Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пантеон в Риме является примером строительства римского бетона.

Римский бетон , также называемый opus caementicium , использовался в строительстве в Древнем Риме . Римский бетон был основан на гидравлическом цементе . Он прочен благодаря включению в него пуццолановой золы , предотвращающей распространение трещин. К середине I века этот материал часто использовался, часто облицованный кирпичом, хотя вариации в совокупности позволяли разное расположение материалов. Дальнейшие инновационные разработки в этом материале, названные революцией в бетоне , способствовали созданию сложных структурных форм, таких как купол Пантеона , самый большой и самый старый в мире купол из неармированного бетона. [1]

Римский бетон обычно облицовывался камнем или кирпичом, а интерьеры могли быть дополнительно украшены лепниной , фресками или тонкими плитами из мрамора причудливых цветов. Состоящий из заполнителя и двухкомпонентной цементной системы, он значительно отличается от современного бетона. Заполнители, как правило, были намного больше, чем в современном бетоне, часто представляли собой щебень, и в результате его укладывали, а не заливали. [2] Некоторые римские бетоны можно было укладывать под воду, что было полезно для строительства мостов и других прибрежных сооружений.

Неизвестно, когда был разработан римский бетон [3], но очевидно, что он был широко распространен и широко использовался примерно с 150 г. до н.э .; некоторые ученые считают, что он был разработан за столетие до этого. [4]

Исторические справки [ править ]

Кесария - самый ранний известный пример использования подводной римской бетонной технологии в таком большом масштабе.

Витрувий , написавший около 25 г. до н.э. в своих « Десяти книгах по архитектуре» , выделил типы заполнителей, подходящих для приготовления известковых растворов . В качестве строительных растворов он рекомендовал пуццолану ( по-латыни pulvis puteolanus ), вулканический песок из пластов Поццуоли , коричневато-желто-серый цвет в районе Неаполя и красновато-коричневый в районе Рима. Vitruvius указывает соотношение 1 часть извести к 3 частям пуццолана для цемента, используемого в зданиях, и соотношение 1: 2 извести к пуццолану для подводных работ, по существу такое же соотношение, которое сегодня используется для бетона, используемого в морских местах. [5]

К середине I века принципы подводного строительства из бетона были хорошо известны римским строителям. Город Кесария был самым ранним известным примером использования подводной римской бетонной технологии в таком большом масштабе. [6]

Для восстановления Рима после пожара 64 г. н.э. , который разрушил большую часть города, новый строительный кодекс Нерона в значительной степени требовал использования бетона с облицовкой кирпичом. Судя по всему, это стимулировало развитие кирпичной и бетонной промышленности. [6]

Пример opus caementicium на гробнице на древней Аппиевой дороге в Риме. Первоначальное покрытие было удалено.

Свойства материала [ править ]

Римский бетон, как и любой другой бетон , состоит из заполнителя и гидравлического раствора - связующего вещества, смешанного с водой, которое со временем затвердевает. Агрегат был разнообразным и включал в себя куски камня, керамической плитки и кирпичного щебня от остатков ранее снесенных построек.

В качестве связующих использовались гипс и негашеная известь . Вулканическая пыль, называемая пуццолана или «карьерный песок», предпочиталась там, где ее можно было добыть. Пуццолана делает бетон более устойчивым к соленой воде, чем современный бетон. [7] Используемый пуццолановый раствор имел высокое содержание глинозема и кремнезема . Туф часто использовали в качестве заполнителя. [8]

Бетон и, в частности, гидравлический раствор, ответственный за его сцепление, был типом структурной керамики, полезность которой во многом определялась ее реологической пластичностью в пастообразном состоянии. Отверждение и отверждение гидравлических цементов происходит в результате гидратации материалов и последующего химического и физического взаимодействия этих продуктов гидратации. Это отличалось от установки растворов из гашеной извести , наиболее распространенных цементов в доримском мире. После схватывания римский бетон показал небольшую пластичность, хотя и сохранил некоторую устойчивость к растягивающим напряжениям.

Установка пуццоланового цемента имеет много общего с схватыванием их современного аналога, портландцемента . Римский пуццолановый цемент с высоким содержанием кремнезема очень близок к составу современного цемента, в который добавлен доменный шлак , летучая зола или микрокремнезем .

