4-2 Каменный клей
реклама
Задание 1. Тесто из пушонки. С древних времен известняк, складывающий горные породы, использовали как строительный материал. В подземных залежах известняка вырубались штольни, из которых вывозили известняковые глыбы для кладки «белокаменных» стен. Известняк использовался и в качестве «связующего» материала. Для этого известняк обжигали. Для обжига нужна была температура более чем 700 градусов по Цельсию, – в обычной печи известняк не обжечь. Из известняка получался рыхлый порошок – известь. Известь, полученную обжигом известняка, «гасили» – насыпали в земляные ямы и обливали водой. Для полного «гашения» извести содержимое ямы многократно перелопачивали. По свидетельству Плиния, в Древнем Риме процесс получения извести, пригодной для строительства, мог продолжаться до 30 лет. Полученное густое тесто – «известковый раствор» – можно было использовать для скрепления между собой камней или кирпичей при кладке стен. Обожженную известь строители называют «кипелка» – при заливании водой известь разогревается так, что вода вскипает, а куски растрескиваются. Если гасить известь неаккуратно, можно и обжечься. При гашении куски извести несколько увеличиваются в объеме и рассыпаются в мелкий порошок – «пушонку». Из нее и готовят строительный «раствор», замешивая с водой до получения густого теста. В это «тесто» вводили наполнители: глину и песок, черепки и гончарную крошку. Соединяя таким тестом кирпичи или камни, дожидались постепенного затвердевания и прочного соединения отдельных частей постройки. Для ускорения процесса даже в жаркие дни внутри построек разводили костер или устанавливали жаровни с горящими углями. Размешанной в воде гашеной известью белили потолки и стены. Но при этом надо было наносить каждый раз несколько тонких слоев раствора, каждый раз дожидаясь, чтобы предыдущий слой высох. Побелка, нанесенная толстым слоем, после высыхания отваливалась кусками. Для такой побелки, казалось бы, можно было использовать порошок мела, разведенный в воде, но такое покрытие быстро осыпалось со стен. Часто случалось и так, что кирпичная кладка, сделанная на «старой» извести, долго хранившейся на воздухе, рассыпалась. Поэтому известь и нельзя было долго хранить на воздухе. Что может быть доказательством изменения частиц известняка при обжиге? Для чего при белении стен известью дожидались затвердевания каждого ее слоя? Почему известь нельзя было долго хранить на воздухе? Какой вывод можно сделать из того, что как горение дров в костре, так и углей в жаровне способствовало «схватыванию» извести? Какие еще вещества, сгорая, могли бы помочь «схватыванию»? Какой продукт сгорания разных веществ участвует в этом превращении? Какой простой способ позволяет определить, не испортилась ли известь при длительном хранении? Нарисуйте технологическую цепочку превращения известняка в высохшую побелку. Составьте молекулярные схемы всех превращений. Какие молекулы следует нарисовать для порошка мела, который плохо подходит для побелки, несмотря на всю схожесть с ней? Как различить известковую и меловую «побелку»? Задание 2. Малоизвестная картина Николаса Берхема называется «Зимний пейзаж с известковой обжигательной печью»: такие печи работали в Голландии в XVII веке. На Урале сохранились развалины старых обжигательных печей, которые, как и в древности, возводились прямо в известняковых холмах. К XIX веку на их месте появились «шахтные», конструкция которых сохранилась в общих чертах до последнего времени. Множество небольших печей для обжига было построено в XX веке непосредственно при известняково-меловых карьерах. Обжиг известняка производился тысячелетиями и приводил в некоторых местностях к полному исчезновению лесов, используемых как топливо. Сейчас это – лишь часть современного производства стройматериалов. Основной продукт его – цемент, позволяющий не только скреплять между собой камни и кирпичи, но и создавать из него целые строительные блоки. С какой целью обжигают известняк? Назовите причины прекращения строительства небольших печей для обжига известняка около мест его выработки. Задание 3. Название «каменный клей» применительно к извести имеет два значения: «клей из камня» и «клей для камней». Поясните эти два значения названия извести. Составьте список операций, которые необходимо провести для получения каменного клея из известняка. Составьте молекулярные схемы происходящих