3 недели назад
Нету коментариев

От пирамид к высотным зданиям

Самая высокая пирамида, построенная по приказу фараона Хуфу (Хеопса), сложена из 2,5 млн. известко­вых плит. Высота ее достигает 146 м. Строительство пирамиды продолжалось более 40 лет; на ее постройке было занято свыше 100 тыс. человек.

Пирамиды строили из огромных глыб известняков, которые доставляли с правого берега Нила, из Туррских каменоломен. На скалах вычерчивали квадраты, проби­вали в них отверстия, в которые затем вбивали деревян­ные брусья и поливали их водой. Дерево впитывало влагу и разбухало. Разбухшие деревянные клинья раз­рывали известняк, скала трескалась. Тяжелые глыбы (некоторые из них весили 2—3 т) обтесывали, тащили к берегу, грузили в лодки и перевозили на другую сто­рону реки. Отсюда их волокли на полозьях к месту стройки пирамид.

Известковым камнем с давних пор пользовались в разных странах для строительства зданий. Много домов в городах нашего Черноморья (Одесса, Ялта, Севасто­поль) построено из известняка. В одном только Севасто­поле из окрестных скал выломано столько известняка, что образовались огромные залы.

Из известняковых плит делали ступени лестниц в жи­лых домах, школах, больницах. Плитами мостили панели в городах, из них сооружали мосты и полотна железных дорог.

Известняк издавна ценился и как высококачествен­ный облицовочный материал. Старинным названием «белокаменная» Москва обязана белому подмосковному известняку. В течение столетий им облицовывали камен­ные здания Москвы.

Продолжая славные традиции классической русской архитектуры, советские зодчие широко используют из­вестняк в бурно развивающемся строительстве новых зданий Москвы. На Ленинских горах высится величест­венное здание Московского университета. Увенчанное ажурной стрельчатой башней со звездой, оно почти на 100 м (238,5 м) выше самой высокой египетской пира­миды Хуфу. Одних только известковых плит на его обли­цовку пошло около 2,5 млн. штук.

На основе натурального известкового камня создан искусственный каменный материал. Известняк, мел и доломит измельчают, смешивают с кварцевым песком и плавят в специальных печах при высокой температуре. Из расплавленной массы отливают облицовочные плитки, барельефы, архитектурные детали. Изделия из камен­ного литья, внешне похожего на фарфор, очень прочны. Из них выложен надцокольный поясок на зданиях Московского университета длиной 2500 м.

Задолго до нашей эры в окрестностях древнеегипет­ского города Алебастрон были найдены залежи белого, довольно плотного камня. По внешнему виду он немного похож на мрамор, но, в отличие от него, мягок и легка поддается обработке. Из этого камня, названного позднее алебастровым, египтяне делали художественные изде­лия — статуэтки, барельефы. Гипсом для строительства пользовались в Древнем Риме и в средневековой Европе. В России гипсовый камень начали употреблять в XVIII в. «для делания небольших домов и стен, служащих огра­дою в селах».

Особенно широкое применение гипс нашел в наше время. Из него изготовляют разнообразные строительные детали (блоки, карнизы, плиты), строят жилые дома и общественные здания.

Во время войны из гипсовых блоков в Стерлитамаке, например, было построено свыше ста жилых домов и об­щественных зданий, а в 50-х годах на полуострове около Гурьева из них был построен целый городок для нефтя­ников и рыбаков (рис. 15). Гипсовые постройки обходятся намного дешевле кирпичных и могут быть возведены го­раздо быстрее.

Дом из гипса

Дом из гипса

На основе гипса создан ценный материал — сухая штукатурка. Замена мокрой штукатурки гипсовыми плитами в 6—8 раз ускоряет отделку зданий и благодаря уменьшению толщины стел на 20—40% сокращает рас­ход кирпича.

Строительные детали из гипса все больше вытесняют дерево, цемент, металл при возведении многих ответст­венных частей зданий — междуэтажных перекрытий, ком­натных перегородок, кровли. Гипс успешно заменяет даже мрамор. Сухой порошок гипса смешивают с мине­ральными красителями и затворяют на клеевой воде. Этим раствором покрывают стену, потолок или колонну. Когда он «схватится», поверхность шлифуют и поли­руют оселком. По внешнему виду искусственный мрамор трудно отличить от природного. Серый, желтый, розовый фон расцвечен коричневыми, синими или золотистыми прожилками.