Считается , что прочность и долговечность римского морского бетона зависит от реакции морской воды со смесью вулканического пепла и негашеной извести с образованием редкого кристалла, называемого тоберморитом , который может сопротивляться разрушению. Когда морская вода просачивалась в крошечные трещины в римском бетоне, она реагировала с филлипситом, естественным образом обнаруженным в вулканической породе, и образовывала кристаллы глиноземистого тоберморита. Результат - кандидат на звание «самого прочного строительного материала в истории человечества». Напротив, современный бетон, подвергающийся воздействию соленой воды, портится за десятилетия. [9] [10] [11]

Кристаллическая структура тоберморита : элементарная элементарная ячейка

Прочность на сжатие современных портландцементов обычно составляет 50 мегапаскалей (7300 фунтов на квадратный дюйм) и с 1860 года улучшилась почти в десять раз. [12] [13] Нет сопоставимых механических данных для древних строительных растворов, хотя некоторая информация о прочности на растяжение может можно предположить из трещин римских бетонных куполов. Эти значения прочности на разрыв существенно отличаются от соотношения вода / цемент, используемого в исходной смеси. В настоящее время нет способа установить, какое соотношение вода / цемент использовали римляне, а также нет обширных данных о влиянии этого отношения на прочность пуццолановых цементов. [13] [14]

Сейсмические технологии [ править ]

Для окружающей среды , как склонных к землетрясениям , как итальянский полуостров , перерывы и внутренние конструкции в стенах и куполах созданных разрывов в массе бетона. В этом случае части здания могут немного сдвинуться при движении земли, чтобы приспособиться к таким нагрузкам, увеличивая общую прочность конструкции. В этом смысле кирпич и бетон были гибкими. Возможно, именно по этой причине, хотя многие здания подверглись серьезным трещинам по разным причинам, они продолжают стоять по сей день. [15]

Другой технологией, используемой для повышения прочности и устойчивости бетона, была его градация куполов. Одним из примеров является Пантеон , где совокупность верхней части купола состоит из чередующихся слоев легкого туфа и пемзы , что дает бетону плотность 1350 кг на кубический метр (84 фунта / куб футов). В основе конструкции использован травертин в качестве заполнителя, имеющего гораздо более высокую плотность - 2200 кг на кубический метр (140 фунтов / куб футов). [16]

Современное использование [ править ]

Недавние научные открытия в области изучения римского бетона привлекают внимание средств массовой информации и промышленности. [17] 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, заменяя угольную летучую золу вулканическим пеплом, который имеет аналогичные свойства. Сторонники утверждают, что бетон, сделанный из вулканического пепла, может стоить до 60% меньше, потому что для него требуется меньше цемента, и что он имеет меньшее воздействие на окружающую среду из-за более низкой температуры приготовления и гораздо более длительного срока службы. [18] Было обнаружено, что годные к употреблению образцы римского бетона, подвергшегося воздействию суровых морских условий, имеют возраст 2000 лет с небольшим износом или без него. [19]

См. Также [ править ]

  • Энергетически модифицированный цемент  (ЭМС) - класс цементов, подвергнутых механической обработке для преобразования реакционной способности.
  • Геополимер  - полимерный каркас Si – O – Al, похожий на цеолиты, но аморфный.
  • Римский кирпич  - стиль кирпича, используемый в древнеримской архитектуре.
  • Пуццолановая реакция
  • Тоберморит  - минерал иносиликатных изменений в метаморфизованном известняке и скарне.

Литература [ править ]

