Из чего строили римляне: самый прочный бетон
Многие римские сооружения, в том числе знаменитые акведуки созданы из пуццоланового бетона — невероятно прочного материала, который придавал римским сооружениям их огромную стойкость.
Многие древнеримские сооружения стоят до сих пор. И все благодаря невероятно прочному бетону, из которого строили римляне.
Даже сегодня одно из римских сооружений – Пантеон, существующий почти в нетронутом состоянии 2000 лет – является рекордсменом мира по величине купола из неармированного бетона. Свойства этого бетона обычно объясняются его ингредиентами: пуццоланой, смесью вулканического пепла, названного в честь итальянского города Поццуоли, где можно найти его значительные запасы, и известью. При смешивании с водой эти два материала могут вступать в реакцию, образуя прочный бетон.
Но это, как выясняется, еще не весь секрет. Международная группа исследователей во главе со специалистами Массачусетского технологического института (MIT) обнаружила, что материалы не только немного отличаются от того, что мы могли себе представить, но и методы, используемые для их смешивания, также отличны друг от друга.
На такую мысль ученых натолкнули маленькие белые кусочки извести, которые можно найти в том, что в остальном кажется хорошо перемешанным бетоном. Наличие этих кусков ранее приписывалось плохому смешиванию или материалам. Но материаловед Адмир Масик из Массачусетского технологического института не доверял этим суждениям.
Авторы новой работы тщательно изучили 2000-летние образцы римского бетона с археологических раскопок Привернум в Италии. Эти образцы были подвергнуты сканирующей электронной микроскопии большой площади и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции и конфокальной рамановской визуализации, чтобы лучше понять известковые обломки.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Одним из вопросов, который исследовали ученые, был характер используемой извести. Стандартное понимание пуццоланового бетона заключается в том, что в нем используется гашеная известь. Сначала известняк нагревают при высоких температурах для получения высокореактивного едкого порошка, называемого негашеной известью, или оксидом кальция.
При смешивании негашеной извести с водой получается гашеная известь, или гидроксид кальция: немного менее реакционноспособная и менее едкая паста. Согласно теории, именно эту гашеную известь древние римляне смешивали с пуццоланой.
Но исследование показало, что известковые обломки в древних образцах не соответствуют этому методу. Скорее всего, римский бетон был изготовлен путем смешивания негашеной извести непосредственно с пуццоланой и водой при чрезвычайно высоких температурах, отдельно или в дополнение к гашеной извести. Этот процесс ученые называют «горячим смешиванием», и именно в результате него образуются известковые комочки.
25 различных типов бетона | New-Science.ru
Бетон — это конструкционный материал, изготовленный из химически инертных твердых частиц, таких как песок и гравий, которые скрепляются между собой цементом и водой.
Сегодня для строительства небоскребов, мостов, дорог и различных сооружений используется множество различных видов бетона. Они производятся путем добавления различных веществ в разных пропорциях.
Здесь мы перечислили все различные виды бетона, которые производятся для удовлетворения широкого спектра требований. Каждый из них обладает уникальной прочностью, плотностью, химической и термической стойкостью. Подробно описаны их свойства и области применения.
25. Обычный бетон
Прочность: от 10 до 40 МПа
Обычный бетон (также называемый бетоном нормальной прочности) изготавливается путем смешивания таких материалов, как цемент, вода и заполнители. Заполнители — это инертные зернистые материалы (такие, как песок и гравий) или щебень размером от 6,5 до 38 миллиметров.
В зависимости от свойств цемента и погодных условий на строительной площадке обычный бетон имеет начальное время схватывания от 0,5 до 1,5 часа. Он может выдерживать давление от 10 до 40 МПа. Органические вещества (такие, как ветки и листья) удаляются из заполнителя для обеспечения наивысшей прочности и долговечности.
24. Штампованный бетон
Обычно используется в: настилы для бассейнов; подъездные пути; тротуары; патио.
Штампованный бетон окрашивается и текстурируется для создания иллюзии узоров, напоминающих камень, сланец, дерево или кирпич. В отличие от других вариантов бетона, он изготавливается путем добавления основного цвета, акцентного цвета и штамповки рисунка в смесь.
Штампованный бетон имеет среднюю прочность на сжатие, как правило, от 20 до 30 МПа. Он не только придает прочность полу, но и обеспечивает приятный внешний вид (доступны многочисленные варианты отделки). При надлежащем уходе он может прослужить не менее трех десятилетий.
