История строительных материалов. Вяжущие.

Недавно была опубликована статья о римском бетоне: Римский бетон приоткрывает свои секреты пытливому уму , где были сведения о поисках учёных секретов древнего искусственного камня. Тема возведения сооружений из камня волнует не только альтернативщиков, но и строителей. А ещё интересует вопрос, как получить прочный и долговечный строительный материал.

Предлагаю для ознакомления небольшой конспект книги

"Очерки истории вяжущих веществ" - Значко-Яворский И.Л.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ПЕТЕРБУРГА XVIII—ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЫ XIX в. 

После основания в 1703 г. будущей столицы на дальнейшее развитие строительного дела и производства вяжущих материалов и растворов во всей стране основное влияние оказывало выдающееся зодчество Петербурга. Техника растворов петровского времени создавалась здесь с учетом иностранного опыта. Однако в выборе вяжущих веществ и активизирующих добавок она, как выяснилось из исследования, отличалась от техники западноевропейских стран и была более прогрессивной.62

Нами исследованы 13 кладочных растворов, отобранных преимущественно из внутренней кирпичной кладки различных конструктивных элементов монументальных церквовных и общественных сооружений Петербурга XVIII—первой четверти XIX в. :

Петропавловский собор (1712—1733 гг., Д. Трезиии), бывшая царская усыпальница на территории Петропавловской (С.-Петербургской) крепости. Исследованы шесть растворов периода 1712—1725 гг. ...Все растворы, за исключением более позднего раствора, чрезвычайно тверды. Высокая прочность, однородность растворов и топкость швов хорошо выполненной кладки очень затруднили отбор образцов, причем их удалось получить лишь в виде мелких кусочков.

Большой Гостиный двор (В. Растрелли и Ж. Б. Баллен-Деламот). Исследованы пять растворов периода 1761—1775 гг....Средняя, иногда малая твердость и неравномерность растворов, доступность кладки в процессе ее разборки (в связи с реконструкцией помещения), более толстые швы и наличие в кладке пустот, заполненных отвердевшим раствором, облегчили отбор довольно крупных образцов. Значительные колебания в качестве растворов объясняются возведением различных отсеков в разное время отдельными владельцами участков. Это приводило к использованию разнородных материалов, различной тщательности выполнения работ, а может быть и к экономии в' их стоимости за счет качества.

Исаакиевский собор (1818—1858 гг., А. Монферран), быв. собор йсаакия Далматского, включает элементы предыдущего Исаакиевского собора (1768—1802 гг., А. Ринальди). Исследованы два образца обоих строительных периодов. Образец M 35. Раствор северо-западного паруса придела Александра Невского, 1796 г. Образец № 37. Раствор свода между подвалом и церковным полом юго-западной части центра, 1820 г. ...

Из 13 исследованных растворов Петербурга 12 растворов изготовлены на гидравлических известях и только один (№ 12 Гостиного двора) на тощей воздушной извести. Из 12 гидравлических известей девять сильно гидравлических и только три (№ 17, 18 Петропавловского собора и № 13 Гостиного двора) слабо гидравлических. По содержанию окиси магния среди гидравлических известей пять доломитовых (№ 15, 19, 8, 35, 37), две доломитизированных (№ 14, 7) и пять маломагнезиальных (№ 16—18, 11, 13). Тощая воздушная известь (№ 12) магнезиальна.

Применение исключительно гидравлических известей в монументальных наземных сооружениях, при наличии и воздушных известей, следует объяснить соображениями прочности и долговечности. Такая практика, как показано далее (стр. 325—326), отражена в трактате-кодексе строительного дела 1737—1740 гг. — Доляшость Архитектурной Экспедиции, критически обобщившем строительный опыт петровского времени. Она превосходила западноевропейскую практику, в которой тогда и позднее, вплоть до работ Смитона и Паркера, еще господствовали воздушные извести с гидравлическими добавками.

При использовании только гидравлических известей в сооруяжениях Петербурга (как и Риги) изучаемого периода зависимости между видом используемой извести и назначением конструктивного элемента, для которого предназначается раствор, естественно, не наблюдается. Напротив, в пределах одного и того же собора или одного и того же отсека Гостиного двора растворы различных конструктивных элементов, выполнявшихся разновременно, изготовлены на сходном вяжущем...