  • Жан-Пьер Адам, Энтони Мэтьюз, Римское здание , 1994
  • Линн С. Ланкастер, Конструкция с бетонными сводами в Императорском Риме , издательство Кембриджского университета, 2005 г.
  • Хизер Н. Лехтман и Линн В. Хоббс, «Римский бетон и римская архитектурная революция», Керамика и цивилизация, Том 3: Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее , под редакцией У. Д. Кингери и опубликовано Американским керамическим обществом, 1986 г.
  • WL MacDonald, Архитектура Римской империи , ред. изд. Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен, 1982 г.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мур, Дэвид (февраль 1993). «Загадка древнеримского бетона» . S Департамент внутренних дел, Бюро мелиорации, Верхний Колорадо . www.romanconcrete.com . Проверено 20 мая 2013 года .
  2. ^ Хениг, Мартин (редактор), Справочник по римскому искусству , стр. 30, Phaidon, 1983, ISBN 0714822140 
  3. ^ "Национальная ассоциация пуццоланов: История природных пуццоланов" . pozzolan.org . Проверено 21 февраля 21 .
  4. ^ Боэции, Axel , Ling, Роджер , Rasmussen, Том , этрусская и ранняя римская архитектура , стр. 128-129, Yale / история пеликана искусства, 1978, Yale University Press, ISBN 0300052901 , 978-0300052909 , Google Книга 
  5. ^ Хетер Лечтман и Линн Hobbs «Роман Бетон и римский архитектурный Revolution», Керамика и цивилизация Том 3: Высокие технологии Керамика: прошлое, настоящее, будущее ,редакцией WD Kingery и опубликованы Обществом американских Ceramics, 1986; и Витрувий, Книга II: v, 1; Книга V: xii2
  6. ^ a b Лехтман и Хоббс "Римский бетон и римская архитектурная революция"
  7. ^ Уэйман, Эрин. « Тайны построек Древнего Рима» . Smithsonian.com. 16 ноября 2011 г. Проверено 24 апреля 2012 г.
  8. ^ "Невидимый город Рима" . BBC One . Проверено 6 июля 2017 года .
  9. ↑ Гуарино, Бен (4 июля 2017 г.). «Древние римляне сделали самый прочный бетон в мире. Мы могли бы использовать его, чтобы остановить повышение уровня моря» . Вашингтон Пост .
  10. ^ Джексон, Мэри Д .; Mulcahy, Sean R .; Чен, Хэн; Ли, Яо; Ли, Циньфэй; Каппеллетти, Пьерджулио; Венк, Ханс-Рудольф (2017). «Минеральные цементы из филлипсита и альтоберморита, полученные в результате низкотемпературных реакций вода-порода в римском морском бетоне» . Американский минералог . 102 (7): 1435–1450. DOI : 10,2138 / ч 2017-5993CCBY . ISSN 0003-004X . 
  11. Рианна МакГрат, Мэтт (4 июля 2017 г.). «Ученые объясняют, что бетон Древнего Рима был долговечным» . Проверено 6 июля 2017 г. - через www.bbc.co.uk.
  12. ^ Eden, NB; Бейли, Дж. Э. (1984). «Механические свойства и механизм разрушения при растяжении высокопрочного модифицированного полимером портландцемента». Журнал материаловедения . 19 (8): 2677–2685. DOI : 10.1007 / BF00550825 .
  13. ^ а б Лехтман; Хоббс (1986). «Римский бетон и римская архитектурная революция». Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее и будущее: сущность инноваций и изменений в керамических технологиях . ISBN 091609488X.
  14. ^ CA Langton и DM Roy, "Долговечность материалов для уплотнения скважин и валов: характеристика старых строительных материалов на основе цемента", Матем. Res. Soc. SYmp. Proc. 26, 543–549 (1984); и тематический отчет ONWI-202, Мемориальный институт Баттель, Управление изоляции ядерных отходов, категория распределения UC-70, Национальная служба технической информации, Министерство торговли США (1982).
  15. ^ WL MacDonald, Архитектура Римской империи, ред. изд. Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен, 1982, рис. 131B; Лехтман и Хоббс "Римский бетон и римская архитектурная революция"
  16. ^ К. де Файн Лихт, Ротонда в Риме: Исследование Пантеона Адриана. Ютландское археологическое общество, Копенгаген, 1968, стр. 89–94, 134–35; и Лехтман и Хоббс "Римский бетон и римская архитектурная революция"
  17. ^ «Исправление инфраструктуры Канады с вулканами» . Trebuchet Capital Partners Research . Дата обращения 19 августа 2016 .
  18. ^ https://www.thevintagenews.com/2016/09/06/priority-25-bc-ancient-romans-developed-recipe-concrete-specifically-used-underwater-work-essential-formula-used-today/
  19. ^ МД Джексон, С. Р. Чэ, Р. Тейлор, К. Мерал, Дж. Мун, С. Юн, П. Ли, А. М. Эмвас, Г. Вола, Х.-Р. Венк и П. Дж. М. Монтейро, «Раскрытие секретов альтоберморита в римском бетоне с морской водой» , American Mineralogist , том 98, стр. 1669–1687, 2013.

Внешние ссылки [ править ]

  • Секреты построек Древнего Рима - статья на Smithsonian.com
  • Бетон с морской водой от Roman содержит секрет сокращения выбросов углерода - статья на веб-сайте Berkeley Lab