Цемент кто изобрел: Когда изобрели цемент: кто придумал и в каком году, история появления

Содержание

Когда изобрели цемент: кто придумал и в каком году, история появления

История цемента как строительного материала насчитывает много лет, в течение которых менялись его структура, состав и технические характеристики с целью улучшения качеств и определения самого удачного варианта. Сегодня цемент является одним из основных строительных материалов, ведь представить осуществление каких-либо работ без бетона очень сложно.

Цемент представляет собой неорганическое гидравлическое вяжущее искусственного происхождения, которое в процессе взаимодействия с водой и другими жидкостями создает пластичную массу, способную затвердевать и превращаться в каменный монолит с высокими прочностными характеристиками. Особенность цемента – способность набирать прочность в условиях влажности, что не могут делать другие минеральные вяжущие (воздушная известь, гипс и т.д.).

Основным показателем свойств цемента является его марка: буква М и цифры рядом обозначают уровень прочности на сжатие и другие сопутствующие характеристики (М200, М500). Производят цемент посредством тонкого помола гипса и клинкера (продукт равномерного обжига до состояния спекания однородного сырья из глины и известняка). В процессе измельчения в состав могут вводиться разные добавки для изменения свойств.

Читайте также: про строительство и ремонт.

Виды цемента по основному минералу:

Романцемент – больше белита, сейчас его не производят.
Портландцемент – больше алита, самый распространенный.
Магнезиальный (цемент Сореля) – на базе магнезита, затворяется только водным раствором солей.
Глиноземистый – преобладает алюминатная фаза.
Биоцемент – появился благодаря использованию в производстве биотехнологий.
Кислотоупорный – на базе гидросиликата натрия: смесь кремнефтористого натрия и кварцевого песка затворяют водным раствором жидкого стекла.

Чаще всего используют портландцемент, который производят путем нагрева глины и известняка до +1450-1480 градусов. Смесь плавится, формируя гранулы клинкера, который потом смалывают с гипсом.

Основные фазы типичного клинкера для производства портландцемента:

    Алит – самый важный компонент клинкера (его в составе 50-70%), быстро вступает в реакцию с водой, влияет на прочность, особенно важен для 28-суточной прочности.
    Белит – 15-30% в составе, в реакцию вступает медленно, на прочность влияет мало в течение 28 суток, но потом повышает показатель.
    Алюминат – 5-10%, реагирует с водой быстро, может стать причиной слишком быстрого схватывания (для препятствования этому часто добавляют гипс).
    Феррит – 5-15% в составе, скорость реакции с водой может быть разной, но обычно высокая вначале, замедляется позже.

Немного предыстории о материале

Содержание статьи:

На вопрос о том, когда изобрели цемент, ответить трудно. Принято считать, что основные способы производства вяжущих нашли в 3-4 тысячелетии до н.э. Случилось это при обжиге горных пород и измельчении того, что получилось. Самые первые созданные искусственно вяжущие – это строительный гипс и известь.

Именно их использовали в строительстве бетонной галереи лабиринта (Египет, 3600 год до н.э.), Великой Китайской стены, Римского Пантеона, давних домов в Мексике.

Ввиду того, что глина и гипс могут затвердевать лишь на воздухе, их называют воздушными. Прочность материалы демонстрируют сравнительно невысокую. По мере изучения свойств материалов их водостойкость начали повышать добавлением мелкосмолотой обожженной глины, вулканических пород (это «пуццоланы» — название пошло от места залегания пород в городе Поццуолли, древний Рим).

С 1584 года в Москве начал действовать «Каменный приказ», направленный на производство кирпича, заготовку камня для строительных целей, а также производство извести. В течение многих лет гипс и известь оставались основными видами вяжущего. В 18 столетии в России начала интенсивно развиваться промышленность, были попытки систематизировать знания про вяжущие вещества, создавать новые виды.

Цемент был изобретен в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев смешал глину с известью и получил материал, обладающий вяжущими свойствами. Через несколько лет он издал книгу, где полностью описал процесс приготовления не только цементных материалов, но и бетон, а также рассмотрел достоинства их применения в кладке кирпичей, возведении зданий и набережных.

В 1824 году Джозеф Аспдин смог придумать современный портландцемент, который после смешивания с щебнем, песком и водой можно было применять в качестве бетона. Материал прекрасно выдерживал сжатие, но боялся растяжений. Тогда же начали изучать другие материалы и знали, что железные балки хорошо выдерживают растяжение, но боятся сжатия.

Практически одновременно несколько людей решили соединить свойства двух материалов для лучшего результата. На юге Франции в 1850 году Жан-Луи Ламбо построил несколько лодок из армированного железной сеткой бетона. В 1854 году британец Уильям Уилкинсон первым использовал бетонные панели, армированные железными балками, в возведении 2-этажного дома в Ньюкасле.

Тогда же примерно еще один строитель, Франсуа Куанье, во Франции решил поэкспериментировать – он первым связал стеновые панели со стальной арматурой перекрытий. Правда, в массы это не пошло. А вот ввел в практику железобетон человек, далекий от строительства. Создание железобетона стало одним из самых важных событий за всю историю строительства.

В 1846 году Джозеф Монье был назначен садовником оранжереи в известном саду Тюильри, что возле Лувра. Ему понадобились прочные садовые кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев. Монье создал несколько кадок из смеси цемента, песка, молотого кирпича, золы (бетон), но конструкция постоянно покрывалась трещинами. И тогда Монье решил укрепить их железными стержнями.

Тогда принято было считать, что железо разрушает бетон при перепадах температур, но за 3 года все кадки остались целы. Тогда Монье сделал таким же образом емкости для воды, элементы украшения ландшафта, а в 1867 году представил железобетон миру в Париже, запатентовав его использование в искусственных водоемах. Дальше были оформлены и другие патенты – на бассейны и трубы, строительные панели, конструкции мостов, шпалы и балки.

Изобретенный Монье материал в 1875 году под его же руководством был использован в строительстве небольшого моста в замке Шазелье. А потом, в 1879 году, инженер-строитель из Германии по имени Густав Вайс выкупил все патенты у Монье и усовершенствовал конструкцию, передвинув арматуру в бок максимальной нагрузки на растяжение (ведь Монье инженером не был, такие нюансы не учитывал).

Таким образом, Густав Вайс завершил работы по созданию современного железобетона. Цемент с самого момента появления был очень высоко оценен. Сегодня без него не обходится практически никакое грандиозное строительство, материал используется во всех сферах, разных изделиях, конструкциях, зданиях.

Цемент – это не какой-то отдельный строительный материал, этот термин обозначает группу веществ с определенными физическими характеристиками: порошкообразность, вязкость, способность создавать пластичную массу с водой, а после высыхания становиться монолитом. Процесс всегда односторонний, обратно вернуть ничего нельзя.

Затвердевший цемент никогда не вернется в исходное состояние. Главные компоненты цемента – маргелистые, глинистые, известковые породы, разные добавки (бокситы, шлак и т.д.). После высокотехнологичной и высокотемпературной обработки сырье сплавляется (частично или полностью), создавая алюминаты/силикаты кальция, что делает его прочным. Видов цемента много.

Добавки в цементе обозначаются буквой Д и указывают процент (Д20 – 20% модифицирующих добавок). Если цемент чистый, стоит Д0. Благодаря добавкам удается повысить такие показатели, как стойкость к воде и коррозии, морозу и солнцу, упругость и пластичность, а также другие.

Характеристики и области применения наиболее востребованных марок

Рассматривая цемент и его характеристики, нужно понимать, какой функционал возложен на материал. Главная задача вяжущего – связывание всех компонентов конструкции/изделия в монолитное целое. Существует всего 2 типа вяжущих: воздушные (твердеющие на воздухе) и те, на свойства которых оказывает воздействие вода. Воздушные вяжущие – это гипс, глина, воздушная известь, гидравлические – цемент и гидравлическая известь.

Цемент – самый часто используемый вяжущий материал, который дает возможность создавать изделия/конструкции высокой прочности. В соответствии с типом исходного сырья и добавок есть два типа цемента – портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцемент делится на быстротвердеющий материал и вяжущее с минеральными добавками.

Бетонные конструкции, в производстве которых используют цемент, могут обладать самыми разными техническими характеристиками. Добавки позволяют повышать свойства стойкости к морозу, влаге, агрессивным средам, погодным условиям, нагрузкам и т.д. Так, бетон используют для возведения домов и зданий, изделий и конструкций, даже ракетно-стартовых площадок и аэродромов.

Для обозначения максимальных показателей прочности используют понятие «марка» и цифры. Так, марка М400 указывает, что в лабораторных испытаниях затвердевший кубик из цемента с ребром 10 сантиметров при раздавливании под прессом выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Самые распространенные марки – от М200 до М500. Есть цемент М600 и выше, но он актуален для возведения военных объектов, конструкций особого назначения.

Все цементы твердеют достаточно быстро – первоначальное схватывание начинается через 40-50 минут после затворения водой, конец твердения – через 12 часов. Полную прочность цемент набирает в течение 28 суток.