с веществами изменений. Задание 4. Разломанный надвое кусок известняка, добытый в меловом карьере, отчетливо показывает его происхождение. Что он показывает? Составьте цепочку происхождения мела и мрамора из раковин древнейших моллюсков. Задание 5. Необыкновенная история Рима – это история превращения горстки лачуг VIII и VII веков до нашей эры к I веку нашей эры в огромный мегаполис. По мере того, как рощи на склонах семи холмов постепенно оскудевали, а склоны расчищались, деревянные лачуги медленно сменялись каменными одноэтажными домами, крытыми черепицей, над которыми возвышались немногочисленные храмы. В середине II века до н. э. неподалеку от города было открыто месторождение, которое обеспечило строителей Рима новым легко обрабатываемым камнем, гораздо более прочным, чем пористый раковинный туф, из которого строились старые дома. Из известняка возводились более прочные и большие по размеру здания, храмы, арки и мосты – некоторые и по сей день можно увидеть в Риме. В это время был построен Великий Марсов акведук, доставлявший новые запасы воды в город, и первый каменный мост через Тибр. Известковые глыбы, добытые древними римлянами, использовались затем и в более поздних постройках. Состоятельные и знатные семейства, строящие собственные дома, превращали их в очень элегантные особняки. Их общий план был всегда одинаков – ряд комнат, сосредоточенных вокруг внутреннего дворика либо четырехугольного резервуара – атрия, назначением которого было собирать редкую дождевую воду. При строительстве стен и полов использовался знаменитый известковый раствор. Застывая, он становился таким крепким, что полы и стены, изготовленные из него, зачастую принимают за современный бетон. В короткие, но холодные зимы римляне согревались у открытых угольных жаровен в комнатах. Каменные или мраморные полы определенно были тогда настоящим бедствием для голых ног, обутых в сандалии. Состоятельные граждане устраивали так, чтобы одна из их столовых непременно была обращена на юг, чтобы извлекать пользу из любого тепла, которое способно дать зимнее солнце. В окна стали вставлять толстые мутные стекла. В комнатах не было каминов и дымоходов, за исключением, возможно, немногочисленных кухонь. Но только очень немногие и богатые люди могли тогда позволить себе жить в отдельном городском доме или вилле. Подавляющее большинство проживало в доходных или многоквартирных домах в три-четыре этажа. На верхних этажах полы делали из деревянных досок. В период ранней империи Август ограничил высоту домов до 20 метров − из-за довольно шаткой конструкции. Строители, по-видимому, стремились экономить камень. Жизнь небогатых римлян в четырех стенах их жилищ, по большей части обветшавших, сопровождалась известной долей риска. «Мы населяем столицу, все среди тонких подпор, которыми держат обвалы», − сетовал Ювенал. Не меньше был и риск пожара. Узкие многолюдные улочки и переулки, изобилие дерева в каркасах построек и конструкциях крыш – все это превращало горящий дом в огромную опасность, предотвратить которую зачастую было не по силам городским когортам пожарных. После страшного пожара, в правление Нерона охватившего большую часть города, для восстановления сгоревших домов, храмов и общественных зданий требовалось внушительное количество кирпича, камня, мрамора, песка и известняка. Цена была ужасающей, и на всю империю была наложена контрибуция. Рим прежде не видел ничего подобного. В следующем поколении Тит закончил строительство огромного амфитеатра Колизея. На его строительство ушло около 200 000 тонн известняка и еще 200 000 тонн простого туфа, кирпича и известкового раствора. Баржи, идущие нескончаемым потоком, везли камень, кирпич, мрамор, гранит и дерево вверх по Тибру и вниз по его притокам. Тяжелые глыбы и колонны передвигались через город на катках: эта работа выполнялась рабами и вьючными животными. Шум, поднимаемый гужевым транспортом, сводил с ума несчастных жителей города. «А в каких столичных квартирах можно заснуть? – вопрошал Ювенал своего друга: ...