В целом, это более дешевая и экологичная альтернатива натуральному камню или кирпичу.
23. Гипсобетон
В основном используется как: подстилающий слой; верхнее покрытие пола.
Гипсобетон представляет собой смесь портландцемента, гипса и заполнителя. Помимо выравнивания пола, он используется для возведения стеновых блоков и панелей в ненесущих конструкциях и ограждающих конструкциях.
По весу гипсобетон можно разделить на три группы:
- сверхлегкие со средней плотностью менее 500 кг/м3
- Легкие со средней плотностью менее 500-1800 кг/м3
- Нормальный вес со средней плотностью менее 1800-2500 кг/м3
Легкий гипсобетон изготавливается с использованием пористых природных (известняк, пемза) и синтетических материалов (керамзит, вермикулит). Гипсобетон нормального веса содержит мелкий (природный песок) и крупный заполнители (щебень и гравий).
22. Асфальтобетон
Используется для: наземных дорог; аэропорты; автостоянки.
Асфальтобетон (или просто асфальт) представляет собой смесь асфальта, заполнителя, добавок (например, полимеров) и противоскользящих веществ. После производства смесь транспортируется на грузовиках к месту укладки, где равномерно распределяется механической укладочной или отделочной машиной.
Затем она уплотняется до определенной степени тяжелыми катками, что позволяет получить гладкое, равномерно уплотненное дорожное покрытие. Для достижения достаточной плотности бетон уплотняют до того, как температура смеси упадет ниже 79 градусов по цельсию.
Различные асфальтобетонные смеси имеют разные характеристики с точки зрения шума, эффективности торможения и долговечности покрытия. Что касается шума, то асфальтовые дороги намного лучше, чем бетонные покрытия из портландцемента и покрытия из щебеночного материала.
21. Огнеупорный бетон
Уникальные свойства: высокая устойчивость к тепловому расширению и усадке.
Огнеупорный бетон изготавливается с использованием высокоглиноземистого цемента или цемента на основе алюмината кальция. Он специально разработан для применения при высоких температурах, например, для кладки печей и дымоходов.
Огнеупорный бетон обычно готовится в фасованном виде, готовый к смешиванию и установке на месте. В отличие от обычного бетона, он может выдерживать высокие температуры до 1400 °C.
20. Стеклобетон
Подходит для: тротуары, мостовые и внутренние помещения.
Дробленое стекло можно использовать в качестве заполнителя в бетоне. Это позволяет сократить время и энергию, необходимые для измельчения стеклянных материалов в порошок.
Последние исследования показывают, что бетон, изготовленный с использованием переработанного стекла, имеет лучшую прочность, теплоизоляцию и устойчивость к истиранию. Они также пригодны для широкого спектра поверхностной обработки, включая мытье, шлифовку, окисление и дробеструйную обработку. Это дает дизайнерам и архитекторам бесчисленные новые эстетические возможности.
19. Нанобетон
Уникальные свойства: наночастицы заполняют все микропоры и микропространства в обычном бетоне.
Нанобетон состоит из частиц портландцемента размером менее 100 микрометров и частиц кремнезема размером не более 500 нанометров. Частицы кремнезема заполняют поры, которые в противном случае образовались бы в обычном бетоне.
Это уменьшает усадку бетона и увеличивает прочность, долговечность и сцепление со стальными арматурными стержнями. Однако применение нанотехнологий в бетоне в промышленных масштабах все еще ограничено, и лишь немногие результаты успешно трансформируются в эффективные продукты.
18. Прорезиненный бетон
Возможные применения: амортизатор на автомагистралях, поглотитель ударных волн при землетрясениях в зданиях.
Изношенные резиновые покрышки можно использовать для производства бетона. Это будет отличный способ утилизации резиновых отходов и сохранения окружающей среды.
Пока что нам не удалось придумать эффективную технику для этого. Однако множество исследований и экспериментальных испытаний показали многообещающие результаты. Они показывают, что добавки к отходам резины могут действовать как поглотитель и уравновешивать все внутренние напряжения в бетоне.
17. Полимерный бетон
Уникальные свойства: можно формовать в сложные формы; обладает отличными виброгасящими свойствами.
В отличие от обычного бетона, в котором используются цементно-гидратные вяжущие, полимерный бетон состоит из полимерных вяжущих или жидких смол. Иногда полимер используется вместе с портландцементом для получения так называемого полимерцементного бетона.
