Из истории появления бетона и бетономешалок

А.Ф. Ренкель
 

«Журнал Суда по интеллектуальным правам», № 21, сентябрь 2018 г., с. 101-105

Первые следы применения бетона в строительстве обнаружены в Древнем Риме. Тогда использовали бетонные смеси, состоявшие из гипса, извести и глины, для постройки таких сооружений, как арки, купола и т.д. Однако после развала Римской империи бетон довольно долго не применялся в строительстве.

Вновь следы использования бетона обнаружились всего 200 лет назад на территории Европы. Бетон являл собой каменистую смесь, в состав которой входили вода, заполнитель и вяжущий компонент. Благодаря развитию производственных технологий было изобретено такое вещество, как цемент. В 1796 г. англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент – первую в истории марку цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовал бетон [1].

На территории России цемент стали производить в восемнадцатом столетии. В Англии – в начале девятнадцатого столетия, причем именно там был изобретен гидравлический цемент. Во Франции и Германии первые заводы по производству цемента были открыты в 1842 и 1857 годах соответственно. В Америке производство цемента началось в 1870 году.

На современном строительном рынке бетон представлен множеством разнообразных видов, различным по своим составам и техническим характеристикам. Существует бетон обычный, легкий, тяжелый, силикатный, гипсовый; пластобетон, асфальтобетон и множество других видов, соответствующих различным целям и назначениям.

Изобретатели непрерывно совершенствуют этот материал. Вот несколько разработок, описания которых в последние 5 лет появились на стеллажах Патентной библиотеки России (ВПТБ). Цементные бетоны (пат. № 2509066), придуманы в ЗАО «Геонод разведка» для строительства понтонов, нефтяных платформ, опор с контролируемым и регулируемым саморазрушением их в воде. Суперпластификатор для бетонов (пат. № 2554990) предложила Рамзия Чеснокова (г. Новочебоксарск). Техническим результатом изобретения является увеличение подвижности и набор прочности товарного бетона в широком диапазоне температур.

При изготовлении теплозащитных конструкций зданий и сооружений пригодится теплоизоляционный ячеистый бетон (пат. № 2491257) Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова (г. Якутск). В Самарском государственном аэрокосмическом университете имени ак. С.П. Королева разработана композиция для изготовления жаростойких бетонов (пат. № 2592922). При изготовлении декоративных изделий может найти применение композиция (пат. № 2618819), разработанная в ООО «Ажио» (Санкт-Петербург). Технический результат – повышение предела прочности при сжатии и изгибе, обеспечение негорючести. Способ бетонирования при отрицательных температурах и ферромагнитная примесь для бетона защищены патентом № 2641680.

Настоящим прорывом в строительных технологиях стало изобретение железобетона. Впервые патент на использования железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. Этот высокопрочный материал, без которого невозможно себе представить современную жизнь, появился благодаря… цветочному горшку. Французы, истинные ценители красоты и изящества, украшали внешние и внутренние подоконники и балконы цветами в горшках и кадках. Увы, горшки, в которых произрастали нежные фиалки и примулы, делались из дерева, были непрактичны и недолговечны.

Как-то парижскому цветоводу Жозефу Монье пришла в голову мысль делать горшки из бетона. Однако бетонные вазоны также оказались непригодны для высаживания в них растений – растущие корни разрушали их. Тогда неутомимый садовник придумал усиленную конструкцию: стал покрывать цементом горшки из железной сетки. Так появился железобетон. 16 июля 1867 года Жозеф Монье получил патент на изготовление цветочных кадок из проволочной сетки, обмазанной с двух сторон цементным раствором.

Стальная арматура из проволоки, вживлённая в бетонную среду, делающая изделия ЖБИ прочными и изящными одновременно, стала визитной карточкой всех последующих изобретений Жозефа Монье. За двадцать последующих лет Монье запатентовал порядка 15 изделий из железобетона, в числе которых – железнодорожные шпалы, перекрытия, балки, мостовые конструкции, газовые и водопроводные трубы и даже переносные и стационарные жилые дома. В 1868 году Монье соорудил в Майсонс-Алфорте небольшой железобетонный бассейн, это был первый ЖБИ-бассейн в истории. Первый мост из железобетона, проезжая часть которого составляла около 4 метров, был возведен в 1875 году.