Самые востребованные марки цемента:

Портландцемент М400 – прочность 400 кгс/см2, применяют в производстве бетонных/железобетонных, монолитных конструкций, сборных ЖБИ, строительных растворов для штукатурки и кладки. Также цемент используют в бетоне для производства искусственной брусчатки, элементов мощения, садовых и дорожных бордюров.
Портландцемент М500 – прочность на сжатие равна 500 кгс/см2, марка отличается быстрым схватыванием и твердением. Из цемента выполняют строительство гидротехнических сооружений, создание высокопрочных сборных ЖБИ, монолитных сооружений, проведение аварийных ремонтных работ (при условии первоначально высокой прочности) и т.д.

Сульфатостойкий цемент – используют для создания конструкций, которые будут испытывать влияние сульфатных вод, при переменном горизонте, с постоянным замораживанием/оттаиванием, увлажнением/высыханием. Делают мосты, сваи, опоры для работы в минеральных водах.
Тампонажный – для цементирования газовых, нефтяных, иных скважин.
Напрягающий – актуален для ремонта/строительства подземных емкостных конструкций бассейнов, сооружений, гаражей под землей, тоннелей и т.д.
Высокоглиноземистый цемент – дает бетонам быстрое твердение, максимальную прочность в минимальные сроки, высокую огнеупорность и стойкость к агрессивным средам. Часто такой цемент используют для восстановления прорванных труб и плотин, разрушенных мостов и дорог, в срочном создании фундаментов.
Белый и цветной портландцемент – актуален для выполнения скульптурных, архитектурно-отделочных работ, покраски бетонных, кирпичных, шлакоблочных частей сооружений/зданий.

Разные виды цемента могут отличаться по физико-техническим свойствам. Основной критерий выбора марки цемента – сфера эксплуатации изделия, конструкции, здания, предполагаемые нагрузки, условия.

Дополнительные характеристики цемента, на которые нужно обращать внимание:

Активность – проверяется путем сжимания образца до разрушения, выражается в определенных показателях.
Плотность – считают по объему свежего цемента. Имеет значение крупность помола, которая должна быть равна 1.3 т/м3, но многое зависит от условий транспортировки, хранения. Цемент может слеживаться, уплотняться, поэтому при весе 1.3 т допускается уменьшение веса, но не очень значительное.
Срок годности – с момента производства до использования должно пройти не больше 6 месяцев (но производители гарантируют заявленные характеристики лишь в течение 2 месяцев). Цемент в мешках в условиях закрытого помещения и оптимальной влажности может храниться 3 месяца, в биг-бегах – до 6.

Время застывания – добавки регулируют этот параметр, но многое зависит от сезона (в летнее время кладочный раствор застывает за 2-3 часа до первичной крепости, зимой – до 8 часов).
Стойкость к коррозии – способность твердого монолита противостоять различным агрессивным воздействиям (щелочных/химических сред).
Водопотребность – потребность сухой смеси в определенном объеме воды для получения подвижности в применении.
Тонкость помола – главный показатель дисперсности, определяется числом сухого остатка на сите при контрольном просеивании. Параметр влияет на прочность застывшего монолита.
Морозостойкость – стойкость к отрицательным температурам, способность выдерживать определенное число циклов замораживания/оттаивания. Для повышения показателя используют минеральные добавки.

История цемента показывает, что создание данного вещества стало одним из самых важных событий в ремонтно-строительной сфере. Не менее важным этапом стало и объединение бетона с металлом, открыв эру железобетонных зданий, конструкций, изделий. При выборе цемента необходимо ориентироваться на основные марки и их характеристики, обращая внимание на соответствие требованиям по проекту, условиям эксплуатации, нагрузкам и т.д.

Источник

Кто изобрел цемент

Первые данные об использовании цемента в строительстве относятся примерно ко II веку до н.э. Смесь извести с вулканическим пеплом, пемзой и туфом со склонов Везувия использовалась римлянами в качестве связующего при строительстве каменных сооружений. Римские строители изготавливали и отдельные элементы сооружений из цемента, но его прочность оставляла желать лучшего.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 1824 году Джозеф Аспдин разработал современный портландцемент, который в смеси с песком, щебнем и водой уже можно было применять в качестве строительного материала — бетона. Он хорошо выдерживает сжатие, а вот растяжения приводят к его разрушению. А железные балки, наоборот, отлично работают на растяжение и плохо на сжатие. Идея соединить эти достоинства почти одновременно пришла в голову нескольким людям. Жан-Луи Ламбо в начале 1850-х годов построил на юге Франции несколько небольших лодок с использованием бетона, армированного железной сеткой.

Британец Уильям Уилкинсон в 1854 году стал первым, кто использовал армированные железными балками бетонные панели в строительстве двухэтажного дома в Ньюкасле. Примерно в это же время другой строитель, Франсуа Куанье, экспериментировал с железобетоном во Франции — он стал первым, кто связал стальную арматуру перекрытий со стеновыми панелями. Но в массовую практику новый материал ввел человек, не имевший к строительству никакого отношения.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Изобретение армированного железобетона стало одним из важнейших событий в истории строительства.

Джозеф Монье в 1846 году был назначен садовником оранжереи в саду Тюильри возле Лувра. Для пересадки апельсиновых деревьев на зиму в теплицу ему понадобились прочные садовые кадки. Монье сделал несколько таких кадок из бетона (цемента с песком, золой, молотым кирпичом), но они все время трескались. Поэтому он укрепил их стенки с помощью железных стержней.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В то время считали, что железные элементы при перепадах температур быстро разрушат бетон, но за три года ни одна кадка не вышла из строя! После этого Монье перешел на емкости для воды и другие элементы ландшафтного дизайна из нового материала. В 1867 году он продемонстрировал армированный бетон на международной выставке в Париже и получил первый патент на использование материала в искусственных водоемах. За первым патентом последовали другие — на трубы и бассейны (1868), строительные панели (1869), мостовые конструкции (1873), балки и шпалы (1878).

В 1875 году под руководством Монье в замке Шазелье был построен небольшой железобетонный мост. А в 1879 году немецкий инженер-строитель Густав Вайс купил права на все патенты Монье и усовершенствовал его конструкцию, сместив арматуру в сторону наибольшей нагрузки на растяжение (Монье не был инженером и не вникал в такие тонкости). Тем самым Густав Вайс сделал последний шаг в сторону современного железобетона, вскоре захватившего строительные площадки всего мира.

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.

 

Интересно, что цемент изобрели задолго до нашей эры

Первые попытки использовать разнообразные связывающие материалы предпринимались на заре становления человечества. Ученые находили древние составы используемые при строительстве и по своей структуре напоминающие современный бетон более 5000 лет до нашей эры. А искусственно созданные смеси из минеральной крошки активно использовались и в Древнем Риме, и в Индии, и в Китае.

Первые растворы содержали известь. При взаимодействии с различными оксидами и водой известь кристаллизуется и образует прочные нерастворимые гидросиликаты калия.

Современный цемент получают при нагревании, до температуры чуть менее полутора тысяч градусов Цельсия, смеси гашеной извести с глиной или минеральных веществ с составом подобном глине. В процессе частичного плавления из этой нагретой смеси образуются гранулы клинкера. Полученные гранулы перемалывают с добавлением небольшого количества гипса до получения цементной пыли мельчайше фракции. Именно такой состав позволяет получить цемент и современный бетон.

Качество и особые свойства различных видов цемента можно варьировать с помощью различных добавок. Такие добавки могут влиять на скорость схватывания, прочность, время хранения.


История брусчатки

Строительный материал, применяющийся при укреплении и уплотнении дорожного или пешеходного полотна, носит название брусчатка. Способов ее изготовления сейчас имеется множество (смотрите статью «Методы производства тротуарной плитки»).

Историками установлено, что самой давней брусчаткой, которая известна человечеству, выложена дорога у подножья горы Височицы. Эта гора расположена в 22 километрах от Боснии недалеко от города Високого. Совсем недавно, археологи обнаружили высоко в горах террасы, выложенные из этого древнейшего строительного материала.

Цемент в цифрах

Самым основным строительным материалом можно назвать цемент вместе с производимым из него бетоном. Очень интересную статистику, связанную с этим удивительным материалом, можно найти в сети интернет. Ниже можно почитать основные статистические выводы, а также смотрите статью об изобретении цемента.

Интересно, что это второй после воды по количеству использования ресурс на земле. Производством цемента занимаются 156 стран мира. Большая часть производства цемента в мире (70%) находится в 10 странах мира. За несколько последних лет в структуре производства и потребления цемента увеличилась доля развивающихся стран. Первое место среди них занимает Китай. Объемы цементного производства в Китае за 1994 — 2011 годы выросли в пять раз. Это составило более 50% мирового объема производства.

Полимербетон — новое слово в строительстве

Такое понятие как «полимербетон» сегодня охватывает несколько различных видов бетона, имеющих в своем составе особое органическое термореактическое связывающее вещество (эпоксидную смолу) и специальный дисперсный наполнитель (тальк, кварц или гранитную крошку). Однако, из-за весьма высокого содержания дисперсной фракции, изделия из полимербетона не смогут выдержать серьезную несущую нагрузку. Поэтому из него не делают, например, строительные блоки, применяемые в качестве опорных элементов, но широко используют в виде интерьерного или фасадного декора.

