Строительство — Попаданцев.нет

Печь Гофмана

4eshirkot — Fri, 22 Oct 2021 16:36:00 +0000

Обжиг кирпича всегда был довольно малопроизводительным и затратным делом, требующим большого количества топлива.
Настоящим прорывом в области производства кирпича стало появление кольцевой печи, запатентованной Фридериком Гофманом в 1858 г.

Кольцевая печь позволила не только многократно увеличить объемы производства кирпича, но при этом улучшить его качество и снизить потребление топлива.
Кольцевая печь состоит из 10-15 обжигательных камер, сообщающихся друг с другом и расположенных вокруг общей дымовой трубы.

Разделение на камеры условное, так как между ними нет перегородок, лишь в конце всего ряда ставится временная сгораемая перегородка, например, из бумаги.
Первоначально печи делали круглыми, но скоро перешли к более рациональной форме в виде двух параллельных каналов, соединенних по краям полукругом.

Камеры заполняются кирпичами-сырцами, укладываемыми с промежутками для прохода горчяих газов. Затем в одной из камер разжигается огонь, и топливо (обычно низкокачественный бурый уголь или торф) регулярно добавляется через небольшие отверстия сверху. Огонь и горячие газы направляются в несколько последующих камер, постепенно подсушивая и разогревая расположенные в них кирпичи, и только после этого попадают в дымовую трубу через открытую задвижку. Когда процесс обжига в первой камере закончится, топливо начинают добавлять в следующую, причем воздух для горения проходит через уже обожженные раскаленные кирпичи, при этом подогреваясь как в регенераторе. А дымовую трубу переключают на свежезагруженную камеру.
Таким образом зона горения постепенно перемещается по кругу, камеры с остывшим кирпичом разгружают, а затем загружают необожженным кирпичом.

Весь цикл длится 7-10 дней, в крупных печах может идти обжиг в 2-3 огня. Запущенная печь работает непрерывно, останавливать обжиг приходится только для периодического ремонта самой печи.
Поскольку нагрев и охлаждение в каждой камере идет медленно, кирпич обжигается равномерно и с низким количеством брака, а почти полная утилизация тепла дымовых газов и остывающих кирпичей делают кольцевую печь очень экономичной (расход условного топлива 120-150 кг на 1000 кирпичей, что в 2-3 раза меньше, чем в печах периодического действия).
Производительность одного кубометра пространства печи составлчет от 1 до 2-3 тысяч кирпичей в месяц. При небольших объемах производства можно обойтись даже без сооружения печи, используя кольцевую траншею в сухом грунте и передвижную дымовую трубу.
Впоследствии кольцевые печи были вытеснены туннельными, расходующими несколько больше топлива, но имеющими еще большую производительность и требующими меньше ручного труда. Сейчам кольцевые печи можно встретить в Китае, Индит и других развивающихся странах.

Цианотипия

4eshirkot — Thu, 17 Dec 2020 19:56:00 +0000

Попаданцы часто берутся за осуществление масштабных проектов — строительство заводов, пароходов и т.д. При этом может возникнуть проблема копирования документации — рисунков, эскизов, чертежей, по которым рабочие должны осуществлять задуманное в камне, металле и дереве. Частично проблему копирования, особенно рукописного текста, решит копировальная бумага или мимеограф, но для чертежей лучше воспользоваться светокопированием, а именно цианотипией.

Цианотипия была изобретена в 1842 г. Джоном Гершелем, и на протяжении более 100 лет являлась самым распространенным методом копирования чертежей.

Принцип цианотипии состоит в восстановлении ионов железа (III) до железа (II) органическими кислотами (лимонной, винной или щавелевой) под действием света, образовавшееся железо (II) далее реагирует с гексацианоферратом с образованием осадка турнбулевой сини Fe[Fe(CN)6],
Для приготовления светочувствительной бумаги нужны всего два реактива — 30% раствор цитрата железа-аммония и 12% раствор красной кровяной соли K4[Fe(CN)6]. Бумага пропитывается смесью обоих растворов и при высыхании приобретает светочувствительность. Цианотипная бумага чувствительна только к ультрафиолетовым лучам, поэтому экспонирование нужно производить солнечным светом, дуговой или газоразрядной лампой, при этом обычно используется контактная печать с оригинала, выполненного тушью на кальке или просто тонкой бумаге.
После экспонирования для закрепления изображения остатки реагентов удаляются промыванием водой. В итоге получается негативное по отношению к оригиналу изображение в виде белых линий на синем фоне. Копии чертежей так и называли — синьками (blueprint), и это название сохранилось до наших дней, хотя в 1940-х годах цианотипия была вытеснена диазотипией, а затем ксерокопированием.
Сейчас цианотипию используют в качестве альтернативного фотопроцесса фотографы-любители и фотохудожники.

