Витрувий «О Архитектуре». О долговечности и красоте сооружений. Использование извести. Римский (слабогидравлический) бетон
Самое раннее и единственное известное подробное упоминание римского бетона в древней литературе это описание известного римского архитектора Маркуса Витрувия Поллио в его Архитектуре (On Architecture), также известной как Десять книг по архитектуре, написанных через пару столетий после работы Катона.
Витрувий начал свою карьеру как специалист по артиллерии в армии Юлия Цезаря. Его служба требовала знаний в изготовлении и обслуживании баллисты: устройства, которое вместо пороха использовало торсионные пружины, чтобы бросать острые железные болты или тяжелые каменные шары с большой силой в войска противника или через стены осажденного города. Книга Витрувия показывает, что он также хорошо знал другие разделы военного инженерного искусства, такие как выбор позиции для баллист и быстрое строительство прочных деревянных мостов, а также более масштабные работы, которые мы сегодня называем работами в области гражданского строительства, такие как городское планирование, дренаж, строительство акведуков и гаваней, и т. д. Для обычных римлян Витрувий также описывает сравнительно простые вопросы, связанные с домашним строительством и обслуживанием зданий, например основы сантехники и какую штукатурку надо использовать.
Кажется уместным, что самое раннее упоминание бетона исходит от римского военного инженера. Некоторые исследователи предполагают, что римские технологии строительства на извести, а также отсутствие таковых у противников, способствовало успеху Римской Империи в завоевании значительной части Западной Европы. Древние племена Галлии, Британии и Германии не знали известкового раствора или бетона, и поэтому строили свои форты из толстых глиняных стен, усиленными бревнами. На момент завершения строительства, эта защита была труднопреодолимой и устойчивой к разрушению. Однако через пару десятилетий эти, некогда крепкие препятствия становились пологими курганами, которые мало защищали от решительного натиска армии. Витрувий, вероятно, был хорошо знаком с этими земле-деревянными стенами своего времени в Галлии.
Мы мало знаем о жизни Витрувия, но полагают, что он стал инженером-строителем после того, как Цезарь закончил карьеру в армии и принял титул «Пожизненного императора» (это был короткий период его карьеры). Витрувий упоминает, что в этот период он построил базилику в Фано, Италия, но все её следы исчезли. Как и большинство римских зданий, она, возможно, послужила источником для добычи уже обработанного камня местными жителями в средние века. В конце концов Витрувий получил щедрую пенсию от пра-племянника Цезаря и усыновлённого сына и наследника Августа, первого императора Рима. Именно во время этого благодатного пенсионного периода Витрувий и написал On Architecture.
On Architecture считается одной из самых важных книг когда-либо написанных на тему архитектуры. Часть этого влияния объясняется тем фактом, что это единственная подробная рукопись по архитектуре, которая выжила после распада греко-римского мира. Витрувий дает полезные библиографические ссылки по каждому из предметов, которые он исследует, но работы большинства этих авторов сохранились только в фрагментах или полностью исчезли во время средних веков. Следовательно, когда «On Architecture» была вновь обнаружена в пятнадцатом веке, она оказала глубокое влияние на всех архитекторов эпохи Возрождения, особенно Андреа Палладио, чья собственная книга «Quattro Libri dell'Architettura» («Четыре книги по архитектуре») можно было рассматривать как обновленную и расширенную версию работы Витрувия.
On Architecture энциклопедична по широте охвата. Помимо упомянутых выше тем, она также рассказывает о солнечных часах, водяных мельницах, пневматике, крановых и подъемных технологиях, геометрию и даже о небольшой части астрономии. Это было время великих древних энциклопедистов, таких как близкие современники Витрувия, Плиний Старший и знаменитый североафриканский ученый Король Джуба II, два автора, которые пытались охватить как можно больше вопросов в своих книгах и, в процессе написания, увековечили ряд мифов.