В зависимости от рецептуры полимербетонные смеси обладают уникальным сочетанием свойств. У них есть
- Высокая прочность на сжатие.
- Высокая удельная прочность.
- Быстрое отверждение (при температуре от –18 до 40 °C).
- Низкая проницаемость для воды и агрессивных растворов.
- Хорошая химическая стойкость.
- Долговечность по отношению к циклам замораживания и оттаивания.
Поскольку последние достижения в области материаловедения привели к значительному снижению стоимости, полимерный бетон становится все более популярным. В настоящее время он используется для ремонта старого бетона, строительства структурных компонентов, таких как дренажи и кислотные резервуары, а также для создания высокопроницаемых и водонепроницаемых поверхностей.
16. Бетон высокой прочности
Преимущества: быстрее сохнет; ускоряет строительство; экологичный.
Бетон высокой прочности предназначен для быстрого набора прочности. Он может набрать прочность свыше 20 МПа всего за два часа. Этот тип смеси производится путем точного подбора высококачественных ингредиентов и производственных процессов.
Он используется в основных областях применения, таких как полы, дороги, мосты, шоссе, туннели, взлетно-посадочные полосы, и в других небольших областях применения, таких как автостоянки, доки и т.д. В отличие от традиционного бетона, быстротвердеющий бетон легко укладывается и обеспечивает значительную экономию времени на строительных площадках.
15. Рулонный бетон
Самая большая рулонная плотина в Северной АмерикеДостоинства: отсутствие колейности; никаких выбоин; устойчив к замораживанию и оттаиванию.
Рулонный бетон содержит те же компоненты, что и традиционный бетон, но в другом соотношении. Это смесь летучей золы или цемента, песка, заполнителя, воды (в меньшем количестве) и обычных добавок. Конечный продукт более сухой и не имеет проседания.
Его укладывают с помощью оборудования для укладки асфальта высокой плотности, а затем уплотняют катками. Уплотнение начинается сразу после укладки и продолжается до тех пор, пока дорожное покрытие не будет соответствовать требованиям по плотности. Он обеспечивает прочность, плотность, гладкость и текстуру поверхности.
В настоящее время этот вид бетона используется при строительстве и восстановлении дорог, автостоянок, аэродромов, электростанций, плотин, военных объектов, хранилищ и других промышленных комплексов. В зависимости от ширины укладки и желаемой толщины бетон можно укладывать с высокой скоростью — от 50 до 120 метров в час.
14. Сборный бетон
Преимущества: простота строительства; легкость ремонта.
Сборный бетон готовится, отливается и отверждается на производстве с использованием многоразовых форм. Их доставляют на строительную площадку и поднимают на место.
Готовые компоненты (такие, как стеновые панели, балки, колонны, трубы) соединяются между собой, образуя законченную конструкцию. Такие компоненты, изготовленные из бетона, более экономичны и целесообразны, чем стальные каркасы. Однако и те, и другие используются для улучшения дизайна и доступности конструкции.
13. Геополимерный бетон
Уникальные свойства: более устойчив к коррозии и огню, чем цементный бетон.
Геополимерный бетон является прекрасным альтернативным строительным материалом по сравнению с традиционным цементным бетоном.
Производство портландцемента — это очень энергоемкий процесс, при котором выделяется большое количество углекислого газа и других парниковых газов, ответственных за глобальное потепление. С другой стороны, геополимерный бетон производится без портландцемента. Его получают путем обработки алюмосиликатных минералов (содержащихся в отходах, таких как летучая зола, доменный шлак) растворами щелочей.
Этот тип бетона использовался для строительства тротуаров, резервуаров для воды, сборных настилов мостов и подпорных стен. Он обладает высокой прочностью на растяжение и сжатие и быстро набирает полную прочность. Кроме того, он дает меньшую усадку, чем цементный бетон.
12. Пористый бетон
Используется: на тротуарах; парковочные места; Применяется в экологически безопасном строительстве.
Пористый бетон обладает высокой пористостью. Это структурное бетонное покрытие с большим количеством взаимосвязанных пустот. Пустоты создают пористую среду, которая позволяет воде из осадков и других источников проходить через них и достигать нижележащей почвы.
Пористый бетон не содержит песка или мелкого заполнителя. Он изготавливается с использованием прочной пасты, которая покрывает и связывает крупные заполнители вместе, создавая высокопроницаемую структуру.
