Цемент с добавлением известняка

Древнерусский раствор оказался лучше современного цемента

Древнерусский строительный раствор оказался по нескольким параметрам лучше, чем современный цемент. Подробностями строительства крепостей на Руси в XVI-XVII веках руководитель исследования поделился с корреспондентом Infox.ru.

Российские историки уже давно занимаются изучением истории и техники древнерусского строительства. Как пояснил корреспонденту Infox.ru кандидат исторических наук Константин Носов из Российской академии государственной службы при президенте РФ в Москве, «все каменные или кирпичные сооружения на Руси строились с использованием специального строительного раствора». Изучение состава этого раствора помогает ученым не только понять методику строительства, но и точнее датировать архитектурный памятник, создать похожий раствор для проведения реставрационных работ, определить, где именно добывались составляющие раствора, и отнести архитектурный памятник к определенной строительной школе.

Впервые этим вопросом историки занялись еще в 1930 году, однако до сих пор про растворы известно немного. По словам Носова, дело в том, что до настоящего времени ученые использовали каждый свой метод анализа, да и обработали небольшое количество образцов. В основном исследователей интересовали домонгольские сооружения: ученые исследовали около 90 древнерусских памятников, из которых 70 датируются XI-XIII веками.

13 образцов на анализ

Команда российских ученых под руководством Носова решила провести комплексный анализ образцов раствора более позднего периода. Ученый лично взял 13 образцов строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков в Нижнем Новгороде, Коломне, Зарайске, Серпухове, Борисовом городке, Смоленске и Вязьме. Для сравнения он также изучил образцы современного раствора в Смоленске и средневековых укреплений в Англии и в Уэльсе (замок в Чепстоу, городские стены в Конуи и в Кембере). Сложность работы заключалась в том, чтобы найти тот участок крепости, где не проводились реставрации и не применялись более поздние растворы (например, в случае с Московским Кремлем найти кладку конца XV века практически невозможно, так как крепость слишком часто ремонтировалась).

Что такое строительный раствор?

Строительный раствор состоит из двух компонентов: вяжущего вещества и заполнителя. Иногда к ним подмешивают и специальные добавки. На Руси в качестве вяжущего элемента использовалась известь: известняк, мел и другие карбонатные породы обжигались в специальных печах. К полученной смеси добавляли воду, в результате чего образовывалась гашеная известь, получалось этакое строительное «тесто». Однако такой материал быстро трескался. Поэтому к извести добавляли заполнитель, например песок, значительно улучшавший качество строительного раствора.

Ученые определили прочность разных строительных растворов, процентное соотношение вяжущего элемента и заполнителя, их состав и дополнительные примеси (например обломки кирпича или кирпичная мука, шлак, раковины и т. д.).

Как и из чего строили в XVI веке?

В Смоленске Носов брал четыре образца раствора из разных мест. Оказалось, что их составы довольно сильно отличаются между собой. Как пояснил ученый корреспонденту Infox.ru, видимо, у древних мастеров не было устоявшейся рецептуры приготовления этого вещества, и каждый раз получалось по-разному.

Образец современного раствора, использованный реставраторами, оказался весьма похож на древнерусский, однако оказался плохо перемешан. Зато средневековые образцы из Уэльса и Англии очень похожи на русские растворы XVI-XVII веков.

Несмотря на все полученные данные, ученым еще предстоит выполнить большую работу, чтобы сделать выводы об общей эволюции строительных растворов на Руси и их использовании в культовых, военных и гражданских сооружениях. По словам Носова, также интересно было бы сравнить древнерусские растворы с итальянскими, так как в Россию приезжали и иностранные мастера, например Аристотель Фиораванти (примерно 1415—1486), который построил Успенский собор в Москве.

Статья об исследовании строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков опубликована в журнале «Российская археология» (№ 1, 2009).

Разновидности и структура

Глиноземистый цемент в зависимости от концентрации примесей имеет следующие разновидности:

• обычный состав, с концентрацией глинозема, не превышающей 66%, и долей кремниевой кислоты, составляющей порядка 3%;
• высокоглиноземистый материал, содержащий порядка 76% глинозема, уменьшенную до 1% концентрацию кремниевой кислоты.

Основными составляющими, определяющими структуру смеси на глиноземистой основе, являются оксиды следующих химических элементов:

• Алюминия, концентрация которого составляет от 30 до 50%.
• Кальция, удельный вес которого соответствует значениям от 35% до 45%.
• Железа и кремния, содержащихся в равных процентных соотношениях, изменяющихся от 5 до 15%.

