Введение
Раствор – это пластичная паста, которая затвердевает, связывая строительные блоки, такие как камни, кирпичи и бетонные блоки, для заполнения и герметизации неровностей между ними, равномерного распределения их веса, а иногда и для придания декоративных цветов или узоров кладочным стенам. В широком смысле к растворам относят битум, асфальт и мягкую грязь или глину, используемые, например, между саманными кирпичами, а также цементный раствор. Слово "раствор" происходит от старофранцузского *mortier*, означающего "строительный раствор, штукатурка; чаша для смешивания" (XIII век). Цементный раствор твердеет в процессе схватывания, образуя жесткую композитную структуру; однако раствор является более слабым компонентом, чем строительные блоки, и служит предохранительным элементом в кладке, поскольку его легче и дешевле отремонтировать, чем сами блоки. Кирпичники обычно изготавливают растворы из смеси песка, вяжущего вещества и воды. Наиболее распространенным вяжущим веществом с начала XX века является портландцемент, но древнее вяжущее – известь (для приготовления известкового раствора) – до сих пор используется в некоторых специализированных новых строительных проектах. Известь, известковый раствор и гипс в форме алебастра используются особенно при ремонте и заделке швов исторических зданий и сооружений, чтобы ремонтные материалы были сопоставимы по характеристикам и внешнему виду с оригинальными материалами. Существует несколько типов цементных растворов и добавок.
Mortar is a workable paste which hardens to bind building blocks such as stones, bricks, and concrete masonry units, to fill and seal the irregular gaps between them, spread the weight of them evenly, and sometimes to add decorative colors or patterns to masonry walls. In its broadest sense, mortar includes pitch, asphalt, and soft mud or clay, as those used between mud bricks, as well as cement mortar. The word "mortar" comes from Old French mortier, "builder's mortar, plaster; bowl for mixing." (13c.). Cement mortar becomes hard when it cures, resulting in a rigid aggregate structure; however, the mortar functions as a weaker component than the building blocks and serves as the sacrificial element in the masonry, because mortar is easier and less expensive to repair than the building blocks. Bricklayers typically make mortars using a mixture of sand, a binder, and water. The most common binder since the early 20th century is Portland cement, but the ancient binder lime (producing lime mortar) is still used in some specialty new construction. Lime, lime mortar, and gypsum in the form of plaster of Paris are used particularly in the repair and repointing of historic buildings and structures, so that the repair materials will be similar in performance and appearance to the original materials. Several types of cement mortars and additives exist.
Древний раствор
Первые минометы были сделаны из грязи и глины, как демонстрируют здания Иерихона, датируемые 10-м тысячелетием до нашей эры, и Гандж-Даре – 8-м тысячелетием до нашей эры. Гипсовый раствор, также называемый парижской штукатуркой, использовался при строительстве многих древних сооружений. Он изготавливается из гипса, требующего более низкой температуры обжига. Поэтому его легче изготовить, чем известковый раствор, и он схватывается намного быстрее, что могло быть причиной его использования в качестве типичного раствора при строительстве древних кирпичных арок и сводов. Гипсовый раствор менее долговечен, чем другие растворы во влажных условиях. На Индийском субконтиненте на территории цивилизации долины Инда было обнаружено несколько типов цемента, а гипс встречался на таких участках, как поселение города Мохенджо-Даро, датируемое периодом ранее 2600 года до нашей эры. Гипсовый цемент, «светло-серый и содержащий песок, глину, следы карбоната кальция и высокое содержание извести», использовался при строительстве колодцев, дренажных систем и на внешних поверхностях «зданий, выглядящих внушительно». Битумный раствор также использовался реже, в том числе в Большой бане в Мохенджо-Даро. В ранних египетских пирамидах, построенных в период Старого царства (~2600–2500 гг. до н.э.), известняковые блоки скреплялись раствором из грязи и глины или глины и песка. В более поздних египетских пирамидах раствор делали из гипса или извести. Гипсовый раствор по сути представлял собой смесь штукатурки и песка и был довольно мягким. В вавилонских постройках 2-го тысячелетия до нашей эры для раствора использовали известь или смолу. Исторически, строительство с использованием бетона и раствора вновь появилось в Греции. Раскопки подземного акведука Мегары показали, что резервуар был покрыт позолановым раствором толщиной 12 мм. Этот акведук датируется ок. 500 г. до н.э. Позолановый раствор – это известковый раствор, но он изготавливается с добавлением вулканического пепла, что позволяет ему затвердевать под водой; таким образом, он известен как гидравлический цемент. Греки получали вулканический пепел с греческих островов Тира и Нисирос или из греческой колонии Дикеархия (Поццуоли) недалеко от Неаполя, Италия. Позднее римляне усовершенствовали способы изготовления того, что стало известно как позолановый раствор и цемент. Гидравлический раствор был недоступен в древнем Китае, возможно, из-за отсутствия вулканического пепла. Около 500 г. н.э. липкий рисовый отвар смешивали с гашеной известью для получения неорганико-органического композита – липкого рисового раствора, который обладал большей прочностью и водостойкостью, чем известковый раствор. Непонятно, как искусство изготовления гидравлического раствора и цемента, которое было усовершенствовано и широко использовалось как греками, так и римлянами, было утрачено почти на два тысячелетия. В Средние века, во время строительства готических соборов, единственным активным ингредиентом в растворе была известь. Поскольку затвердевший известковый раствор может разрушаться при контакте с водой, многие сооружения на протяжении веков страдали от дождей, приносимых ветром.
