Starożytny beton lepszy od obecnego
Posted by Marucha w dniu 2022-02-23 (Środa)
Rzymski falochron odlany z betonu ostatnie 2000 lat spędził zatopiony w Morzu Śródziemnym. Międzynarodowy zespół naukowców m.in. z U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), oraz University of California zbadali budowę tego wytrzymałego materiału.

Betonowy falochron przy plaży w zatoce Herne Bay, Kent.
Próbki pobrano z Zatoki Pozzuoli na północno-zachodnim rogu Zatoki Neapolitańskiej. Analiza próbek wykazała wyższość betonu z czasów rzymskich nad nowoczesnymi betonami pod względem trwałości, a jego produkcja okazała się mniej szkodliwa dla środowiska.
„To nie jest tak, że beton produkowany dzisiaj nie jest dobry – obecnie produkujemy 19 miliardów ton rocznie” – mówi Paulo Monteiro z Berkley Lab. „Problemem jest to, że podczas produkcji cementu portlandzkiego do atmosfery wysyłane jest siedem procent dwutlenku węgla w skali przemysłu światowego” – dodaje naukowiec.
Cement portlandzki to hydrauliczne spoiwo budowlane, które zmieszane z wodą wiąże inne materiały, uzyskując cechy ciała stałego (twardniejąc). Klinkier cementowy otrzymuje się przez wypalenie w temperaturze 1450°C mieszaniny zmielonych surowców zawierających wapienie i glinokrzemiany. Podczas tego procesu wapienie (CaCO3) uwalniają do atmosfery znaczne ilości dwutlenku węgla. Do wypalonego klinkieru dodaje się gips lub mieszaninę gipsu i anhydrytu jako regulatora czasu wiązania oraz do 5% innych składników (wapień, żużel, pył pucolanowy), a następnie całość miele się w młynie do cementu.
Zespół Monteiro odkrył, że Rzymianie używali dużo mniejszej ilości węglanów wapna. Korzystali z kamieni wapiennych i wypalali je w temperaturze 900°C bądź niższej. Wymagało to znacznie mniejszego zużycia paliwa niż obecnie do uzyskania cementu portlandzkiego.
Zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych jest silnym bodźcem do projektowania ekologicznych materiałów, do budowy budynków, mostów i innych konstrukcji.
„W połowie XX wieku konstrukcje betonowe zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymać 50 lat. Obecnie budynki powinny wytrzymać od 100 do 120 lat. Starożytne rzymskie zabudowy portowe przetrwały ponad 2000 wytrzymując napór wody oraz erozji.” – mówi Monteiro.
Sekret rzymskiego cementu, zdaniem naukowców, polegał na zastosowaniu nadzwyczaj wytrzymałej mieszanki pyłu wulkanicznego, skał wulkanicznych i wapna. Dla podwodnych konstrukcji, wapno i popiół wulkaniczny zmieszano tworząc zaprawę, następnie dodano odłamki skał i aplikowano do drewnianych szalunków. Woda morska wywoływała natychmiastową reakcję chemiczną. Dzięki reakcji chemicznej zachodzącej przy udziale wody powstają między innymi z ziaren cementu uwodnione krzemiany i glinokrzemiany wapnia – powstają fazy C-S-H, które zapewniają połączenie wszystkich składników. Produkty hydratacji cementu wchodzą w reakcję fizyko-chemiczną z pozostałymi składnikami mieszanki betonowej tworząc zwięzłą całość. Postępujący proces hydratacji cementu jest procesem egzotermicznym – oznacza to iż podczas hydratacji wydzielane jest ciepło.
Rzymski beton posiada inne składniki – mniej jest krzemianów, za to jest dodatek aluminium. Powstaje uwodniony krzemian wapniowo-aluminiowy (C-A-S-H). który jest wyjątkowo stabilnym spoiwem.
Spektroskopia rentgenowska wykazała, że podstawienie aluminium w miejsce krzemu, może być kluczem do spójności i trwałości betonu w morskiej wodzie. Przyjazne dla środowiska, obecnie produkowane betony zawierają już popiół wulkaniczny (puzzolana) lub popioły lotne z elektrowni jako substytuty dla cementu portlandzkiego. Ich długoterminowa przydatność nie była znana dopóki nie przeanalizowano starożytnych rzymskich podwodnych budowli.
Analiza wykazała, że Rzymianie potrzebowali mniej niż 10% wagowych wapieni, wypalanych w 2/3 temperatury wymaganej przez cement portlandzki.