Вирирование отпечатков таннином (например, зеленым чаем) приводит к более привычной цветовой гамме

Реактивы, необходимые для светокопирования, доступны везде и практически в любую эпоху, хотя и с некоторыми оговорками.
Еще одна возможная область применения цианотипии, кроме копирования чертежей и схем — для подтверждения подлинности документов взамен водяных знаков или печатей, поскольку без знания технологии подделать изображение не получится. Изображение формируется в глубине бумаги и его невозможно изменить — стерать или дописать.

Мостостроение

vashu1 — Wed, 16 Sep 2020 05:22:43 +0000

Мостостроение — технология 4-го уровня, позволяющая строить дороги на квадратах с реками. Требует Обработку Железа и Конструирование, требуется для Железных Дорог. Ну, а теперь поподробнее.

Первый мост был сооружен просто — десятки, возможно даже сотни, тысяч лет назад человек повалил дерево так, чтобы оно перекинулось на другой берег. Так появился простейший балочный мост.

В горизонтальной балке нижние слои работают на растяжение, верхние на сжатие, средние практически не приносят пользы. Чем дальше материал находится от середины балки, тем больше «рычаг» при помощи которого он сопротивляется изгибу балки, тем больше он влияет на прочность.

Исходя из этих фактов несложно прийти к идее двутавра(его используют и в деревянном исполнении) — разместим большую часть материала в двух горизонтальных пластинах и соединим их одной вертикальной. Момент сопротивления прямоугольной балки пропорционален квадрату высоты, двутавра — кубу.

Простейший бревенчатый мост(log bridge) может иметь пролет порядка 30 метров, пролет моста из балок с прямогольным, вытянутым в высоту профилем(sawn lumber beam bridge, glulam bridge), уже может достигать 40-50 метров.

Деревянный мост обычно служит меньше 10 лет. Почему не построить балочный мост из почти вечного камня? Проблема в том что хотя прочность камня на сжатие сравнима с прочностью дерева и даже превосходит ее, прочность камня на растяжение меньше в разы.

Известны многочисленные балочные каменные мосты(clapper bridge), самые впечатляющие экземпляры были построены в Китае — с пролетом до 19 метров и весом балок до 200 тонн. Запас прочности таких балок околонулевой — уже при удлинении на пару метров они бы развалились от собственной тяжести и трудно даже представить с какими сложностями столкнулись строители транспортируя и устанавливая такие гигантские блоки. Попаданец мог бы попробовать усовершенствовать каменный балочный мост при помощи железобетона — нагрузку на растяжение возьмет на себя железо, балку можно лить на месте строительства — современные ж.б. балки могут иметь длинну больше 200 метров, но есть варианты поинтереснее.

Для того чтобы оставить проход в каменной стене строители научились сдвигать блоки так чтобы верхние слои опирались на нижние — ложный свод(corbel arch). Теперь уложим клиновидные камни полукругом. Тадам! Мы сделали арочный мост. В нем материал испытывает лишь сжимающие нагрузки, его можно собрать из небольших элементов — теперь мы можем сделать большой каменный мост затратив в разы меньше усилий чем с каменной конструкцией.

Арка была известна с момента зарождения цивилизации на Ближнем Востоке, судя по тому что применялись они в основном в подземных сооружениях в те времена не понимали проблемы распирающего усилия, полноценно использовать арку научилось лишь римляне. Они, с упорством достойным лучшего применения, клепали полукруглые арки. Оптимальная форма арки — перевернутая цепная линия(такую форму принимает провисающий шнурок, уравнение получено в 1691 г.), поэтому полукруглая арка не так эффективно использует материал, к тому же мост с большими пролетами из таких арок получается очень высоким — надо или карабкаться по крутому склону или делать длинные пологие подъемы.