На изучаемых растворах Петербурга наглядно проявлена своеобразная эволюция в применении активизирующих добавок. Она происходила в середине XVIII в., закрепилась в XIX в. и привела при одних и тех же известях к ухудшению качества растворов в послепетровское и последующее время. Из шести растворов Петропавловского собора три  содержат, наряду с обычными естественными заполнителями, карбонатные заполнители и цемянку, а два  — только цемянку. Лишь в одном растворе применены только обычные заполнители при наиболее гидравлической, однако, извести и отличном качестве работы. Все семь растворов Гостиного двора и Исаакиевского собора содержат из добавок только цемянку.

Применение строителями Петропавловского собора карбонатных заполнителей нельзя рассматривать как способ утилизации отходов доломита и известняка при производстве извести на самом строительстве, как это было в древности. Для строительства всех трех сооружений известь обжигали и заготовляли на карьерах вне Петербурга. Безобжиговую тонкомолотую карбонатную добавку под названием цемента, или семента, наряду с другими сементами (цемянка, глинит, обожженные карбонаты), широко использовали в первой половине XVIII в. для улучшения известковых растворов.

Карбонатная добавка в растворах Петропавловского собора представляет собой измельченные доломиты и известняки в необожженном, иногда — слабо обожженном состоянии. В типичном известково-цемяночно-карбонатном растворе № 19 заполнители состоят из 40% цемянки, 30% доломита, 25% кварца и около 5% полевого шпата..'

цемянка (кирпичная мука)
цемянка (кирпичная мука)

Цемянка в растворах Петропавловского собора представлена обломками и зернами измельченного кирпича величиной от 0.1 до 1.5—2 мм. Судя по оптическим свойствам зерен плагиоклаза, включенных в цемянке известково-цемяночного раствора № 14, исходный кирпич был обожжен при 1000°. Для этого раствора характерно большое сцепление цемянки с вяжущим веществом; величина его соответствует прочности кирпича. Излом при разрушении раствора проходит одновременно по обоим компонентам, а прочность контактной зоны, по-видимому, соответствует прочности отвердевшего раствора (85 кг/см2). В растворе № 14 цемянка занимает значительное, а в растворе № 15 основное место среди заполнителей.

Содержание цемянки в растворах Гостиного двора и Исаакиевского собора значительно меньше; оно составляет соответственно 10—30 и 20—30% от количества всех заполнителей. Цемянка измельчена неравномерно: крупные (до 3—4 мм) и мелкие зерна ее, иногда обломки и куски кирпича, сочетаются с пылеватой фракцией, а в растворах Исаакиевского собора и с тонко измельченной и просеянной мукой (табл. XXI, 1, 2; XXIII, 1, 2; XXII, 5, 6). При сохранившихся на поверхностях растворов № 7, 35 (табл. XVI, 1, 3) остатках кирпича из кладки, раствор прочно сочленен с кирпичом, сила сцепления соответствует прочности кирпича, а контакт по характеру сцепления у образца № 35 (табл. XXIII, 3—6) подобен контакту у киевских Золотых ворот.

Обычные заполнители растворов Петербурга в подавляющей части состоят из зерен кварца и различных полевых шпатов. Иногда встречаются обломки гранита с характерным для него комплексом минералов, обломки других горных пород. Изредка в небольшом количестве попадаются зерна разных минералов, глинистое вещество. Редко, в отдельных растворах всех трех сооружений, встречаются обугленные древесные остатки, иногда сохранившие форму сосудисто-волокнистых пучков, — результат обжига материалов на древесном топливе...

Особенно интересен раствор свода перекрытия под алтарем Петропавловского собора (образец № 16). Этот серый плотный искусственный камень с равномернозернистым изломом (табл. XV, 1, 3) выделяется среди всех остальных изучавшихся растворов наибольшими плотностью (2.03 г/см3) и прочностью (200 кг/см2). Раскалывание образца по вяжущему и заполнителям и многочисленные остатки кирпича на поверхности образца говорят о большом сцеплении вяжущего с заполнителями и кирпичом. Раствор не содержит цемянки и карбонатных добавок; изготовлен на неравномерно среднезернистом песке, содержащем 60% кварца, до 35% полевых шпатов и около 5% мусковита, биотита, железистых минералов. Зерна заполнителей имеют реакционные каймы и следы поверхностной коррозии. Изотропное вещество, окружающее зерна кварца, является опалом с различным количеством воды; у зерен полевых шпатов оно представляет водные алюмосиликаты типа цеолитов (табл. XX, 5., 6).

