Катон описывает как обжигать известь. Расход извести в растворе. Технология строительства римской стены
Несмотря на то, что известняки были известны со времен неолита, первое подробное описание изготовления и использования извести в западной литературе это труд "О земледелии" Маркуса Порция Катона (De Agricultureura, также известный как De Re Rustica- О сельском деле), написанный около 200 г. до нашей эры. Катон, известный нам как «Катон-старший», чтобы отличить его от нескольких его потомков с похожими именами, пользовался дурной славой из-за своего крайнего и часто бессердечного выжимания последней копейки (он выступал за то, чтобы продавать старых или немощных рабов вместо того, чтобы заботиться о них) и безжалостного национализма (за последние двадцать лет своей жизни он закончил каждую речь закрывающим замечанием «Кроме того, Карфаген должен быть уничтожен», до тех пор, пока римская армия окончательно не разгромила его). Даже для своих суровых соотечественников Катон считался чересчур суровым. О нем было написана небольшая частушка:
Рычит на всех и в каждом месте с глазами серыми и красным лицом
Что даже после смерти его не пустят в ад.
Сохранившийся портрет Катона иллюстрирует римское мастерство тонкой символики, потому что скульптура изображает кислое лицо упрямого реакционера. Сегодня он, вероятно, был бы популярным ведущим ток-шоу.
В своей книге Катон рассказывает об использовании известкового раствора для каменной кладки стен и, как это делалось в предыдущие тысячелетия, его укладки в основание жилища, служащего искусственным каменным полом. Единственное эстетическое улучшение, произведенное Катоном в отношении полов из извести - использование керамики. Однако, будучи скупердяем, он полагал, что осколки керамики будут просто отлично служить для этой цели. И никаких отходов! Изучая его труд "О земледелии", читатель не может не задаться вопросом, каково это было быть женой Катона.
Его описание обжига извести - самое раннее сохранившееся описание такого рода - представляет особенный интерес. В соответствии со своей прижимистостью, Катон предлагает приготовить для строителя, выполняющего обжиг извести, все необходимые инструменты и материалы самостоятельно, чтобы избежать дополнительных расходов. Список материалов которые необходимо приготовить заранее включают известняк, печь для выпечки известняка, дрова для печи и песок для раствора.
Постройте печь для обжига в десять футов в поперечнике, двадцать футов от верха до низа, наклоняя боковые стены до трех футов к верху. Если вы производите обжиг в печи только с одной дверью, сделайте внутри яму, достаточно большую, чтобы вместить весь пепел, чтобы не возникло необходимости в его удалении. Будьте внимательны при строительстве печи; проследите, что бы решетка закрывала всю нижнюю часть печи. Если вы ведёте обжиг в печи с двумя дверьми, необходимости в яме нет; когда возникает необходимость удалить пепел, очищайте его через одну дверь, следя за огнём через другую. Будьте внимательны, чтобы огонь горел постоянно, и не позволяйте ему затухать ночью или в любое другое время. Заправьте печь только хорошим камнем [известняком], как можно более белым и однородным. В здании печи, горловина [дымоход или дымовая труба] должна идти прямо вниз. Копайте достаточно глубоко, чтобы сделать подушку для известняка так, чтобы вести обжиг на максимально возможной глубине и как можно меньше подвергать процесс воздействию ветра ... Когда печь прогорает - пламя появляется из любого места, кроме трубы - заделайте отверстие раствором.
Столетия практики и экспериментов в технологии описанной Катоном привели к прогрессу в процессе обжиге. Решетка, описанная выше, была, несомненно, из железа, а это позволило обжигать больше известняка, так как теперь известняк можно было укладывать прямо над пламенем. Еще одним улучшением была форма печи для обжига, так называемая бутылочная форма, которая и будет использоваться до начала двадцатого века. Такая форма позволяла обжигать максимальное количество известнякового камня с наименьшим количеством топлива. Тем не менее для обжига по-прежнему требовалось огромное количество топлива: возможно, несколько десятков или более вязанок древесины для одной закладки печи, описанной Катоном. Хотя методы обжига извести, используемые Катоном, могут показаться примитивными, он использовал очень прогрессивные технологии. Однако он его описание процесса приготовления и применения caementis (цемента) было довольно бесхитростным, по крайней мере, по сравнению с более поздними применением его римлянами. Катон был успешным фермером и грозным политиком, но он был посредственным строителем.
