Римский бетон химическая сущность затвердевания цемента - Домашний мастер MoyDom-irk.ru
19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Римский бетон химическая сущность затвердевания цемента

Римский бетон — Roman concrete

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 1-го 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.

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. Некоторые римские бетоны можно было устанавливать под водой, что было полезно для строительства мостов и других прибрежных сооружений.

Неизвестно, когда был разработан римский бетон, 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.

История и свойства римского бетона

Чудесный рецепт

Римляне начали использовать бетон приблизительно в 3 веке до нашей эры. На латинском его название звучало как «Opus caementicium». Этот материал применялся при строительстве домов, общественных зданий, мостов и знаменитых дорог, многие из которых сохранились до наших дней. Если верить историкам, секрет прочности римского бетона заключался в пуццолане — смеси вулканического пепла, пемзы и туфа. Этот материал добавлялся в раствор, в состав которого входили вода, известь или гипс, а также измельчённый камень, кирпич и плитка. На одну часть пуццолана приходилось по три части извести или гипса. По всей видимости, вулканический материал, содержавший кремний и глинозем, запускал химическую реакцию, которая укрепляла раствор.

Надо отметить, что древние римляне не остановились на достигнутом успехе, а продолжали совершенствовать рецепт. Со временем их бетон стал ещё прочнее и получил такое замечательное свойство, как водостойкость. Известно, что этот эффект был получен в результате добавления в раствор измельчённой терракоты. В первом веке нашей эры древние технологи поняли, что определённая пропорция пуццоланы и извести позволяет бетону, помещённому в морскую воду, приобретать с течением времени какую-то запредельную прочность.

Чем плох современный бетон?

Сегодня мы имеем парадоксальную ситуацию, когда римские строения спокойно стоят там, где были возведены два тысячелетия назад, а современный бетон неумолимо разрушается, допустим, в той же соленой воде. То, что он армирован сталью, которая не любит эту среду, не добавляет ему прочности. Более того, не так давно министерство энергетики США и ученые Калифорнийского университета провели исследование, которое показало, что производство римского бетона было ещё и гораздо менее вредно для окружающей среды. Сегодня семь процентов выбросов углекислого газа, генерируемых всей мировой промышленностью, приходится на долю предприятий цементной отрасли. Дело тут в технологии, которая требует спекания при очень высокой температуре песка, известняка, глины, мела и некоторых других составляющих. Понятно, что этот эффект достигается путём сжигания значительного количества ископаемого топлива.

Препятствия на пути возвращения римского бетона

С учётом вышеописанного, возврат к рецепту двухтысячелетней давности кажется логичным и обоснованным. Тем более что эксперименты последнего времени, ставившие своей целью создание экологически чистого «римского» бетона, показывают неплохие результаты, а пуццолан не является дефицитным для нашей планеты материалом. Основная причина задержки с переходом на античный бетон кроется в создании действительно надёжного и работающего рецепта. Древние римляне его после себя не оставили, а современные учёные не смогли пока создать сравнимую по качествам смесь. Исследовательская работа, тем не менее, продолжается, и её плодов можно ждать уже в ближайшем будущем.

Читать еще:  Как определить степень гидратации цемента

Однако вряд ли стоит надеяться, что этот материал сразу же проложит себе дорогу на полки соответствующих магазинов и на склады крупных строительных компаний. Несмотря на всю свою опасность для окружающей среды, портландцемент относительно дешев, а низкая цена — это один из основных факторов, определяющих выбор того или иного материала для строительства. Сегодня над разработкой рецепта римского бетона работают лишь несколько компаний, но ни одна из них не является крупным игроком в данной отрасли. По всей видимости, для массового перехода на него потребуются и регулирующие меры со стороны государственных структур, которые традиционно уделяют больше внимания вопросам экологии.

Если возврат к технологии двухтысячелетней давности всё же состоится, это, как кажется, будет чуть ли не единственный прецедент подобного рода. Впрочем, если древние римляне создали материал, который поражает своей прочностью современного человека, нет ничего зазорного в том, чтобы воссоздать его и перестать воспринимать как нечто чудесное. Тем более, что это позволит передать планету будущим поколениям в немного более приличном состоянии.