Монье подал в патентные ведомства Германии и России заявки на выдачу патентов на свои изобретения и получил патенты. В 1879 году немецкий инженер и фирмач Вайс заключил лицензионное соглашение с правообладателем. Вайс перенес арматуру из середины сечения в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение. Монье приехал в Берлин, где увидел новацию, запротестовал и сердито спросил у лицензиата Вайса: «Скажите, кто изобретатель этой конструкции – вы или я?» Вайс спокойно ответил: «Вы первый соединили железо с бетоном, и поэтому я называю эту конструкцию системой Монье, но я первый правильно расположил железо и бетон, хотя, к сожалению, я не мог получить на это патент».

Кстати, первым скрестил цементный раствор и арматурную сетку еще в 1848 году адвокат по профессии Ж.-Л. Ламбо, запатентовавший железобетон­ную лодку. Она стало экспонатом Всемирной выставки в Париже, получила приз «ЭКСПО-1855». Увы, специалисты (как это часто бывало в истории изобретений) интереса к диковинке не проявили и о лодке вскоре забыли. Ламбо не стал патентовать железобетон…

Естественное право собственности разработчика на свое изобретение провозгласил патентный закон Франции, принятый Конвентом в январе 1791 года. В своей преамбуле закон запрещал всем и всякому пользоваться изобретением без дозволения субъекта права. Закон утвердил монополию патентовладельца во имя развития промышленности. С этого времени патент на изобретение, родившийся одновременно с капитализмом, способствует его прогрессу.

Справедливость с железобетоном была восстановлена лишь спустя сто лет: в 1950 году во Франции было отмечено столетие рождения железобетона, и тем самым был утвержден приоритет Ламбо.

Идея Монье увлекла другого француза – талантливого инженера Эжена Фрейсине. Обладая глубокими техническими знаниями и досконально изучив свойства нового материала, Фрейсине создал множество уникальных разработок и внес огромный вклад в совершенствование и развитие эксплуатационных характеристик железобетона и расширил границы его применения. Так, например, ему удалось увеличить прочность железобетона с помощью вибропрессования.

Но самой значимой технической работой Фрейсине является изобретение технологии изготовления бетона из струнно-напряженных элементов. Максимально натянутые стальные каркасные струны — опоры в готовом бетонном элементе, возвращаются к исходной длине, придавая бетону дополнительное напряжение. Таким образом, при нагрузке на бетонную конструкцию процессы сжатия и растяжения распределяются равномерно, что значительно повышает несущие свойства железобетона.

Далее начался настоящий «бетонный бум». В начале ХХ века в Германии был изобретен «товарный цемент» — готовая смесь, которая доставлялась к месту строительства. В США и Англии появились первые бетономешалки.

Процесс строительства длился очень долго, поскольку готовый бетон окаменевал. Конная бетономешалка, использовавшаяся в то время, имела ограниченное применение. Деревянные лопасти перемешивали смесь, во время вращения колес телеги, но она была нескладной и медленной [2].

Стефан Степанян в 1935 году изобрел передвижную бетономешалку на шасси грузового автомобиля (пат. США № 1935922). Это техническое решение придало огромное ускорение всему мировому строительному бизнесу. Изобретение Степаняна стало работать за счет принципа естественного обрушения смеси в барабане. В таком барабане неподвижно закреплены лопатки, которые не позволяют компонентам скользить по стенкам при вращении, этим самым и обеспечивается перемешивание. В 1954 году на ежегодном собрании изобретатель Степанян был удостоен награды Национальной Цементной Ассоциации (National Ready Mixed Concrete Association), которая назвала его своим пожизненным почетным членом. В 2004 году Степаняна выбрали в качестве одного из 100 лучших профессионалов частного транспортного сектора Американской дорожной и транспортной ассоциации строителей.

Интересно, что Стефан Степанян (1882–1964) ещё в 1916 году направил заявку на автобетономешалку в Патентное бюро США (Ведомство по патентам и товарным знакам США). Но в выдаче патента было отказано из-за убежденности эксперта ведомства в том, что грузовик не выдержит вес бетономешалки (!?). Однако в 1928 году Степанян повторно подал заявку, и в 1933 году патент получил. Это было действительно революционное изобретение. Впоследствии за свои заслуги Степанян получил прозвище «Отец бетонной промышленности».