К счастью, Витрувий не часто отклоняется от тех предметов, которыми он лично знаком. Следует помнить, что слово архитектура в древнем смысле относилось к строительству любого сооружения или устройства, тогда как сегодня она относится только к проектированию зданий. Этот факт, наряду с заявленной Витрувием убежденностью, что хороший архитектор должен также обладать сильным образованием и в точных науках и в гуманитарных дисциплинах, объясняет, почему книга охватывает столь широкий круг вопросов, в том числе иногда встречающееся философствование автора. Что касается отношения философии к архитектуре, Витрувий объясняет, что «это делает архитектора одухотворённым, а не самовлюбленным, и скорее делает его вежливым, справедливым, честным, а не руководимым жадностью. Это очень важно, потому что никакая работа не может быть сделанной хорошо без честности и неподкупности. Ему не стоит хвататься за всё, и его ум не должен быть озабочен идеей получения чрезмерных заработков, но пусть он сохраняет свою позицию с достоинством и лелеет хорошую репутацию». Это звучит почти как версия клятвы Гиппократа для строительного подрядчика.
Многие высказывания Витрувия просты, но глубоки. Например, его замечание о том, что сооружение должно быть долговечным, полезным и красивым (firmitas, utilitas, venustas), справедлива для любой эпохи. Оглянитесь вокруг и спросите себя, сколько из зданий окружающих вас соответствует всем трём критериям. И такой подход применим не только к зданиям, но и к любому промышленному продукту. Это то, что отличает изящные механические часы от дешевой электронной штамповки или красиво обработанной ручки от такой-же из пластика и предназначенной для одноразового использования; или, что более уместно для нашей темы, это то, что отличает красивый римский арочный мост, способный выдерживать тысячелетия от современного бетонного моста, который начинает разваливаться через столетие а то и меньше.
Витрувий также смог сделать некоторые очень проницательные наблюдения. В своей главе «Акведуки, колодцы и резервуары» он размышляет о токсичных свойствах свинцовых труб: "Трубы из глины для подачи воды имеют следующие преимущества: Во-первых, в отношении вопросов строительства: если с ними что-то случится, любой может отремонтировать повреждение. Во-вторых, вода из глиняных труб намного полезнее, чем та, которая прходит через свинцовые трубы, потому что свинец оказывается вредным по той причине, что он становится белым свинцом, и это, как говорят, оказывает вредное воздействие на человеческую систему. Следовательно, если то, что производится от него, вредно, без сомнения, сама вещь не является полезной.
Для этого можно привести пример сантехников, работающих со свинцовыми трубами, так естественный цвет их тел был заменен глубокой бледностью. Когда свинец плавится при литье, дым от него оседает на конечности и ежедневно сжигает все полезные свойства крови из их конечностей. Следовательно, вода не должна быть проведена в свинцовых трубах, если мы хотим, чтобы она оставалась полезной."
Это было написано около двух тысяч лет назад, прежде чем свинцовые трубы для сантехники были окончательно запрещены в Соединенных Штатах в 1989 году.
Кроме того, что по сравнению с греками, римляне были лучше организованы и обладали еще одним качеством, помогавшим им в создании империи: увлечение любой технологией, имеющей практическую цель. Греческие интеллектуалы имели серьезные предрассудки по отношению к ремесленникам. Гончар или скульптор вряд ли был бы приглашен на одну из философских вечеринок Платона, независимо от того, насколько хорошо он умел читать. (Сократ был ушедшим на пенсию каменщиком). Действительно, греки называли производственное ремесло «Басотическим искусством», от греческого слова «басос», что означает «вульгарный». Римляне, особенно из аристократического класса, переняли этот предрассудок, потому что они в большей мере придерживались греческих тридиций. Тем не менее, врожденная практическая жилка римлян помешала им полностью заразится этим элитарным снобизмом. Римляне по-прежнему восхищались технологиями, которые могли служить полезным целям, и поскольку они были одними из самых добросовестных служащих в истории на строительстве дорог, мостов, акведуков и общественных бань, то куда бы они ни пошли, многие из них считали необходимым знать, как все это работает. Читая On Architecture, ясно, что одной из причин, по которой Витрувий хотел поделиться своими знаниями, было то, что он знал, что многие из его читателей будут государственными служащими, сталкивающимися с теми проблемами инфраструктуры, которые затрагивались в его книге.