Бетон — предвестник появления ЖБИ

Изобретение цемента и дальнейшее его смешивание со щебнем (гравием), песком и водой, позволило получить инновационный строительный материал, именуемый – бетон. В современном понимании к бетонам относятся все виды смесей на цементном вяжущем с добавлением мелких и крупных заполнителей. При монолитных работах используются товарные бетоны, а в производстве ЖБИ — конструкционные. При желании, почитайте нашу информационную статью про состав бетона и его основные свойства. Без сомнения, изобретение цемента и бетона — прорыв в строительной индустрии XIX века.

Это был уже не Римский бетон. Это был совершенно новый материал, с гораздо лучшими свойствами и характеристиками. Полученный из цемента, бетон не боялся влаги, был стоек к морозу, огню и т.д. Современный товарный бетон, поставляемый Группой BESTO, конечно далеко ушёл по свойствам и характеристикам от своего несовершенного «прапраправнука», но основаная суть и метода были изобретены уже тогда и в малоизменённом виде они используются в производстве бетона и сейчас. На сегодняшний день, производство бетона модернизируется лишь в области разработок более точного контрольно-весового оборудования. Дорабатываются бетоносмесители и изобретаются новые добавки в бетон, улучшающие его характеристики в ту или иную сторону. А в основном — без глобальных изменений. Как впрочем и в производстве ЖБИ и цемента.

Потребовалось совсем немного времени, и бетон стал широко употребляться в строительной отрасли, а всё благодаря его свойствам, таким как: долговечность, жесткость, огнестойкость, прочность на сжатие и водостойкость. Но одно отрицательное свойство, а именно — слабая устойчивость изделий из бетона к нагрузкам на растяжение, ограничивало его использование. Как правило, бетон применяли для строительства перегородок и небольших по размеру пролетов. В то время основным материалом в несущих конструкциях было железо, и, несмотря на его отличные характеристики на изгиб, сжатие и растяжение, на открытом воздухе эти конструкции подвергались коррозии. При этом, при температуре выше 500 градусов, железо теряло свои основные качества, и при пожарах несущие конструкции гнулись и разрушались. До того, чтобы соединить воедино бетон и стальную арматуру тогда ещё не додумались. Однако, рождение железобетона и ЖБИ было уже не за горами.

Читать еще:  Отходы при производстве цемента реферат

Сейсмические технологии

Для среды, склонной к землетрясения как Итальянский полуостровразрывы и внутренние конструкции в стенах и куполах создавали разрывы в бетонной массе. В этом случае части здания могут немного сдвинуться при движении земли, чтобы приспособиться к таким напряжениям, увеличивая общую прочность конструкции. В этом смысле кирпич и бетон были гибкими. Возможно, именно по этой причине, хотя многие здания получили серьезные трещины по разным причинам, они продолжают стоять по сей день. [14]

Еще одна технология, используемая для улучшения прочность а устойчивость бетона была его градацией в куполах. Одним из примеров является Пантеон, где совокупность верхней области купола состоит из чередующихся слоев света туф и пемза, давая бетону плотность 1350 кг на кубический метр (84 фунта / куб фут). Фундамент используемой конструкции травертин как заполнитель, имеющий гораздо более высокую плотность — 2200 кг на кубический метр (140 фунтов / куб фут). [15]

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]

Общие сведения

Бетонная масса в нормальных условиях очень быстро затвердевает, а с течением времени становится еще более прочной, так как вода глубже проникает в частицы цемента. Даже спустя несколько месяцев процесс гидратации последнего продолжается.

Совет: если вам необходимо обработать бетонные конструкции после затвердевания, вам поможет услуга — резка железобетона алмазными кругами с помощью профессионального оборудования.

В связи с этим, во влажных условиях материал схватывается более прочно, нежели на воздухе. В сухих условиях он получается непрочным, так как отвердение бетона происходит намного быстрее из-за малого количества влаги, необходимой для проникновения в зерна цемента.