Искусственным мрамором отделывают фойе клубов и театров, Дворцы культуры и монументальные обществен­ные здания.

 

Минеральный клей

Первые каменные сооружения, воздвигнутые в глубо­кой древности, складывались из больших неотесанных каменных глыб или отесанных камней, которые плотно пригонялись друг к другу и держались собственной тя­жестью. Иногда пытались связывать камни между собой железными скобами. Однако такими способами невоз­можно было строить прочные монументальные здания.

С течением времени для упрочнения каменной кладки стали пользоваться сначала глиной, а позднее известью и гипсом. Уже 5 тыс. лет назад египтяне готовили из смеси извести и гипса строительные растворы, в Древ­нем Египте употреблялся и раствор извести без гипса. Известковым раствором широко пользовались в Древнем Китае. Башни Великой китайской стены, постройка ко­торых началась за 300 лет до нашей эры, были сложены на известковом растворе.

На Руси производство извести, как это доказано археологическими раскопками, существовало уже в X в. К этому времени относится постройка одного из замеча­тельных памятников древнерусского зодчества — Деся­тинной церкви в Киеве.

В последующие столетия русские мастера создали несколько типов водоустойчивых известковых растворов. Они добавляли к извести толченый кирпич, черепки глиняной посуды, песок. В этих добавках содержатся кремнезем и глинозем, которые, вступая с известью в реакцию, образуют сложные химические соединения (гидросиликаты и гидроалюминаты), более водостойкие, чем известь.

В начале XVIII в. в России уже в промышленном масштабе готовили из смеси сухой пушонки с мелкоиз­мельченным кирпичным боем водостойкое вяжущее ве­щество; его называли тогда цементом или симентом.

В наше время цемент приготовляют так. В огромных вращающихся печах обжигают смесь мелкоизмельченного известняка (или мела) с размолотой глиной. Спекшуюся твердую зернистую массу (клинкер) на специальных мельницах чугунными шарами истирают в мелкий поро­шок. Для улучшения качества и удешевления стоимости цемента при размоле клинкера к нему добавляют до 3% гипса и до 15% гидравлических добавок — диатомита, трепела, опоки, вулканического пепла и т. п.

За годы Советской власти наши заводы стали не только изготовлять миллионы тонн цемента, но и освоили производство новых его видов. Одни из них быстро твер­деют, другие дают более прочный бетон, третьи не боятся мороза, четвертые не имеют усадки.

В 40-х годах группой научных сотрудников и инже­неров под руководством академика П. П. Будникова был создан быстро твердеющий цемент АГ (ангидритово-гли­ноземистый). Его изготовляют, добавляя к молотому природному ангидриту или обожженному при 600— 700° С гипсовому камню мелкоизмельченный глиноземи­стый кликер или доменный шлак; иногда все эти ве­щества размалывают вместе. Цемент АГ широко исполь­зуют для изготовления крупных бетонных и железобе­тонных конструкций для жилищного строительства, для возведения мостовых устоев, бетонных фундаментов под мощные прокатные станы и блюминги, мартеновские и доменные печи. Выделение тепла при схватывании этого цемента без потери его прочности позволяет производить бетонирование даже в очень сильные морозы.

Прочный цемент можно получить и из природного двуводного гипса, или ангидрита, если размолоть его в порошок совместно с некоторыми добавками: известью, доломитом, доменным шлаком, портландцементом и др. Количество добавляемых примесей составляет 5—10% веса гипса.

Гипсовый цемент обладает повышенной прочностью благодаря тому, что мельчайшие частички сернокислого кальция, полученные при превращениях гипса в поро­шок, лучше растворяются в воде, образуя пересыщенные растворы. При затвердевании гипсового теста происходит перекристаллизация гипса, и мелкие кристаллики его сращиваются в твердый сросток. Из этого материала можно изготовлять архитектурные детали, пустотелые стеновые блоки и дырчатый кирпич, пригодные для строительства небольших домов и дач.