Резиновая тротуарная плитка набирает популярность

Одним из новых направлений в деле благоустройства парковых территорий и загородных домовладений стала укладка резиновой тротуарной плитки. Благодаря своим уникальным эксплуатационным характеристикам она уже обрела завидную популярность, несмотря на достаточно высокую цену.

В целом такую плитку можно применять везде, поскольку она безвредна для окружающей среды. Сырьём для неё служит резиновая крошка, получаемая в результате переработки отслуживших своё шин автомобилей, от которых она и унаследовала великолепную прочность и долговечность ведь на изготовление шин идут качественные синтетические и натуральные каучуки.

Существует тротуарная плитка 3d

Новые технологии в строительстве появляются одна за другой, они позволяют придумать идеи для заработка. Сегодня в строительной сфере появился новый, не имеющий аналога материал, который позволяет построить бизнес с минимальными вложениями! Этим материалом является тротуарная плитка 3d. Плитку с трехмерным изображением считают абсолютной новинкой. Она выдерживает большие эксплуатационные нагрузки, не скользит, не трескается при морозе и не выгорает на солнце. Само олицетворение природы, плитка 3d с изображением морского дна или сочного зеленого газона. И это является ее основным отличием от простой бетонной тропинки. Это оптимальное решение для загородного участка и не только. Также 3d плитка привлекает внимание, следовательно, она прекрасно подойдет для торговых центров, клубов, ресторанов, кафе и других учреждений, которые заинтересованы в привлечении новых клиентов.

Интересная история изобретения бетона

ЖБИ, как и монолитный железобетон, применяются сегодня повсюду при строительстве сооружений. Для возведения фундамента становятся необходимыми ЖБИ-блоки или же сваи из железобетона. Также могут применяться монолитное бетонирование или буроинъекционные сваи, свайно-ростверковые, ленточные и буронабивные фундаменты. Строительство несущих конструкций невозможно без специальных перекрытий. А лестничные марши или оконные перемычки, трубы из железобетона или дорожные плиты, колодезные кольца или коллектора? Как видно, без бетона строительство надёжного сооружения невозможно!


Когда изобрели цемент?


Впервые цемент был получен англичанином Джеймсом Паркером в 1796 году при обжиге глины с использованием извести. Тогда, как же строили наши далёкие предки? На протяжении веков эти люди использовали известь, глину или гипс, но нужны были эти материалы больше для штукатурных или кладочных работ.


А, вот, первые образцы бетона были найдены археологами в разных уголках земли. Использовали бетон уже в 7500 г. до нашей эры! И пусть, тогда возводили не огромные сооружения, а отдельные элементы зданий, бетон был незаменим. Преуспели же в этом деле римляне. Поклонники современной науки, сравнивая образцы старинного бетона и сухую смесь сегодняшнего дня, по незнанию могли бы сказать, что жалеть не о чём. Увы, это не так: бетон древних римлян не очень похож на то, что мы видим сейчас, однако, он был необычайно крепок. Так сложилось, что секрет приготовления такого бетона был утерян безвозвратно.


По тому же незнанию многие полагают, что цемент изобрёл в 1824-1825 гг. Джозеф Аспдин. Оказывается же, что наш соотечественник Егор Челиев знал о цементе ещё в 1813 году, вовсю его используя. Однако, тогда нашим людям было не до патентов на свои изобретения. Конечно, портландцемент 200-летней давности имел слегка другой состав, чем сейчас. В наши дни производство бетона подразумевает использование цемента тонкого помола с нормированным составом и различными добавками. После бетона появился ЖБИ и, наконец, железобетон, который французы применяли сначала только в искусстве, пока в 1865 г. не вырос первый дом из ЖБИ.

История открытия и производства цемента в России и мире

Дата публикации: 03.04.2017 09:07

История создания цемента

 

Цемент – это широко используемый строительный материал, благодаря которому можно возводить строения повышенной прочности при относительной простоте строительных работ. На сегодняшний день он является неотъемлемой часть стройки, но большинство строителей не задумываются о том, как был создан цемент. Давайте обратимся к истории этого популярного строительного материала.

 

 

История создания цемента берет свое начало в третьем веке до н.э. Ученые и историки до сих пор не смогли установить точный век появления, поэтому дата условная. Ведь примерно в третьем веке появилось подобие этого материала – вяжущие вещества, схожие по свойствам с цементом, добывались путем обжига и измельчения горных пород. Они отличались от современного собрата слабой водостойкостью, были хрупкими и имели массу других недостатков.

 

Классический, всем известный цемент известен человечеству с начала 19-го века. Придумал его Е. Челиев, простой строитель, смешавший глину и известь. Его изобретение не было случайным – в то время российская промышленность требовала новых изучений в области создания строительных материалов. Спустя несколько лет Д. Аспинд, английский строитель, придумал обжигать смесь Челиева при большой температуре, затем измельчать ее и смешивать с водой. Этот способ изготовления используется до сих пор как основной.

С тех пор строительная индустрия сильно продвинулась вперед и на данный момент технология создания слегка изменилась, хотя и не отрекается от вековых традиций, а лишь совершенствуется.

 

Технология производства цемента

 

Как производят цемент? Из чего производят цемент? Эти и многие другие вопросы интересуют каждого строителя, который хочется стать профессионалом своего дела. Ведь знание основ строительных материалов очень помогает в работе. Современное производство цемента – это трудоемкий и точный процесс, который не терпит ошибок. К основному способу производства цемента можно отнести знаменитую смесь извести и глины, но при этом вместо извести могут добавляться и другие компоненты.

 

Основные этапы производства цемента:

 

l   Добыча сырья для производства

Прежде всего требуется найти, доставить и обработать сырье. В качестве сырья зачастую используют глину и известняк, но порой встречаются и другие компоненты. Сначала известняк измельчают и сушат, а затем смешивают с глиной. Пропорции каждого компонента могут варьироваться в зависимости от того, какими характеристиками должен обладать готовый материал. 

 

l   Обжиг

Второй шаг – обжиг полученной в первом этапе смеси. Ее кладут в промышленную печь, где обжигают при температуре более 1000 градусов по Цельсию. После обжига она превращается в так называемый клинкер. Его измельчают до порошкового состояния, завершая этап.

 

l   Смешивание

Третий и заключительный – смешивание всех необходимых составляющих для получения классического порошкового бетона. В клинкер, полученный во втором этапе, добавляется гипс и специальные добавки, придающие вязкость при «мокрой» кладке и прочность при застывании.

 

Вот и все, цемент готов. Производитель фасует его по мешкам или отправляет навалом.

Объемы производства цемента в России

  

Объемы производства цемента в России составляют около 60 млн. тонн ежегодно. Каждый год эта цифра варьируется в зависимости от экономической обстановки и прочих факторов, она может как существенно понижаться (что наблюдалось в 2015-2016г.г), так и повышаться. 

Читайте интересную статью о сроках хранения цемента

История бетона — кто изобрел бетон, каким он был раньше

На нормативную прочность бетона при растяжении (Rнр) влияют те же факторы, что и на прочность при сжатии, причем особенно существенное значение здесь имеет неоднородность структуры бетона. Хотя разные факторы сказываются на величинах R и Rнр по-разному. Увеличение расхода цемента увеличивает прочность Rнр значительно меньше, чем R. Повышение расхода цемента на 33% увеличивает R на 28,5%, а Rнр всего на 12,5%. С ростом В/Ц (водоцеметное соотношение) сопротивление разрыву уменьшается меньше, чем сопротивление сжатию.

Кроме того, величина Rнр зависит от зернового состава заполнителя и видов зерен. Песок и гравий с округленными зернами обуславливают меньшую величину прочности нежели песок и щебень с шероховатыми угловатыми зернами. А на величину R эти факторы влияния не оказывают.

При сравнении показателей прочности у бетонов разных марок выясняется, что отношение Rнр/R уменьшается с повышением марки, то есть получается, что бетоны высоких марок обладают относительно меньшей прочностью на растяжение.

Стандарты не требуют специальных испытаний бетона на растяжение и не дают никаких указаний о размерах и форме образцов. Однако, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки по сечению образца, он должен иметь длину, превышающую поперечный размер не менее чем в 3 раза. Разрывное усилие, как правило, передается через специальные заплечики на концах образца. Важно перед испытанием предохранить образцы от резких перепадов влажности и температуры, так как это оказывает большое влияние на результат. Также окончательный результат испытаний зависит от точности установки в машине и правильной геометрической формы образца. Эксцентрицитет и самый незначительный перекос могут сильно отразиться на показателе Rнр.

При данной методике испытания на растяжение, показатель прочности, вычисленный по формуле Np/Fполучается весьма условным. Нередко образцы разрушаются возле заплечиков, где возникают значительные концентрации напряжения. Но даже при разрыве между заплечиками найденная плотность не менее условна, поскольку разрыв происходит чаще всего по поверхности соприкасания цементного камня с камневидными составляющими. А так как эта поверхность совершенно случайная, то разброс показателей выходит довольно большой.

Как и при сжатии, огромное значение имеет размер поперечного сечения образца: большие значения Rнр имеют образцы с меньшим поперечным сечением.

Прочность бетона при растяжении довольно невелика и составляет от 1/8 до 1/17 от его прочности при сжатии.