Ячеистый бетон автоклавного твердения в виде строительных блоков

При оптимальных условиях бетон схватывается довольно быстро, например, после приготовления, смесь в течение 7-14 суток набирает около 70% возможной прочности. После этого срока увеличение прочности уменьшается. Если же температура ниже нормы, процесс твердения бетона замедляется, а при низких температурах (ниже 0 0 С) – почти прекращается. При повышенной температуре и хорошей влажности затвердение ускоряется.

Таблица твердения бетона в зависимости от температуры

В процессе затвердевания объем бетонной массы уменьшается. При этом на поверхности схватывание происходит быстрее, он дает усадку и при недостаточной влажности могут появляться трещины. Также их образование является следствием неравномерного и недостаточного разогрева материала, еще одной причины его недостаточной прочности и недолговечности.

Добавки для ускорения твердения

При выполнении строительных работ скорость твердения бетона играет немаловажную роль. Зачастую в зимний период и при изготовлении изделий из железобетона необходимо ускорить процесс затвердевания смеси.

Читать еще:  Вещества для производства цемента

Для этой цели применяются различные добавки со строгим соблюдением пропорций, их цена зависит от метода использования.

Среди наиболее часто используемых можно выделить следующие:

  • 4%нитрата кальция или натрия, нитрит-нитрата кальция,нитрит-нитрат-хлорида кальция, нитрит-нитрат-сульфата натрия;
  • 2% сульфата натрия;
  • 2% хлорида кальция (для армированных конструкций);
  • 3% хлорида кальция (для неармированных конструкций).

Совет: если конструкция предварительно-напряженная, такие добавки, как хлорид кальция и нитрит-нитрат хлорид кальция не используются.

На фото — добавка для ускорения твердения

Схватывание

Если бетонные работы выполняются при низких температурах, подготовка смеси выполняется с использованием подогретых материалов.

Для нагревания применяется:

  • пар;
  • электротоки;
  • известь-кипелка;
  • экзотермические цементы;
  • в смесь добавляют ускорители затвердевания.

Рассмотренные способы могут применяться как отдельно, так и одновременно.

Инструкция по приготовлению подогретого бетона выполняется таким образом:

  1. Бетонную массу нагревают до температуры 80-90 0 С, а добавки – до 40-50 0 С.
  2. После перемешивания смесь накрывают утеплителем, чтобы тепло сохранялось 2-5 дней.

Бетонные конструкции нагревают с помощью пара или электротока. Для сохранения тепла место выполнения работ укрывают пленкой.Работы по нагреву бетона электротоком выглядят так — пропуская ток 220 В добиваются постепенного поднятия температуры смеси до 70 0 С. Этим же методом можно подогревать и горизонтальные поверхности конструкций.

Из сказанного напрашивается однозначный вывод, что прочность бетона напрямую зависит от температурного режима, при котором идет его затвердевание.

  • низкой температуре процесс прекращается;
  • повышенной – ускоряется (при условии достаточной влажности).

Совет: при выполнении работ в зимний период применяйте добавки для ускорения процесса твердения.

Работы после укладки

Сразу после завершения укладки за материалом необходимо вести постоянный контроль, это поможет избежать его разрушения и появления неотвратимых последствий.

Для достижения качественного схватывания и хорошей прочности конструкций свежеуложенному бетону требуется правильный уход:

  • поддержание достаточной влажности;
  • защита от прямых солнечных лучей,ударов, каких-либо повреждений и сотрясений;
  • недопущение резкой смены температуры.

Для этого укладку засыпают небольшим слоем песка или опилок, а также прикрывают своими руками брезентом, мешковиной или другими удерживающими влагу покрытиями. Кроме того, бетонную поверхность периодически поливают водой, разбрызгивая струю, чтобы она была влажной.

Совет: в летнее время, когда воздух сухой и горячий, поливать нужно и опалубку.

Запомните, если возникает вероятность соприкосновения уложенной бетонной массы с грунтовыми водами, необходимо сделать изоляцию или отвод воды на 3-14 суток (время зависит от качества и состава цемента).

Совет: сделать технологическое отверстие в затвердевшей бетонной массе поможет алмазное бурение отверстий в бетоне профессиональными коронками.

Прогрев бетона для его правильного твердения

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]

vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
Adblock
detector