По невыясненным причинам патент был выдан с задержкой на 17 лет. Решение эксперта также остается неубедительным: ведь миссией патентного ведомства является продвижение «индустриального и технологического прогресса в Соединённых Штатах и усиление национальной экономики». Рассмотрим ситуацию в рамках патентной науки. В соответствии со ст. 6 Конвенции Евразийское патентное ведомство выдает евразийский патент на изобретение, которое является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Этот порядок отражен в патентных законах всех стран мира. Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях экономики или в социальной сфере (п. 4 ст. 1350 ГК РФ).

Для признания изобретения промышленно применимым необходимо, чтобы были выполнены следующие условия: указано назначение изобретения в описании, содержавшемся в заявке на дату подачи; приведены в документах и чертежах средства и методы, с помощью которых возможно осуществление изобретения. Осуществимость изобретения дополнительно усиливается требованием к описанию изобретения (п. 2 ст. 1375 ГК РФ гласит: описание должно раскрывать изобретение с полнотой, достаточной для его осуществления).

Эксперт проверяет техническую сторону предложения и на основании описания определяет, основываясь на своем опыте специалиста в данной области техники и используя общие естественно-научные знания, возможно ли в принципе реализовать указанное назначение заявленного изобретения. Если установлено, что на дату приоритета изобретения соблюдены все указанные требования, изобретение признается соответствующим условию применимости.

При несоблюдении указанных требований делается вывод о несоответствии изобретения условию промышленной применимости. В отношении изобретения, для которого установлено несоответствие этому условию, проверка новизны и изобретательского уровня не проводится.

Итак, в случае с автобетономешалкой эксперт был прав: засомневался в работоспособности устройства и отказал в выдаче патента. Для любого изобретателя это типичный пример.

В судебной практике известны случаи рассмотрения тяжб изобретателей к Роспатенту при отказе в выдаче патент. Понятно, если заявленное техническое решение не соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», следует отказ в удовлетворении иска. Таковы Решение Суда по интеллектуальным правам от 7 декабря 2015 года по делу № СИП-64/2015 и Определение Верховного Суда РФ от 12 октября 2016 № 300-ЭС16-13829 по тому же делу. Суды установили, что заявителем 30 апреля 2010 году была подана заявка № 2010117027 на выдачу патента на изобретение «Унифицированная оптическая схема разъемного соединителя волоконных световодов для разработки оптических преобразователей», не отвечающее условию патентоспособности «промышленная применимость».

Но вернемся к автобетоносмесителю. Многие строительные механизмы просты для понимания. Краны двигают грузы вверх и вниз. Самосвалы загружают, перевозят и разгружают. Бульдозеры сгребают. Из всего этого есть одно исключение – это простой автобетоносмеситель. Если бетон в той или иной форме был известен со времен строительства римлянами Аппиевой дороги (между Римом и Капуей), то передвижной бетоносмеситель – дитя ХХ века.

Барабанный автобетоносмеситель, который мы видим на дорогах сегодня, практически не изменился по сравнению с конструкцией Степаняна: как правило, автономный двигатель вращает барабан на кузове грузовика, в котором установлен винт (лопасти), за счет чего наполнитель, вода и цемент находятся в движении. Постоянная подвижность сохраняет готовую бетонную смесь от твердения, расслоения, а герметичная конструкция барабана предохраняет смесь еще и от попадания внешних загрязнений и влаги.

По мере того как менялась технология, менялась и конструкция смесителя. Традиционный автобетоносмеситель имеет вращающийся барабан, в который загружают уже затворенную водой смесь и транспортируют до объекта. При таком подходе смесь необходимо разгрузить на объекте не позднее чем через два часа (в идеале 45 минут).

В США, например, существует и другая категория автобетоносмесителей – с отдельными резервуарами для воды. Большее время в пути цемент, наполнители и другие ингредиенты (добавки) перемешиваются в сухом виде. И только в нескольких километрах от пункта назначения водитель добавляет воду в барабан из резервуара. Это промежуточный вариант между размещением завода на строительной площадке и доставкой уже готовой бетонной смеси.

Конструкция барабана автобетоносмесителя и в наше время совершенствуется. Немецкие изобретатели фирмы ЛИБХЕРР-МИШТЕХНИК ГМБХ особое внимание уделяю конструированию электропривода и гидропривода барабана автобетоносмесителя (пат. RU № 2545237 и № 2467872). В АООТ «НИКТИстройкоммаш» (Санкт-Петербург) разработан смесительный барабан в виде грушевидной емкости, который снабжен спиральными сегментами, образующими винтовую линию (пат. RU № 2215651). Изобретение позволяет повысить эффективность смесителя при работе с жесткими бетонными смесями.

