Людство будувало давно. І з цегли і з каменю і з дерева.
При цьому у випадку з кам'яної і цегляною кладкою, її потрібно було чимось скріплювати і розчин був придуманий дуже давно.
Однак, в Стародавньому Римі ідею розчину розвинули, коли камені з цеглою і не потрібні - достатньо розчину з наповнювачем.
Однак і розчин потрібен не звичайний, і наповнювач, і хоча воно і називається «бетоном», на сучасний бетон він схожий вкрай мало ...
Треба сказати, що зовсім не дивно, що бетон почали масово застосовувати в Стародавньому Римі:
2. Будувати потрібно швидко. Справа в тому, що термін повноважень консулів, цензорів або переторов становив від двох до п'яти років - і після цього часу вони повинні були звітувати перед сенатом і народними зборами за здачу об'єкта. Тому будівництво намагалися укладати в півтора-два роки.
3. Римська бюрократія. Кожна імперія дуже швидко обростає бюрократією. І будівництво не могло не обрости різними будівельними нормами. Такі події, як завалився в 57 г в Фіден амфітеатр для гладіаторів (під час представлення), дуже сприяє вивченню міцності матеріалів, як би нам не здавалося, що в ті часи все Строля на око.
4. Будь-яка імперія будується не на століття - а назавжди. І питання довговічності були перевоочереднимі - по Вітрувію, довговічність кам'яної кладки визначена в 80 років. Тому намагалися будувати відразу якісно, щоб потім кожен рік не ремонтувати.
Зрозуміло, що вимоги взаємовиключні. Будувати багато і якісно - це завдання в усі часи.
І будівельники звернулися до «опус цементум», так найчастіше називали бетон.
Прообраз бетону існував і до Риму.
Зіккурати міста Ур будувалися трамбівкою суміші глини, вологого грунту і каменів між дерев'яними щитами опалубки. Такі прості методи дозволяли стояти стін роками і тисячоліттями. Бетон, де для сполучного використовувалися вапно або бітум, помічений в Стародавньому Єгипті.
У Стародавній Греції в палацах Креза бетоном оброблені стіни і винайдена Бутова кладка - коли бетон заливається між двома рядами кам'яної стіни.
Велика Китайська стіна побудована, в основному з бетону - на одну частину вапняного тіста брали дві частини піску з гравієм або будівельним сміттям, укладали шарами в районі 12 см і трамбували.
У стародавній Індії виявлені бетонні «набивні підлоги».
Що ж зробили Римляни?
Вони довели технологію.
Вони зробили бетон якісним і недорогим і навчилися випускати його у великих кількостях.
Римляни будували бутову кладку дуже давно, але перші зразки (побудовані до 3 століття до н.е.) до нас не дійшли, а наступні коштують як ні в чому не бувало.
На зображенні - фрагмент Пантеону, який до цих пір є найбільшим бетонним неармованим будівлею.
Бетон, собствено, складається з двох частин - це сполучна і наповнювач.
Кожен з них вивірений сотнями років. Кількість дослідів і експериментів просто не піддається підрахунку.
У римському бетоні сполучна - це вапно. Для того, щоб її отримати, потрібно взяти вапняк і обпалити його в печі. Тут перша засада - обпекти потрібно максимально ефективно, щоб зберегти паливо і максимально якісно. Ми отримаємо негашене вапно (оксид кальцію), яку потрібно погасити водою. Тут теж вистачає секретів і методів, тому що якщо залишаться крупинки негашеного вапна, то міцність бетону різко впаде.
Далі - питання сушки і підготовки «пушонки», тобто порошку гашеного вапна (гідроксиду кальцію).
Якщо розвести пушонку водою ще раз і отримати вапняне тісто - воно на повітрі покривається скоринкою вапняку і поступово кам'яніє. Це - процес карбонізації. Під час його вільна вода випаровується з вапняного тесту і паралельно утворюється кристалічний каркас з гідроксиду кальцію.
І йому заважає ця сама скоринка вуглекислого кальцію, яка ускладнює потрапляння вуглекислого газу у внутрішні шари гідроксиду кальцію. Процес йде дуже повільно - роками, десятиліттями і століттями.
Цьому заважає той самий скоринка. Вона не пускає вуглекислий газ всередину і затвердіння йде за рахунок чистого кристалізації. Процес повинен йти при плюсовій температурі і в сухості.
Тут необхідний пісок - зростаючі кристали гідроксиду кальцію зростаються між собою, утворюючи каркас навколо частинок піску. Відповідно, потрібно правильно розрахувати відсоток вмісту піску, щоб процес йшов максимально швидко і результат вийшов максимально міцним.
Природно, починаються питання підбору піску. Римляни перепробували всі типи піску, доступні їм і той же Вітрувій пише конкретні рекомендації.
І тут є секрет - якщо гідроксид кальцію перевести в гідросилікат кальцію, то він стане куди більш стійким, тому що гідросилікат кальцію не розчиняється у воді. Для цього потрібно додати активний кремнезем, зараз він називається гідравлічною добавкою. Таку назву говорить про те, що розчин буде застигати і в воді. І застигати буде дуже і дуже швидко!
Найпростіша добавка - цегляний або черепичний пісок. Але у римлян були природні добавки вулканічного походження, природно, їх потрібно було підбирати роками і десятиліттями, але і обійдуться вони помітно дешевше.
Вітрувій описує ці добавки так «існує певний порошок природного походження, використовуючи який можна добитися чудового результату. Його знаходять в Байях і в землях навколо Везувію. Ця речовина при змішуванні з вапном і каменем не тільки надає міцність спорудження, але навіть при влаштуванні дамб у відкритому морі міцно схоплюється під водою ».
Такі добавки отримали назву «пуццолана», але їх родовище не тільки біля древніх Путеол (зараз Поццуолі), це також санторинской земля з острова Тир, рейнський трас з Німеччини і Туффах, який можна знайти майже по всій Італії.
Хитрощів при використанні добавок у римлян накопичилося чимало - наприклад, використання морської води при розведенні розчину. Найчастіше на 1 частина вапна давали 2 частини пуцолани.
Зараз досліджують той римський бетон, що пролежав в море тисячі років і він за деякими параметрами навіть краще сучасного.
Якщо попаданец хоче ввести бетон в давнину, то йому слід задуматися над двома питаннями:
1. Кількість знань, які повинен мати попаданец, екстремально велика. Крім питань, пов'язаних з перерахованих, виникають питання з будівництвом обладнання та інструментів. Адже і печі потрібно побудувати і інструменти для роздрібнення-перемішування теж потрібні. Та й знання техніки безпеки - адже доведеться зв'язуватися з негашеним вапном. І це - жодного слова про будівництво або інструментах для будівництва!
Ви розумієте, чому багато пізніше масони утворилися саме з будівельників? Це була еліта робітничих професій, з ними могли змагатися тільки ювеліри, але останній було дуже мало, в порівнянні з мулярами. В середні віки будівельник-заробітчанин був просто неможливий!