Как правило, бетон имеет поры размером от 2 до 8 миллиметров. Несмотря на то, что 18-35% его содержимого является пустотами, он может иметь прочность на сжатие от 3 до 28 МПа.
11. Гибкий бетон
Преимущества: легкий; относительно прочный и гибкий; экономически эффективный.
Гибкий бетон — это новый тип бетона, обладающий впечатляющей несущей способностью и очень эффективно воспринимающий сжимающие нагрузки. Хотя он использовался в разных местах, он все еще требует надлежащих исследований.
Он содержит все ингредиенты обычного бетона за вычетом крупных заполнителей. Эти ингредиенты смешиваются с волокнами поливинилового спирта и суперпластификаторами.
Конечный продукт на 20-40% легче и в 500 раз более устойчив к растрескиванию, чем обычный бетон, благодаря полимерным волокнам и антифрикционному покрытию, которое позволяет конструкции деформироваться без разрушения.
10. Пенобетон
Свойства: легкий, огнестойкий, экономичный, экологически чистый.
Пенобетон, также известный как легкий ячеистый бетон, производится путем смешивания портландцемента, летучей золы, песка, воды и предварительно отформованной формы в различных пропорциях. Обычно его плотность составляет от 400 кг/м3 до 1600 кг/м3.
Его производственный процесс дешевле и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с другим бетоном. Кроме того, его тепло- и звукоизоляционные характеристики делают его идеальным для множества применений, от изоляции крыш и полов до заполнения пустот.
Пенобетон также используется при производстве теплоизоляционных легких стеновых панелей, при ремонте оползней, стабилизации откосов и рекультивации грунтов.
9. Известковый бетон
Преимущества: обеспечивает буфер для паров влаги, экологичность, так как поглощает углекислый газ в процессе сушки.
В известковом бетоне (также называемом известняком) цемент заменяется известью — кальцийсодержащим неорганическим минералом, состоящим в основном из оксида кальция и/или гидроксида кальция.
В частности, либетон представляет собой смесь натуральной гидравлической извести и острого песка. В некоторых случаях его смешивают со стекловолокном, чтобы получить более прочную поверхность.
Хотя известковый бетон слабее обычного цемента, его прочности на сжатие более чем достаточно, чтобы соответствовать требованиям строительных норм. В основном он используется для создания плит перекрытий и сводов, а также для преобразования старых зданий в соответствии с современными стандартами.
Это гигроскопичный материал, что означает, что он может поглощать воду. Вот почему полы из известняка эффективно предотвращают попадание влаги, которая может подниматься от земли через стены и вызывать проблемы с влажностью.
8. Готовый бетон
Преимущества: позволяет ускорить строительство, снижает затраты на рабочую силу и надзор за строительной площадкой.
Товарный бетон дозируется для доставки с завода, а не для приготовления смеси на строительной площадке. Каждая партия разрабатывается с учетом специфики подрядчика и доставляется в цилиндрических грузовиках, известных как «бетономешалки».
Готовые бетонные смеси можно разделить на две основные категории:
- Транзитные бетонные смеси: Материалы готовятся на заводе-изготовителе и смешиваются в грузовике во время транспортировки.
- Бетон с усадочной смесью: Материалы частично смешиваются на заводе-изготовителе для уменьшения объема смеси и увеличения грузоподъемности грузовика. Смешивание завершается на стройплощадке.
Поскольку большая часть работы выполняется экспертом-поставщиком, сформированная смесь отличается точностью, высокой прочностью и долговечностью.
7. Железобетон
Используется в: фундаменте; балках, плитах, колоннах, стенах; каркасах.
В железобетоне стальные стержни или стальные прутья встраиваются таким образом, что два материала действуют вместе, противодействуя силам. Арматурный материал воспринимает растягивающие, сдвиговые, а также сжимающие напряжения в конструкции.
Прочность бетона на сжатие и прочность стали на растяжение работают вместе, позволяя элементу выдерживать высокие напряжения на более длинных пролетах.
Поскольку обычный бетон (без закладной стали) не может выдерживать высокие растягивающие напряжения, вызванные землетрясениями, ветрами или вибрациями, они не подходят для многих строительных конструкций.
6. Предварительно напряженный бетон
Применяется в: промышленные тротуары, высотных зданий, мосты и плотины, конструкции ядерной защиты.