Первая книга On Architecture охватывает фундаментальные темы: необходимый опыт и знания, которыми должен обладать архитектор; как найти подходящее место для города и его стен, общественных зданий и т. д. Вторая книга посвящена строительным материалам и описывает раствор гораздо более подробно, чем работа Катона. Вторая книга также демонстрирует, насколько продвинулись строительные знания в течение двух столетий. Витрувий объясняет разнообразие различных песков, которые могут использоваться в известковых растворах, и обсуждает их относительные сильные и слабые стороны. Витрувий советует не использовать морской или речной песок (возможно, потому, что частицы обеих, вероятно, были покрыты водой и, следовательно, менее способны образовывать прочные связи). Морской песок особенно нехорош, поскольку растворенные внутри него соли вызовут неприглядные пятна. Песок самого высокого качества, который он называет «песком из ямы», бывает четырех видов: черный, красный, серый и карбункулярный. Из описания Витрувия последний, кажется, имеет вулканическое происхождение, но неясно, относится ли он к пуццоланическому виду; другие три, по-видимому, являются производными эрозии горных пород. Из "песков из ямы" лучший - сухой, остро-зернистый и незапятнанный грязью. Витрувий предлагает простую, легко проводимую самостоятельно проверку качества песка: «Лучшим из них будет тот, который потрескивает при перетирании в руке, в то время как тот, что имеет много грязи, не будет достаточно качественным. Попробуйте это: бросьте песок на белую ткань и затем стряхните его; если ткань не испачкалась и грязь не прилипла к ней, песок подходит». Если же нет выбора, кроме использования морского или речного песка, Витрувий предлагает использовать добавку, которая исправит их дефекты: « Глиняные черепки просеиваются через сито и добавляются в пропорции один к трем, что сделает раствор лучше». Этот, казалось бы, невинный совет содержит в себе огромные возможности, как мы увидим позже.
Затем Витрувий переходит к обсуждению известняка и извести, и здесь мы находим самую раннюю сохранившуюся ссылку на гидравлическую известь, хотя ее использование, вероятно, предшествует книге Витрувия на несколько столетий. Чтобы избавится от едких свойств извести, к ней добавляется небольшое количество воды. Ремесленники проводили процесс гидратации разными способами. Часто порошок наносили на гладкую сухую поверхность, опрыскивали водой, а затем тщательно перемешивали граблями или шпателями. В условиях очень влажного климата известь просто подвергается воздействию воздуха в течение определенного периода времени, хотя этот метод, вероятно, не использовался в Римской империи, имеющей в основном умеренный климат. Витрувий предлагает, чтобы комки, образовавшиеся из-за влажности, были тщательно смешаны с остальной частью порошка. После того, как известь гидратировалась, её запечатывали в водонепроницаемом контейнере. В римские времена это обычно была керамическая амфора, хотя от случая к случаю использовались деревянные бочки.
Римляне считали, что чем старше гидратированная известь, тем лучше ее качество, и поэтому в своих строительных правилах они указывали, что её лучше выдерживать несколько лет до использования.
После описания гидравлической извести Витрувий переходит к обсуждению материала, который, очевидно, поражает его воображение, и, что в соответствии с его описанием, мы воспринимаем, как очень интересную новинку.
Существует также своего рода порошок (pulvis), который, имея естественное происхождение, дает замечательные результаты. Его можно обнаружить в районе Байя и среди фермерских общин вокруг горы Везувий. Этот порошок, смешанный с известью и щебнем, не только придает прочность различным зданиям, но даже когда из него строятся пирсы в море, они затвердевают под водой.
Витрувий описывает бетон, созданный с использованием пуццолановой почвы, последний из которых представляет собой гранулированную разновидность вулканической пемзы (pumex), которую римляне также называют губчатым камнем (spongia) из-за многочисленных отверстий. Это, по сути, тот же материал, который использовался в растворе для резервуара в Родосе. Это самая ранняя сохранившаяся ссылка на материал, который в один прекрасный день будет преобладать в визуальном ландшафте современного мира: гидравлический бетон.
В то время, когда Витрувий писал свою книгу, к концу первого века до нашей эры, настоящий римский бетон совсем недавно возник из вызывающего интерес водонепроницаемого раствора, превращаясь в строительный материал, который сам по себе можно было использовать в новых строительных целях. Вместо простых деревянных досок, используемых для создания форм, были разработаны более сложные формы, называемые современными инженерами «опалубками». Остался тот же метод набивки слоев известкового бетона и каменного заполнителя, хотя бетон стал теперь гидравлическим, известным сегодня как римский бетон. Сохранились части потолочного свода и апрактически неповрежденный бетонный купол над римской баней, датирующейся тем самым веком, в котором жил Витрувий. Неудивительно, что и хранилище, и купол были построены в непосредственной близости от Везувия, который имел практически неисчерпаемый запас пуццолановой почвы. Обе архитектурные формы связаны с римской аркой: протяните арку вдоль, и у вас есть сводчатое перекрытие; два пересекающихся сводчатых перекрытия образуют перекрестный свод; поверните арку вокруг ее центральной оси, и у вас есть купол. Римляне продолжали совершенствовать все эти архитектурные формы, используя пластичную природу бетона для их создания. Однако купол бани, самый ранний известный монолитный бетонный купол, является весьма любопытным. По-видимому, архитектор-новатор, который его построил, все еще немного сомневался в этом материале и не знал о его возможностях. По этой причине, он сделал стены очень толстыми. Несмотря на то, что баня была построена примерно в тот же период, когда Витрувий писал свою книгу, он не упоминал об использовании бетона для строительства куполов или сводов. Магистр-архитектор, вероятно, предполагал, что эти недавние и относительно редкие эксперименты еще не выдержали проверку временем, что было для него главным арбитром для оценки любого здания.
Витрувий упоминает о римском бетоне ещё раз в 5-й книге, 12-й главе, где он обсуждает строительство волнорезов и гаваней:
Возьмите порошок, из местности, простирающейся от Кумы до мыса Минервы (пуццолановая земля из окрестностей Везувия) и вмешайте ее в раствор в пропорции два к одному. Затем, в месте, которое было определено ранее, устанавливается водонепроницаемая перемычка, со стенами из дубовых досок со связями между ними, её следует опустить в воду и крепко подпереть; затем нижняя поверхность внутри, под водой, должна быть выровнена и вычерпана, работы проводятся с деревянных балок, положенных поперёк; и, наконец, бетон [caementis] на кладочном растворе [mortario] - материал, смешанный, как предписано выше, должен насыпаться между стенами до тех пор, пока пустое пространство, которое находилось в перемычке, не станет стеной.
Рис 8. Рисунок из книги семнадцатого века, изображающий римского инженера Маркуса Витрувия Поллио представляющего императору Августу свой труд "On Architecture". Витрувий первым описал использование римского бетона.
Это самые ранние указания о том, как использовать римский бетон для создания доков или волноломов на мостах. Обратите внимание, что песок был полностью заменен пуццоланой. Римляне продолжали использовать различные бетонные смеси, в том числе некоторые, включающие как песок, так и пуццолану, но для подводных работ рекомендовалось обходится без песка или использовать его в небольших количествах.
По времена Витрувия, использование бетона для причалов и дамб увеличивалось лавинообразно. Витрувий почти наверняка знал, что римский бетон используется в беспрецедентных масштабах в крупном строительстве, где его гидравлические свойства проходили окончательную проверку. Поскольку он посвятил свою книгу Цезарю Августу, было бы, вероятно, политически не верно, чтобы Витрувий упомянул смелый проект в гражданском строительстве, который затмевал все, что создал первый гражданин Римской Империи. И, как бы посыпая соль на рану, человек, который санкционировал этот проект и с нетерпением следил за его воплощением, не был ни римлянином, ни даже греком, а королем презираемых в то время людей: евреев.