Римский бетон - Roman concrete

В Пантеон в Рим это пример римского бетонного строительства.

Римский бетон, также называемый opus caementicium, был материалом, используемым в строительстве в Древний Рим. Римский бетон был основан на гидравлический цемент. Он прочный благодаря включению в него пуццолановая зола, предотвращающий 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 материале, названные конкретная революция, способствовали структурно сложным формам, таким как Пантеон купол, самый большой и самый старый в мире неармированный бетонный купол.[1]

Римский бетон обычно облицовывался камнем или кирпичом, а интерьеры могли быть дополнительно украшены лепнина, фреска картины или тонкие плиты из разноцветного мрамора. Состоит из совокупность и цемент, как и современный бетон, он отличался тем, что куски заполнителя обычно 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 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.[3]

Исторические ссылки

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

Витрувий, писавший около 25 г. до н.э. в своей Десять книг по архитектуре, различают типы заполнителя, подходящие для приготовления известковые растворы. За строительные растворы, он рекомендовал пуццолана (Pulvis puteolanus на латыни), вулканический песок из пластов Поццуоли, которые имеют 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 извести к пуццолану 1: 2 для подводных работ, по сути такое же соотношение, которое сегодня используется для бетона, используемого в морских местах.[4]

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.[5]

Для восстановления Рима после пожар 64 г. н.э., который разрушил большую часть города, Неро Новый строительный кодекс России в основном призывает к использованию бетона с облицовкой кирпичом. Похоже, это стимулировало развитие кирпичной и бетонной промышленности.[5]

Пример opus caementicium на могиле на древнем Аппиева дорога в Риме. Первоначальное покрытие было удалено.

Свойства материала

Римский бетон, как и любой конкретный, состоит из совокупность и гидравлический ступка - связующее, смешанное с водой, которое со временем затвердевает. Совокупность разнообразна и включает в себя куски камня, керамика плитка, кирпичный щебень от остатков ранее снесенных построек.

Гипс и негашеная известь использовались как связующие. Вулканическая пыль, называемая пуццолана или "карьерный песок" предпочитали там, где их можно было добыть. Пуццолана делает бетон более устойчивым к соленой воде, чем современный бетон.[6] Используемый пуццолановый раствор имел высокое содержание глинозем и кремнезем. Туф часто использовался как агрегат.[7]

Бетон и, в частности, гидравлический раствор, ответственный за его сцепление, был типом конструкционной керамики, полезность которой во многом определялась ее прочностью. реологическая пластичность 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 настройки гашеная извести, наиболее распространенные цементы в доримском мире. После схватывания римский бетон показал небольшую пластичность, хотя и сохранил некоторую устойчивость к растягивающим напряжениям.

Настройка пуццолановые цементы имеет много общего с сеттингом своего современного аналога, портландцемент. Римский пуццолановый цемент с высоким содержанием кремнезема очень близок к составу современного цемента, который используется в доменных печах. шлак, летучая зола, или же кремнеземный дым были добавлены.

Сила и долголетие Романа морской Подразумевается, что бетон выигрывает от реакции морская вода со смесью вулканический пепел и негашеная известь, чтобы создать редкий кристалл, называемый тоберморит, которые могут сопротивляться разрушению. Когда морская вода просачивалась в крошечные трещины в римском бетоне, она реагировала с филлипсит естественным образом найден в вулканической породе и создан глиноземистый кристаллы тоберморита. Результат - кандидат на звание «самый прочный строительный материал в истории человечества». Напротив, современный бетон, подвергающийся воздействию соленой воды, портится за десятилетия.[8][9][10]

Кристаллическая структура тоберморит: 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.[11][12] Нет сопоставимых механических данных для древних растворов, хотя некоторая информация о прочности на растяжение может быть получена из трещин на римских бетонных куполах. Эти значения прочности на разрыв существенно отличаются от соотношения вода / цемент, используемого в исходной смеси. В настоящее время нет возможности установить, какое соотношение вода / цемент использовали римляне, и нет обширных данных о влиянии этого отношения на прочность пуццолановых цементов.[12][13]