Фундамент из бетонного раствора

До замешивания смеси или до заказа машины должны быть проведены подготовительные работы. А конкретно – уже должна быть вырыта траншея под фундамент, сделана подушка из песка, гравия, гидроизоляции, установлены арматурный каркас и подготовлена опалубка.

Лить смесь в одну точку в надежде, что он разольется по всему периметру, не получится. Заливка производится из разных точек. Именно в этом часто заключается проблема с доставкой готовой массы при помощи тяжелой техники – требуется либо подготовить подъезды к местам заливки, либо у бетономешалки есть насос для подачи в нужную точку. Но обычно такая техника нужна при монолитном строительстве домов, и ее заказ стоит недешево.

Часто возникает вопрос о том, что делать, если у вас не хватило материала? Можно ли укладывать смесь частями?

Да. Существует два способа укладки частями: так называемые горячий шов и холодный шов.

Время застывания занимает от пары часов при температуре 20C и до шести-восьми при 0C. Увеличить время застывания можно при помощи постоянного перемешивания уже залитого раствора, но строители не советуют часто применять этот способ. Быстрое затвердевание происходит в первые пару суток после заливки. При этом добавление следующей партии материала приведет к трещинам.

Итак, до начала схватывания вполне можно залить следующую партию, швов при этом не образуется. Это и есть технология «Горячего шва».

Если вы не успели провести работы до начала схватывания первого слоя, то придется выждать двое-трое суток, пока не произойдет частичное застывание. После затвердевания его необходимо почистить металлической щеткой, а также убрать пыль и мусор. Также необходимо проверить прочность конструкции. Это технология «Холодного шва».

В обоих случаях перед заливкой второй партии с поверхности удаляется белая пленка, затвердевший слой очень жидкого цемента. Для этого используют как лопаты, так и просто мощный поток воды. Для каждого типа фундамента СНиП определяет требования, касающиеся расположения швов и арматуры. Оптимальными считаются горизонтальные швы, но в определенных случаях допустимы вертикальные и угловые.

После заливки бетона наступает черед его уплотнения при помощи виброплит и виброреек. Уплотнение повышает прочность за счет устранения воздуха. Иногда используется штыкование.

Существуют смеси, которые не требуют уплотнения – с добавлением пластификаторов. Такие добавки повышают и прочность конструкции за счет исключения воздействия виброплит.

Уложенный раствор накрывается пленкой, при необходимости засыпается сверху опилками и периодически поливается водой – соблюдение режима влажности положительно сказывается на прочности. А вот пересохший материал теряет свою прочность. Опалубка разбирается только через две недели, а начинать строительство – через 2-4 недели, в зависимости от погоды. Чем холоднее на улице – тем больше требуется времени для застывания. Стандартный срок для полного застывания – 28 дней при температуре 20°C.

Цементная промышленность в мире

Тремя ведущими производителями цемента в мире являются США, Китай и Индия. Среди этих стран только Китай производит около 45% от общего объема мирового производства цемента.

Мировое потребление цемента продолжает расти, так как это не подлежащий переработке продукт, и поэтому каждое новое строительство или ремонт нуждается в новом цементе. Особенно в экономиках Азии и Восточной Европы производство цемента является важным элементом прогресса.

В мире насчитывается около 2273 действующих заводов по производству цемента. Некоторые из ведущих производителей цемента: Lafarge Holcim, Anhui Conch, China National Building Materials, Heidelberg Cement, Cemex, Italcementi, China Resources Cement, Taiwan Cement, Eurocement и Votorantim. Общее мировое потребление цемента, как показывают некоторые статистические данные, составляет до 23 миллионов метрических тонн.

Среди развитых капиталистических стран ведущими производителями цемента являются США, Франция, Италия и Германия. Иран, в настоящее время ведущий производитель на Ближнем Востоке, занимает третью позицию в мире по производству цемента. Азиатские и африканские страны также прогрессируют в производстве цемента.

Процесс обжига на цементном заводе вызывает выброс углекислого газа, который является одним из основных парниковых газов, ответственных за глобальное потепление. В целях сокращения и даже ликвидации вредных экологических последствий использования цемента, ведущие отрасли промышленности в настоящее время пытаются внедрить инновационные технологии, позволяющие использовать переработанные материалы и возобновляемые источники энергии. «Зеленый цемент» — это совершенно новый устойчивый строительный материал, который является результатом обширных исследований, связанных с устранением последствий глобального потепления.