Повозки едут по узким Улиц извивам, и брань слышна у стоящих обозов, – Сон улетит, хоть бы спал ты, как Друз, как морская корова...». Неудивительно, что тогда говорили: «Спится у нас лишь за крупные деньги» – в просторных виллах богачей спальни были расположены вокруг тихого внутреннего дворика. Изготовление кирпича из-за высокой стоимости транспортировки было сконцентрировано как можно ближе к самому городу. Кирпичная кладка, скрепленная крепким известковым раствором, в значительной степени заменила известняковый туф, который, как оказалось, сильно крошился, побывав в огне. Существовало множество небольших кирпичных мастерских, где работало до 50 рабов, каждый из которых мог изготовить около 200 кирпичей в день. В сезон работы кирпичников с апреля по сентябрь печи для обжига всех таких мастерских могли выдать миллион кирпичей. Это была единственная отрасль промышленности, принадлежавшая аристократам или патрициям. Известно семейство, которое достигло политической известности, разбогатев на производстве: кирпичи с клеймом оратора Домиция Афера производились как доказательство благосостояния, которого он достиг. Оно помогло династии Антонинов подняться до императорского величия. В числе его потомков − император Марк Аврелий. (по Франку Коуэлу) Поясните, почему постройки из известкового туфа быстро разрушались во время и после пожара. Что случалось после пожаров с постройками из кирпича или облицованными кирпичом? Перевозка стройматериалов в Древнем Риме требовала огромных затрат труда и стоила очень дорого. Поясните, почему производство кирпича могло быть сконцентрировано вблизи города или даже в самом городе, и тем самым обходилось гораздо дешевле. Задание 6. Если я покажу вам горсточку серо-зеленоватой пыли и скажу, что из нее строят дома, вы, вероятно, не поверите. Дома из пыли, разве это возможно? А между тем, из этой зеленоватой пыли, из этого легкого порошка строят самые прочные в мире здания, мосты, фабричные трубы, набережные. Что же это за удивительный порошок? Во многих местах встречается особый камень − мергель. Он состоит из известняка и глины. Его выламывают в горах, перемалывают в порошок. Обжигают этот порошок в огромных круглых печах. Затем его упаковывают в бочки или в большие мешки и отправляют по железной дороге или на баржах на место постройки. Называется этот порошок цементом. Превратить цемент опять в камень очень легко. Попробуйте для опыта сделать из цемента небольшую каменную плитку. Смешайте горсточку цемента с песком и водой так, чтобы получилось густое тесто. Тесто это выложите в спичечную коробку и пригладьте. Дней через 10−15 тесто окончательно затвердеет, в коробке получится крепкий кирпичик. Он не развалится и тогда, когда вы положите на него большой кирпич. Камень, сделанный из цемента, с каждым годом делается крепче, прочнее. Цемент твердеет и под водой. Строители это знают и строят из цемента подводные сооружения, устои мостов, набережные и т. д. Можно было бы строить дома из цемента, но это невыгодно: цемент дорог. Есть гораздо более дешевые материалы: песок, щебень. Щебень − это мелкие осколки камней. Но разве можно построить дом из песка или из щебня? Оказывается, можно. Для этого нужно крупинки песка и куски щебня скрепить цементом, чтобы они не рассыпались. Такой материал из песка, щебня и цемента называется бетоном. Из бетона строят различные постройки. Они прочны, долговечны и безопасны в пожарном отношении. Вместо песка и щебня можно прибавить к цементу и другой материал, например древесные опилки. Получится камень из дерева. Такой «камень» не горит, хотя в нем дерева может быть гораздо больше, чем камня. В настоящее время многие новые фабрики, заводы и другие здания строят из железобетона. Сначала из железных балок и прутьев делают остов здания, затем его заливают бетоном. Бетон затвердевает и вместе с железом образует железобетон. Здания из железобетона очень прочны. Многие железнодорожные мосты построены из железобетона. Из железобетона строят военные укрепления. Они способны выдерживать удары очень тяжелых снарядов. Основой цементного «клея» является зеленоватая пыль, легкий порошок. Что это такое? Верно, это уже знакомый нам размолотый мергель. (М. Ильин и Е. Сегал «Рассказы о том, что тебя окружает») Что именно изобрели люди, когда научились получать цемент? Авторы книги советуют сделать опыт: взять опять спичечную коробку с тестом из цемента и опустить на дно кастрюли, наполненной водой. Через некоторое время следует проверить результат. Что будет наблюдаться? Что будет, если поместить в кастрюлю коробочку с известковым «тестом»? В местностях, где мергеля нет, цемент получают искусственно. Предложите рецепт искусственного приготовления цемента. Одним из древних способов получения особо