Źródło:
[1] Material and elastic properties of Al-torbermotite in ancient Roman seawater concrete, by Marie D. Jackson, Juhyuk Moon, Emanuele Gotti, Rae Taylor, Abdul-Hamid Emwas, Cagla Meral, Peter Guttmann, Pierre Levitz, Hans-Rudolf Wenk, and Paulo J. M. Monteiro, appears in the Journal of the American Ceramic Society
[2] http://newscenter.lbl.gov/?p=28432&preview=true | 30.06.2013
[3] http://www.permies.com/t/2309/green-building/CEMENTS | 30.06.2013
[4] Concrete Bank by William Warby, flickr.com, CC BY 2.0
Komentarzy 15 do “Starożytny beton lepszy od obecnego”
Sorry, the comment form is closed at this time.
Doinformowany said
Do tego jaja prosto od kur.
———-
Jaja to inna parafia: zaprawa murarska, a nie beton.
Admin
bart_w said
Wydzielanie dwutlenku węgla jest przyjazne dla środowiska. Z tego gazu roślinki produkują jedzenie i materiały budowlane czy konstrukcyjne, a także papier. I inne pożyteczne rzeczy. A nawet opał do chlebowego pieca, węgiel drzewny, smołę i holdzgaz napędowy.
Wylewaniem betonu pod wodą zajmowała się firma Hydrobudowa, która oczywiście już nie istnieje (to była polska firma) i nie wiem, kto przejął jej działalność.
p.s. Za przyczynę upadku Hydrobudowy uważa się przerwanie współpracy z bankiem PKO.
Sebastian said
Wrzucam jeszcze celem uzupełnienia. Ponadto w związku z tymi informacjami śmiało można wysunąć hipotezę o budowie piramid z betonu, a nie jakby chcieli postępowcy z pomocą kosmitów
Historia betonu w pigułce
Początki
Najstarsze ślady stosowania betonu datuje się na 7000 r. p.n.e. Z tego okresu pochodzą budowle w miejscowości Yiftah El w południowej Galilei w Izraelu, w których podłogi i fragmenty ścian wykonane zostały z betonu ze spoiwem wapiennym oraz kruszywem z rozdrobnionego wapienia. Podobny rodzaj betonu spotkać było można na podłogach chat rybackich, które odkryto w 5600 r. p.n.e. w osadzie w Lepenskim Virze w Serbii. Jednak pionierami w dziedzinie betonu jako materiału budowlanego byli starożytni Rzymianie. Stosowali oni technikę wznoszenia konstrukcji z betonu już w IV w. p.n.e. Technika ta polegała na wlewaniu rzadkiej zaprawy między dwie murowane z kamienia ściany i wrzucaniu do środka gruzu kamienno-ceramicznego.
Natomiast sto lat później Rzymianie potrafili już wytworzyć beton, odpowiadający współczesnym betonom. Przygotowywano go z mieszaniny kamieni, wody i cementu, która po związaniu twardniała, tworząc sztuczną skałę. Stosowany przez Rzymian cement złożony był z zaprawy wapiennej i popiołu wulkanicznego, który powszechnie występował na obszarze basenu Morza Śródziemnego. Umiejętność wytwarzania tego cementu Rzymianie przejęli najpewniej od Greków. Ci bowiem jako pierwsi zastosowali mieszaninę wapna i popiołów wulkanicznych do wytwarzania spoiw hydraulicznych. Grecy używali głównie popiołów z wyspy Nisiros oraz Puccoli (Putteoli), stanowiącą grecką kolonię we Włoszech. I to właśnie od miejscowości o nazwie Puccoli, pochodzi nazwa materiału – pucolany.
Najwcześniejsze zapiski
Pierwsze zapisane wzmianki o betonie zawdzięczać możemy Witruwiuszowi, rzymskiemu architektowi, konstruktorowi i inżynierowi, żyjącemu w I w. p.n.e. W traktacie „O architekturze ksiąg dziesięć” napisał: „Istnieje pewien gatunek pyłu, który dzięki przyrodzonym właściwościom wytwarza rzeczy godne podziwu. […] Proszek ten zmieszany z wapnem i łamanym kamieniem nie tylko zapewnia trwałość wszystkich budowli, lecz nawet użyty przy budowli grobli w morzu twardnieje pod wodą”. Dostępność surowców, wchodzących w skład ówczesnego betonu, opanowanie technologii produkcji oraz bardzo dobre właściwości sprawiły, że w I w. p.n.e. beton był już powszechnie stosowany. Używany był do budowy fortec, portów, falochronów, świątyń, pomników, akweduktów, dróg. Ponieważ w dowolny sposób można było go kształtować, oprócz prostych ścian, zaczęto formować z betonu łuki i kopuły.
