы выдержать такие нагрузки, что повышало общую прочность конструкции. Именно в этом смысле кирпичи и бетон были гибкими. Возможно, именно по этой причине, хотя многие здания по разным причинам получили серьезные трещины, они продолжают стоять и по сей день. [21] [10]
Еще одной технологией повышения прочности и устойчивости бетона стала его градация в куполах. Одним из примеров является Пантеон , где совокупность верхней части купола состоит из чередующихся слоев легкого туфа и пемзы , что придает бетону плотность 1350 килограммов на кубический метр (84 фунта на кубический фут). В фундаменте конструкции в качестве заполнителя использовался травертин , имеющий гораздо более высокую плотность - 2200 килограммов на кубический метр (140 фунтов на кубический фут). [22] [10]
Современное использование
[ редактировать ]Научные исследования римского бетона с 2010 года привлекли внимание средств массовой информации и промышленности. [23] Из-за его необычной прочности, долговечности и меньшего воздействия на окружающую среду корпорации и муниципалитеты начинают изучать использование бетона в римском стиле в Северной Америке. Это предполагает замену вулканического пепла угольной летучей золой , имеющей аналогичные свойства. Сторонники говорят, что бетон, изготовленный из золы-уноса, может стоить до 60% дешевле, поскольку для этого требуется меньше цемента. Он также оказывает меньшее воздействие на окружающую среду благодаря более низкой температуре приготовления и гораздо более длительному сроку службы. [24] Было обнаружено, что пригодные для использования образцы римского бетона, подвергшегося воздействию суровых морских условий, имеют возраст 2000 лет и практически не изнашиваются. [25] В 2013 году Калифорнийский университет в Беркли опубликовал статью, в которой впервые описан механизм, с помощью которого сверхстабильное соединение кальций-алюминий-силикат-гидрат связывает материал вместе. [26] При его производстве в атмосферу выбрасывается меньше углекислого газа, чем при любом современном процессе производства бетона. [27] Не случайно стены римских построек толще современных. Однако римский бетон все еще набирал свою прочность в течение нескольких десятилетий после завершения строительства. [17]
См. также
[ редактировать ]
- Энергетически модифицированный цемент ( ЭМС ) – класс цементов, механически обработанных для изменения реакционной способности.
- Геополимер - полимерный каркас Si-O-Al, похожий на цеолиты, но аморфный.
- Римский кирпич - стиль кирпича, используемый в древнеримской архитектуре.
- Римский цемент - цемент, полученный путем сжигания септарии, не имеющий отношения к Древнему Риму.
- Пуццолановая активность - способность материалов, богатых кремнеземом, реагировать с гидроксидом кальция с образованием гидратов силиката кальция.
- Тоберморит - минерал иносиликатных изменений в метаморфизованном известняке и скарне.
Литература
[ редактировать ]- Адам, Жан-Пьер; Мэтьюз, Энтони (2014). Римское здание . Флоренция: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780203984369 .
- Ланкастер, Линн К. (2009). Бетонные сводчатые конструкции в императорском Риме: инновации в контексте . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521842020 .
- Лехтман, Хизер; Хоббс, Линн (1986). «Римский бетон и римская архитектурная революция». В WD Kingery (ред.). Керамика и цивилизация . Том. 3: Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее. Американское общество керамистов. ISBN 091609488X .
- Макдональд, Уильям Ллойд (1982). Архитектура Римской империи, т.2, городская оценка . Нью-Хейвен: Издательство Йельского университета. ISBN 9780300034561 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Чендлер, Дэвид Л. (6 января 2023 г.). «Загадка решена: почему римский бетон был таким прочным?» . Новости МТИ . Архивировано из оригинала 21 января 2023 года.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Национальная ассоциация пуццоланов: история натуральных пуццоланов» . сайт pozzolan.org . Проверено 21 февраля 2021 г.
- ^ Боэций, Аксель ; Линг, Роджер ; Расмуссен, Том (1978). «Этрусская и раннеримская архитектура». Йельский университет/Пеликан, история искусства . Издательство Йельского университета. стр. 128–129. ISBN 978-0300052909 .
- ^ «Aqua Clopedia, словарь с картинками о римских акведуках: римский бетон / opus caementicium» . romanaqueducts.info . Проверено 24 января 2023 г.
- ^ Мур, Дэвид (февраль 1993 г.). «Загадка древнеримского бетона» . S Департамент внутренних дел, Бюро мелиорации, регион Верхнего Колорадо . Проверено 20 мая 2013 г.
- ^ Хениг, Мартин, изд. (1983). Справочник римского искусства . Файдон. п. 30. ISBN 0714822140 .
- ^ «Байи, историческое место, Италия» . Британская энциклопедия .
- ^ Ланкастер 2009 , с. 40.
- ^ Марк, Роберт; Хатчинсон, Пол (март 1986 г.). «О структуре римского пантеона». Художественный вестник . 68 (1). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Ассоциация искусств колледжей: 24. doi : 10.2307/3050861 . JSTOR 3050861 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Лехтман и Хоббс, 1986 .