Римляне начали осознавать преимущества пологих арок(Alconetar Bridge, 98–138 AD), но из-за заката империи полноценно использовать их научились уже в Китае. Рекордный доиндустриальный каменный арочный мост — итальянский Trezzo Bridge, 1377, с пролетом в 72 м.

Последнее важное усовершенствование арки — осознание того что центральная часть может быть сильно облегчена. Мне не удалось найти, когда именно строители осознали этот факт. В любом случае судя по тому великолепным европейским арочным мостам 14 века и готической архитектуре, блестяще использующей тонкости управления линией давления, на поприще арочных мостов попаданцу в Новое время ничего не светит.

Прочность балки нелинейно растет при увеличении высоты — логично предположить что идеальная балка это двутавр вертикальная часть которого имеет толщину фольги. Да и расчет арочных конструкций дает интригующие результаты — возможность перекрывать пролеты в сотни метров обычным камнем.

На деле bitch тонких конструкций, работающих на сжатие — устойчивость. Формально эта проблема была исследована лишь Эйлером в 18 веке, но интуитивно ее осознает любой ребенок, пытающийся построить башню из кубиков.

Можно построить сплошную арку в сотни метров, но из-за проблемы стабильности она получится непрактично громоздкой. Кто угодно может построить мост. Инженерное искусство нужно для того чтобы строить ДЕШЕВЫЕ мосты.

Одно из решений — использовать конструкцию работающую лишь на растяжение, обращенную арку. Так появился висячий мост. Он особенно интересен попаданцу тем что эта конструкция была открыта обитателями горных районов Гималаев и Анд, и стала известна в Европе лишь в 16-ом веке.

Большая проблема с висячими мостами — обеспечение достаточной жесткости. Прорыв в этой области обеспечило использование железных цепей в Бутане в 15 веке. Рекордные китайские цепные мосты имели максимальный пролет больше сотни метров.

Тем не менее известны и большие мосты из пеньковых веревок, например Capilano Suspension Bridge с пролетом в 140 метров.

Сложно сказать насколько просто будет добиться приличной устойчивости подвесного моста, но в любом случае это полезная штука. Кроме того интересны подвесные альтернативы мосты — зип-лайн, летающий паром и даже наркоманский «Tight-Rope».

Вернемся к балкам и аркам. Итак несложно сделать огромную балку/арку, проблема в том чтобы сделать ее легкой. Что если мы высверлим множество дырок в конструкции, оставив лишь набор коротких стержней? Стабильность коротких стержней не создаст больших проблем, такая конструкция имеет достаточно широкий и высокий профиль при малом весе, что обеспечивает хороший момент сопротивления без проблем со стабильностью. Многоугольник из стержней будет работать на изгиб в месте соединений, но в треугольниках стержни работают лишь на сжатие/растяжение.

Мы только что изобрели ферму. Ферменные конструкции позволяют создавать большие и легкие арочные мосты или экономить на материале балочных мостов. Возможны и другие способы облегчения сооружений, от балки Виренделя до фрактальных конструкций, но ферма — самый простой и технологичный из них.

Первые попытки в этой области предприняли китайцы, но, как ни удивительно, они не дошли до идеи использования треугольников.

Треугольники начали использовать уже в Европе в 16 веке, в 1778 г. был построен рекордный деревянный мост с пролетом в 119 метров(братьями Груберман в аббатстве Веттинген).

Лучше всего она показала себя на просторах Северной Америки. Быстрое освоение гигантских пространств требовало строительства дешевых деревянных мостов. Пожалуй, лучшей конструкцией стала решетчатая система Тауна(Town’s lattice truss).

Тонкие доски решетки легко соединять, а крыша над мостом защищает дерево от влаги, благодаря чему мост служит десятки лет. Рекордный сохранившийся мост этой конструкции — Cornish–Windsor Covered Bridge, 1866, с пролетом 62 м.

В 19 веке в конструкции мостов начинают использовать металл, но рассказывать про использование металла и раскрывать тонкости отличий между рамными и консольными мостами смысла мало — такие вещи интересны инженеру развитой цивилизации, а не попаданцу, ищущему «низко висящие плоды».