Есть несколько способов повысить прочность бетона при растяжении. Лучшие увеличивают плотность бетона. Самый простой — правильный подбор состава бетона и применение цементов высокой прочности. Помогает также примесь разных добавок – тонко измельченных каменных материалов, трасов и пуццоланов. Лучшее средство повышения прочности при растяжении — хорошее уплотнение бетона путем вибрирования, вакуумирования, виброштампования или центрифугирования.

История цемента — CEMEX USA

Знаете ли вы?

  • Египтяне использовали цементоподобный материал (содержащий гипс), чтобы построить Великую пирамиду в 2600 году до нашей эры.
  • Пять штатов производят почти 50% всего цемента, производимого в Америке. Это (по порядку): Калифорния, Техас, Мичиган, Пенсильвания и Миссури.
  • Цемент каустик. Он может обжечь кожу и глаза, как кислота.

Данные предоставлены Институтом минеральной информации, © 2002 www.mii.org


История портлендского цемента

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

Результатом стал первый в мире гидравлический цемент: затвердевающий при добавлении воды. Аспдин назвал свое творение портландцементом из-за его сходства с камнем, добываемым на острове Портленд, у британского побережья.В 1824 году этот блестящий мастер получил патент на самый распространенный в мире строительный материал, положивший начало сегодняшней мировой индустрии портландцемента.


Производственный процесс

Портландцемент — комбинация кальция, кремнезема, алюминия и железа — является основным ингредиентом бетона.

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

Во-первых, сырье — известняк, ракушки или мел, а также сланец, глина, песок или железная руда — добывается в карьере, который обычно находится недалеко от завода-изготовителя. Перед выходом из карьера эти материалы измельчаются двумя комплектами дробилок. Первичный комплект измельчает камень до диаметра около пяти дюймов (125 мм), а вторичный комплект измельчает его до размера всего 3/4 дюйма (19 мм). Затем сырье отправляется на завод-изготовитель, где оно дозируется для создания цементов с определенным химическим составом.

Портландцемент

производится двумя способами: мокрым и сухим.

При сухом методе сухое сырье перед измельчением в мелкий порошок, смешанным, затем подается в сушильную печь.

При мокром способе суспензия создается путем добавления воды к правильно дозированным сырьевым материалам перед их измельчением, смешиванием и подачей в верхний конец наклонной и вращающейся цилиндрической печи, где скорость их прохождения регулируется наклоном печи и скорость вращения.

Горящее топливо — обычно порошкообразный уголь или природный газ — затем нагнетается в нижний конец печи, нагревая сырье до 2600–3000 градусов F (1430–1650 градусов C). При температуре 2700 градусов по Фаренгейту (1480 градусов по Цельсию) сырье плавится в результате нескольких химических реакций, в результате чего образуется так называемый цементный клинкер: серовато-черные гранулы размером с мрамор.

Раскаленный клинкер выгружается из нижнего конца печи и переносится в различные типы холодильников, чтобы снизить их температуру и обеспечить безопасное обращение с ними.После охлаждения клинкеры объединяют с гипсом и измельчают в серый порошок, настолько мелкий, что он может проходить через сито с размером ячеек 75 микрон или 200 меш.

Этот мелкий серый порошок — портландцемент.


Типы портландцемента

Гибкость портландцемента проявляется в различных типах, которые производятся с учетом различных физических и химических требований.

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

  • Тип I — для использования, когда особые свойства, указанные для любого другого типа, не требуются.
  • Тип IA — Цемент с воздухововлекающими добавками для тех же целей, что и тип I, где требуется воздухововлечение.
  • Тип II — Для общего использования, особенно когда требуется умеренная сульфатостойкость.
  • Тип IIA — Цемент с воздухововлекающими добавками 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 сульфатостойкость.
  • Тип II (MH) A — Цемент с воздухововлекающими добавками для тех же целей, что и тип II (MH), где требуется воздухововлечение.
  • Тип III — Для использования, когда требуется высокая ранняя прочность.
  • Тип IIIA — Цемент с воздухововлекающими добавками для тех же целей, что и тип III, где требуется воздухововлечение.
  • Тип IV — Для использования, когда требуется низкая теплота увлажнения.
  • Тип V — Для использования, когда требуется высокая сульфатостойкость.

Белый портландцемент

Когда по архитектурным соображениям требуется белый или цветной бетон или строительный раствор, портландцемент можно адаптировать для производства белого портландцемента, который является лишь одним из множества доступных типов гидравлического цемента специального назначения.

Белый портландцемент идентичен по составу традиционному продукту серого цвета, за исключением цвета. Это стало возможным в процессе производства благодаря выбору сырья, содержащего лишь незначительные количества оксидов железа и магния, которые придают портландцементу его серый цвет.


Гидравлические цементы с добавками

Гидравлические цементы с добавками, разработанные в соответствии со специальными требованиями стандартов ASTM C595 или C1157, производятся путем смешивания портландцемента, измельченного и гранулированного доменного шлака, летучей золы, природных пуццоланов и микрокремнезема.Эти цементы также могут быть воздухововлекающими, умеренно сульфатостойкими или с умеренной или низкой теплотой гидратации, в зависимости от необходимости.


Цементы, соответствующие ASTM C1157, включают:

  • Тип ГУ — смешанный гидроцемент общестроительного назначения.
  • Тип HE — цемент высокой ранней прочности.
  • Тип МС — цемент средней сульфатостойкости.
  • Тип HS — высокосульфатостойкий цемент.
  • Тип МН — цемент средней теплоты гидратации.
  • Тип LH — цемент с низкой теплотой гидратации.

Цементы, соответствующие ASTM C1157, также могут быть обозначены для низкой реактивности (вариант R) с заполнителями, реагирующими с 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, наиболее распространены типы IP и IS.В то время как Европа и Азия в настоящее время используют больше цементов с добавками, чем США, экологические и энергетические соображения, в дополнение к потребительскому спросу на цементы с особыми свойствами, могут изменить эту ситуацию.

История цемента — Всемирная цементная ассоциация

Цемент использовался людьми на протяжении всей истории; вариации материала использовались древними греками, римлянами и египтянами, причем самые ранние археологические находки датируются 12–10 000 г. до н.э. в современной Турции.Римляне использовали смесь извести (оксида кальция) и пуццолана — измельченного вулканического пепла — для создания гидравлического цемента, который мог схватываться под водой. Другие цементы использовали в качестве заполнителей щебень, плитку и керамическую посуду. Известные исторические здания из бетона, сохранившиеся до сих пор, — это Колизей и Пантеон в Риме и Собор Святой Софии в Стамбуле.

Средние века были тихим временем 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.

Промышленная революция в Европе в конце 18-го, 90-го, девяносто девяностого века, девяносто первого девяностого века привела к появлению новых разработок в области цемента и бетона с важным вкладом Джона Смитона, который обнаружил, что гидравлическая способность извести напрямую связана с содержанием глины в известняке. Паркер, Луи Вика и Егор Челиев.

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 прокалилась, измельчая ее и затем смешивая с водой.Аспдин назвал этот портлендский цемент в честь знаменитого прочного строительного камня с острова Портленд в Дорсете, Великобритания. Его сын, Уильям Аспдин, сделал первый цемент, содержащий алит (нечистая форма трехкальциевого силиката).

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

Начиная с 1900-х годов, вращающиеся печи заменили оригинальные печи с вертикальным валом, так как они используют лучистую теплопередачу, более эффективную при более высоких температурах.достижение однородной температуры клинкера и получение более прочного цемента. Теперь к полученной смеси добавляется гипс для контроля схватывания, а для измельчения клинкера используются шаровые мельницы.

Другие разработки последнего столетия включают цементы на основе алюмината кальция для лучшей сульфатостойкости, смешение Rosendale (природного гидравлического цемента, производимого в Нью-Йорке) и портландцементов для получения прочного и быстро схватывающегося цемента в США, а также более широкое использование вяжущих материалов для хранения ядерных отходов.

Постоянно появляются новые технологии и инновации для повышения устойчивости, прочности и применения цемента и бетона. Некоторые передовые продукты включают волокна и специальные заполнители для изготовления черепицы и столешниц, например, в то время как производство вне помещений также приобретает все большее значение с развитием цифровых технологий и искусственного интеллекта, которые могут сократить отходы и улучшить эффективность и условия работы на месте. Также разрабатываются цементы, которые могут поглощать CO 2 в течение своего срока службы, уменьшая углеродный след строительного материала.

История бетона — InterNACHI®

Ник Громико, CMI® и Кентон Шепард

Период времени, в течение которого был впервые изобретен бетон, зависит от того, как интерпретировать термин «бетон». Древние материалы представляли собой неочищенный цемент, полученный путем дробления и обжига гипса или известняка. Известь также относится к измельченному обожженному известняку. Когда к этим цементам добавляли песок и воду, они превращались в строительный раствор, который представлял собой гипсовидный материал, используемый для склеивания камней друг с другом. За тысячи лет эти материалы были усовершенствованы, объединены с другими материалами и, в конечном итоге, превратились в современный бетон.

Сегодняшний бетон изготавливается с использованием портландцемента, крупных и мелких заполнителей камня и песка, а также воды. Добавки — это химические вещества, добавляемые к бетонной смеси для контроля ее схватывания и используемые в основном при укладке бетона в экстремальных условиях окружающей среды, таких как высокие или низкие температуры, ветреные условия и т. Д.

