Кирпичики - Валентин Иванович Маслов
В 1851 году на Всемирной выставке в Лондоне английские портландцементы завоевали признание, и на европейском рынке стали преобладать их марки. К 1880 году производство портландцементов стало быстро расширяться в Германии и в России. К 1900 году Россия была третьей страной в Европе, производившей 40 млн пудов портландцемента. На VII съезде российских промышленников и инженеров обсуждались планы по выработке 70 млн. пудов портландцементов и 10 млн. пудов роман-цементов. В производстве отечественного цемента ведущая роль определялась работами российских ученых А. Р. Шуляченко, Н. А. Белелюбского, Н. Г. Малюги, Н. Н. Лямина и др.
Таким образом, цементные растворы для кладки кирпичных строений стали широко применяться во всем цивилизованном мире лишь с начала-середины XIX века.
А что же применяли в качестве исходного сырья для приготовления строительного раствора наши предки, когда еще не было промышленного производства цемента? Известь! И никто не претендовал на изобретение и получение патентов. Известь (техническая) вырабатывалась посредством обжига природных известняков, добываемых в приломах (каменоломнях). На протяжении тысячелетий она являлась для строителей одним из важнейших служебных материалов при строительстве кирпично-каменных сооружений. Опыт приготовления извести и подготовка (технология) строительных растворов передавался из поколения в поколение. В природе известь встречается главным образом в двух видах: углекислая и сернокислая. Углекислая известь — это мел, исландский шпат, мрамор, арагонит, доломит и другие известняковые породы минералов неорганического происхождения. Сернокислая — это гипс. Однако углекислая известь встречается и в органическом мире — это раковины моллюсков, кораллы, скорлупа яиц. Кости и чешуя рыб — это фосфорнокислая известь, часто применяемая как удобрение в сельском хозяйстве. В строительном деле применяется известь углекислая.
При обжиге в печах или в кучах углекислая известь СаСОз разлагается на углекислоту СО, и известь СаО. Распадению углекислой извести при высокой температуре способствует водяной пар, образующийся при разложении химически связанной воды. Идеально чистую известь можно получить только в лабораторных условиях из мрамора, но это слишком дорогое удовольствие.
На практике же использовались известняки, содержащие сопутствующие природные примеси. Поэтому первые же затруднения с получением качественной извести в процессе обжига возникали из-за наличия этих примесей: кремнезема SiO2 и глинозема Аl2О3. Допустимой величиной примесей принято считать 10 %. Если же примесей более 10 %, то такая известь при обжиге давала гидравлический цемент, который был малопригоден для строительства подземных сооружений. Встречались и другие трудности. Из всей массы известняка, подвергавмого обжигу, часть получалась недожженной, часть пережженной, которая тоже была мало пригодна в строительном деле. И только опыт подсказывал, что температура обжига должна обеспечивать видимое невооруженным глазом легкое спекание по поверхности обжигаемых кусков известняка. Обожженную, годную к дальнейшему применению известь, хранили в ящиках или мешках в виде порошка. А если требовалось сразу же приготовить раствор для кладки, то обожженную известь подвергали гашению. Что производится и в сегодняшнее время при реставрационных работах по восстановлению храмов и других сооружений, представляющих историческую и культурную ценность.
Гашение производится при соединении извести с водой. В результате получается гидрат извести Са(ОН)2. При этом известью впитывается различное количество воды в зависимости от состава исходного сырья (10–35 частей извести на 100 частей воды). Наиболее высококачественная гашеная известь получается при соотношении 18:100. Такие сорта называются жирными кипелками (белыми). При других соотношениях компонентов можно получать тощие или полужирные извести.
Хорошая свежеобожженная известь, впитав воду, очень скоро начинает гаситься: расщепляться и распадаться. В результате вся масса извести превращается в нежный, тонкий мучнистый порошок. В процессе гашения происходит обильное выделение теплоты с образованием водяного пара, так как температура может достигать 300 °C. Самонагревание происходит тем интенсивнее, чем быстрее происходит процесс гашения, а это в свою очередь зависит от состава исходного сырья и качества обжига. Мастера-известняки знали, что повышение температуры при гашении и пропорция взятой воды весьма заметно влияют на физическую консистенцию приготавливаемого раствора и, в конечном итоге, на качество последующей кладки. Каменщики для приготовления раствора под кладку старались применять свежеприготовленную известь, но в этом случае в растворе какая-то часть извести оставалась непогашенной. Порошковая негашеная известь после обжига была удобна в транспортировке и могла храниться в запасе. Однако со временем она поглощала из атмосферы углекислый газ СО2 и влагу. Терялись ее связующие свойства. Такая известь называлась выветрелой (старой или лежалой) и большей частью находила применение в стекольном производстве. Иногда ее добавляли в свежеприготовленный раствор перед кладкой. В этих случаях раствор более тщательно перемешивали и давали ему выстояться.
Перед кладкой известь смешивали с песком и разбавляли водой. Получалось известковое тесто — строительный раствор (постель). Качество раствора зависело от соотношения песка и извести. Песок должен быть ребристым, с острыми гранями, но не округлый. Многовековой практикой и последующими исследованиями были установлены оптимальные соотношения (пропорции) песка и извести. При возведении кирпичной кладки над землей соотношение между объемами известкового теста и песка применялось 1:3 (как и при приготовлении цементных растворов). Это обеспечивало на практике высокую прочность швов в кладке.
При проектировании архитекторами несущих элементов кирпичной кладки рассчитывались не только прочностные свойства кирпича, но и их связи. Наиболее опасные элементы в строениях — это сопряжения несущих стен и колонн (своды, перекрытия, купола, арки). Однако перед строителями всегда стояла дилемма: как приготовить качественный раствор.
Если в растворе чуть больше извести, то отвердевание (схватывание) раствора происходило медленнее, прочность шва в кладке возрастала, но обнаруживалась значительная усадка, и кладка давала трещины;
Если в растворе чуть больше песка, то швы в кладке твердели быстрее, но прочность их значительно снижалась, и это часто являлось причиной разрушения строений даже при незначительных колебаниях почвы.
Чтобы избавиться от влияния негативных последствий возможных ошибок в процессе приготовления строительных растворов на извести, пытливый ум наших предков натолкнул их на мысль об органических добавках. При подготовке раствора, перед самой кладкой, стали добавлять яйца или творог, молоко или овсяный кисель. Однако опытные специалисты знали, что в строительных элементах, расположенных ниже уровня земли, органические добавки применять нельзя, а соотношение известкового теста и песка должно соответствовать 1:4, что способствовало замедлению процесса схватывания раствора. Частицы известкового теста и песка находились в подвижном состоянии более продолжительное время, нагрузка возрастала от увеличивающихся верхних рядов кирпича и раствор уплотнялся. Увеличивалась площадь соприкосновения частиц. При строительстве акведуков и опорных устоев мостов часто применялась так называемая циклопическая кладка из двухпудовых кирпичей или крупных камней. И в этих случаях