Предварительно напряженный бетон — это тип железобетона, в который вмонтированы натянутые стальные проволоки. Сталь натягивается перед укладкой бетона.
Обычно стальные тросы располагаются между двумя опорами и растягиваются до 65-80% от предельной прочности. Затем бетон заливают в формы вокруг сухожилий и дают ему затвердеть. Как только бетон достигает необходимой прочности, растягивающие усилия ослабляются.
Поскольку стальные сухожилия пытаются вернуть свою первоначальную длину, растягивающие напряжения преобразуются в сжимающие напряжения в бетоне. Когда на конструкцию оказывается давление, на балку действуют два вида сил: внутренняя сила предварительного напряжения и внешняя сила (мертвая нагрузка). Они противодействуют друг другу, делая конструкцию более прочной.
Этот тип бетона имеет высокий модуль упругости, меньшую деформацию ползучести и менее подвержен образованию усадочных трещин. Он обеспечивает достаточную длину пролета, необходимую для гибкости и чередования внутренней структуры. Благодаря этим свойствам предварительно напряженный бетон широко используется в торговых центрах, спортзалах и школьных аудиториях.
5. Бетон с напылением
Преимущества: идеально подходит для неровных поверхностей.
Напыляемый бетон (также известный как торкретбетон) — это очень мелкий бетон, который подается по шлангу и с большой скоростью разбрасывается на поверхность. Бетон распыляется на (или в) каркас с помощью сжатого воздуха.
Сила, с которой смесь ударяется о поверхность, приводит к уплотнению бетона, что в конечном итоге формирует слои бетона необходимой толщины.
По сравнению с традиционным бетоном, торкретирование требует меньше опалубки. Он зарекомендовал себя как лучший метод для строительства криволинейных поверхностей. Он применяется для рваных поверхностей и широко используется при строительстве стен туннелей и метрополитенов.
4. Вакуумный бетон
Достоинства: имеет более высокую плотность и прочность, быстро застывает, хорошая адгезия к старому бетону.
Вакуумный бетон — это тип бетона, в котором избыток воды удаляется вакуумным давлением. Вакуум создается через пористые маты, соединенные с насосами высокого давления всасывания. Удаление большого количества воды повышает прочность бетона.
Исследуются также методы создания вакуумного бетона с помощью пара. Идея заключается в том, чтобы создать вакуум внутри смесительной машины, чтобы пузырьки воздуха внутри бетона могли быть легко удалены.
Бетон с вакуумной обработкой широко используется при строительстве горизонтальных и наклонных бетонных плит, таких как дорожные покрытия и покрытия аэропортов, плиты перекрытий и перегородки. Он также используется для восстановления и ремонта дорожного покрытия.
А поскольку в этом бетоне полностью отсутствует точечная коррозия, а его внешний слой обладает высокой стойкостью к истиранию, его предпочитают использовать для строительства сооружений, регулярно контактирующих с проточной водой.
3. Самоуплотняющийся бетон
Преимущества: устраняет механическую вибрацию, отличная деформируемость.
Самоуплотняющийся бетон — это высокотекучий тип бетона, который заполняет опалубку без необходимости механической вибрации. Он затекает в труднодоступные места, сводя к минимуму пустоты в процессе.
Этот бетон повышает производительность сборных конструкций, улучшая автоматизацию и ограничивая проблемы здоровья и безопасности, связанные с использованием вибрации. Он обеспечивает лучшие механические характеристики, качество поверхности и долговечность по сравнению с обычным бетоном. Однако методы производства, размещения и контроля качества важны для самоуплотняющегося бетона.
Поскольку прочность на сжатие может составлять от 24 до 100 МПа, его можно использовать в различных конструкциях — от зданий и балок мостов до колодцев.
Одним из самых замечательных сооружений, построенных из самоуплотняющегося бетона, является подвесной мост Акаси-Кайкё. В этом проекте бетон смешивался на месте (в 200 метрах от места строительства) и закачивался через систему трубопроводов. Срок строительства был сокращен до двух лет.
2. Высокопрочный бетон
Прочность на сжатие: Более 40 МПа.
Как следует из названия, высокопрочный бетон имеет большую прочность на сжатие, чем обычный бетон. Он производится путем уменьшения водоцементного отношения до 0,35 и добавления кремнеземистого порошка и суперпластификаторов.
Кремнеземистый наполнитель предотвращает образование кристаллов гидроксида кальция в смеси, а суперпластификаторы улучшают удобоукладываемость смеси.