Beton w starożytnym Rzymie
Najwięcej zachowanych po dziś dzień obiektów budowanych, do wykonania których używano betonu na bazie cementu pucolanowego, znajduje się na terenach obecnych Włoch. W Pompejach znajdują się termy Karakalli, pochodzące z II w. p.n.e., w których kopuła wykonana została z bloków „sztucznego kamienia”. Z kolei w świątyni Konkordii i Kastora w Rzymie z betonowych płyt wykonano fundamenty, tzw. podia. Beton wykorzystywany był również do budowy ulic i dróg — również do budowy najstarszej drogi w Rzymie – Via Appia.
Z czasów starożytnego Rzymu pochodzi wiele budowli monumentalnych, świątyń i amfiteatrów, które wznoszono głównie z kamienia lub cegły, ale do budowy fundamentów i sklepień używano betonu. Przykładem jest rzymski Panteon – świątynia postawiona na betonowym fundamencie o głębokości 4,5 i grubości 7,3 m. Ściany Panteonu zbudowane zostały z cegły, a przekrycie stanowi kopuła zbudowana z poziomych warstw betonu przełożonych cegłą. Drugą znaną rzymską budowlą, która jest przykładem użycia betonu, jest Koloseum.
http://www.julispec.pl/blog/historia-betonu-w-pigulce/#more-172
Sebastian said
Cement rzymski
Sebastian said
Starożytni Rzymianie budowę drogi zaczynali od dokładnego wytyczania trasy. Zadanie owo powierzali mierniczemu (łac. agrimensor). Pierwotną nawierzchnię stanowił żwir. Zaś szczytowym osiągnięciem Rzymian były drogi brukowane, gdzie stosowano technikę betonów opartą na spoiwach hydraulicznych.
Z zaprawami wapienno-piaskowymi Rzymianie zetknęli się w IV w. przed Chrystusem, udoskonalając je, jak to uczynili z tyloma innymi cudzymi pomysłami.
W tym momencie nasuwa się pytanie o oryginalność Rzymian, nie oni wszak pierwsi zastosowali beton. Świątynne kolumny cementowo-wapienne odkryto już 7,5 tysiąca lat temu, we wczesnej fazie kultury Ubaid, poprzedzającej sumeryjską kulturę Uruk (Mezopotamia).
Ale Rzymianie doszli do swoich odkryć sami. Starożytność nie znała takiej globalnej wymiany informacji, jaka jest teraz. Nie znaczy to, że nie było jej w ogóle. Kiedy w końcu Rzym zapanował nad śródziemnomorskim światem, komunikacja społeczna rozwinęła się w takim stopniu i tak silne nastąpiło etniczne i kulturowe wymieszanie, że nawet władcami imperium zostali ludzie o mizernej znajomości łaciny (tyle, co się nauczyli w wojsku), pochodzący z miejscowych, tubylczych plemion.
Wynalazkiem jednak specyficznie rzymskim było sporządzenie betonu, który robiono w różnych proporcjach z wapna, piasku, pucolanu i rozmaitych kruszyw: drobnych kamieni, żwiru, tłuczonej cegły, tudzież z odłamków ceramicznych.
„Kluczem do sprawy” był tu pucolan, materiał o niezwykle przydatnych właściwościach; minęło ponad dwa tysiące lat i jeszcze go stosujemy. Nie poszedł w zapomnienie, przeminęła chwała Rzymu, a pucolan (nie tylko on jednak) pozostał.
Nad Zatoką Neapolitańską w starożytności wznosiło się miasto Puteoli, noszące współcześnie włoską nazwę Puzzoli.
W pobliżu miasta Puzzuoli znajdowały się pokłady pucolanu – pyłu wulkanicznego, łatwo wchodzącego w reakcję z wodą, wapnem i piaskiem, dzięki czemu powstawała wodoodporna zaprawa hydrauliczna.
O wspomnianej Witruwiusz (najwybitniejszy z rzymskich teoretyków architektury) pisze następująco:
„Po zgaszeniu piasku należy sporządzić (ją) tak, by przy piasku kopalnym zawierała trzy czwarte piasku, a resztę wapna. Jeśli jest piasek rzeczny lub morski – dwie części piasku, a wapna jedną. (…) Jeśli dorzucić do piasku jedną część tłuczonej i przesianej cegły, otrzyma się zaprawę do użytku zdatniejszą”.