Для того чтобы понять логику развития мостов нам пришлось в общих чертах пройти сложную науку о сопротивлении материалов. Несомненно, многие читатели не поняли некоторые моменты — могу лишь посоветовать им прочитать замечательную книгу Гордона «Конструкции, или почему не ломаются вещи», а затем перечитать статью.

Мы не затронули тему плавучих мостов — их работу в основном обеспечивает закон Архимеда, а не сопромат и тему динамических конструкций — разводных мостов, ничего не сказали о сооружении опор и многом многом другом. Как говорил Ленин, мост неисчерпаем как атом.

Карболинеум Авенариуса

kraz — Tue, 29 Aug 2017 21:52:43 +0000

Если поднять газеты конца 19-го и начала 20-го века, то рекламные объявления карболинеума Авенариуса встречается через раз.
Причем, судя по рекламным брошурам этого карболинеума, у него хватало подделок, самого низкого качества.

Сейчас даже в википедии про него статьи нет (только на немецком) и, что-то мне подсказывает, сейчас и купить его будет сложновато.
Собственно, вопрос только один — а что такое этот карболинеум Авенариуса?…

Это всего лишь ближайший родственник креозота, которым до сих пор пропитывают шпалы.
Вообще слова «карболинеум» — это каменноугольная смола, фактически деготь, что неудивительно, потому что именно из нее и делают креозот. Действующее вещество здесь — фенол. Это и хорошо и плохо, потому что фенол отличный антисептик, убивает и плесень и грибки. А плохо тем, что в помещении подобное использовать нельзя, потому что будет не просто дикая вонь, фенольные пары ядовиты.

Карболинеум Авенариуса это просто креозот, через который пропустили газообразный хлор.
Как результат — фенольный запах исчез, а антисептические свойства снизились незначительно. Креозот после хлора становится более вязким, у него появляется очень сильная кроющая способность и кроме прочего дерево принимает глубокий коричневый оттенок, вот такой аналог морилки.
То есть весь смысл существования карболинеума Авенариуса — обработка древесины во внутренних помещениях.

Продаваться он начал после 1870-го года и со временем обрел бешеную популярность, как я понимаю стал именем нарицательным, количество подделок это подтверждает. Попападанец обязательно увидит рекламы да и само применение этого карболеума.

P.S. Плохо понимаю что с ним сталось сейчас, почему прекратили производство и чем заменили. Наверняка без подводных камней не обошлось.

Известняк

K_mert — Thu, 20 Oct 2016 14:09:29 +0000

Немного о широко распространенном и полезном для жизни строительном материале. Ну и о том, что из него можно еще сделать.

Известняк — весьма распространенная осадочная горная порода. Фактически это целый класс горных пород обозначаемый одним словом. К известнякам относятся и ракушечник, и доломит и мрамор.
Теоретический состав известняка: 56% СаО и 44% СО2; как примеси в Известняке присутствуют: МgО,SiO2, Аl2О3, окислы железа, МnО, Р2О5, Na2О, К2О, V2О3, S, SО3, ТiO2, Cl, Н2S и другие более редкие элементы.

При содержании MgO более 18% переходит в доломит.
При содержании глинистых частиц (Al, Si, Fe) более 25% — называется мергелем.

При полном завершении кристаллизации становится мрамором.
В зависимости от содержания примесей может иметь желтый, красноватый, бурый, серый или даже зеленоватый цвет. При большом количестве битумных остатков может быть черного цвета. При содержании битума более 3% называется асфальтовым и является исходным продуктом при выработке асфальта. Битумные известняки являются прекрасными коллекторами нефти. Z.B. Уральские месторождения нефти.
Основные залежи: В России — повсеместно. Московская, Ленинградская область, Карелия, Архангельская область, берега Белого моря, Вятская и Пермские области, Костромской и Нижегородские районы, Татарская АССР, Чувашия, Урал, Поволжье, Крым.
В строительстве используется как облицовочный материал, в качестве бута для фундамента, как тротуарные плитки, ступени. Южный ракушечник имеет коэффициент теплопроводности в 2-3 раза меньше чем красный кирпич.

Практика современного южного строительства (Керчь, Одесса) показала, что стоимость кладки ниже на 50-60%, чем из кирпича.
Широко применяются в цементном производстве при производстве портланд-цемента. В основном используются глинистые известняки и мергеля.
В черной металлургии используются в качестве флюсов, для облегчения образования легкоплавких шлаков и удаления примесей. При этом нельзя использовать известняки с большим количеством фосфора (зеленоватые по цвету).