Помимо использования извести для строительства искусственного каменного пола, Катон, в основном, говорит об использовании извести для постройки стен. Он даёт читателю инструкцию - смешать две части песка с одной частью извести. Эта пропорция странная и, хотя она, безусловно, функциональна, идет вразрез со скопидомным миром старого римлянина. Почему бы не рекомендовать также подходящую и более экономную смесь трех или четырех частей песка с одной частью извести? Возможно, потому, что качество песка, который Катон использовал для смешивания с известь, было не на должном уровне. Для него «песок» представлял собой какой-то, естественным образом превращённый в пыль, камень - и, скорее всего, он был до некоторой степени испорчен примесями грязи. Использование большего количества извести, вероятно, было единственным способом побороть низкое качество песка и/или загрязняющих его веществ. Другой причиной для пропорции один к двум может быть тот факт, что меньшее количество песка делает раствор немного более прочным, хотя эта незначительно, и получаемая более прочная смесь имеет такой экономический проигрыш, который скряга Катон, вероятно, постарался бы избежать. Скорее всего, избыточное количество извести в растворе, рекомендуемое Катоном, было связано с низким качеством песка.
Катон не дает никаких наставлений о возведении стены. Он дает только размеры, требования к материалам и стоимости. Чтобы сэкономить деньги, он, естественно, рекомендует, чтобы владелец фермы подготовил булыжники и известь для использования строителями, чтобы избежать каких-либо наценок. Катон подсчитал, что каждый погонный фут стены высотой в пять футов требует одного модия (около 10 литров сухой) извести и четырех модий (около 40 литров) песка. Так что если строитель обеспечивает известь, Катон сообщает читателю, сколько она должна стоить, и таким образом читатель не будет обманут.
Почему Катон детально описывает строительсто печи для обжига, но ничего не пишет о том, как построить стену? Вероятный ответ заключается в том, что, хотя многие фермеры были незнакомы с обжигом извести, почти все знали, как римляне строили стены. А то, как римляне возводили бетонные стены, было уникальным для своего времени.
Римские бетонные стены
Несмотря на то, что храмы, построенные на вершине Акрополя в Афинах, особенно Парфенон, были чудом техники и предметом гордости всех афинян, их собственные дома были гораздо более скромной постройки и как правило строились из глиняного необожженного кирпича. Несмотря на то, что саман был, безусловно, был подходящим для стен материалом, у него был серьезный недостаток в плане безопасности: в такой стене можно было пробить отверстие менее чем за час. Действительно, древнегреческое слово для взлома, означает «прорыватель стены». И хотя саман хорошо держится в солнечных регионах, таких как Греция и Ближний Восток, он ведёт себя гораздо хуже во влажных областях, таких как северная Италия, Франция и Германия. Короче говоря, саман не является универсальным строительным материалом.
Большинство римлян не беспокоились о "прорывателях стен". Во времена Катона все, кроме самых бедных, строили стены из известкового бетона, и эти стены были одними из лучших в древнем мире. Римляне понимали, что известковый бетон, мало отличающийся от известкового раствора, обладает ограниченной прочностью. И хотя известковый бетон имел лучшие характеристики, чем глинобитный кирпич, он все же подвергался постепенному выветриванию. Чтобы решить эту проблему, древнеримский каменщик выкладывал два ряда каменной кладки, проходящих параллельно друг другу, на расстоянии полметра или более друг от друга. Как только обе кладки достигали примерно около метра высоты, между ними закладывался слой каменного заполнителя, а затем на этот слой укладывался известковый раствор, который затем сильно трамбовался, чтобы заполнить собой все полости и щели. Римляне использовали совсем небольшое количество воды, для придания раствору пластичности, и по этой причине он был очень жестким. Их технология изготовления бетона сильно отличалась от современного метода тщательного смешивания каменных заполнителей с менее вязким бетоном, для того чтобы его можно было отливать в формы. Этот процесс возведения стены посредством укладки заполнителя и трамбовки раствора повторялся до тех пор, пока слой утрамбованного раствора и заполнителя не достигал вершины каменной кладки, затем снова возводили кладку по сторонам стены и процесс повторялся пока не достигали желаемой высоты стены. Процесс трамбовки обеспечивал максимальное соотношение заполнителя к раствору, что придавало стене значительную прочность на сжатие - скорее из-за каменного заполнителя, чем по какой либо другой причине, в то время как наружная кладка, защищала бетонную сердцевину от природного воздействия. Как только стена затвердевала, взломщикам было очень тяжело пробиться через такое препятствие.
В то время как греки и этруски изредка строили стены с сердцевиной из булыжника, римляне усовершенствовали этот метод и использовали его в большинстве своих строительных работ с момента поздней республики до конца римской империи.
Во времена Катона римляне начали использовать опалубку для производства бетона. Вначале это были просто деревянные доски, расположенные достаточно далеко друг от друга, формирующие контур стены, которую планировали построить. В качестве эстетической составляющей на наружных стенах камни часто укладывались квадратами или ромбами, а вместе они образовывали приятный сетчатый узор на поверхности стены. (Като бы избежал такого легкомыслия, так как это увеличивает затраты). В конечном итоге кирпич использовался для внешних кладки стены, и этот стиль стал предпочтительным методом строительства.