Z relacji „księcia architektów” wynika, że Rzymianie dbali o to, by ich arterie komunikacyjne były zabezpieczone przed wodą:
„Ziemię należy skopać i jak najgłębiej wydobyć – pisał. – Po obu stronach zamierzonego chodnika wykonać należy murowane kanały odwadniające. W ścianach kanałów zwróconych ku chodnikom umieścić trzeba rury nachylone ku kanałom. Potem należy wolną przestrzeń wypełnić węglem, a następnie przysypać żwirem i wyrównać. W ten sposób, skutkiem naturalnej porowatości węgla i dzięki wpuszczeniu rur do kanałów, usunięty zostanie nadmiar wilgoci i wody”.
http://abc-sciany.pl/cement-rzymski/
Włodek said
Ad. Sebastian
„… śmiało można wysunąć hipotezę o budowie piramid z betonu …”
Hipoteza nie nowa, ale warto zwrócić uwagę na „ryzykowne” używanie, w tych okolicznościach słowa „beton”.
Dla udowadniania tej hipotezy, warto przyjąć mniej „prowokacyjny” termin niż beton, do którego wytworzenia używa się spoiwa cementowego, otrzymywanego głównie z wapieni.
Widoczne na piramidach w Egipcie bloki skalne to piaskowiec, a więc inny skład mineralny od wapienia.
Używając innej „roboczej” nazwy dla tej hipotezy, unika się przede wszystkim ewentualnych ataków ze strony „autorytetów” reprezentujących „powszechnie przyjętą wiedzę naukową”, oraz umożliwia skoncentrowanie się nad możliwością jej udowodnienia.
Może Pan ma jakąś propozycję nazwy dla tej technologii wytwarzania „bloczków” piaskowca?
NyndrO said
Przez jakieś 10 lat byłem blisko branży cementowej. Można przyjąć, że w obecnie sprzedawanym cemencie poczkowanym, jakiee 30% to dodatki. Tak średnio 30%. Są to np. popioły lotne, które kiedye były odpadem np. z elektrociepłowni, ale też opony, pieluchy, odpady szpitalne, mączka kostna, wata szklana, ” zabawki z Chin ” i właściwie wszystko, co się spali w temperaturze 12000 stopni C. Czyli praktycznie wszystko.
Isreal said
ad1
… prosto od chłopa ….
Sebastian said
dlaczego piaskowca ?
Hipoteza betonu wapiennego – tłumaczenie google
Davidovits uważa, że bloki piramidy nie są rzeźbionym kamieniem, ale głównie formą wapiennego betonu i że zostały „odlane” tak, jak w przypadku współczesnego betonu. [1] Zgodnie z tą hipotezą, miękki wapień o wysokiej zawartości kaolinitu wydobywano w wadi na południu płaskowyżu Gizy. Wapień był następnie rozpuszczany w dużych basenach zasilanych Nilem, aż stał się wodnistą zawiesiną. Wapno (znalezione w popiele z ognisk) i natron (używane również przez Egipcjan w mumifikacji )) zostały zmieszane. Następnie baseny pozostawiono do odparowania, pozostawiając wilgotną, gliniastą mieszaninę. Ten wilgotny „beton” zostałby przewieziony na plac budowy, gdzie zostałby zapakowany w drewniane formy wielokrotnego użytku iw ciągu kilku dni przeszedłby reakcję chemiczną podobną do utwardzania betonu. Sugeruje, że nowe bloki można by odlać na miejscu i docisnąć do starych bloków. Testy sprawdzające słuszność koncepcji z użyciem podobnych związków zostały przeprowadzone w instytucie geopolimerów w północnej Francji i stwierdzono, że załoga licząca od pięciu do dziesięciu osób, pracująca przy użyciu prostych narzędzi ręcznych, może aglomerować strukturę pięciu bloków o masie od 1,3 do 4,5 ton w kilka tygodni. [2] Twierdzi również, że Stela Głodu wraz z innymi hieroglifamiteksty, opisują technologię aglomeracji kamienia.
Metoda Davidovitsa nie jest akceptowana przez akademicki mainstream. Jego metoda nie wyjaśnia granitowych kamieni, ważących grubo ponad 10 ton, nad Komorą Króla, które, jak się zgadza, zostały wyrzeźbione. Geolodzy dokładnie przeanalizowali sugerowaną technikę Davidovitsa i doszli do wniosku, że jego beton pochodzi z naturalnego wapienia wydobywanego w formacji Mokattam. [3] Jednak Davidovits twierdzi, że większość miękkiego wapienia pochodziła z tych samych naturalnych kamieniołomów formacji Mokkatam, które znaleźli geolodzy, i twierdzi, że starożytni Egipcjanie używali miękkiej warstwy marglisy zamiast twardej do ponownego aglomeracji kamieni.