В основной химической промышленности применение Известняка также весьма разнообразно:

1) для получения СО2, 2) при содовом процессе по способу Сольвея и Леблана, 3) в производстве белильной (хлорной) извести, 4) в азотнокальциевом производстве (норвежская селитра) и др.
В сельском хозяйстве Известняк применяется как один из факторов поднятия урожайности, уменьшения кислотности почвы.

Строительство:
Известняк непосредственно для получения строительных блоков может обрабатывается топором, пилой.
Для получения негашеной извести обжигается при температуре около 900 гр. Цельсия, на практике 1200 гр. Цельсия. Выход извести по массе после обжига составляет примерно 60% учитывая примеси. Обжиг доломитов ведется при меньших температурах.
При использовании короткопламенного угля (в частности древесного) Известняк пересыпают угольными слоями. При использовании длиннопламенного топлива (торф, дрова) его сжигают в топках расположенных по кругу от известняка. При выходе из печи кипелка сохраняет форму кусков известняка чуть уменьшившись в размерах (не более 14%). Если известняк был чистым, то кипелка имеет белый цвет. Мергельные сорта дают серый или желтоватый оттенок. По объему 1л ~ 0,77-1 кг. После гашения водой объем увеличивается в 3 — 3,5 раза. Из 1 кг кипелки получается 2,8-3,2 кг известкового теста. При добавлении большого количества воды получается известковое молоко.
При сильном (до спекания) обжиге смеси молотого известняка с частью глины (желательно каолин) получаем заготовку портланд-цемента. После отжига полученный клинкер вылеживается до стабилизации гидрации и затем мелется. http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/cement-2/

Получение красок:
Известковая синяя приготовляется из растворов медного купороса, нашатыря и известкового молока; 1б ч. медного купороса, 121 ч. нашатыря и 30 ч. гашеной извести растворяют в 1 300 ч. воды; выделенный осадок отфильтровывают, высушивают до кашеобразного состояния, пропускают через краскотерку для лучшего перемешивания краски с оставшейся известью и окончательно высушивают для превращения в порошок.
Белая известковая получается гашением извести водой, прибавляемой в избытке. Применяется она для окраски жилых помещений и вообше строений. При окраске поверхность стен предварительно смачивают водой, чтобы краска ложилась ровными слоями. При окраске деревянных строений, для лучшего приставания краски, к известковой белой прибавляют связывающие вещества — молоко, кровь, казеин.

Стекловарение:
При варке стекла мелко размолотый и просеянный известняк (лучше мел или даже мрамор, для уменьшения количества примесей) вводится в состав начальной шихты до 20% от общей массы. Хотя ради уменьшения примесей в стекле и увеличения его прозрачности лучше использовать полученную из него же и уже очищенную известь.

Получение пищевой соды (Na2CO3) по русско-французскому методу Лаксмана(1764г)-Леблана(1791г) достаточно простого для попадуна:
1) получаем Глауберову соль (Na2SO4) (неплохое слабительное, так же способствует выводу токсинов из организма) :
NaCl (пищевая соль) + H2SO4 (Серная кислота она же купоросное масло) → Na2SO4 + 2 Cl (Хлор отводим в реторту с водой и получаем соляную кислоту). Операцию следует сопровождать нагревом реактивов до 400-500 гр. Цельсия.
2) Спекаем полученный продукт с мелом или известняком и углем при температуре ~ 1000 гр. Цельсия. В описании изобретения указывалось: «Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается, когда эти огоньки исчезают».
Na2SO4 + 2C → Na2S + 2 CO2
Na2S + CaCO3 → Na2CO3 + CaS
Полученную фигню охлаждаем, растворяем в воде и фильтруем.
Раствор выпариваем и получаем нужную нам(для кулинарии, стекловарения, медицинских целей и, особенно важно для попаданца, лечения алкоголизма (а то большая часть попадает по пьяни или с резкого будуна )и курения) соду. Дальше можно ее просушить при температуре 100-150 градусов. К сожалению, в своей стране пророка нет, и метод был переоткрыт французом через 30 лет и получил только его имя.
Ненужный оставшийся CaS нагреваем на отрытом воздухе при температуре 800 гр Цельсия. И получаем CaS + 2O2 → Ca2SO4
Слегка бодяжим водичкой и у нас есть отличный гипс. Можно специально и не бодяжить, все равно насосет из воздуха. Если процесс считать идеальным 🙂 то из пуда соли и 13,5 кг серной кислоты получается 14,5 кило соды и 12 кг гипса. (Но это в недостижимом идеале)
Полученной в первом этапе соляной кислотой можно обработать тот же самый известняк и получить хлорную известь (она же хлорка) для отбеливания тканей или дезинфекции.