Поскольку этот тип бетона имеет повышенный модуль упругости, что повышает устойчивость и уменьшает прогибы, его можно использовать в более широком диапазоне применений.
Высокопрочный бетон в основном используется для строительства высотных сооружений (более 30 этажей) и длинных мостов. Он используется в таких элементах, как фундамент, стены сдвига и колонны, особенно на нижних этажах, испытывающих наибольшие нагрузки.
Кроме того, высокопрочный бетон позволяет уменьшить размеры колонн и балок. 50-этажное сооружение с колоннами диаметром 1 метра, использующее бетон 28 МПа, может уменьшить диаметр колонн примерно на 33%, если использовать бетон 55 МПа.
1. Высокоэффективный бетон
Прочность на сжатие: Более 55 МПа.
Высококачественный бетон предназначен для того, чтобы быть более прочным, долговечным и иметь лучшие механические свойства, чем обычный бетон. Он содержит те же ингредиенты, что и обычный бетон, но пропорции и производственные процессы отличаются, чтобы соответствовать структурным и экологическим требованиям проекта.
Высокие эксплуатационные характеристики не всегда означают высокую прочность. Это может означать легкость укладки, проницаемость, химическую стойкость, плотность, стабильность объема, долговечность и долгосрочные механические свойства.
Ультравысокоэффективный бетон имеет прочность на сжатие более 150 МПа. Он изготавливается из высокопрочного портландцемента, мелких стальных волокон, фумированного кремнезема, мелкозернистого песка, водопонижающих добавок высокого диапазона и уникальной смеси реактивных порошков.
За последние 20 лет сверхвысокоэффективный бетон приобрел большой интерес в нескольких странах. Он используется для строительства архитектурных элементов, мостов, морских сооружений и вертикальных компонентов.
Часто задаваемые вопросы
Какой бетон самый прочный из когда-либо производимых?
В 2020 году исследователи из Университета Канадзавы, Япония, разработали беспористый бетон, армированный стальной фиброй, имеющий самую высокую в мире прочность на сжатие — 400 МПа . Они обнаружили, что увеличение содержания стальной фибры с 1 до 2% может уменьшить повреждение от удара на 30-50%.
Почему бетон используется в качестве строительного материала?
Среди всех строительных материалов, используемых в мире, бетон — самая эффективная и действенная смесь. Он имеет ряд преимуществ перед другими материалами. Например, он
- Затвердевает при температуре окружающей среды
- Может быть отлит в сложные формы
- Выдерживает высокие температуры
- Обладает отличными водостойкими свойствами
- Не горит, не ржавеет и не гниет
- Имеет низкие производственные и эксплуатационные расходы по сравнению с другими материалами, такими как сталь.
Какое будущее у бетонной промышленности?
Потребление бетона в мире в два раза превышает потребление пластмасс, дерева, алюминия и стали вместе взятых. Эта отрасль имеет множество заинтересованных сторон, включая производителей, поставщиков строительных материалов, подрядчиков, архитекторов, инженеров, а также научно-исследовательские и образовательные учреждения.
По данным, объем мирового рынка готовых бетонных смесей достигнет $1,1 трлн к 2027 году, увеличиваясь с 2020 по 2027 год на 8,2%.
Основными факторами этого роста будут увеличение численности населения и урбанизация, что увеличивает количество проектов жилищного строительства. Рост будет ускоряться благодаря бурно развивающемуся коммерческому сектору и государственным инвестициям в строительство и реконструкцию дорог.
Самый прочный бетон на Земле
20 апреля 2021 г.
Планируете построить дом из бетона? Если да, то вы приняли правильное решение, так как этот материал универсален, привлекателен и, самое главное, прочен. Прежде чем приступить к строительству дома в Расине, штат Висконсин, узнайте о важности прочности бетона и о том, какой материал лучше всего подходит для ваших нужд. Вот что вы должны знать о римском бетоне, самом прочном бетоне на Земле.
Что такое римский бетон?
Римский бетон, или opus caementicium , был разработан более 2000 лет назад. Он использовался в различных структурах, многие из которых сохранились до наших дней.
Это настолько прочный материал, что многие здания, построенные из него, выдержали испытание временем. Эти знаменитые сооружения были построены из римского бетона и сегодня являются не только символом технического совершенства, но и свидетельством долговечности этого материала:
- Пантеон: Это неармированное бетонное сооружение в Риме уже почти 2000 лет стоит как памятник архитектуры и инженерии.