С целью повышения эффективности работы смесителя изобретатель А. Лещинский из Хабаровского государственного технического университета предложил (пат. RU № 2101177) при перемешивании бетонной смеси осуществлять принудительное встречное вращение барабана и лопастного вала с жестко закрепленными на нем спиральными лопастями.

Литература

1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. — М.: Стройиздат, 1984.

2. Добронравов С. С., Сергеев С. П. Строительные машины. Учебное пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1981.

История возникновения цемента: как менялся материал

Skip to content

Великая Китайская стена, пирамида Нимуса, римский Пантеон, все эти чудеса архитектуры объединяет незаменимый стройматериал – цемент. Конечно, состав цемента сегодня отличается от того, каким он был во II веке до нашей эры.

Принято считать, что цемент – это отдельный стройматериал, но на самом деле, это искусственно вяжущее вещество на основе разных компонентов. Давайте разберемся, что же такое цемент, и кто его придумал.

Откуда взялся цемент

Древние римляне первыми применили массовое строительство из цемента. Они первыми придумали рецепт вяжущего вещества. Но основной компонент, а именно известь, открыли еще этруски в 8 веке до нашей эры. С этого открытия началась история цемента.

Смешав гашеную известь с вулканическим пеплом Везувия, римляне получили стройматериал, который оставался прочным даже под водой. Так появился первый гидравлический цемент. И сегодня мы можем убедиться в этом, посетив Колизей и Римский Форум.

Китайская стена строилась и разрушалась на протяжении многих веков. Но только во времена династии Мин (14-17 век н.э.) появился уникальный цементный раствор из гашеной извести и вареного риса. Эта смесь позволила сохранить не только это чудо света, но и множество гробниц и храмов.

Профессор Джозеф Давидовиц из Швейцарии доказал, что пирамида Хеопса была построена из бетона. Внутри одного из исследуемых блоков нашли человеческий волос. Это доказало, что сначала замешивали раствор, а после, создавались бетонные блоки.

В 1796 году Д. Паркер запатентовал романцемент – вяжущий материал, способный затвердевать как на воздухе, так и в воде. Но этот материал был недостаточно прочным.

Благодаря Джозефу Аспиду 21 октября 1824 года появился портландцемент. Эту дату можно считать днем рождения современного цемента. Назван он так в честь городка Портленд, где добывают природный камень, по цвету совпадающий с цементом.

Современный портландцемент

Портландцемент стал одним из самых популярных типов цемента. В его составе измельченный клинкер и двуводный гипс. В современный портландцемент вводятся различные добавки, которые делят его на 5 основных видов:

• Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) состоит из клинкера, гипса, минеральных добавок и шлаков. Такой состав позволяет БТЦ в первые трое суток твердеть на 70% быстрее, чем обычный цемент. 

• Пластифицированный портландцемент содержит суперпластификаторы, которые делают бетон более текучим. Такая особенность необходима при постройке объектов, которые подвергаются изменению уровня влажности и температур.

• Пуццолановый портландцемент (ПЦЦ) помимо основных компонентов содержит активную кремнеземистую добавку. Она повышает стойкость к воздействию пресных и соленых вод. Такой вид цемента широко используется для постройки сооружений во влажных условиях. Также этот вид цемента становится прочнее под воздействием высоких температур.

• Композиционный портландцемент производится с добавлением металлургических шлаков. Такой состав позволяет ему обладать сверхпрочными свойствами. Этот вид цемента используется для изготовления железобетонных блоков, и для строительства во влажных условиях.

• Дорожный портландцемент смешивается с добавлением доменного гранулированного шлака. Эта добавка не дает бетонной смеси схватываться в течении первых 2 часов. Такое свойство необходимо в условиях дорожных работ. Для придания смеси повышенных морозостойких свойств, в бетон добавляют пластификаторы и воздухововлекающие добавки.

В зависимости от требований к прочности, портландцемент делится на марки от М100-М600. Наиболее востребованными марками являются М400 и М500.

История производства портландцемента

Чтобы получить портландцемент, необходимо смешать измельченный клинкер и гипс. Клинкер получают путем обжига известняка и глины. Впервые обжигать глинистые известняки начали в 1871 году в Америке. Для этого использовали печи, в которых обжигают кирпичи. Такие печи работали неэффективно. Смесь получалась либо слишком запеченной, либо не совсем готовой.