По просьбам радиослушателей форумчан попробую приложить хоть какие-то временные рамки к вышеизложенному:

Строительство. В принципе, знания достаточно актуальны и сильно востребованы с каменного века до VIII-IX веков нашей эры (если только товарищ попал не в Средиземноморье или Крым, там с известняком начали плотно работать значительно раньше). Вот только в каменном веке тяжело будет убедить товарищей поработать в каменоломне для постройки небольшого дома, пусть даже и теплого. А вот применению известкового молочка, даже до начала XX века, ничего не мешает. Например, использовать его для пропитки бревен при строительстве срубов. Выглядит конечно фантастично и по срокам выдержки бревен в растворе, да и по самой организации сего действия. Но за то получится не гниющий и противопожарный дом. В качестве дешевой альтернативы серьезной пропитке, можно попытаться сначала просто покрыть сруб известкой, а затем полностью отштукатурить его. В любом случае, даже побелка стен внутри дома и потолка поспособствует дезинфекции и изгнанию паразитов, что актуально до XX века. Так же довольно часто использовались насыпные сооружения. Для укрепления в долговременной перспективе, их так же можно проливать известковым молочком. Тут даже представить себе не могу временные рамки. Да и само данной действие выглядит достаточно сомнительно. Конечно, если не использовать землебитные сооружения. Тут это оправданно и Гатчинский дворец Мальтийского ордена тому доказательство.
В металлургии применение известняка как флюса будет актуально с момента начала получения жидкого железия и чугуния. То есть требуется доменная печь. Для Китая это примерно II-III век, для Европы конец XV — начало XVI веков. Тут можно попрогрессничать, но это уже к заметкам о металлургии :-).
В сельском хозяйстве использовать известняк и его производные можно от каменного века и по нонешний день. Здесь и известкование почвы дробленым мелом, известняком или доломитом. И добавления дробленого мела в рацион животных и птиц. И запарка сена известковым молочком. И окраска птичника или сарая для дезинфекции. И даже, покраска стволов плодовых деревьев. В общем, все актуально по текущий день. И все приводит к повышению урожая, качеству почвы, яйценоскости кур, повышению удоев и личного благосостояния 🙂
Стекловарение. Тут, на мой взгляд актуальность опять от каменного века, до примерно середины XVIII. Может даже только до начала XVIII века. Позднее уже был наработан довольно обширный технический и технологический опыт и попаданцу будет довольно сложно конкурировать с местными.
Получение соды. Тут определяющей датой становится 1764 год. Когда Лаксман открыл свой метод. Может еще до 1791 можно было спокойно извлекать прибыль из данной реакции, но позднее уже на одинаковых со всеми основаниями.
Хлорная известь, как дезинфектор актуальна по нынешний день. В средние века цены ей не будет. Вопрос только в том, как приучить аборигенов к чистоте. И как только это произойдет тогда все насладятся мерзким больничным запахом. За то с эпидемиями будет полегче.

Абиссинский колодец

kraz — Sun, 24 Jan 2016 22:27:37 +0000

Абиссинский колодец это, собственно и не колодец. Это скважина в водоносный слой, сверху которой стоит ручная помпа. Такие штуки можно было увидеть работающими еще после войны. Вопрос устройства такого «колодца». Дело в том, что для его устройства нужно два человека и пару часов времени. А название «абиссинский» он получил потому что, по-видимому впервые был применен английскими экспедиционными войсками во время войн в Абиссинии (Эфиопии) в самом конце 19-го века (1867 — 1868), когда шел колониальный раздел Африки.