- Плотина Гувера: Одно из величайших инженерных достижений 20 го века. На создание этой легендарной плотины ушло пять миллионов баррелей цемента.
- Burj Khalifa: Самое высокое искусственное сооружение в мире является рекордсменом по самой высокой вертикальной закачке бетона для здания на высоте 2000 футов.
Если римский бетон хорошо выдерживает такие уникальные инженерные задачи, как эти, вы можете с уверенностью предположить, что бетон — отличный материал для строительства вашего дома в Расине, штат Висконсин.
Почему римский бетон такой прочный?
Секрет того, почему это самый прочный бетон на Земле, заключается в его уникальном минеральном составе и технологии производства. В древние времена римляне изготавливали этот материал, смешивая известь и вулканическую породу. Как и в случае с современным бетоном, существует заполнитель и связующее для гидравлического раствора, которые при смешивании с водой продолжают твердеть с течением времени.
У древних римлян была особая техника замешивания бетона, повышавшая его прочность. Они смешали известь и вулканический пепел, чтобы получился раствор, а затем вылили смесь в море. Когда растворная смесь встретилась с морской водой, она мгновенно вызвала горячую химическую реакцию. Они использовали эту технику для прибрежных сооружений.
При использовании материала над землей римляне увидели, что сочетание вулканического пепла и извести предотвращает растрескивание и распространение зданий. Это также дало зданиям идеальную сейсмическую гибкость, которая помогла зданиям выдержать даже самые сильные землетрясения. Этот процесс остается почти таким же сегодня и повысит прочность бетона вашего проекта строительства дома.
Если вы хотите, чтобы ваш новый дом в Расине, штат Висконсин, был построен на века, обязательно выберите самый прочный бетон на Земле. Несмотря на то, что у него есть потенциал противостоять элементам даже в экстремальных погодных условиях, бетон хорош настолько, насколько хороша команда, которая его укладывает. Свяжитесь со специалистами Langenfeld Masonry & Concrete сегодня, чтобы узнать больше о строительстве дома с нуля из долговечного бетона.
Категория: Бетонный подрядчик
Почему римский бетон прочнее, чем когда-либо, а современный разрушается
Образцы с этого древнеримского пирса, Портус Козанус в Орбетелло, Италия, были изучены с помощью рентгеновских лучей в лаборатории Беркли. Кредит: Дж. П. Олесон.
Почти 2000 лет назад знаменитый римский историк Плиний Старший писал в своей книге Naturalis Historia о заливаемом в гаванях бетоне, что «как только он соприкасается с морскими волнами и погружается в воду, он становится единой каменной массой. , неприступный для волн и с каждым днем все сильнее».
Это открытие удивительно верно, согласно исследованию 2017 года, которое показало, что морская вода является секретным ингредиентом, который делает римский бетон чрезвычайно прочным, стимулируя рост редких минералов.
Бетон некоторых римских пирсов сегодня не только жизнеспособен, но и прочнее, чем когда-либо, в то время как современные морские бетонные конструкции из портландцемента разрушаются в течение десятилетий.
Древние римляне повсеместно использовали бетон, особенно в своих мегаструктурах, таких как Пантеон и Рынки Траяна в Риме. Они делали бетон, сначала смешивая вулканический пепел с известью и морской водой, чтобы получить раствор, который позже включали в куски вулканической породы, «заполнителя». Комбинация вызывает так называемую пуццолановую реакцию, названную так в честь города Поццуоли в Неаполитанском заливе. Другой распространенный вулканический песок с естественной реакционной способностью, используемый для производства бетона, называется 9. 0012 харена фоссиция . Считается, что римляне, возможно, впервые получили идею этой смеси после наблюдения естественно сцементированных отложений вулканического пепла, называемых туфом.
После падения Римской империи рецепт изготовления бетона был утерян, а аналогичный бетон не изобретался заново до 1824 года, когда англичанин по имени Джозеф Аспдин открыл портландцемент, обжигая мелкоизмельченный мел и глину в печи. пока углекислый газ не будет удален. Он был назван «портландским» цементом, потому что он напоминал высококачественные строительные камни, найденные в Портленде, Англия.