Еще более прочный цемент получается, если обожжен­ный при 600—750° С гипсовый камень или природный ангидрит размалываются вместе с известью, глауберовой солью, доломитом или доменным шлаком. Такой цемент называют ангидритовым. Прочность гипсовых цементов во многом зависит от природы добавок, чистоты гипсо­вого камня и тонкости помола.

Вначале ангидритовый цемент использовался на стройках только для оштукатуривания деревянных и кир­пичных стен. Теперь же из него изготовляют бетон и бетонные блоки, растворы, употребляемые при кладке стен из кирпича и камня. Этот цемент стоит значительно дешевле портландцемента из извести.

Уже более 100 лет строители пользуются цементом разных сортов, однако все известные до сих пор сорта, а следовательно растворы и бетоны, из них приготовлен­ные, при схватывании и твердении уменьшаются в объ­еме, т. е. дают усадку. Усадка цементов приносит много неприятностей: в штукатурке появляются мелкие тре­щины, бетон становится проницаемым для воды. Для борьбы с усадкой цемента устраивают специальные швы в сводах, арках, крупных конструкциях. В некоторых случаях, например для заполнения швов тюбингов ме­трополитена, а также для сборных железобетонных кон­струкций, требуется цемент, который не только не умень­шается в объеме, а, наоборот, может расширяться.

Советские химики создали водонепроницаемые, безу­садочные и расширяющиеся цементы из глиноземистого цемента и высокопрочного гипса или извести.

Подводные сооружения, стены и фундаменты в сырах местах часто строят из известково-пуццоланового цемента. Он состоит из молотой негашеной или гашеной извести (20—30%) и вулканической породы (70—80%); иногда добавляют 5% гипса. Свое название цемент по­лучил от итальянского местечка Пуццуоли на берегу Неаполитанского залива, где издавна известны вулкани­ческий туф и пепел, которые в технике называют пуц­цоланами.

Из специальных видов цемента большой популяр­ностью пользуется у нефтяников тампонажный цемент, идущий на цементирование буровых нефтяных скважин.

Так кальций в составе разных цементов «трудится» в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Не отстает от него и магний. Все шире применяется в про­мышленности магнезиальный портландцемент. Он отли­чается от обычного большим содержанием окиси маг­ния (до 10%) в клинкере. Магнезиальный цемент про­изводят в таких же печах, смесителях, дробилках, как и портландцемент. Единственное, пожалуй, отличие — очень тщательная дозировка компонентов сырьевой смеси и более быстрое охлаждение клинкера.

Подобно обычному цементу, магнезиальный портланд­цемент применяется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Получают его, измельчая клинкер, который в свою очередь готовится обжигом искусственной смеси известково-магнезиальных и глини­стых пород. При помоле добавляют немного гипса для регулирования сроков схватывания.

Магнезиальные цементы типа Сореля приготовляют из окиси магния, которую получают обжигом природного магнезита (при 750—850° С) или доломита (при 650— 800°С). Во время обжига магнезит разлагается на MgO и СО2.

Окись магния более высокого качества получают из морской воды или рапы соляных озер (потому она и на­зывается рапной). За рубежом есть много таких заво­дов; у нас окись магния из морской воды получают, например, на Сиваше. Морскую воду или рапу обрабаты­вают известковым молоком; выпадающая в осадок гид­роокись магния прокаливается при невысокой темпера­туре.

Окись магния в воде малорастворима, и, если готовить магнезиальный цемент на чистой воде, процесс гидрата­ции протекает очень медленно. Поэтому для затворения обычно используют водные растворы хлористого или сер­нокислого магния и других солей. Чаще всего, однако, употребляют раствор MgCl2.

В цехах промышленных предприятий можно нередко увидеть бесшовные, или ксилолитовые, полы (от греч. «ксилос» — дерево, «литое» — камень). Еловые или сосно­вые опилки смешивают с окисью магния, добавляют асбест, тальк, трепел, иногда кварцевый песок и затво­ряют водным раствором MgCl2. Полученную массу нано­сят на деревянное, бетонное или каменное основание. Эти полы могут быть окрашены в любой цвет. Краситель вводится в массу при подготовке смеси. Ксилолитовые полы плохо проводят тепло, мало истираются, гигие­ничны, негорючи и долговечны. Из подобной же массы изготовляют облицовочные плитки, ступени.