Прекурсор бетона был изобретен примерно в 1300 г. до н.э., когда Средние Восточные строители обнаружили, что, когда они покрывали внешние поверхности своих крепостей из толченой глины и стены домов тонким влажным слоем обожженного известняка, он вступал в химическую реакцию с газами в воздухе, образуя твердую защитную поверхность.Это не был бетон, но это было началом развития цемента.

Ранние цементирующие композитные материалы, как правило, включали измельченный в строительном растворе обожженный известняк, песок и воду, которые использовались для строительства из камня, в отличие от заливки материала в форму, которая, по сути, используется в современном бетоне. бетонные формы.

Как один из ключевых компонентов современного бетона, цемент существует уже давно. Около 12 миллионов лет назад на территории современного Израиля естественные отложения образовались в результате реакций между известняком и горючими сланцами, образовавшимися в результате самовозгорания.Однако цемент — это не бетон. Бетон — это композитный строительный материал, и ингредиенты, из которых цемент является лишь одним из них, менялись с течением времени и меняются даже сейчас. Рабочие характеристики могут изменяться в зависимости от различных сил, которым бетон должен будет противостоять. Эти силы могут быть постепенными или интенсивными, они могут исходить сверху (гравитация), снизу (пучение почвы), по бокам (боковые нагрузки) или могут принимать форму эрозии, истирания или химического воздействия. Компоненты бетона и их пропорции называются дизайнерской смесью.

Раннее использование бетона

Первые бетонные конструкции были построены набатейскими торговцами или бедуинами, которые оккупировали и контролировали ряд оазисов и создали небольшую империю в регионах южной Сирии и северной Иордании примерно в 6500 году до нашей эры. . Позже они обнаружили преимущества гидравлической извести, то есть цемента, который затвердевает под водой, и к 700 г. до н.э. они строили печи для производства раствора для строительства домов из щебня, бетонных полов и подземных водонепроницаемых цистерн.Цистерны держались в секрете и были одной из причин, по которым набатеи смогли процветать в пустыне.

При изготовлении бетона Набатеи понимали необходимость сохранять смесь как можно более сухой или с минимальной оседанием, поскольку избыток воды создает пустоты и слабые места в бетоне. Их строительные практики включали утрамбовку свежеуложенного бетона специальными инструментами. В процессе утрамбовки образуется больше геля, который представляет собой связующий материал, образующийся в результате химических реакций, происходящих во время гидратации, которые связывают частицы и агрегатируются вместе.


Древнее здание Набатеи

Как и у римлян 500 лет спустя, у Набатеи был доступный на местном уровне материал, который можно было использовать для создания водонепроницаемого цемента. На их территории были крупные поверхностные месторождения мелкодисперсного кварцевого песка. Просачивание грунтовых вод через кремнезем может превратить его в пуццолановый материал, представляющий собой песчаный вулканический пепел. Чтобы сделать цемент, набатеи обнаружили отложения, зачерпнули этот материал и соединили его с известью, а затем нагрели в тех же печах, которые они использовали для изготовления своей керамики, поскольку целевые температуры лежали в том же диапазоне.

Примерно к 5600 году до нашей эры вдоль реки Дунай на территории бывшей Югославии дома были построены с использованием бетона для полов.

Египет

Примерно за 3000 лет до нашей эры древние египтяне использовали грязь, смешанную с соломой, для изготовления кирпичей. Грязь с соломой больше похожа на саман, чем на бетон. Тем не менее, они также использовали гипс и известковые растворы при строительстве пирамид, хотя большинство из нас считает раствор и бетон двумя разными материалами. Для постройки Великой пирамиды в Гизе потребовалось около 500 000 тонн строительного раствора, который использовался в качестве подстилки для облицовочных камней, образующих видимую поверхность законченной пирамиды.Это позволило каменщикам вырезать и устанавливать облицовочные камни с открытыми швами не более 1/50 дюйма.


Облицовочный камень пирамиды


Китай

Примерно в то же время северные китайцы использовали форму цемента при строительстве лодок и при строительстве Великой китайской стены. Спектрометрические испытания подтвердили, что ключевым ингредиентом строительного раствора, использованного в Великой китайской стене и других древних китайских сооружениях, был клейкий клейкий рис. Некоторые из этих построек выдержали испытание временем и противостояли даже современным попыткам сноса.


Рим

К 600 г. до н.э. греки открыли природный пуццолановый материал, который при смешивании с известью приобрел гидравлические свойства, но греки не были столь успешны в строительстве из бетона, как римляне. К 200 г. до н.э. римляне очень успешно строили из бетона, но это не было похоже на бетон, который мы используем сегодня. Это был не пластиковый текучий материал, налитый в формы, а больше похожий на зацементированный щебень. Римляне строили большинство своих построек, складывая камни разных размеров и вручную заполняя промежутки между камнями раствором.Над землей стены как внутри, так и снаружи были облицованы глиняными кирпичами, которые также служили формой для бетона. Кирпич имел небольшую структурную ценность или не имел ее вообще, и их использовали в основном в косметических целях. До этого времени и в большинстве мест того времени (включая 95% Рима) обычно используемые растворы представляли собой простой известняковый цемент, который медленно затвердевает от реакции с переносимым по воздуху углекислым газом. Истинной химической гидратации не произошло. Эти минометы были слабыми.

Для более грандиозных и искусных построек римлян, а также для их наземной инфраструктуры, требующей большей прочности, они делали цемент из вулканического песка с естественной реакцией под названием harena fossicia .Для морских сооружений и сооружений, подверженных воздействию пресной воды, таких как мосты, доки, ливневые стоки и акведуки, они использовали вулканический песок под названием пуццуолана. Эти два материала, вероятно, представляют собой первое крупномасштабное использование действительно цементирующего вяжущего. Pozzuolana и harena fossicia химически реагируют с известью и водой, гидратируются и затвердевают в каменную массу, которую можно использовать под водой. Римляне также использовали эти материалы для строительства больших сооружений, таких как римские бани, Пантеон и Колизей, и эти сооружения сохранились до сих пор.В качестве добавок они использовали животный жир, молоко и кровь — материалы, которые отражают очень элементарные методы. С другой стороны, помимо использования природных пуццоланов, римляне научились производить два типа искусственных пуццоланов — кальцинированную каолинитовую глину и кальцинированные вулканические камни, — которые, наряду с впечатляющими строительными достижениями римлян, являются свидетельством высокого уровня технической сложности для того времени.

Пантеон


Построенный римским императором Адрианом и завершенный в 125 году нашей эры, Пантеон имеет самый большой из когда-либо построенных неармированных бетонных куполов.Купол имеет 142 фута в диаметре и имеет 27-футовое отверстие, называемое окулусом, на вершине, которая находится на высоте 142 фута над полом. Он был построен на месте, вероятно, начав над внешними стенами и создав все более тонкие слои по мере продвижения к центру.


Пантеон имеет внешние фундаментные стены шириной 26 футов и глубиной 15 футов, сделанные из пуццоланового цемента (извести, химически активного вулканического песка и воды), утрамбованного поверх слоя плотного каменного заполнителя.То, что купол все еще существует, — это случайность. Оседание и движение в течение почти 2000 лет, наряду со случайными землетрясениями, создали трещины, которые обычно ослабляли бы структуру настолько, что к настоящему времени она должна была бы рухнуть. Наружные стены, поддерживающие купол, содержат семь равномерно расположенных ниш с камерами между ними, которые выходят наружу. Эти ниши и камеры, изначально спроектированные только для минимизации веса конструкции, тоньше основных частей стен и действуют как контрольные соединения, контролирующие расположение трещин.Напряжения, вызванные движением, снимаются за счет трещин в нишах и камерах. Это означает, что купол по существу поддерживается 16 толстыми, конструктивно прочными бетонными столбами, образованными частями внешних стен между нишами и камерами. Другим методом снижения веса было использование очень тяжелых заполнителей с низкой структурой и использование более легких и менее плотных заполнителей, таких как пемза, высоко в стенах и в куполе. Стенки также сужаются по толщине, чтобы уменьшить вес наверху.

Римские гильдии

Еще одним секретом успеха римлян было использование ими торговых гильдий. У каждой профессии была гильдия, члены которой отвечали за передачу своих знаний о материалах, методах и инструментах ученикам и римским легионам. Помимо боевых действий, легионы обучались самодостаточности, поэтому они также обучались методам строительства и технике.

Вехи развития технологий

В средние века технология производства бетона поползла назад.После падения Римской империи в 476 году нашей эры, методы изготовления пуццоланового цемента были утеряны, пока в 1414 году не было обнаружено рукописей, описывающих эти методы, которые возродили интерес к строительству из бетона.

Только в 1793 году технология сделала большой шаг вперед, когда Джон Смитон открыл более современный метод производства гидравлической извести для цемента. Он использовал известняк, содержащий глину, которую обжигали до тех пор, пока она не превратилась в клинкер, который затем измельчал в порошок.Он использовал этот материал при исторической перестройке маяка Эддистоун в Корнуолле, Англия.

Версия Смитона (третья) маяка Эддистоун, построенная в 1759 году.