Древнеримский рецепт бетона сильно отличается от современного. Большинство современных бетонов представляет собой смесь портландцемента — известняка, песчаника, золы, мела, железа и глины, среди прочих ингредиентов, нагретую до образования стекловидного материала, который тонко измельчается — с так называемыми «заполнителями». Эти заполнители, обычно песок или щебень, не предназначены для химической реакции, потому что в противном случае они могут вызвать нежелательное расширение бетона.
Выжившие империи: римский бетон
Геолог из Университета Юты Мари Джексон заинтересовалась римским бетоном во время творческого отпуска в Риме, где она изучала туфы и отложения вулканического пепла. Один за другим она подошла к факторам, которые сделали архитектурный бетон в Риме таким устойчивым. Одним из таких факторов, по ее словам, является то, что минеральные сростки между заполнителем и раствором предотвращают удлинение трещин, в то время как поверхности нереактивных заполнителей в портландцементе только способствуют дальнейшему распространению трещин.
Изучая просверленные керны бетона римской гавани, Джексон и его коллеги обнаружили исключительно редкий минерал, глиноземистый тоберморит (аль-тоберморит) в морском растворе. Присутствие минерала удивило всех, потому что его очень сложно сделать. Для образования аль-тоберморита нужна очень высокая температура. «Никто не производил тоберморит при температуре 20 градусов по Цельсию», — говорит она. «О, кроме римлян!»
Однако, увидев, что Джексон геолог, она сразу поняла, что минерал должен был появиться позже. Команда пришла к выводу, что эксперименты подтвердили, что морская вода просачивается сквозь бетон в волноломах и пирсах, растворяя компоненты вулканического пепла и позволяя новым минералам расти из сильнощелочных выщелоченных жидкостей, в частности аль-тоберморита и филлипсита, последний из которых является родственный цеолитовый минерал, образующийся в частицах пемзы и порах в цементирующей матрице. В редких случаях подводные вулканы, такие как вулкан Суртсей в Исландии, производят те же минералы, что и римский бетон.
«Мы рассматриваем систему, которая противоречит всему, что нежелательно для бетона на основе цемента», — говорит она. «Мы рассматриваем систему, которая процветает в открытом химическом обмене с морской водой».
Образцы римского бетона были изучены с использованием метода рентгеновской микродифракции в лаборатории ALS Калифорнийского университета в Беркли. Аппарат производит лучи, сфокусированные примерно на 1 микрон, что примерно в сто раз меньше, чем в обычной лаборатории.
«Мы можем отправиться в крошечные естественные лаборатории в бетоне, нанести на карту присутствующие минералы, последовательность образующихся кристаллов и их кристаллографические свойства. То, что мы смогли найти, просто поразительно», — сказал Джексон.
На этом микроскопическом изображении показан комковатый связующий материал на основе гидрата силиката кальция-алюминия (C-A-S-H), который образуется при смешивании вулканического пепла, извести и морской воды. Пластинчатые кристаллы Al-тоберморита выросли среди цементирующей матрицы C-A-S-H. Кредит: Мари Джексон.
Только в США в 2015 году бетонная промышленность оценивалась в 50 миллиардов долларов. В том году было произведено 80 миллионов тонн портландцемента, что примерно равно весу 90 мостов «Золотые ворота» или 12 плотин Гувера. Учитывая долговечность римского бетона и значительные выбросы углекислого газа в результате производства портландцемента, почему мы не делаем это больше, как римляне?
Это совсем не так просто, говорит Джексон. Римлянам посчастливилось найти поблизости вулканический пепел. Кроме того, ингредиенты для их рецепта бетона не могут быть адаптированы нигде в мире. «Они заметили, что вулканический пепел превратил цемент в туф. У нас нет таких камней во многих странах мира, поэтому их нужно будет заменить», — сказал Джексон.
Кроме того, римскому бетону требуется время, чтобы набрать прочность от морской воды, и он имеет меньшую прочность на сжатие, чем обычный портландцемент.
Тем не менее, Джексон тесно сотрудничает с коллегами, чтобы создать альтернативный рецепт на основе местных материалов с запада США, включая морскую воду из Беркли, Калифорния. Джексон также возглавляет проект научного бурения для изучения образования тоберморита и других родственных минералов на вулкане Суртсей в Исландии.
Этот вид цемента может быть очень полезен для некоторых нишевых применений. Например, римский цемент можно было бы использовать в проекте приливной лагуны, предназначенном для использования энергии приливов, который в настоящее время планируется в Суонси, Соединенное Королевство.