Высокая прочность этого раствора побудила нас проверить — не является ли его вяжущее портландцементом, примененным при реставрационных работах последнего времени. Однако данные химического анализа приводят к следующей химической характеристике вяжущего: основной модуль — 2.5, силикатный — 1.1 и глиноземный — 2.35. Для портландцемента эти модули соответственно имеют пределы 1.9—2.4, 1.7-—3.5, 1—3. По химическому составу вяжущее следует отнести к сильно гидравлической маломагнезиальной извести. Под микроскопом отвердевшее вяжущее вещество имеет полиминеральный характер... Отвердевшее вяжущее изучаемого образца резко отличается от вяжущего строительных растворов 1890 г., изготовленных на портландцементе...

... Превосходство растворов Петропавловского собора по прочности следует объяснить повышенным содержанием цемянки и наличием активизирующих карбонатных добавок. Прочность известково-цемяноч-ных растворов № 14, 15 этого собора (85 кг/см2) выше средней прочности таких же растворов остальных сооружений (57 и 68 кг/см2). Еще выше.

...В отношении прочности растворов отдельных сооружений отметим следующее. Выделяющийся своим качеством образец № 16 Петропавловского собора наглядно показывает, что хорошо приготовленный раствор на активной, сильно гидравлической извести может быть очень прочным и без гидравлических и активизирующих добавок...

Превосходные растворы Петропавловского собора 1712—1733 гг. характеризуют умелое использование исходных материалов, сочетаемое •с высоким качеством работы при возведении ответственного монументального сооружения раннего Петербурга. Разнородность известей, уменьшенное содержание цемянки и отсутствие карбонатных добавок, наряду с ухудшением качества работы, привели к гораздо менее прочным и неоднородным растворам 1761—1775 гг. Большого Гостиного двора. Растворы Исаакиевского собора несколько прочнее растворов Гостиного двора за счет однородности качественных известей и более тонкого измельчения цемянки. Но и здесь уменьшение содержания цемянки и плотности растворов привело к резкому снижению прочности раствора 1820 г. сравнительно с раствором 1796 г. Все изученные растворы очень жирны и в наземных частях сооружений вполне воздухоустойчивы; признаки отчленения вяжущего от заполнителей и рассыпания отсутствуют.

Растворы монументальных сооружений культового и общественного назначения Риги XIII—XVII вв. и Петербурга XVIII—первой четверти XIX в. рационально изготовлены преимущественно на гидравлических известях... Наилучшее качество работ и более высокое содержание цемянки при наличии и карбонатных добавок обеспечили превосходство растворов Петропавловского собора по прочности и пределам ее колебания над остальными растворами. Рижским растворам, изготовлявшимся в течение XIIl—XVII вв., свойственно ровное, довольно высокое качество. В Петербурге же на протяжении XVIII—первой четверти XIX в. превосходные растворы петровского и послепетровского времени, значительно более совершенные, чем тогдашние растворы Западной Европы, сменяются менее качественными и прочными растворами последующего времени. Высокое в общем качество рижских и петербургских растворов XIII—XIX вв., изготовленных на местных гидравлических известях, свидетельствует о неуместности наблюдающихся в нашей строительной практике игнорирования этого ценного местного материала и необоснованной замены его часто привозным портландцементом.

Строительство из обожженного кирпича (плинфы) и камня возникло на Руси в конце X в. и велось наряду со строительством из дерева, глины и сырца...

Монгольское нашествие 1237—1241 гг. привело к уничтожению и расхищению материальных и культурных ценностей древней Руси, задержало на полтора столетия ее культурное и экономическое развитие. Это полностью относится к строительному делу и производству строительных материалов. Во второй половине XIII в. каменное и кирпичное строительство почти прекратилось, способ улучшения известковых растворов добавлением цемянки был надолго утрачен. Памятники архитектуры этого времени отсутствуют. Только в XIY в., особенно после "победы Дмитрия Донского над Мамаем в Куликовской битве (1380 г.) и с усилением Московского княжества, вместе со всей русской культурой, возрождается и каменное зодчество. "

(продолжение следует)

Читайте также:

Отец русского цемента

О цементе Егора Челиева

Камень в объёмах, сопоставимых с пирамидными

Сверление камня в каменном веке

Между традицией и прогрессом

Между традицией и прогрессом 2

Гранитно-мраморная «лапша»

Обработка камня или макаронные изделия – 2

К сведению о каменотёсном деле (из книги XIXв.)

Несколько видеороликов по каменной теме

Реставраторы занимались и в курсе :о)

Откуда камень, Зин? Где брали? (книга Алопеуса 1787 г)

Старинные разработки мрамора и гранита. Где следы фрезы?

Литые полые колонны Исаакия? ( начало темы "макаронные изделия")

Полые колонны, штукатурка, заплатки… что ещё придумаете?

Как изготавливалась Александровская колонна