Спустя 126 лет он разрушился из-за эрозии скалы, на которой он стоял.

Наконец, в 1824 году англичанин по имени Джозеф Аспдин изобрел портландцемент, сжигая мелкоизмельченный мел и глину в печи до тех пор, пока не будет удален углекислый газ.Он был назван «портлендским» цементом, потому что он напоминал высококачественные строительные камни, найденные в Портленде, Англия. Широко распространено мнение, что Аспдин был первым, кто нагрел глинозем и кремнезем до точки стеклования, что привело к плавлению. В процессе стеклования материалы становятся стеклоподобными. Аспдин усовершенствовал свой метод, тщательно распределив известняк и глину, измельчив их, а затем обжигая смесь в клинкер, который затем измельчали ​​в готовый цемент.

Состав современного портландцемента

До открытия портландцемента и в течение нескольких лет после этого использовались большие количества природного цемента, который производился путем сжигания смеси извести и глины природного происхождения.Поскольку ингредиенты натурального цемента смешаны по своей природе, его свойства сильно различаются. Современный портландцемент производится по строгим стандартам. Некоторые из многих соединений, содержащихся в нем, важны для процесса гидратации и химических характеристик цемента. Его получают путем нагревания смеси известняка и глины в печи до температур от 1300 ° F до 1500 ° F. До 30% смеси становится расплавленным, но остальная часть остается в твердом состоянии, претерпевая химические реакции, которые могут быть медленными.В конечном итоге смесь образует клинкер, который затем измельчают в порошок. Небольшая часть гипса добавляется, чтобы замедлить скорость гидратации и сохранить бетон более пригодным для обработки. Между 1835 и 1850 годами впервые были проведены систематические испытания для определения прочности цемента на сжатие и растяжение, а также первые точные химические анализы. Только в 1860 году были впервые произведены портлендские цементы современного состава.

Обжиговые печи

В первые дни производства портландцемента печи были вертикальными и стационарными.В 1885 году английский инженер разработал более эффективную печь, которая была горизонтальной, слегка наклонной и могла вращаться. Вращающаяся печь обеспечивала лучший контроль температуры и лучше справлялась с перемешиванием материалов. К 1890 году на рынке доминировали вращающиеся печи. В 1909 году Томас Эдисон получил патент на первую длинную печь. Эта печь, установленная на заводе Edison Portland Cement Works в Нью-Виллидж, штат Нью-Джерси, имела длину 150 футов. Это было примерно на 70 футов длиннее, чем используемые в то время печи. Промышленные печи сегодня могут достигать 500 футов в длину.


Вращающаяся печь

Вехи строительства

Хотя были исключения, в течение 19 -го века бетон использовался в основном для промышленных зданий. Он считался социально неприемлемым в качестве строительного материала по эстетическим соображениям. Первое широкое использование портландцемента в жилищном строительстве было в Англии и Франции между 1850 и 1880 годами французом Франсуа Куанье, который добавил стальные стержни, чтобы предотвратить распространение наружных стен, а затем использовал их в качестве элементов изгиба.Первым домом, построенным из железобетона, был коттедж для прислуги, построенный в Англии Уильямом Б. Уилкинсоном в 1854 году. В 1875 году американский инженер-механик Уильям Уорд завершил строительство первого дома из железобетона в США. Он до сих пор стоит в Порт-Честере, штат Нью-Йорк. Уорд усердно вел записи о строительстве, поэтому об этом доме известно очень много. Он был построен из бетона из-за страха его жены перед огнем, и, чтобы быть более социально приемлемым, он был спроектирован так, чтобы напоминать каменную кладку.Это было началом того, что сегодня является отраслью с оборотом в 35 миллиардов долларов, в которой только в США работает более 2 миллионов человек.


Дом, построенный Уильямом Уордом, обычно называют Замком Уорда.

В 1891 году Джордж Варфоломей залил первую бетонную улицу в США, и она существует до сих пор. Бетон, используемый для этой улицы, испытан на давление около 8000 фунтов на квадратный дюйм, что примерно вдвое превышает прочность современного бетона, используемого в жилищном строительстве.


Корт-стрит в Беллефонтене, штат Огайо, которая является старейшей бетонной улицей в США.S.

К 1897 году Sears Roebuck продавала бочки импортного портландцемента емкостью 50 галлонов по цене 3,40 доллара за штуку. Хотя в 1898 году производители цемента использовали более 90 различных формул, к 1900 году базовые испытания — если не методы производства — стали стандартизованными.

В конце 19, века, использование железобетона более или менее одновременно осваивалось немцем Г.А. Уэйсс, француз Франсуа Хеннебик и американец Эрнест Л.Выкуп. Рэнсом начал строительство из железобетона в 1877 году и запатентовал систему, в которой использовались скрученные квадратные стержни для улучшения связи между сталью и бетоном. Большинство построенных им построек были промышленными.

Компания Hennebique начала строительство домов из армированной стали во Франции в конце 1870-х годов. Он получил патенты во Франции и Бельгии на свою систему и добился большого успеха, в конечном итоге построив империю, продавая франшизы в крупных городах. Он продвигал свой метод, читая лекции на конференциях и разрабатывая стандарты своей компании.Как и Рэнсом, большинство построек, построенных Хеннебиком, были промышленными. В 1879 году Уэйсс купил права на систему, запатентованную французом по имени Монье, который начал использовать сталь для армирования бетонных цветочных горшков и контейнеров для растений. Wayss продвигал систему Wayss-Monier.

В 1902 году Август Перре спроектировал и построил многоквартирный дом в Париже, используя железобетон для колонн, балок и перекрытий. В здании не было несущих стен, но у него был элегантный фасад, который помог сделать бетон более социально приемлемым.Здание вызывало всеобщее восхищение, и бетон стал более широко использоваться как архитектурный материал, а также как строительный материал. Его дизайн повлиял на проектирование железобетонных зданий в последующие годы.


25 Rue Franklin в Париже, Франция

В 1904 году в Цинциннати, штат Огайо, было построено первое бетонное высотное здание. Его высота составляет 16 этажей или 210 футов.


Здание Ингаллса в Цинциннати, Огайо

В 1911 году в Риме был построен мост Рисорджименто.Его ширина составляет 328 футов.


Мост Рисорджименто в Риме

В 1913 году первая партия готовой смеси была доставлена ​​в Балтимор, штат Мэриленд. Четыре года спустя Национальное бюро стандартов (ныне Национальное бюро стандартов и технологий) и Американское общество испытаний и материалов (ныне ASTM International) разработали стандартную формулу портландцемента.

В 1915 году Matte Trucco построил пятиэтажный автозавод Fiat-Lingotti в Турине из железобетона.На крыше здания находился автомобильный испытательный полигон.


Автозавод Fiat-Lingotti в Турине, Италия

Эжен Фрейссине был французским инженером и пионером в использовании железобетонных конструкций. В 1921 году он построил два гигантских ангара для дирижаблей с параболической аркой в ​​аэропорту Орли в Париже. В 1928 году он получил патент на предварительно напряженный бетон.


Ангар для дирижаблей с параболической аркой в ​​аэропорту Орли в Париже, Франция


Строительство ангара для дирижаблей

Воздухововлечение

В 1930 году были разработаны вещества, увлекающие воздух. устойчивость бетона к замерзанию и улучшенная его удобоукладываемость.Воздухововлечение стало важным шагом в улучшении долговечности современного бетона. Воздухововлечение — это использование агентов, которые при добавлении в бетон во время перемешивания создают множество очень маленьких пузырьков воздуха, расположенных близко друг к другу, и большинство из них остаются в затвердевшем бетоне. Бетон затвердевает в результате химического процесса, называемого гидратацией. Для гидратации бетон должен иметь минимальное водоцементное соотношение 25 частей воды на 100 частей цемента. Вода, превышающая это соотношение, является избыточной водой и помогает сделать бетон более пригодным для укладки и отделочных работ.По мере высыхания и затвердевания бетона излишки воды испаряются, оставляя поверхность бетона пористой. В эти поры может попадать вода из окружающей среды, такая как дождь или талый снег. Морозная погода может превратить эту воду в лед. Когда это происходит, вода расширяется, создавая небольшие трещины в бетоне, которые будут увеличиваться по мере повторения процесса, что в конечном итоге приведет к отслаиванию поверхности и ее разрушению, называемому отслаиванием. Когда бетон увлекается воздухом, эти крошечные пузырьки могут слегка сжиматься, поглощая часть напряжения, создаваемого расширением, когда вода превращается в лед.Вовлеченный воздух также улучшает удобоукладываемость, поскольку пузырьки действуют как смазка между заполнителем и частицами в бетоне. Захваченный воздух состоит из более крупных пузырьков, застрявших в бетоне, и не считается полезным.

Тонкая оболочка

Опыт в строительстве из железобетона в конечном итоге позволил разработать новый способ строительства из бетона; Метод тонкой оболочки включает в себя строительные конструкции, такие как крыши, с относительно тонкой оболочкой из бетона.Купола, арки и сложные кривые обычно строятся с помощью этого метода, поскольку они имеют естественные формы. В 1930 году испанский инженер Эдуардо Торроха спроектировал для рынка Альхесирас невысокий купол толщиной 3½ дюйма и шириной 150 футов. Стальные тросы использовались для образования натяжного кольца. Примерно в то же время итальянец Пьер Луиджи Нерви начал строительство ангаров для ВВС Италии, как показано на фото ниже.


