Цемент - история развития

Одним из первых патентов на цемент был получен Кендриком Эдисбери в 1677 году. О процессе производства цемента в то время сейчас мало что известно, но есть сведения, что, по крайней мере с конца 17-го века производители экспериментировали с различными гидравлическими вяжущими - то есть веществами, которые наиболее быстро затвердевают при реакции с водой - многие из которых на протяжении многих лет именовались как «цемент».

Гидравлический цемент

Значительная активность в разработке новых альтернатив растворам на основе извести в конце 18 и начале 19 века отчасти обусловлена необходимостью работы в тех районах, где кирпич был более доступным, чем камень. В 1796 году «гидравлический» цемент был запатентован г-ном Паркером из Лондона, который он описал как «Римский цемент». На самом деле он не имеет ничего общего с римским происхождением, за исключением темно-коричневого цвета, свойственного более ранним римским растворам, в которые в отсутствие гидравлических вяжищих добавляли вулканический пепел, или пуццолан.

Портландцемент как альтернатива извести

В 1824 году Джозеф Аспдин запатентовал материал, который он назвал «Портландцемент». Есть мнение, что Аспдин дал своему изобретению название «портландцемент» из-за наблюдения, что при смешивании веществ получается раствор, похожий по цвету на Портлендский камень. Его цемент, который поставлялся в бочках и был готов к использованию, казался почти магической альтернативой обычным известковым растворам, так как не было больше необходимости в гашении больших кусков обожженного известняка в емкостях с водой или специально построенных прудах - процесс, не имевший альтернативы на протяжении более 10 000 лет. Эта изнурительная и связанная с высокой температурой задача требовала сильную пару рук и большое количество усилий для ее выполнения. Гашеную известь обычно оставляли на несколько месяцев перед использованием. Весь процесс был длительным, трудоемким и потенциально очень опасным, так как человеку, упавшему в емкость во время гашения, грозила смерть или, по меньшей мере, слепота и ожоги третьей степени.

Портландцемент – преимущества

Помимо преимуществ, которые дает возможность промышленного производства, портландцемент был прост в использовании: при смешивании одной части цемента с тремя частями песка, и добавлении воды получается раствор, затвердевающий на следующий день. По сравнению с значительными усилиями и временем, необходимым для создания известкового раствора, эта альтернатива казалась наиболее привлекательной. Быстрое затвердевание цемента также подразумевало уменьшение времени ожидания перед возведением новых рядов кладки, что позволяло продолжить строительство более быстрыми темпами.

Портландцемент – производство в условиях промышленной революции

В течение последних более 10 000 лет относительно чистый известняк обжигался при температуре от 900°С и 1000°C, поскольку это естественный температурный предел дровяной печи. Во время промышленной революции в обиход пришел уголь, а так как он имеет более высокую теплотворную способность, чем древесина, появилась возможность достигать существенно более высоких температур. Аспдину было, вероятно, известно, что процесс затвердевания обычных известковых растворов в той или иной степени зависит как от естественного уровня глины в известняке, так и от температуры и влажности. Для этого процесса температура должна быть выше 10°С и влажность должна быть ниже 80 процентов, так как иначе окружающий воздух будет не в состоянии поглощать влагу. Существует мало источников известняка в виде чистого карбоната кальция, большинство из них имеют включения в большей или меньшей степени целого ряда элементов, включая разновидности глины. Эти включения могут варьироваться в пределах от нескольких процентов до примерно 20 - 25 процентов. Аспдин решил работать с 100 частями относительно чистого известняка и 45 частями глины. Материалы смешивались вместе, обжигались при температуре 1200°С на начальном этапе, затем измельчались и обжигались при еще более высокой температуре, затем измельчались до консистенции мелкого порошка.

Портландцемент вчера и сегодня

По всей видимости, его первые экспериментальные образцы цемента имели настолько малое время затвердевания, что от них было мало пользы на строительной площадке. Однако его сын Уильям Аспдин в 1852 году получил патент на усовершенствованный метод изготовления портландцемента и создал продукт, который мы знаем сегодня. Он был изготовлен по единому стандарту и имел преимущество перед другими цементами тем, что был очень прочен, имел хорошие гидравлические свойства и предоставлял возможность работы с разными пропорциями.

Открытия Джозефа и Уильяма Аспдина произвели революцию в мире строительства. Их наследие, портландцемент, является бесценным строительным материалом. Однако, как и со всеми материалами, перед использованием важно понять его свойства и характеристики.