З чого древні Римляни робили бетон.
Тепер реальним стало тільки те. Що можна було зважити і виміряти. Торкнутися п'ястком, висловити числом ..
Коли інженери-будівельники починають професійну розмову про бетоні, то їх в першу чергу цікавить його міцність, ставлення до морозу і воді. Для того щоб бетон і бетонні споруди володіли всіма необхідними характеристиками, необхідно точно знати рецепт бетону - склад, т. Е. Співвідношення всіх його компонентів. В кінцевому вигляді склад бетону записують у вигляді вагового або рідше об'ємного співвідношення, наприклад, 1: 2: 4 (цемент: пісок: шебень або гравій), т. Е. На одну частину цементу доводиться дві частини піску і чотири частини щебеню або гравію. Визначивши заздалегідь витрата цементу і води, можна, користуючись зазначеним співвідношенням, легко обчислити витрату кожного з наповнювачів. Однак перед тим, як підійти до рецептів для бетону, необхідно з'ясувати ще одне важливе питання - роль наповнювачів - піску і великих каменів в бетоні. Як вони впливають на властивості бетону, та й чи потрібні вони взагалі в бетоні?
Відразу ж необхідно сказати, що без наповнювачів можна виготовити бетон. Присутність їх в бетоні, як було встановлено, значно покращує будівельно-технічні властивості матеріалу і, в першу чергу, такі, як водонепроникність, Деформативність і міцність. Крім того, наповнювачі набагато Дешевше в'яжучих речовин, тому економічно вигідніше, щоб в бетонної суміші їх було якомога більше.
Вітрувій писав про те, що. Є такі сорти гірського піску: чорний, сірий, червоний і карбункул (пісок вулканічного походження). З них найкращим буде той, який скрипить при розтиранні в руці. У більшості випадків він радив застосовувати чисті «без домішки землі» піски. Так, для кладки стін і зводів Вітрувій рекомендував тільки митий пісок, а для штукатурних робіт - очищений річковий. Морський пісок, на його думку, в більшості випадків небажаний, так як містить домішки солей, які ведуть до вицвітання стін. При цьому, як пише Вітрувій, наявність в піску солі, що володіє гігроскопічними властивостями, ускладнює висихання розчину, затримуючи тим самим терміни будівництва. Таке твердження не суперечить сучасним технічним умовам на дрібний заповнювач. Є відомості, що наповнювачі для бетону (особливо пуццолановиє) обов'язково промивалися.
Цікаві вказівки римлян із заготівлі бутових каменів і щебеню для бетону. «Треба видобувати камінь не зимою, а влітку, -пише Вітрувій, - і залишати його вилежуватися на відкритому повітрі два роки до початку будівництва. Той камінь, який за це дворіччя буде пошкоджений негодою, піде на фундамент, решті ж, виявився незіпсутий, піде для надземної частини будівлі як випробуваний природою і який може зберегти свою міцність. »
Методи визначення чистоти заповнить ялин були вельми простими, а вимоги до них більш жорсткими. «. Якщо насипати пісок на білий рушник і потім потрясти або підкинути його і він не залишить плям і землистого осаду, то буде придатний. »(Вітрувій).
Особливе значення для бетону має зерновий (гранулометричний) склад його наповнювачів. Пісок і щебінь або гравій повинні складатися із зерен різної величини, тоді обсяг пустот в них буде мінімальним, а чим менший об'єм пустот в заповнювачі, тим менше потрібно в'язкої речовини для отримання щільного бетону.
Про те, що римляни надавали великого значення зерновим складом наповнювачів, говорять результати випробування їх споруд, виконаних в наш час. Так при дослідженні римських руїн в Англії було виявлено, що з 58 бетонних зразків стін 55 мали заповнювач з однаковою найбільшою крупністю, що проходив крізь сито з отвором 12 мм. З 209 зразків бутового мурування 200 мали заповнювач з найбільшою крупністю 19 мм і задовільну по сьогоднішнім вимогам область зернового складу. Зерновий склад наповнювачів з бетонів моста Траяна і водопроводу поблизу Кельна також показав велику збіжність до сучасних вимог. Є і ще ряд подібних прикладів. Слід також відзначити часте використання дробленого щебеню, причому «. не важчі фунта »(т. е. 327 г), як вимагає цього Вітрувій.
Ймовірно, до початку I в. н. е. римськими будівельниками було встановлено, що заповнювач має цілком певний вплив на властивості бетону. Цей висновок підтверджується численними прикладами. Так, при будівництві Колізею в бетоні був застосований заповнювач трьох видів: для фундаментів - щільний і важкий щебінь з високоміцної лави, для стін - легший вапняк, а в зведеннях і перекриттях - легка пемза і туф.
