Historia cementu i betonu
Jaką rolę w rozwoju produkcji cementu odegrał Thomas Edison? Które z pradawnych budowli stworzonych z betonu istnieją do dziś? Poznaj najważniejsze wydarzenia z historii rozwoju produkcji cementu i betonu oraz dowiedz się więcej na temat ich roli w rozwoju budownictwa na świecie.
Cement to materiał budowlany, który jest znany od co najmniej 12 milionów lat. Naturalny cement powstawał w czasie, gdy ziemia przechodziła intensywne zmiany geologiczne. To właśnie ten typ naturalnego cementu został po raz pierwszy wykorzystany przez człowieka. Z czasem ludzkość odkryła, jak produkować cement z innych materiałów. Przedstawiamy przełomowe wydarzenia, które doprowadziły do rozwinięcia produkcji cementu i betonu na świecie.
Czy wiesz, że... starożytni Rzymianie opracowali specjalny beton, który twardniał pod wodą (cement hydrauliczny). Specjalna mieszanka, którą wynaleźli, zawierała wapno i popiół wulkaniczny. Opracowany przez nich beton był tak wytrzymały, że wiele ze zbudowanych przez nich budynków, mostów i dróg istnieje do dziś.
12.000.000 p.n.e.
Podczas spontanicznego spalania, do którego doszło na terenie dzisiejszego Izraela, zaszły reakcje pomiędzy wapieniem i łupkami naftowymi, tworząc naturalne złoża związków cementowych. Złoża te zostały scharakteryzowane przez izraelskich geologów w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku.
3.000 p.n.e. - Egipcjanie
Egipcjalnie używali błota zmieszanego ze słomą do wiązania wysuszonych cegieł. W piramidach stosowali również zaprawy gipsowe i wapienne.
Chińczycy
Przed wiekami Chińczycy stosowali materiał cementowy do wiązania pędów bambusa używanych przy budowie łodzi jak również Wielkiego Muru.
800 p.n.e. – Grecy, Kreta i Cypr
W tamtych latach Grecy stosowali zaprawy wapienne, które były znacznie twardsze niż stosowane później zaprawy rzymskie.
300 p.n.e. - Babilończycy i Asyryjczycy
Ludność ta stosowała bitum do wiązania kamieni i cegieł.
300 p.n.e. – 476 n.e. Rzymianie
Do budowy Via Appia, łaźni, Koloseum i Panteonu w Rzymie oraz akweduktu Pont du Gard w południowej Francji Rzymianie stosowali cement pucolanowy pochodzący z włoskiej miejscowości Pozzuoli znajdującej się w okolicy Wezuwiusza. Jako materiału cementowego używali wapna. Pliniusz podawał, że zaprawa murarska składa się z 1 części wapna na 4 części piasku. Jak donosił Witruwiusz, proporcja wynosiła 2 części pucolany do 1 części wapna. Jako domieszki (substancje dodawane do cementu w celu poprawy jego właściwości) stosowano tłuszcz zwierzęcy, mleko i krew. Budowle te istnieją do dziś!
1200 – 1500 Średniowiecze
W tych czasach pogorszyła się jakość materiałów cementowych. Nie stosowano już wapna palonego i pucolany (domieszki), lecz w latach 1300 powrócono do ich użycia.
1678 r.
Anglik, Joseph Moxon, pisał o ukrytym w wapnie palonym ogniu, który pojawia się po dodaniu wody.
1779
W tym roku Irlandczyk Bry Higgins uzyskał patent na cement hydrauliczny (stiuk) do stosowania w tynkowaniu powierzchni zewnętrznych.
1780
Bry Higgins opublikował ważną dla ewolucji cementu pracę “Eksperymenty i obserwacje poczynione w celu udoskonalenia sztuki komponowania i stosowania cementów wapiennych oraz przygotowywania wapna palonego” (ang. „Experiments and Observations Made With the View of Improving the Art of Composing and Applying Calcereous Cements and of Preparing Quicklime”)
1793
Brytyjski inżynier John Smeaton odkrył, że kalcynacja wapienia zawierającego glinę daje wapno, które twardnieje pod wodą (wapno hydrauliczne). Użył wapna hydraulicznego do odbudowy latarni morskiej Eddystone w angielskiej Kornwalii, której budowę zlecono mu w 1756 roku, lecz musiał najpierw wynaleźć materiał, który byłby odporny na działanie wody. O swojej pracy napisał książkę.
1796
Anglik James Parker opatentował naturalny cement hydrauliczny powstający poprzez kalcynowanie konkrecji nieczystego wapienia zawierającego glinę, zwany cementem Parkera lub cementem romańskim.
1802
We Francji stosowano podobny proces z wykorzystaniem cementu romańskiego.
1810
Edgar Dobbs otrzymał patent na hydrauliczne zaprawy, stiuki i tynki, choć były one złej jakości z powodu niewystarczających środków ostrożności w procesie wypalania.
1812 – 1813
W tych latach Francuz Louis Vicat opracował sztuczne wapno hydrauliczne poprzez kalcynowanie syntetycznych mieszanek wapienia i gliny.
1818
Maurice St. Leger otrzymał patent na cement hydrauliczny. W USA wyprodukowano cement naturalny. Cement naturalny to wapień, który z natury zawiera odpowiednie ilości gliny, aby stworzyć ten sam rodzaj betonu, który odkrył John Smeaton.