Магнезиальный цемент успешно применяется в про­изводстве фибролита — ценного теплоизоляционного ма­териала. Окись магния, затворенную водным раствором MgCl2, смешивают с древесной шерстью, кострой, кена­фом или другим волокнистым материалом, нагружают в деревянные или металлические формы и прессуют. От­прессованные »плиты или блоки сушат 6—7 часов при 60—70° С и еще 8 часов при 80—90° С и усиленной вен­тиляции.

Фибролитовыми плитами утепляют стены и заполняют перекрытия и полы, обшивают степы и потолки под шту­катурку. Пористые и пустотелые теплоизоляционные ма­териалы (пено- и газомагнезиты) изготовляют, добавляя в процессе затворения к магнезиальному цементу пено­образователи (стоярный клей, канифоль и др.).

 

Соперники кирпича и камня

Глина издавна пользуется вниманием строителей. Благодаря хорошей пластичности глины из нее готовили строительные растворы, ею обмазывали кровли, штука­турили стены. Глина, замешанная с водой и наполните­лями (мелко нарезанная солома, мякина, остатки шер­сти), образовывала прочное тесто, из которого формиро­вали сырцовые кирпичи; их не обжигали в печи, а только сушили на солнце или на воздухе. Сырцовый кирпич стоит дешевле красного строительного, но сырцовые кирпичи боятся сырости: при длительном пребывании в воде они размокают.

Повысить водостойкость сырцового кирпича удалось не так давно. Здесь помогли известь и пар. Глину сме­шивают с известковым тестом или молотую известь гасят в смеси с глиной. К смеси добавляют стружку, опилки, торф, резаную солому. Из массы формуют большие блоки, которые пропаривают сутки при 70—80° С, а затем вы­держивают около двух недель при обыкновенной темпе­ратуре. Блоки применяют при кладке стен одно- и двухэтажных домов, для заполнения каркасных стен в более крупных зданиях.

Соперником кирпича из обожженной глины стал теперь и силикатный кирпич, состоящий из песка с не­большой добавкой извести (5—8%). Известково-песчаную смесь формуют в кирпичи на прессах под большим дав­лением — свыше 150 атм и запаривают в автоклавах. Обработка паром продолжается восемь часов под давле­нием 8 атм при 170—175° С, При высокой температуре в присутствии водяного пара между частицами извести и зернами песка происходит химическая реакция. Обра­зуется новое химическое соединение — гидросиликат кальция, которое надежно склеивает зерна песка в моно­литный, прочный камень.

Из смеси извести и песка теперь делают не только строительный кирпич, но и различные штучные строи­тельные детали. Для их изготовления используют смеси, содержащие значительное количество извести (до 20%). Из известково-песчаных смесей создан прочный строи­тельный материал, успешно заменяющий железобетон, — армированный силикакальцит. Из него делают плиты для перекрытий, перемычки и балки (длиной до 4,5 м), архитектурные детали.

За последние годы список строительных материалов пополнился дешевыми и прочными искусственными кам­нями — шлакобетонами. Их готовят из смеси размолотых на бегунах топливных шлаков и воздушной извести или цемента. Шлакобетон потребляется производством круп­ных стеновых блоков и пустотелых блоков (вкладыши, стандартные стеновые камни, плиты для перегородок). Те и другие успешно заменяют изделия из традиционных материалов — кирпича, камня, дерева, металла, и при этом экономится много миллионов рублей.

Заслуженным признанием пользуется крупнопори­стый бетон. В отличие от обычного бетона, в нем нет песка и цемента. Заполнителями служат щебень и гравий, которые имеют в десятки раз меньшую поверхность, чем песок. (Суммарная поверхность песка в 1 м3 бетона составляет несколько тысяч квадратных метров.) Это де­лает крупнопористый бетон более газонепроницаемым, и при обработке смеси щебня, гравия, молотой негашеной извести и пушонки углекислым газом последний легко и быстро карбонизирует известковые пленки на кусочках гравия. Кубометр нового бетона стоит на 40% дешевле кубометра кирпичной кладки.

Жилые дома, общественные и промышленные здания со стенами из крупнопористого бетона можно встретить в Сочи и под Москвой, в Грузии и на Крайнем Севере, в Крыму и на Дальнем Востоке.