Полимерный цементный раствор
Полимерные цементные растворы (PCM) – это материалы, изготовленные путем частичной замены гидратных вяжущих цемента в традиционных цементных растворах полимерами. Полимерные добавки включают латексы или эмульсии, повторно диспергируемые полимерные порошки, водорастворимые полимеры, жидкие термореактивные смолы и мономеры. Несмотря на то, что они увеличивают стоимость растворов при использовании в качестве добавки, они улучшают их характеристики. Полимерный раствор обладает низкой проницаемостью, что может быть неблагоприятно из-за накопления влаги при ремонте традиционных кирпичных, блочных или каменных стен. Он в основном предназначен для ремонта бетонных конструкций. Исследуется и набирает популярность использование вторичного сырья из пластмасс в растворах. Активно изучается деполимеризация ПЭТ для использования в качестве полимерного связующего с целью улучшения свойств растворов.
Лимная раствор
Скорость схватывания может быть увеличена за счет использования нечистого известняка в печи для получения гидравлической извести, которая схватывается при контакте с водой. Такую известь необходимо хранить в виде сухого порошка. В качестве альтернативы в состав раствора можно добавить пуццолановый материал, такой как обожженная глина или кирпичная пыль. Добавление пуццоланового материала позволит раствору схватиться достаточно быстро в результате реакции с водой. Использование цементных растворов на основе портландцемента для ремонта старых зданий, изначально построенных с применением известкового раствора, может быть проблематичным. Известковый раствор мягче цементного, что обеспечивает некоторую гибкость кирпичной кладке для адаптации к подвижкам грунта или другим изменяющимся условиям. Цементный раствор более твердый и не обладает такой гибкостью. Эта разница может привести к образованию трещин в кирпичной кладке, если оба раствора присутствуют в одной стене. Известковый раствор считается "дышащим", поскольку он позволяет влаге свободно перемещаться и испаряться с поверхности. В старых зданиях со стенами, которые со временем деформируются, могут образовываться трещины, через которые дождевая вода проникает внутрь конструкции. Известковый раствор позволяет этой влаге выходить путем испарения, сохраняя стену сухой. Переделка или оштукатуривание старой стены цементным раствором препятствует испарению и может вызвать проблемы, связанные с влажностью за цементом.
Поззолановый раствор
Поззолана – это мелкий песчаный вулканический пепел. Он был впервые обнаружен и добывался в Поццуоли, недалеко от горы Везувий в Италии, а впоследствии добывался и в других местах. Римляне обнаружили, что добавление поццоланы в известковый раствор позволяет известку схватываться относительно быстро и даже под водой. Римский архитектор Витрувий упоминал четыре типа поццоланы. Она встречается во всех вулканических районах Италии различных цветов: черного, белого, серого и красного. С тех пор поццолана стала общеупотребительным термином для любой кремнеземистой и/или глиноземистой добавки к гашеной извести для получения гидравлического цемента. В мелко измельченном виде, смешанная с известью, она является гидравлическим цементом, подобно портландцементу, и позволяет получить прочный раствор, который также схватывается под водой.
Радиоуглеродное датирование
По мере затвердевания раствора, окружающая атмосфера заключалась в его составе, обеспечивая тем самым образец для анализа. Различные факторы влияют на этот образец и увеличивают погрешность анализа. Радиоуглеродное датирование растворов началось уже в 1960-х годах, вскоре после разработки метода (Delibrias и Labeyrie 1964; Stuiver и Smith 1965; Folk и Valastro 1976). Первые данные были получены van Strydonck et al. (1983), Heinemeier et al. (1997) и Ringbom и Remmer (1995). Методологические аспекты были далее развиты различными группами (международной командой под руководством Университета Åbo Akademi, а также командами из CIRCE, CIRCe, ETHZ, Познани, RICH и лаборатории Milano Bicocca). Для оценки различных методов извлечения антропогенного углерода для радиоуглеродного датирования, а также для сравнения различных методов датирования, то есть радиоуглеродного и OSL, было проведено и опубликовано первое сопоставительное исследование (MODIS) в 2017 году.