В 1877 году была запатентована первая вращающаяся печь для обжига клинкера. Суточная производительность такой установки была 30 тонн в сутки. Современные печи сухого и мокрого способа производят более 3000 тонн в сутки.

Для равномерного измельчения клинкера, в 1892 году инженер Дэвидсен изобрел первую мельницу. Сегодня существуют мельницы как сухого, так и мокрого помола.

Как и 150 лет назад, производство портландцемента происходит в несколько стадий:

• Добыча сырья
• Помол сырья
• Смешивание необходимых ингредиентов
• Обжиг (получение клинкера)
• Помол клинкера с необходимыми добавками. В результате получается портландцемент

Сегодня портландцемент производится по такому же принципу, только на более современном оборудовании, и в других масштабах. 

Производство бетона

После распада Римской империи бетон перестали производить. И только в 1844 году Джонсон запатентовал современный способ производства бетона. Цемент выступает связующим веществом при смешивании бетона. От количества и марки цемента зависит класс и марка бетонной смеси. 

Помимо цемента, в бетонную смесь добавляется гравий, песок и добавки, которые влияют на свойства стройматериала. 

Качество бетона напрямую зависит от качества цемента. Прежде чем замешивать бетон, убедитесь в подлинности цемента. От этого зависит прочность будущей постройки.

История цемента | Строительные материалы — CEMEX USA

Знаете ли вы?

• Египтяне использовали цементоподобный материал (содержащий гипс) для возведения Великой пирамиды в 2600 г. до н.э.
• Пять штатов производят почти 50% всего цемента, производимого в Америке. Это (по порядку): Калифорния, Техас, Мичиган, Пенсильвания и Миссури.
• Цемент является едким веществом. Он может обжечь кожу и глаза, как кислота.

Материалы предоставлены Институтом информации о полезных ископаемых, © 2002 www.mii.org 

История портландцемента

Цемент в том виде, в каком мы его знаем, был впервые разработан Джозефом Аспдином, предприимчивым британским каменщиком 19-го века, который нагревал смесь молотого известняка и глины в своей кухонной плите, а затем измельчал смесь в порошок. мелкий порошок.

Результатом стал первый в мире гидравлический цемент: тот, который затвердевает при добавлении воды. Аспдин назвал свое творение портландцементом из-за его сходства с камнем, добытым на острове Портленд у британского побережья. В 1824 году этот блестящий мастер получил патент на самый распространенный в мире строительный материал, положивший начало современной мировой промышленности по производству портландцемента.

Производственный процесс

Портландцемент – комбинация кальция, кремнезема, алюминия и железа – является основным компонентом бетона.

Производство кальциево-силикатного портландцемента, соответствующего определенным химическим и физическим характеристикам, требует тщательного контроля производственного процесса.

Во-первых, сырье — известняк, ракушки или мел вместе со сланцами, глиной, песком или железной рудой — добывается в карьере, который обычно находится рядом с заводом-изготовителем. Перед тем, как покинуть карьер, эти материалы измельчаются двумя комплектами дробилок. Первичный набор дробит камень примерно до пяти дюймов (125 мм) в диаметре, а вторичный набор измельчает его всего до 3/4 дюйма (19 мм).мм). Затем сырье отправляется на завод-изготовитель, где его дозируют для создания цемента с определенным химическим составом.

Портландцемент производится двумя способами: мокрым и сухим.

При сухом способе сухое сырье дозируется перед измельчением в мелкий порошок, смешивается, затем в сухом виде загружается в печь.

При мокром методе суспензия создается путем добавления воды к правильно подобранным сырьевым материалам перед их измельчением, смешиванием и подачей в верхний конец наклонной и вращающейся цилиндрической печи, где скорость их прохождения контролируется наклон и скорость вращения.

Горящее топливо — обычно порошкообразный уголь или природный газ — затем подается в нижнюю часть печи, нагревая сырье до 2600–3000 градусов по Фаренгейту (1430–1650 градусов по Цельсию). При температуре 2700 градусов по Фаренгейту (1480 градусов по Цельсию) несколько химических реакций сплавляют сырье, создавая так называемые цементные клинкеры: серовато-черные гранулы размером с мрамор.