В этом месте было бы полезно сначала объяснить несколько латинских технических терминов. Неправильное понимание этих терминов, так же как и неправильная интерпретация вещественных археологических доказательств, вызвало много недоразумений вокруг римского бетона.
Римляне называли свой известковый раствор arenatum («песчаный материал»), потому что в основном он состоял из песка. Они знали, что активным ингредиентом является известь, но в своих названиях римляне часто делали акцент на основную составляющую материала. Подобным образом, римляне называли известковый бетон caementis («каменный материал»), потому что, хотя это был по существу известковый раствор, смешанный с каменным заполнителем, в основном раствор состоял из заполнителя, который назывался caementa (множественное от caementi) на латыни. Caementi были маленькими камнями с острыми гранями, размер которых варьировался от дроблёной гальки до камней размером с кулак. Как ни странно, именно из латинского caementis мы получаем современное английское слово цемент, который мы часто и неправильно называем бетоном. (Цемент - это «клей», который вместе с водой, камнями и песком образует конечный продукт, бетон.) Термин бетон, хотя и проистекает от латинского слова concretus (что означает «собранный вместе» или «застывший»), никогда не использовался римлянами для описания этого материала. То, что сегодняшние историки и инженеры называют «романским бетоном», - это водостойкая версия древнеримского бетона, для которой, насколько нам известно, у римлян даже не было имени. В сохранившейся литературе компонент придающий водостойкость описывался как добавка к стандартным caementis. Эта добавка называлась pulvis puteolis, пуццолановый грунт или порошок (Puteoli - древнее латинское название современного итальянского города Поццуоли, недалеко от Везувия). Этот вулканический порошок смешивали с caementis, чтобы сделать его либо более прочным, либо позволяющим ему служить под водой. Помимо свойств водостойкости, римляне обнаружили, что pulvis puteolis также делает caementis более твердым и более долговечным.
С целью упрощения, мы будем ссылаться на негидравлическую версию, уже давно известную в дни Катона, как к известковому бетону или caementis. Для гидравлической версии мы будем следовать общепринятой традиции и называть ее римским бетоном. В течение многих лет археологи, изучающие римские руины, не могли разглядеть разницу между стенами возведённых с использованием caementis и тех, в которых использовался римский бетон, так как обе выглядели одинаково. По этой причине они предположили, что римский бетон использовался на столетия раньше, чем это было на самом деле. Только с недавним появлением сложных методов анализа минералов этот спорный вопрос был окончательно решен.
Вернемся к римским стенам. Несмотря на то, что Катон не описывает в деталях конструкцию стены в своей книге, остатки многочисленных римских стен, а также четкие указания по материалам, которые должны быть приготовлены для подрядчика, говорят нам, что он имел в виду классическую бетонную стену на известковом вяжущем. Первая подсказка довольно очевидна: эта глава его книги называется «Стены из бетона и камня на извести» (macerias ex calce caementis silice). Менее очевидным признаком является ранее упомянутое количество извести и песка, которое он рекомендует для каждого погонного метра стены толщиной в полтора метра. Эти пропорции верны для известкового бетона с большим количеством вяжущего, используемого римлянами в это время. (Позже римляне использовали бы более качественный песок, и поэтому они могли бы увеличить соотношение песка к извести до трех или четырех частей песка к одной части извести).
Римляне любили caementis, потому что он позволял им строить более толстые, более прочные стены за меньшие деньги, по сравнению с обычными стенами из каменной кладки, при одинаковых размерах. Если стена возводилась из неотёсанных камней, как строили во времена Катона, ее могли оштукатурить для придания лучшего эстетического вида и для дополнительной защиты от выветривания. При строительстве важных храмов, правительственных зданий или роскошных вилл, по поверхности стены укладывались камни известняка или мрамора вырезанной и отполированной поверхностью наружу так, чтобы они создавали видимость того что для строительства использовался превосходный камень. Остатки многих из этих стен, возведённые не из гидравлического бетона, можно найти по всей Италии. Во времена Катона высококачественные caementis с использованием пуццоланы ещё не нашли широкого применения и, вероятно, были неизвестны большинству римлян. Через столетие со времен Катона гидравлические caementis стали использоваться более широко, и первое сохранившееся упоминание о них было найдено в книге, написанной замечательным человеком.
Рис 7. Бюст Катона Старшего (так-же известного как Холодный и Бессердечный). Римский писатель и реакционный политик. Его книга "О сельском хозяйстве" содержит первое сохранившееся упоминание о caementis.