прочного «вяжущего» средства для кладки стен основывался на обжиге раздробленной старой кирпичной кладки. Что получалось таким образом у древних строителей? Задание 7. Дом нельзя ставить прямо на рыхлую землю. Он тяжёлый, а земля мягкая. Станешь строить дом, а он и начнёт проваливаться, покосится, даст трещины. Чтобы этого не случилось, дом ставят на фундамент: на прочную опору из кирпича, или из больших камней, или из искусственного камня − бетона. Опору эту надо с умом строить. Если сделать её узкой, она дом не удержит. Ведь ты и сам знаешь: на лыжах и на мягком снегу не провалишься, а узенькие коньки и твёрдый снег режут. Но мало, чтобы фундамент был широкий. Надо ещё, чтобы он глубоко был врыт и опирался не на верхнюю, рыхлую землю, а на нижнюю, слежавшуюся и прочную. Земля наверху ненадёжная, в ней часто есть вода − от дождя или от растаявшего снега. Зимой, как только ударит мороз, вода в земле сделается льдом и лёд начнёт выпирать фундамент из земли. А вместе с фундаментом и дом закачается. Бетонщики сделают для фундамента деревянную форму − опалубку − и набьют в эту огромную форму бетон. Бетономешалка – это машина, изготавливающая бетон − искусственный камень. Делается он из серого порошка − цемента, песка и битого камня − щебня. Бетономешалка смешивает их с водой, пока из них не получится что-то вроде теста. Камню полагается быть твёрдым, на то он и камень. Недаром говорят: «твёрдый, как камень». А бетон, когда его только что сделали, такой мягкий, что ему можно какую угодно форму придать. Если, скажем, бетоном ящик наполнить, да поплотнее набить, да дать затвердеть, получится каменная плита как раз по форме ящика. Ну, да что тут объяснять: кому из нас не приходилось из песка пирожки делать! Какая формочка, такой и пирожок получается. Да только пирожок из песка недолго живёт, рассыпается. А бетонная плита чем дольше, тем твёрже делается. Не простая работа и у каменщиков. Это нелёгкое дело − из маленьких кирпичиков большой дом сложить. Тут без уменья и сноровки не обойдёшься. Чтобы стены не развалились, кирпичи надо правильно положить и скрепить между собой. Столяр скрепляет материал клеем, портной − нитками, плотник − гвоздями, а каменщик − раствором. Раствор — это тесто из цемента или извести и песка. Когда такое тесто попадает в щёлку между двумя кирпичами, оно чем дальше, тем твёрже делается и так скрепляет кирпичи, что их потом ни за что не разнимешь. Маленькой лопаточкой с изогнутой ручкой каменщик набрасывает раствор на нижний ряд кирпичей. А на раствор кладёт кирпичи верхнего ряда. Да кладёт их не как придётся, а так, чтобы щель против щели не приходилась, чтобы шов со швом не совпадал. Если правильно сложить стену, она сотни лет простоит. Есть старые дома, которые тысячу лет простояли, а всё ещё целы... Пока в доме каменщики стены кладут, другие рабочие перегородки ставят, балки укладывают, полы на балках настилают, потолки подшивают, водопровод, электричество и телефон проводят, батареи для отопления устанавливают. И вот достроили они дом до самой крыши. Теперь настало время взяться за дело кровельщикам. За кровельщиками придут штукатуры и маляры. А за ними - те, которые были в очереди последними, для которых дом-то и был выстроен. (М. Ильин и Е. Сегал «Рассказы о том, что тебя окружает») Для фундамента дома роют глубокий котлован. Зачем это делают? Почему «пирожок», слепленный из песка, со временем рассыпается? Что происходит с известковым «раствором» со временем? Отчего лед начнет «выпирать фундамент из земли»? Многие древние постройки сооружались без фундамента. Что позволяло строителям обходиться без него? Укажите условия, при которых такая постройка останется прочной и сейчас? Задание 8.Домашний практикум (в свободное время) Возьмите порошок цемента, добавьте песок, размешайте тщательно с водой и выложите в пластиковую коробочку нужной формы и размера. Для прочности между слоями цементного теста размещают сетку из нескольких железных проволок. Сделав несколько таких плиток, можно будет построить из них игрушечный дом или замостить дорожку на даче. Чтобы не вдыхать цементную пыль, следует при работе с порошком цемента обязательно пользоваться защитной маской! Задание 9. «Ключи от небесных врат» встречают посетителей на пороге римского храма Святого Петра. Оцените твердость агата и мрамора − минералов, из которых несколько веков назад было создано это изображение.