Монтируемые на месте ангары для ВВС Италии

Ангары были отлиты на месте, но для большей части работ Nervi использовался сборный бетон.

Вероятно, наиболее опытным человеком, когда дело дошло до строительства с использованием методов бетонной оболочки, был Феликс Кандела, испанский математик-инженер-архитектор, который практиковал в основном в Мехико. Крыша лаборатории космических лучей в университете Мехико была построена толщиной 5/8 дюйма. Его фирменной формой был гиперболический параболоид. Хотя здание, показанное на фотографии ниже, не было спроектировано Канделой, это хороший пример гиперболической параболоидной крыши.


Гиперболическая параболоидная крыша церкви в Боулдере, штат Колорадо


Та же строящаяся церковь

Некоторые из самых ярких крыш в мире были построены с использованием тонкослойной технологии, как показано ниже.


Сиднейский оперный театр в Сиднее, Австралия

Плотина Гувера

В 1935 году плотина Гувера была завершена после заливки примерно 3250000 ярдов бетона, с дополнительными 1110000 ярдами, использованными на электростанции и другие сооружения, связанные с плотиной. Имейте в виду, что это произошло менее чем через 20 лет после того, как была установлена ​​стандартная рецептура цемента.


Колонны блоков, заполненные бетоном на плотине Гувера в феврале 1934 года

Инженеры Бюро мелиорации подсчитали, что если бетон был помещен в единую монолитную заливку, строительство дамбы потребовалось бы 125 лет. остыть, и напряжения от выделяемого тепла и сжатия, которое происходит при застывании бетона, могут привести к растрескиванию и разрушению конструкции.Решение заключалось в том, чтобы залить плотину серией блоков, образующих колонны, при этом некоторые блоки имели размер 50 квадратных футов и 5 футов высотой. Каждая секция высотой 5 футов имеет ряд установленных труб диаметром 1 дюйм, по которым перекачивается речная вода, а затем механически охлажденная вода для отвода тепла. Как только бетон перестал сжиматься, трубы были заполнены раствором. Образцы бетонного ядра, испытанные в 1995 году, показали, что бетон продолжает набирать прочность и имеет прочность на сжатие выше среднего.


Верхняя часть плотины Гувера показана в момент ее первого заполнения

Плотина Гранд-Кули

Плотина Гранд-Кули в Вашингтоне, построенная в 1942 году, является крупнейшей бетонной конструкцией из когда-либо существовавших. построен. Он содержит 12 миллионов ярдов бетона. Раскопки потребовали удаления более 22 миллионов кубических ярдов земли и камня. Чтобы уменьшить количество грузовых перевозок, была построена конвейерная лента длиной 2 мили. В местах фундамента цементный раствор закачивали в отверстия, пробуренные глубиной от 660 до 880 футов (в граните), чтобы заполнить любые трещины, которые могли ослабить землю под плотиной.Чтобы избежать обрушения котлована под весом покрывающих пород, в землю были вставлены 3-дюймовые трубы, через которые закачивалась охлажденная жидкость из холодильной установки. Это заморозило землю, сделав ее достаточно стабилизированной, чтобы строительство могло продолжаться.


Плотина Гранд-Кули

Бетон для плотины Гранд-Кули укладывался теми же методами, что и плотина Гувера. После помещения в колонны холодная речная вода перекачивалась по трубам, встроенным в затвердевающий бетон, снижая температуру в формах с 105 ° F (41 ° C) до 45 ° F (7 ° C).Это привело к сокращению дамбы примерно на 8 дюймов в длину, и образовавшиеся щели были заполнены раствором.


Строящаяся плотина Гранд-Кули

Высотное строительство

За годы, прошедшие после постройки Ингаллс-билдинг в 1904 году, большинство высотных зданий были построены из стали. Строительство в 1962 году 60-этажных башен-близнецов Бертрана Голдберга в Чикаго вызвало новый интерес к использованию железобетона для высотных зданий.

Самое высокое сооружение в мире (по состоянию на 2011 год) было построено из железобетона. Бурдж-Халифа в Дубае в Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) имеет высоту 2717 футов.

Вот несколько фактов:

  • Это многофункциональная структура с гостиницей, офисными и торговыми помещениями, ресторанами, ночными клубами, бассейнами и 900 резиденциями.
  • В строительстве использовано 431 600 кубометров бетона и 61 000 тонн арматуры.
  • Вес пустого здания составляет около 500 000 тонн, примерно столько же, сколько миномет, использованный при строительстве Великой пирамиды в Гизе.
  • Бурдж-Халифа может одновременно вместить 35 000 человек.
  • Чтобы преодолеть 160 этажей, некоторые из 57 лифтов перемещаются со скоростью 40 миль в час.
  • Жаркий влажный климат Дубая в сочетании с кондиционированием воздуха, необходимым для поддержания температуры наружного воздуха выше 120 ° F, производит столько конденсата, что он собирается в сборном баке в подвале и используется для орошения ландшафтов.


Бурдж-Халифа в Дубае

Великая пирамида в Гизе удерживала рекорд как самое высокое искусственное сооружение в мире около 4000 лет.Строительство здания на 568 футов выше Бурдж-Халифа планируется завершить в 2016 году в Кувейте.

***********************

Эта статья является первой из серии, которая поможет инспекторам InterNACHI понять характеристики и визуально осмотреть бетон.

Кто изобрел цемент? Журнал Concrete Construction

Бен Далтон через Wiki Мемориальная доска в Лидсе, Англия, провозглашает Джозефа Аспдина отцом портландцемента.

Мемориальная доска в английском промышленном городе Лидс с гордостью провозглашает сына города, каменщика Джозефа Аспдина, изобретателем портландцемента. Однако, как и многие другие исторические события, это утверждение в лучшем случае верно лишь отчасти, — говорит Роберт Курланд, автор книги Concrete Planet: The Strange and Skinating Story of the World of the World of the Human Made Material . По мнению Курляндии, более вероятно, что секрет портландцемента в том виде, в каком мы его знаем сейчас, был обнаружен сыном Аспдина, Уильямом.В своей книге Курланд описывает персонажей, достойных романа Чарльза Диккенса, а в центре сюжета — Уильям Аспдин, аферист и аферист, который также является настоящим отцом портландцемента.

Джозеф Аспдин, как указано на табличке, в 1824 году запатентовал материал, называемый портландцементом (цемент был похож по цвету на портлендский камень, популярный в то время в Англии). Но его строительный раствор на основе извести был не намного тверже и прочнее любого другого продукта того времени, хотя Аспдин много работал над улучшением продукта, экспериментируя с различными формулами и способами производства порошка.(Будучи скромным каменщиком, Аспдин имел проблемы с добычей грубого известняка для своих усилий — очевидно, он доходил даже до того, что воровал камень с местных дорог, за что власти дважды штрафовали его.) камень, смешайте его с водой и глиной, высушите смесь, обожгите ее, пока она не затвердеет, и снова измельчите, чтобы получить цементный порошок. Видимо, он отказался от части продукта — пережаренных «клинкеров», потому что его было слишком сложно измельчить. Это был Уильям, сын, которому, кажется, пришла в голову блестящая идея спасти и измельчить клинкер.И именно клинкеры дали цемент, который фактически соперничал с портландским камнем по твердости и долговечности.

Бетонная планета Р. Курляндии Сын Аспдина Уильям фактически открыл метод изготовления и измельчения клинкера для производства цемента.

Уильям расстался со своей семьей в 1841 году и переехал в Лондон, где самостоятельно занялся цементным бизнесом. Как пишет Курляндия, «Уильям, очевидно, держал в секрете процесс изготовления клинкера при себе, поскольку нет никаких свидетельств того, что его отец делал клинкерный цемент после отъезда сына в Лондон.

Спустя годы Уильям сделал себе имя менее удачным способом: в качестве серийного растратчика, который присваивал все, от денег соинвесторов до заработной платы своих сотрудников. По словам Курляндии, его рекламные претензии к цементу — каким бы хорошим он ни был — были творческой выдумкой. Но в течение многих лет, пока конкурент по имени Исаак Джонсон, наконец, не понял, как он это делает, портландцемент Aspdin доминировал в отрасли. Тем не менее, его склонность к обману партнеров доставляла ему неприятности.Он закончил свои дни в возрасте 49 лет в одиночестве и без друзей в Европе.

Эта статья впервые появилась в выпуске за март 2019 года нашего родственного издания The Journal of Light Construction.

Краткая история изобретения цемента

На протяжении всей истории люди использовали цемент в качестве основного строительного материала. Египтяне использовали кальцинированный гипс для строительства, а римляне и греки добавляли в известь песок и крупные камни для приготовления раствора.Однако римлянам приписывают изобретение цемента. Римляне использовали вулканический пепел и пуццолановый бетон при строительстве гавани.

Не имея доступа к вулканическому пеплу, британцы использовали в качестве бетона плитку или кирпич. Следовательно, римляне, вероятно, были первой цивилизацией, которая использовала цементоподобный материал для строительства.