Каменная пена

Из извести и песка делают пустотелый искусственный камень. Сотканный из мельчайших каменных ячеек, он — словно застывшая каменная пена. Легкий, пронизанный порами камень, похожий на пемзу, называют пеносили­катом.

При его изготовлении тонкомолотую известь смеши­вают с измельченным песком или другими кремнеземи­стыми веществами (диатомит, трепел, доменный шлак) и заливают водой, к которой добавлены пенообразова­тели — канифольное мыло, сапонин. При взбалтывании известково-песчаной смеси с водой и пенообразователями, так же как и при флотации руды, образуется пена с прилипшими к ней мельчайшими частицами. Эта ка­менная пена затвердевает и превращается в пеносиликат.

Пеносиликат плохо проводит тепло, не боится мороза и хорошо переносит резкие атмосферные воздействия. Из него изготавливают стеновые блоки, плиты для между­этажных перекрытий.

Если смешать цементное тесто с раствором заранее приготовленной пены, то получится похожая на сметану подвижная масса. Застывая, она превращается в камень, напоминающий по внешнему виду пчелиные соты. Почти 90% его объема занимают наполненные воздухом ячейки. Этот искусственный камень называют ячеистым бетоном или пенобетоном. Ячеистый бетон делают и другим спо­собом. К цементному порошку добавляют вещества (на­пример, соду или алюминиевый порошок), которые, раз­лагаясь, выделяют какое-либо газообразное вещество. При взаимодействии с известковым раствором эти газы вспучивают цементное или известковое тесто.

Пенобетоны, как и газобетоны, хорошо заглушают звук, плохо проводят тепло. Благодаря заполнению ячеек воздухом теплопроводность этих бетонов в 48 раз ниже, чем кирпича, и в 2500 раз ниже, чем стали.

В 90-х годах американец Сенфорд нашел способ пре­вращать гипс в легковесный пористый материал. К гип­совому тесту он добавлял немного двууглекислой соды, которая, вступая в химическое взаимодействие с гипсом, выделяла углекислый газ, вспучивавший массу. Изобре­тениеСенфорда нашло подражателей. За рубежом и у нас предлагались многие способы приготовления газо­гипса с разными добавками — кислотами, содой, мелом, квасцами, минеральными солями.

Еще большей известностью у строителей пользуется пеногипс, приготовляемый смешиванием гипсового теста с пеной. Пенообразователем чаще всего служат мыльный корень или канифольное мыло. Пористые гипсы приме­няются как заполнители в крупнопанельных конструк­циях и междуэтажных перекрытиях, для утепления об­легченных кирпичных стен и покрытий. Из них изготов­ляют панели перегородок, межкомнатные перегородочные плиты, а также архитектурные украшения для внутрен­ней отделки зданий — карнизы, розетки.

Ячеистые бетоны все шире применяются на наших стройках. Из них возводят стены зданий, изготовляют перекрытия и перегородки, они используются в строитель­стве холодильников и заводов искусственного льда, употребляются для изоляции сушилок, паровых камер и другого оборудования.

Легкость организации производства строительных де­талей из ячеистых материалов — пено- и газосиликатов, бетонов и гипсов — и их высокие эксплуатационные каче­ства открывают перед ними широкие области использо­вания в строительстве. В недалеком будущем из таких материалов будут строиться целые здания и даже города.

Родословная трех минералов

В 1593 г. по велению царя Федора Иоанновича в 130 км от Курска, на правом берегу Северного Донца был заложен новый город. Назвали его Белгородом, по­тому что близ него возвышалась большая меловая гора.

Меловые горы встречаются и в других районах Со­ветского Союза — Святые горы недалеко от города Изюма, Дивные горы у станции Лиски. Крупные месторождения мела имеются на Волыни, в Поволжье, на Южном Урале, в Крыму, Сибири.

Каково же происхождение этих гор? Оказывается, это кладбище останков бесчисленного множества моллю­сков, рачков, микроскопических живых существ — кор­неножек, которые строили из углекислого кальция свои красивые и прочные домики. Скелеты морских животных, скорлупки и раковины отмерших обитателей морских глубин оседали на дно, смешивались с илом и в течение тысячелетий покрывали морское дно толстым слоем — не­сколько сот метров. Под мощным давлением воды они спрессовывались и превращались в камень.