Раскаленные докрасна клинкеры выгружаются из нижнего конца печи и передаются в различные типы охладителей для снижения их температуры, чтобы с ними можно было безопасно обращаться. После охлаждения клинкеры смешивают с гипсом и измельчают в порошок серого цвета, настолько мелкий, что он может пройти через сито с размером ячеек 75 микрон или 200 меш.

Этот мелкодисперсный порошок серого цвета представляет собой портландцемент.

Типы портландцемента

Гибкость портландцемента очевидна в различных типах, которые производятся для удовлетворения различных физических и химических требований.

Спецификация C-150 Американского общества по испытанию материалов (ASTM) предусматривает восемь отдельных типов портландцемента.

• Тип I — Для использования, когда специальные свойства, указанные для любого другого типа, не требуются.
• Тип IA — Воздухововлекающий цемент для тех же целей, что и Тип I, где требуется воздухововлечение.
• Тип II — Для общего использования, особенно когда желательна умеренная устойчивость к сульфатам.
• Тип IIA — Воздухововлекающий цемент для тех же целей, что и Тип II, где требуется воздухововлечение.
• Тип II(MH) — Для общего использования, особенно когда желательны умеренная теплота гидратации и умеренная устойчивость к сульфатам.
• Тип II(MH)A — Воздухововлекающий цемент для тех же целей, что и тип II(MH), где требуется воздухововлечение.
• Тип III — Для использования, когда требуется высокая начальная прочность.
• Тип IIIA — Воздухововлекающий цемент для тех же целей, что и Тип III, где требуется воздухововлечение.
• Тип IV — Для использования, когда желательна низкая теплота гидратации.
• Тип V — Для использования, когда требуется высокая стойкость к сульфатам.

Белый портландцемент

Когда архитектурные соображения требуют белого или цветного бетона или раствора, портландцемент можно адаптировать к производству белого портландцемента, который является лишь одним из ряда доступных типов гидравлического цемента специального назначения.

Белый портландцемент идентичен по составу традиционному продукту серого цвета, за исключением цвета. Это стало возможным во время производственного процесса за счет выбора сырья, содержащего лишь незначительное количество оксидов железа и магния, которые придают портландцементу его серый цвет.

Смешанные гидравлические цементы

Смешанные гидравлические цементы, разработанные в соответствии со специальными требованиями стандартов ASTM C595 или C1157, производятся путем смешивания портландцемента, измельченного и гранулированного доменного шлака, золы-уноса, природного пуццолана и микрокремнезема . Эти цементы также могут быть воздухововлекающими, умеренно сульфатостойкими или с умеренной или низкой теплотой гидратации, в зависимости от необходимости.

Цементы, соответствующие стандарту ASTM C1157, включают:

• Тип GU — смешанный гидравлический цемент для общестроительных работ.
• Тип HE — цемент высокой ранней прочности.
• Тип МС — цемент средней сульфатостойкости.
• Тип HS — цемент повышенной сульфатостойкости.
• Тип МН — цемент средней теплоты гидратации.
• Тип LH — низкотемпературный цемент гидратации.

Цементы, соответствующие стандарту ASTM C1157, также могут иметь низкую реакционную способность (вариант R) с заполнителями, реагирующими со щелочами. Ограничений по составу цементов С1157 нет. Производители могут оптимизировать ингредиенты, такие как пуццоланы и шлаки, для достижения определенного набора свойств бетона.

Из всех смешанных цементов, доступных во всем мире, типы IP и IS являются наиболее распространенными. В то время как Европа и Азия в настоящее время используют больше цементов с добавками, чем Соединенные Штаты, экологические и энергетические проблемы, в дополнение к потребительскому спросу на цементы с особыми свойствами, могут изменить эту ситуацию.

History of Cement – ​​World Cement Association

Долгий путь к современному портландцементу

Древняя история:

Цемент использовался людьми на протяжении всей истории; вариации этого материала использовались до 12 000 лет назад, при этом самая ранняя археологическая находка сводчатого побеленного пола из обожженного известняка и глины была обнаружена на территории современной Турции.

Первые обожженные глиняные кирпичи были разработаны в так называемом Плодородном полумесяце, где было обнаружено, что из обожженного известняка можно производить известь для приготовления раствора. Около 800 г. до н.э. финикийцы использовали знания о том, что смесь обожженной извести и вулканического пепла, которую сегодня называют «пуццоланой», можно использовать для производства гидравлической извести, которая была не только прочнее, чем все, что использовалось ранее, но и затвердевала под водой.