- ^ VitruviusВитрувий Об архитектуре , Книга II:v,1; Книга V:xii2 .
- ^ Олесон и др., 2004, Проект ROMACONS: вклад в исторический и инженерный анализ гидравлического бетона в римских морских сооружениях, Международный журнал морской археологии 33.2: 199-229
- ^ Холфельдер, Р. 2007. «Строительство гавани Кесарии Палестинской, Израиль: новые данные полевой кампании ROMACONS в октябре 2005 года». Международный журнал морской археологии 36:409-415.
- ^ «Невидимый город Рим» . BBC Один . Проверено 6 июля 2017 г.
- ^ Уэйман, Эрин (16 ноября 2011 г.). «Тайны зданий Древнего Рима» . Смитсоновский институт.com . Проверено 24 апреля 2012 г.
- ^ Сеймур, Линда; и др. (2023). «Горячее смешивание: механистический взгляд на долговечность древнеримского бетона» . Достижения науки . 9 (1): eadd1602. Бибкод : 2023SciA....9D1602S . дои : 10.1126/sciadv.add1602 . hdl : 1721.1/147056 . ПМЦ 9821858 . ПМИД 36608117 . S2CID 255501528 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гуарино, Бен (4 июля 2017 г.). «Древние римляне производили «самый прочный» бетон в мире. Мы могли бы использовать его, чтобы остановить повышение уровня моря» . Вашингтон Пост .
- ^ Джексон, Мари Д.; Малкахи, Шон Р.; Чен, Хэн; Ли, Яо; Ли, Циньфэй; Каппеллетти, Пьерджулио; Венк, Ханс-Рудольф (2017). «Минеральные цементы филипсит и альт-тоберморит, полученные в результате низкотемпературных реакций вода-порода в римском морском бетоне» . Американский минералог . 102 (7): 1435–1450. Бибкод : 2017AmMin.102.1435J . doi : 10.2138/am-2017-5993CCBY . ISSN 0003-004X .
- ^ МакГрат, Мэтт (4 июля 2017 г.). «Ученые объясняют долговечность бетона Древнего Рима» . Новости Би-би-си . Проверено 6 июля 2017 г.
- ^ Уэллетт, Дженнифер (1 января 2022 г.). «Могила дворянки раскрывает новые тайны высокопрочного бетона Древнего Рима» . Арс Техника . Проверено 5 января 2022 г.
- ^ Макдональд 1982 , рис. 131Б.
- ^ К. де Файн Лихт, Ротонда в Риме: исследование Пантеона Адриана. Ютландское археологическое общество, Копенгаген, 1968, стр. 89–94, 134–35.
- ^ «Исправление инфраструктуры Канады с помощью вулканов» . Исследование Trebuchet Capital Partners. 15 октября 2015 года . Проверено 19 августа 2016 г.
- ^ Патрик, Нил (6 сентября 2016 г.). «К 25 году до нашей эры древние римляне разработали рецепт бетона, специально предназначенного для подводных работ, который, по сути, является той же формулой, которая используется сегодня» . Винтажные новости .
- ^ MD Джексон, С.Р. Че, Р. Тейлор, К. Мерал, Дж. Мун, С. Юн, П. Ли, AM Эмвас, Г. Вола, Х.-Р. Венк и П.Дж.М. Монтейро, «Раскрытие секретов альт-тоберморита в римском бетоне с морской водой» , Американский минералог , том 98, стр. 1669–1687, 2013.
- ^ Джексон, Мари Д.; Мун, Джухёк; Готти, Эмануэле; Тейлор, Рэй; Че, Седжон Р.; Кунц, Мартин; Эмвас, Абдул-Хамид; Мераль, Кагла; Гутманн, Питер; Левитц, Пьер; Венк, Ганс-Рудольф; Монтейру, Пауло Ж.М. (28 мая 2013 г.). «Материал и упругие свойства альт-тоберморита в древнеримском бетоне с морской водой» . Журнал Американского керамического общества . 96 (8): 2598–2606. дои : 10.1111/jace.12407 . Проверено 4 ноября 2023 г.
- ^ «Ренессанс римского бетона: сокращение выбросов углекислого газа» . Constructionspecifier.com . 29 декабря 2016 года . Проверено 27 июня 2022 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Хант, Кэти (6 января 2023 г.). «Почему римский бетон превосходит свой современный аналог» . CNN . Проверено 7 января 2023 г.
- Пройсс, Пауль (4 июня 2013 г.). «Римский бетон с морской водой хранит секрет сокращения выбросов углерода» . Информационный центр лаборатории Беркли . Проверено 7 января 2023 г.
- Уэйман, Эрин (16 ноября 2011 г.). «Тайны зданий Древнего Рима» . Смитсоновский журнал . Проверено 7 января 2023 г.