Таково происхождение и большинства обыкновенных плотных известняков, встречающихся почти повсеместно, и более мягких известняков — ракушечников, которыми столь богато наше Причерноморье.

В теплых морях можно встретить рифы, скалы и даже целые острова, сложенные известняками, которые обра­зовались в результате труда крошечных живых организ­мов. Корненожки, кораллы, а также моллюски, морские ежи, звезды выискивают нужный им для построек каль­ций, где только могут. Они находят его не только в воде, но даже в пыли. Однако, чтобы собрать рассеянный в воде или в пыли кальций, живым организмам прихо­дится производить огромную работу. Вычислено, напри­мер, что устрица для построения своей раковины должна прогнать через свое тело такое количество воды, которое в несколько тысяч раз превышает ее собственный вес. Скорость этого процесса еще более велика у простейших организмов, потому что они очень быстро размножаются. Например, в 1 г морского песка насчитывается более 50 тыс. корненожек.

Эта грандиозная работа непрерывно идет во всех ре­ках и озерах, морях и океанах. Подсчитано, что в морях ежегодно накапливается около 148 т углекислого каль­ция. Откуда же берется там столь огромное количество кальция, которое морские животные превращают в угле­кальциевую соль и строят из нее свои скелеты и скор­лупки? Основная масса углекислой извести приносится в моря и океаны реками. В реки же она поступает из грунтовых вод, размывающих пласты известняков.

Так совершается в природе непрерывный круговорот кальция. Важную роль в нем играют крохотные живые существа, создающие мощные толщи известняков и ог­ромные меловые горы.

Кроме того, в природе существуют известняки, обра­зовавшиеся без участия живых организмов. Они «роди­лись» в процессах химических превращений первичных горных пород или в те далекие геологические эпохи, когда еще только формировалась наша планета.

Подобно известнякам и мелу, гипс залегает мощными пластами, иногда образуя целые горные кряжи. Он встре­чается во многих областях и краях нашей страны. Не­редко пласты гипса перемешаны с глиной, песком, из­вестняком, доломитом. Мощные залежи гипсового камня, обнаруживаемые ныне в верхних слоях Земли, возникли много миллионов лет назад, когда древние моря отсту­пали или высыхали.

Но гипс не только продукт испарения соленой воды в морских лагунах и самосадочных озерах — его кри­сталлы иногда являются результатом сложных химиче­ских реакций. В Средней Азии в горах Туркестанского хребта с древних времен известна пещера Кон-И-Гута, что по-арабски означает «рудник погибели». Некогда арабы добывали в пещере свинец и серебро. Разработка этих рудничных жил велась несколько веков, но впослед­ствии рудник был заброшен. В 1920 г. пещеру обследо­вала специальная экспедиция, обнаружившая остатки рудничной крепи и гроты с гипсовыми натеками.

Через трещины в горе в пещеру проникала вода, ко­торая размывала сернистую руду. При взаимодействии воды с рудой образовывалась серная кислота, разъедавшая известковые стены пещеры. Вода, содержавшая серную кислоту, растворяла углекислый кальций, и он превра­щался в гипс. Вода, насыщенная гипсом, просачивалась в гроты, с течением времени испарялась, и в гротах вы­растали гипсовые натеки.

Точно так Же в природе образовывались и некоторые крупные залежи гипса. Если по соседству с массивами известняка имелись месторождения серного колчедана, свинцового блеска, цинковой обманки и других сернистых руд, то сернокислые воды, проникая в известняки, пре­вращали их в гипс. «Рождение» гипсового камня воз­можно и при воздействии на известняк серной кислоты, содержащейся в парах вулканических извержений.

Н. С. Курнаков показал, что рассолы озер могут реа­гировать с известняками, образуя гипс.

Гипсовые отложения могут быть и продуктами воздей­ствия на известняки сероводорода, выделяющегося при гниении белковых веществ или содержащегося в вулка­нических газах и минеральных водах. Наконец, в образо­вании гипса из известняков принимают участие серни­стый газ и водяной пар — компоненты вулканических выделений.

comments powered by HyperComments