1820 - 1821
John Tickell i Abraham Chambers otrzymali kolejne patenty na cement hydrauliczny.
1822
Anglik James Frost opracował sztuczne wapno hydrauliczne podobne do wapna Vicata i nazwał je cementem brytyjskim.
1824
Anglik Joseph Aspdin wynalazł cement portlandzki, wypalając w piecu wapiennym drobno zmieloną kredę z drobno podzieloną gliną, aż do wytrącenia dwutlenku węgla. Spiekany produkt był następnie mielony. Jego twórca nazwał go cementem portlandzkim na cześć wysokiej jakości kamieni budowlanych wydobywanych w angielskiej miejscowości Portland.
1828
I. K. Brunelowi przypisuje się pierwsze inżynierskie zastosowanie cementu portlandzkiego, który został użyty do wypełnienia wyrwy w tunelu pod Tamizą.
1830
W Kanadzie wyprodukowano po raz pierwszy wapno i cement hydrauliczny.
1836
W Niemczech przeprowadzono pierwsze systematyczne badania wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie.
1843
Firma J. M. Mauder, Son & Co. otrzymała licencję na produkcję opatentowanego cementu portlandzkiego.
1845
Isaac Johnson twierdzi, że spalił surowce do produkcji cementu portlandzkiego do temperatury klinkierowania.
1849
Pettenkofer oraz Fuches przeprowadzili pierwszą dokładną analizę chemiczną cementu portlandzkiego.
1860
Ten rok uznaje się jako początek ery cementów portlandzkich o nowoczesnym składzie.
1862
Anglik Blake Stonebreaker opracował „łamacze szczęk” do miażdżenia klinkierów.
1867
Francuz Joseph Monier umocnił doniczki Williama Wanda (USA) drutem, wprowadzając w życie ideę prętów zbrojeniowych z żelaza.
1871
David Saylor uzyskał pierwszy amerykański patent na cement portlandzki. Pokazał, jak ważne jest prawdziwe klinkierowanie.
1880
Anglik J. Grant pokazał, jak ważne jest wykorzystanie najtwardszych i najgęstszych części klinkieru. Kluczowe składniki były poddawane analizie chemicznej.
1886
W Anglii wprowadzono pierwszy piec obrotowy, który zastąpił piece z trzonem pionowym.
1887
Francuz Henri Le Chatelier ustalił proporcje tlenków, aby przygotować odpowiednią ilość wapna do produkcji cementu portlandzkiego. Komponenty nazwał: Alit (krzemian trójwapniowy), Belit (krzemian dwuwapniowy) i Celit (aluminoferryt tetracalcium). Twierdził, że twardnienie spowodowane jest tworzeniem się krystalicznych produktów reakcji pomiędzy cementem a wodą.
1889
Powstaje pierwszy most o konstrukcji żelbetowej.
1890
W USA wprowadzono dodatek gipsu podczas mielenia klinkieru, który miał zastosowanie opóźniające wiązanie betonu. Piece z pionowym trzonem zastąpiono piecami obrotowymi, a do mielenia cementu zaczęto stosować młyny kulowe.
1891
George Bartholomew zbudował pierwszą betonową ulicę w USA w miejscowości Bellefontaine w stanie Ohio. Istnieje ona do dziś!
1893
Wilhelm Michaelis twierdził, że uwodnione metasilikaty tworzą galaretowatą masę (żel), która z czasem ulega dehydratacji i twardnieje.
1900
Ustandaryzowano podstawowe badania cementu.
1903
W Cincinnati w stanie Ohio w USA zbudowano pierwszy betonowy wieżowiec.
1908
Thomas Edison zbudował tanie, przytulne domy z betonu w miejscowości Union w stanie New Jersey. Istnieją one do dziś!
1909
Thomas Edison uzyskał patent na piec obrotowy.
1929
Dr Linus Pauling z USA opracował zestaw zasad dotyczących struktur krzemianów złożonych.
1930
Wprowadzono środki napowietrzające w celu poprawy odporności betonu na uszkodzenia spowodowane zamarzaniem/rozmrażaniem.
1936
Powstają pierwsze duże zapory betonowe, tj. Zapora Hoovera i Zapora Grand Coulee. Istnieją one do dziś!
1956
Kongres Stanów Zjednoczonych zatwierdza ustawę o autostradach międzystanowych (Federal Interstate Highway Act).
1967
Na Uniwersytecie Illinois w Urbanie i Champaign powstał pierwszy betonowy kopułowy obiekt sportowy, tj. the Assembly Hall.
1970
Opracowano zbrojenie włóknami w betonie.
1975
W kanadyjskim Toronto powstaje CN Tower, najwyższy budynek o konstrukcji typu slip-form (betonowania z użyciem szalunku ślizgowego). Powstaje najwyższy budynek w Chicago w stanie Illinois, tj. Water Tower Place.
1980
Jako domieszki wprowadzone zostają superplastyfikatory.
1985
W tym roku mączka krzemionkowa zostaje wprowadzona jako dodatek pucolanowy. Do budowy Union Plaza w Seattle w stanie Washington zastosowano beton o „najwyższej wytrzymałości”
1992
Przy 311 S. Wacker Dr. w Chicago zbudowano najwyższy na świecie budynek żelbetowy.