Римляне разработали новые методы каменной кладки, с помощью которых они могли возводить величественные здания с тяжелым фундаментом. Одной из таких разработок был «opus caementitium», разновидность бетона из извести с заполнителями из песка и щебня. В основном это использовалось между кладочными камнями или кирпичами, служившими опалубкой. В других цементах в качестве заполнителей использовался кирпичный щебень, черепица и керамическая посуда. Римский архитектор и инженер Маркус Витрувий Поллион всесторонне описал знания и методы строительства того времени, которые на протяжении сотен лет служили основой методов строительства.

Знаменитыми историческими зданиями из бетона, сохранившимися до наших дней, являются Колизей и Пантеон в Риме, а также собор Святой Софии в Стамбуле.

Средневековье

Средневековье было спокойным периодом в истории цемента; любые открытия, сделанные в эту эпоху, остаются неизвестными, хотя известно, что каменщики использовали гидравлический цемент для строительства таких сооружений, как крепости и каналы.

В средневековых гильдиях знания были секретом и передавались ученикам устно, а не в письменном виде, в то время как алхимики исследовали свойства и реакционную способность веществ, часто используя кодированный язык. Типичные строительные растворы того времени состояли из извести и песка — бетона в том виде, в каком мы его знаем, еще не существовало.

Промышленная революция в Европе в конце 18 ^го века ознаменовалась целым рядом новых разработок в области цемента и бетона, при этом важный вклад сделал Джон Смитон, который обнаружил, что гидравличность извести напрямую связана с содержанием глины в известняке, Джеймс Паркер, Луи Вика и Егор Челиев.

Рождение портландцемента:

Предшественник современного цемента был создан в 1824 году Джозефом Аспдином, британским каменщиком и строителем, который экспериментировал с нагреванием известняка и глины до тех пор, пока смесь не прокалится, измельчением и перемешиванием. это с водой. Aspdin назвал этот портландцемент в честь знаменитого прочного строительного камня с острова Портленд в Дорсете, Великобритания. Его сын Уильям Аспдин изготовил первый цемент, содержащий алит (нечистая форма трехкальциевого силиката).

В 1845 году Исаак Джонсон обжигал мел и глину при гораздо более высоких температурах, чем Аспдины, около 1400-1500 ^o C, что привело к спеканию смеси и получению того, что по сути является современным цементом.

С 1850 года использование бетона из портландцемента значительно увеличилось. Такие проекты, как скульптуры, небольшие мосты и бетонные трубы, были типичными приложениями в то время и помогли повысить его известность. Затем последовали крупномасштабные канализационные системы, такие как в Лондоне и Париже, а строительство метро и подземных переходов увеличило спрос. К концу 19ХХ века пустотелые бетонные блоки для жилищного строительства стали мейнстримом.

Появление железобетона началось в 1840-х годах во Франции, положив начало периоду инноваций с использованием армированных колонн, балок и т. д., позволяющих строить большие мосты, более высокие и большие здания и т. д., и значительно уменьшило преобладание стальных конструкций. .

Первый стандарт цемента для портландцемента был утвержден в Германии в 1878 году, определяя первые методы испытаний и минимальные свойства, и многие другие страны последовали его примеру.

Производство цемента и его применение резко возросли во всем мире на рубеже веков. С 1900-х годов вращающиеся печи заменили оригинальные печи с вертикальным валом, поскольку они используют радиационную теплопередачу, более эффективную при более высоких температурах. достигается однородная температура клинкера и получается более прочный цемент. В полученную смесь теперь также добавляют гипс для контроля схватывания, а для измельчения клинкера используют шаровые мельницы.

Другие разработки прошлого века включают цементы на основе алюмината кальция для повышения стойкости к сульфатам, смешение Розендейла (натуральный гидравлический цемент, производимый в Нью-Йорке) и портландцемента для получения прочного и быстросхватывающегося цемента в США, а также увеличение использование вяжущих материалов для хранения ядерных отходов.

Будущее цемента и бетона

Постоянно появляются новые технологии и инновации для улучшения устойчивости, прочности и областей применения цемента и бетона. Некоторые передовые продукты включают волокна и специальные заполнители, например, для создания черепицы и столешниц, в то время как производство за пределами площадки также приобретает все большее значение с ростом цифровизации и искусственного интеллекта, что может сократить количество отходов и повысить эффективность и условия труда на месте.