Hipoteza Davidovitsa zyskała poparcie Michela Barsouma, badacza materiałoznawstwa. [4] Michel Barsoum i jego koledzy z Drexel University opublikowali swoje odkrycia potwierdzające hipotezę Davidovitsa w Journal of the American Ceramic Society w 2006 roku. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej odkryli w próbkach wapiennej piramidy bloki związków mineralnych i pęcherzyków powietrza, które nie występują w naturalnym wapieniu. [5]
Niedawno inne badanie wykazało obecność skupisk węgla o wielkości od 5 µm do 50 µm w próbkach piramidy Chufu, które zostały zidentyfikowane za pomocą mikrosondy jądrowej i wydają się wskazywać, że skupiska te są pochodzenia organicznego. Ich lokalizacja w próbkach piramidy pokrywa się z pozycją innych klastrów zawierających sód. Sytuacja ta jest całkowicie nieobecna w próbkach wapienia, które zostały pobrane z kamienia w kamieniołomach wapienia Tura i Maadi. W badaniu stwierdza się, że „…wszystkie te obserwacje pasują do modelu konstrukcji stworzonego przez Davidovitsa, który stwierdza, że bloki piramidy Chufu zostały odlane in situ przy użyciu granulowanych kruszyw wapiennych, natronu ., wapno (prawdopodobnie produkowane przez spalanie drewna w domowych ogniskach) i wodę w celu wytworzenia spoiwa na bazie glinokrzemianów alkalicznych.”
gnago said
dlatego dla bloków tego czegoś w piramidach uknuto nazwę geopolimer, a sposób wytwarzania opatentowano już dekady temu
https://www.google.com/search?client=opera&q=geopolimer+z+piramid&sourceid=opera&ie=UTF-8&oe=UTF-8
Włodek said
„… Hipoteza betonu wapiennego – tłumaczenie google …”
Szczególnie w przypadku korzystania z tłumaczenia googla należy doprecyzować pojęcia, o czym mówi Davidovits twierdząc, że bloki piramidy Cheopsa (Chufu) zostały odlane na miejscu.
Piramidę zbudowano z kilku rodzai kamienia, ale podstawowym materiałem były skały osadowe, którymi są zarówno wapień, jak i piaskowiec. Okładzinę zewnętrzną stanowiły płyty wapienne (prawdopodobnie „polerowany” marmur), które w późniejszych wiekach zostały „rozkradzione”. Pozostała konstrukcja piramidy (obecnie widoczne bloki kamienne) ma strukturę raczej piaskowca, który w Egipcie występuje najczęściej, ponieważ leży on na grubej warstwie mezozoicznych piaskowców nubijskich. Skała ta jako wodonośna (ale również gazo- i roponośna) jest jak wilgotna „gąbka”, dlatego na powierzchni, gdzie ją wydobywano (kamieniołomy) łatwo ulegała obróbce, a na słońcu (po odparowaniu) następowało jej stopniowe utwardzenie, którego efekt wytrzymałościowy robi obecnie na nas takie wrażenie.
Skały po tak długotrwałym procesie krystalizacji wymagają już twardszych narzędzi do obróbki, niż tysiące lat temu podczas ich wydobywania. Podobnie jest z współczesnym betonem, którego wytrzymałość ulega zwiększeniu wraz z upływem czasu, czy mógł się również zasugerować Davidovits?
Ciekawy jest natomiast wątek używania drewna w teorii Davidovits’a (formy odlewnicze, wypalanie wapna) to tłumaczyłoby kompletne „spustynnienie” krajobrazu w Egipcie, czyli wycięcia w pień setek (a możne tysięcy) hektarów lasów (jeżeli takowe porastały ówczesny Egipt).
W Europie było typowym zjawiskiem wykarczowanie całych połaci leśnych, wokół budowanych miast, a w szczególności dużych obiektów wymagających skomplikowanych rusztowań (kopuły, wieże). Do takich „katastrof ekologicznych” doszło najpierw w Grecji, we Włoszech (Rzym), w Hiszpanii, we Francji itd.
Włodek said
Ad. [10] Gnago
2022-02-23 (Środa) @ 19:12:15
„… dlatego dla bloków tego czegoś w piramidach uknuto …”
Pod wskazanym „linkiem” jest kilka kolejnych odnośników. Do którego należy zajrzeć?
? said
Re 7 NyndrO:
12 000 stopni? A może 1200?
Boydar said
Bo NyndruŚ jest szybki i proekologiczny, w dwunastu tysiącach spali się dokładniej 🙂
NyndrO said
Tak, pozajączkowało mi się. Pewnie, że 1200. Aż taki ekologiczny nie jestem.