Тепер знову звернемося до складу бетону його рецептурі. Ймовірно, немає необхідності переконувати читача в тому, що з одних і тих же продуктів різні кухарі можуть приготувати різні за смаком страви. Залежати це буде, в першу чергу, від співвідношення продуктів, які будуть закладатися в каструлю. Подібне відбувається і з приготуванням бетону. Можна уявити, якими майстерними «кулінарами» повинні були бути античні майстри-будівельники, якщо, не маючи під рукою механізованого устаткування і навіть елементарних ваг вони отримували досить якісні за складом бетони і розчини.
Бетон в той час готували в основному роздільним способом, т. Е. Окремо в спеціальних ємностях змушували вапняний розчин і укладали його шарами в опалубку, чергуючи із шарами крупний заповнювач. Тому, якщо склад розчину був необхідний в першу чергу для отримання необхідної консистенції суміші і завжди вказувався в правилах виконання робіт, то кількість щебеню або гальки, мабуть, відігравало другорядну роль, і тому не враховувалося. Правда, в окремих видах гідротехнічних робіт кількість щебеню в загальному обсязі бетону все-таки задавалося. Так, Пліній призводить складу гідротехнічного бетону з вапна, пуцолани і битого туфу в пропорції 1: 2: 1. Інший вид бетону без вказівки складу. Вживався для побудови цистерн складався, по Вітрувію, з чистого піску, щебеню або кругляка вагою не більше одного Фунта і найкращою вапна.
Можна припустити, що в той час вже існували елементарні методи розрахунку складу розчину, так як римлянам були добре відомі способи визначення обсягу різних геометричних фігур і вони могли розраховувати загальна кількість розчину і бетону на будь-який заданий обсяг. В'язка речовина і наповнювачі приймалися в залежності від призначення робіт в співвідношеннях, зазначених вище, а кількість води підбиралось «на око». При цьому важливо підкреслити, що римляни були добре обізнані про те, що надлишок води в суміші завжди небажаний, на що вказував, зокрема Пліній. Воду тому, швидше за все, заливали в суміш не всю відразу, а поступово, доводячи розчин до необхідної консистенції.
З тих пір як в кінці XVIII в. в Європі з'явилися перші машини з випробування матеріалів, стали відчувати і зразки римського розчину і бетону, відібрані з різних споруд. Правда, було виявлено, що дані мають чималий розкид, який посилюється різним терміном служби сооруженій- в межах 50-350 років. Однак окремі висновки за результатами випробувань зробити можна. Можна припустити, що активність давньоримських в'яжучих в залежності від їх виду була в межах 0,5-15 МПа: зокрема, для повітряного вапна 0,5-1 МПа; для гідравлічної 1,5-2 МПа; для вапняно-цем'янкового і вапняно-пуццоланового цементу 3-10 МПа і в'яжучого типу романцемент 5-15 МПа.
Очевидно, що вироблені в той час бетони також володіли різною міцністю в залежності від виду в'яжучого, водо-вяжушего відносини, тонкості помелу пуцоланових добавок та інших важко прогнозованих факторів.
У 80-х роках нашого століття західнонімецькі вчені провели серію випробувань бетонних зразків, узятих у районі Кельна, Зальбурга та інших міст Західної Німеччини - колишньої римської провінції. Бетонні зразки були відібрані зі стін будинків, склепінь будівель, стін басейнів і інших сооруженій- При цьому було виявлено, що міцність на стиск бетонних зразків мала від 0,5 до 50 МПа в залежності від виду споруд, хоча переважаючою виявилася міцність порядку 7-12 МПа. Максимальне значення міцності - 50 МПа виявлено у бетонних підлог. Стьопи і склепіння будівель показали набагато меншу міцність, а бетон зі стін басейну - всього 5 МПа. Це свідчить про те, що римляни, виготовляючи водонепроникні споруд, не прагнули отримати при цьому міцний бетон.
Грунтуючись на численних описах римських споруд і результати випробувань, можна припустити, що римські бетони в залежності від виду застосовуваного в'яжучого і заповнювача мали середню щільність від 700 до 2200 кг / м3, водо-поглинання 5-20% і пористість близько 20-40%.
Незважаючи на такі великі діапазони значень фізико-механічних показників випробуваних зразків, більшість римських бетонних споруд виявилися довговічними. Це підтверджує висновок окремих дослідників про те, що ні міцність, ні пористість бетону не можуть служити основним критерієм при визначенні його довговічності. Ймовірно, значення цих показників найбільш важливі протягом перших років роботи конструкції, а в подальшому вони нівелюються.
Сьогодні важко оцінити і проаналізувати склади римського бетону тільки по співвідношенню їх компонентів при великій кількості невідомих, тим більше, що дані щодо дійсного складу бетону і його структурних характеристик у багатьох дослідників викликають сумніви. Можна лише стверджувати, що хороше сучасний стан окремих бетонних споруд Стародавнього Риму свідчить про чудову якість застосовуваного вихідного матеріалу, раціонально підібраному складі бетону і належній якості будівельних робіт.