So Goes Rome

Использование цемента в качестве строительного материала сократилось после распада Римской империи. Многие люди начали использовать раствор, отвержденный карбонизацией извести, что было относительно медленным процессом.Средневековые соборы в Англии и Франции были построены каменщиками, которым не хватало технологий для обработки цементных материалов, как это делали римляне тысячу лет назад.

Изобретение цемента и промышленная революция

Эпоха Просвещения и Возрождения открыли новый образ мышления, который привел к промышленной революции. В Великобритании в XVIII веке непрерывные потери военных и торговых судов способствовали дальнейшему развитию цементных технологий благодаря строительству маяков, чтобы минимизировать потери кораблей в битвах.

В 1759 году Джон Смитон, инженер и каменщик, строил маяк у побережья Корнуолла, когда он обнаружил, что смесь глины, воды и дробленого шлама, полученного из железа и извести, может сделать строительный раствор.

бетонная комната

Позже Джозеф Аспдин получил патент на материал под названием «портландцемент», который он произвел путем обжига смеси тонко измельченной глины и известняка до тех пор, пока известняк не стал кальцинироваться. Хотя Аспдин считается первым изобрел портландцемент, его цемент был более низкого качества по сравнению с современным портландцементом, поскольку более ранняя форма производилась при гораздо более низкой температуре.Тем не менее, его новаторство считается большим достижением в бетонном строительстве.

Современный цемент, затвердевший в 1845 г.

Исаак Джонсон произвел первый современный портландцемент в 1845 году путем смешивания глины и мела и обжига смеси при чрезвычайно высоких температурах. Высокая температура производила цемент прекрасного качества, подобный тому, который используется сегодня.

Хотя материалы, которые Джонсон использовал для изготовления портландцемента, такие же, как те, которые мы используем сегодня, три важных изменения в процессе производства цемента привели к производству современного портландцемента:

  • Развитие вращающихся печей
  • Добавление гипса к контрольной установке
  • Измельчение клинкера и прочего сырья на шаровых мельницах

В начале 20 века вертикальный вал был заменен вращающимися печами, которые первоначально использовались для производства извести.Это позволило обжигать материалы, используемые в производстве цемента, до гораздо более высоких температур за счет передачи излучаемого тепла. Кроме того, поскольку клинкер постоянно движется внутри печи, внутри печи достигается постоянная температура, создавая зону горения.

Мы в Del Zotto помогаем нашим клиентам экономить время и деньги уже не одно поколение. Мы известны своей вежливостью, профессионализмом, оперативностью, компетентностью и конкурентоспособными ценами. Итак, если есть работа или покупка оборудования, требующая нашего опыта, , свяжитесь с нами сегодня.

Что вы думаете о нашем путешествии по истории? Комментарий ниже.

Цемент делает современный мир возможным

Римляне, возможно, сделали его лучше, но сейчас цемент — один из наиболее часто используемых материалов в мире, точка.

Бетон — одна из тех технологий, которые использовались веками — в данном случае римлянами — а затем, спустя столетия, пришлось изобретать заново. Но как только мы открыли это заново, мы оказались на крючке. Единственное, что люди потребляют по объему больше, чем воды, — это цемент, ключевой ингредиент бетона.Мы используем так много материала, что цементная промышленность самостоятельно ответственна за 5 процентов глобальных выбросов углекислого газа.

Идея достаточно проста: вы смешиваете вместе мелкие частицы (например, песок) и немного более крупные частицы (например, крошечные камешки) с водой и какой-то пастой, которая затвердевает и удерживает все вместе. (Это последний момент, который является сложной частью.) Римляне делали бетон из извести и вулканической породы, и у них было несколько довольно хороших представлений о том, для чего его следует использовать:

В Риме купол Пантеона сделан из бетона.(Steve Johnson / Flickr)

Но в какой-то момент между правлением императора Адриана и концом прошлого тысячелетия рецепт римского бетона был утерян. Во второй половине 1700-х годов в Англии инженеры снова экспериментировали с нагреванием известняка для создания порошка, который во влажном состоянии схватывался и удерживался. В 1757 году инженер Джон Смитон обнаружил, что лучшая известь для использования в строительных растворах — это известь с высоким содержанием глины, и он использовал эту «гидравлическую известь», чтобы построить третью итерацию маяка Эддистоун у южного побережья Англия:

(Wikimedia / Public Domain)

Известь Смитона вызвала у английских строителей повальное увлечение изобретением лучшего «римского цемента».«Ключом к созданию хорошего бетона было улучшение состава пасты, которая скрепляла все это целое. В 1824 году в газете в Лидсе сообщалось о некотором прогрессе:« Мы слышим, что Джозеф Аспдин, каменщик этого города, получил патент на цемент высочайшего качества, представляющий собой портлендский камень ».

Это было, по крайней мере, оригинальным маркетинговым ходом. Камень из Портленда, острова на южном побережье Англии, веками добывался и использовался в таких зданиях, как Вестминстер и Лондонский Тауэр.В своем патенте Аспдин не уточнил, чего именно он добился: в нем говорилось, что он использовал «определенное количество» известняка и глины, но не указывались ни количества, ни температура, при которой они были обожжены.

Хотя его часто называют создателем портландцемента, смесь, которую придумал Аспдин, вероятно, не та, которая используется сегодня во всем мире. (Маловероятно, что он получил достаточно высокую температуру, чтобы произошли ключевые химические реакции.) Тем не менее, с 1824 года инженеры, химики и строители работали над созданием лучшего «портландцемента».«К 1844 году другой изобретатель разработал современный высокотемпературный процесс, при котором компоненты нагреваются до 1400 ° C (2552 ° F). С тех пор портландцемент превратил бетон в один из самых популярных строительных материалов в мире.

Поскольку для производства требуется так много энергии, химики и инженеры сейчас работают над поиском столь же прочного и долговечного заменителя. Для этого они рассматривают все, от воссоздания настоящего римского цемента до замены экологичных материалов. -дружелюбные блоки из земли и переработанного бетона.Тем временем, инженеры сумели улучшить возможности бетона, который у нас есть: например, во время строительства Бурдж-Халифы бетон закачивали на высоту более 1900 футов над землей. А на другом конце строительного спектра, эту бетонную палатку можно однажды надуть и установить за ночь:

Кто изобрел цемент? — Джозеф Аспдин, биография и история

О человеке

Аспдин, описываемый как «крупный, широкий, красивый мужчина», родился недалеко от города Лидс в Великобритании примерно в декабре 1778 года (некоторые источники указывают на 1779 год).Он был старшим из шести детей, рожденных Томасом Аспдином (каменщиком) и Мэри Аспдин.

Аспдин начинал, как и его отец, каменщиком и некоторое время жил в доме № 3 на Принцесс-стрит, Нью-Роуд-Энд, в Лидсе. 21 мая 1811 года Аспдин женился на Мэри Фотерби. У них было несколько детей, включая двух сыновей и где-то 3-5 дочерей (хотя двое умерли в младенчестве). Джозеф Аспдин умер богатым человеком 20 марта 1855 года в Уэйкфилде и был похоронен на территории церкви Св. Иоанна в Уэйкфилде.

О своем изобретении

После 1817 года Аспдин начал экспериментировать с цементом, хотя существуют записи, что он делал это еще в 1811 году. Тем не менее, благодаря экспериментам и некоторой удаче он в конце концов нашел свое изобретение, и 21 октября 1824 года он был выдал патент Великобритании 5022 на , улучшающий способ производства искусственного камня .

Аспдин использовал термин портландцемент в своем патенте. Это потому, что он сравнивал прочность своего цемента с прочностью портландского камня, типа камня, известного своей прочностью и качеством.Камень этого типа был добыт на английском полуострове недалеко от города Портленд (в графстве Дорсетшир). В изобретении Аспдина использовалась смесь известняка, глины и воды. Эту смесь нагревают при очень высоких температурах в печи, а затем измельчают в мелкий порошок, чтобы получить конечный продукт. Точная пропорция того, что было смешано, когда и как это было нагрето, не было указано в его патенте.

Вскоре после получения патента Аспдин основал бизнес с соседом, известным как Уильям Беверли.Они основали завод в Киркгейте, Уэйкфилд, который производил портландцемент. По-видимому, они вели свою операцию в большой секретности, чтобы никто не украл их идею, поскольку даже рабочие на их фабрике имели лишь смутное представление о том, что они делают и почему.

Их завод пришлось перенести позже, так как он был снесен, чтобы освободить место для железной дороги. Однако новый завод продолжал производить цемент с помощью сыновей Аспдина Уильяма и Джеймса. Изобретение Аспдина не сразу стало очень успешным.Фактически, в его ранних версиях он был подвержен сбоям и всевозможным проблемам. Уильям фактически немного модифицировал изобретение своего отца, чтобы сделать то, что сейчас является более надежной и современной версией портландцемента. Аспдин и его сын Уильям позже поссорились, и Уильям занялся бизнесом для себя. В 1844 году Аспдин вышел на пенсию и передал весь свой бизнес своему сыну Джеймсу, хотя, по-видимому, оставался активным в отрасли до своей смерти.

По сей день портландцемент является самым популярным типом цемента и используется во всем мире для строительства зданий, мостов, проезжей части и многого другого.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *