Історія цементу

Давні витоки

Слово «цемент» походить від латинського caementum — «подрібнені уламки каменю». Найдавнішим в'яжучим було вапно: вапняний розчин отримували, змішуючи воду й пісок із випаленим вапняком.

Бетон уперше з'явився в Римській імперії, зокрема в таких спорудах, як Замок Святого Ангела (138 р. до н. е.), який зберігся краще за навколишній камінь. Різні цивілізації — від будівничих єгипетських пірамід до зодчих Великого китайського муру — застосовували власні в'яжучі матеріали.

Античний період

Стародавні греки змішували вулканічний туф із Санторіні з вапном, отримуючи розчин. Майже дві тисячі років тому греки й римляни спільно розмелювали вапно та пуцолану (вулканічний попіл) і змішували її з піском для кладки.

Римський філософ Гай Пліній зауважував, що незбагненно, як вапно спалахує від контакту з водою, — це відображає ту таємничість, якою тоді були оповиті ці матеріали.

Застосування цементу в римській архітектурі почалося з Колізею та римських терм (27 р. до н. е.). Римляни виявили, що суміш вулканічного попелу з вапном здатна тверднути під водою; так з'явився «пуцолановий цемент», названий на честь міста Поццуолі поблизу Рима, який використовували в портовому будівництві.

Середньовіччя та Відродження

Англійські будівничі розмелювали вулканічний попіл для цегли та покрівельної черепиці. Великі середньовічні собори у Франції (Шартр, Реймс) і в Англії (Дарем, Лінкольн, Рочестер) спиралися на технології, невідомі римлянам.

Римський архітектор Марк Вітрувій Полліон ще на початку нашої ери описав переваги бетону для влаштування міцної основи та гладкої підлоги у своїй праці «Десять книг про архітектуру».

Епоха сучасного цементу

Досягнення XVIII століття. У 1756 році Джон Смітон досліджував хімічні властивості вапна під час будівництва Едістоунського маяка. Згодом Джозеф Паркер виготовив «римський цемент» із лондонського вапняку для будівництва каналів і портів.

Едістоунський маяк (1757–1759), зведений заввишки 37 метрів поблизу Плімута з вапна, води, глини та залізного шлаку, став кроком уперед у технології розчинів, що тверднуть під водою.

Прориви XIX століття. Луї Віка розпочав виробництво цементу з глини та вапняку у Франції (1813), а Джеймс Фрост — в Англії (1822). Гідравлічне в'яжуче Віка було застосоване на мосту в Суйяку, завершеному 1822 року.

У 1824 році Джозеф Аспдін нагрівав подрібнену глину з вапняком до спікання, а потім повторно розмелював суміш. Названий «портландцементом» через схожість із каменем із портлендських кар'єрів, матеріал швидко поширився в англійському будівництві. Одним із ранніх прикладів його застосування є будівля Wakefield Arms поблизу станції Кіркгейт.

Айзек Джонсон 1845 року здійснив переворот у виробництві, випалюючи глиняно-вапняну суміш за температури 1400–1500 °C. Цей процес клінкероутворення використовується й донині та дав початок сучасному портландцементу.

Розвиток у США

Канвас Вайт виявив природні гідравлічні матеріали в кар'єрах округу Медісон (1818), які застосували під час будівництва каналу Ері. Девід Сейлор налагодив виробництво природного цементу (1850) і відкрив перший у США цементний завод (1871), а згодом почав випускати портландцемент у Філадельфії (1876).

До 1880 року США виробляли 42 мільйони барелів цементу на рік, а вже наступного десятиліття обсяг сягнув 335 мільйонів барелів.

Новації XX століття

Фредерік Ренсом запатентував похилі обертові печі (1885), що дало змогу перейти до безперервного виробництва й забезпечило кращу однорідність порівняно з шахтними печами.

Томас Едісон установив найдовшу на той час піч (45 метрів) на заводі New Jersey Portland Cement Works (1902). Перше значне інженерне застосування портландцементу відбулося під час проходки тунелю під Темзою (1928).

Технологічний поступ

Від початку XX століття ключовими нововведеннями стали:

• система Lepol (Polysius, 1928);
• вертикальний валковий млин (1930);
• циклонні теплообмінники попереднього нагрівання (1932);
• колосниковий холодильник Fuller (1937);
• механічні класифікатори (1950);
• система байпасу пічних газів (1960);
• система декарбонізації (1966);
• високоефективні класифікатори (1970);
• системи кальцинації третинним повітрям (1973).

Перші автобетонозмішувачі з'явилися в Балтиморі, штат Меріленд (1913), а систематичні наукові дослідження складу портландцементу почалися 1906 року.