Сейсмические технологии

Для среды, склонной к землетрясения как Итальянский полуостров разрывы 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

Недавние научные открытия в области изучения римского бетона привлекают внимание средств массовой информации и промышленности.[16] 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 уголь. летучая зола с вулканическим пеплом, имеющим 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.[17] Было установлено, что годным к использованию экземплярам римского бетона, подвергающимся суровым условиям морской среды, 2000 лет, практически без износа.[18]

Смотрите также

Литература

  • Жан-Пьер Адам, Энтони Мэтьюз, Римское здание, 1994
  • Линн С. Ланкастер, Бетонные сводчатые конструкции 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, отредактированный У. Д. Кингери и опубликованный Американским керамическим обществом, 1986 г.
  • В. Л. Макдональд, Архитектура Римской Империи, ред. изд. Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен, 1982

Рекомендации

  1. ^ Мур, Дэвид (февраль 1993 г.). «Загадка древнеримского бетона». S Департамент внутренних дел, Бюро мелиорации, Верхний Колорадо. www.romanconcrete.com. Получено 20 мая 2013.
  2. ^ Хениг, Мартин (редактор), Справочник римского искусства, п. 30, Phaidon, 1983 г., ISBN  0714822140
  3. ^ Боэтиус, Аксель, Линг, Роджер, Расмуссен, Том, Этрусская и раннеримская архитектура, стр. 128–129, История искусства Йельского университета / Пеликана, 1978, Издательство Йельского университета, ISBN  0300052901, 978-0300052909, Google Книги
  4. ^ Хизер Лехтман и Линн Хоббс «Римский бетон и римская архитектурная революция», Керамика и цивилизация, Том 3: Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее, отредактированный У.Д. Кингери и опубликованный Американским керамическим обществом, 1986; и Витрувий, Книга II: v, 1; Книга V: xii2
  5. ^ а б Лехтман и Хоббс «Римский бетон и римская архитектурная революция»
  6. ^ Уэйман, Эрин. «Тайны построек Древнего Рима. » Smithsonian.com. 16 ноября 2011. Проверено 24 апреля 2012 года.
  7. ^ «Невидимый город Рима». BBC One. Получено 6 июля 2017.
  8. ^ 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.
  9. ^ 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. Дои:10.2138 / am-2017-5993CCBY. ISSN  0003-004X.
  10. ^ МакГрат, Мэтт (4 июля 2017 г.). «Ученые объясняют, что в Древнем Риме бетон был долговечным». Получено 6 июля 2017 - через www.bbc.co.uk.
  11. ^ Eden, N.B .; Бейли, Дж. Э. (1984). «Механические свойства и механизм разрушения при растяжении высокопрочного модифицированного полимером портландцемента». Журнал материаловедения. 19 (8): 2677–2685. Дои:10.1007 / BF00550825.
  12. ^ 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.
  13. ^ К. А. Лэнгтон и Д. М. Рой, "Долговечность материалов для уплотнения скважин и валов: характеристика старых строительных материалов на основе цемента", Мат. Res. Soc. SYmp. Proc. 26, 543–549 (1984); и тематический отчет ONWI-202, Battelle Memorial Institute, Управление изоляции ядерных отходов, категория распределения UC-70, Национальная служба технической информации, Министерство торговли США (1982).
  14. ^ В. Л. Макдональд, Архитектура Римской империи, ред. изд. Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен, 1982, рис. 131B; Лехтман и Хоббс «Римский бетон и римская архитектурная революция»
  15. ^ 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"
  16. ^ «Исправление инфраструктуры Канады с помощью вулканов». Исследование Trebuchet Capital Partners. Получено 19 августа 2016.
  17. ^ https://www.thevintagenews.com/2016/09/06/priority-25-bc-ancient-romans-developed-recipe-concrete-specifically-used-underwater-work-essential-formula-used-today/
  18. ^ М. Д. 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 использования альтоберморита в римском бетоне с морской водой», Американский минералог, Том 98, стр. 1669–1687, 2013.

внешняя ссылка