Давайте посмотрим поближе на этот чудесный «колодец»…

Итак, сам колодец это просто дюймовая водопроводная труба. С одной стороны делают острый наконечник, а выше него трубу перфорируют — делают много мелких отверстий. Трубу банально забивают в землю, пока наконечник не войдет в водоносный грунт.

Конечно, должны быть геологические условия для использования.

Во-первых грунт должен быть неплотным. Во-вторых сравнительно неглубоко должен находтся водоносный слой. И это неглубоко — порядка 7-8 метров. Потому что есл будет глубже 10-т метров, то атмосферного давления будет не хватать для того, чтобы откачать воду. Некоторое давление создает еще слой грунта, поэтому на практике глубина может быть на метр-два больше.

Во-вторых если будут просто отверстия в трубе, то они быстро заиливаются. Кроме прочего, песок попадает в насос и в добытую воду. Поэтому очень желательно обмотать трубу тонкой сеткой или даже простой проволокой. Это увеличит не только качество воды, но и срок жизни как насоса так и самой скважины.

В-третьх вопрос как забивать трубу. На картинке показано забивание бабкой, которая ходит по трубе. Но труба имеет резьбовые соединения, которым такое обращение очень неприятно. И если где-то разойдется, то воду качать станет проблемно. Есть метод, когда забивают стержень внутри трубы, который упирается в наконечник, но из-за длины метод неидеален. Поэтому сейчас сначала бурят скважину, а в нее уже вставляют трубы.

В-четвертых как узнать что достигнуто водоносного слоя? Есть метод — вылить в трубу воды. Если вода очень быстро уходит, то слой достигнут. Проблема в том, что если там есть песчанный слой, то вода уходит тоже быстро, если не быстрее. Тут нужен опыт.

Нужно сказать, что после доведения этого метода в Европе даже случился фурор. Потому что усилия и стоимость создания такой скважины на порядок меньше, чем для классического колодца. Например, тот же Илья Репин у себя в саду такой поставил.
И кроме прочего — помним, что такой колодец отравить не получится, это очень неплохо во время боевых действий.

P.S. Метод жив до сих пор и успешно работает. Можете погуглить «абиссинская скважина», «скважина игла», «скважина свисток».

И́глу

vashu1 — Thu, 31 Dec 2015 03:57:56 +0000

Попаданцу весьма пригодится знание о иглу, если он пытается выжить в безлюдных местах зимой или сохранить свою армию в условиях пониженных температур и нехватки жилплощади.

Люди издавна возводили развлекательные сооружения изо льда или катаных комьев снега, но, по-видимому, оптимальную конструкцию снежного жилища из кирпичей, сложенных в купол, открыли лишь эскимосы. Обычно развитие технологий объясняют ростом населения и экономики, создающим новые потребности и одновременно возможности их удовлетворения. В рамках этой теории трудно объяснить, как крохотная, изолированная группа людей, живущая в крайне неблагоприятных условиях, создала лучшую в истории технологию снежных жилищ — иглу и морских лодок — каяков (посадочная юбка и эскимосский переворот), освоили охоту на китов (независимо изобрели поворачиваемый гарпун), научились использовать метеоритное железо для изготовления инструментов, в то время как большинство племен, живших в гораздо более благоприятных условиях, имели относительно скромные достижения. История эскимосов показывает, что технологии развиваются при наличии вызова окружающий среды и попаданцу-прогрессору надо учиться создавать такие вызовы.

Иглу представляет собой куполообразную постройку диаметром 3—4 метра и высотой около 2 метров из уплотненных ветром снежных или ледяных блоков. Вход обычно устраивается в полу, ко входу прорывается коридор. Важно, чтобы вход в иглу был ниже уровня пола, — иначе через него будет уходить легкий теплый воздух.

Иногда необходимость занижения входа объясняют пассажами вроде «это обеспечивает отток из постройки тяжелого углекислого газа и приток взамен более легкого кислорода». Господи, дай этим людям мозгов! Если бы составные газы воздуха можно было разделять за счет их разной плотности, отстаиванием в емкостях, насколько бы это упростило получение обогащенного кислородом воздуха! К сожалению, процесс разделения газов гравитацией намного медленнее, чем процесс их смешивания диффузией.

Важный хак — спиральная укладка кирпичей. Это упрощает их подгонку друг к другу и позволяет легче контролировать форму жилища. Как показывает практика, кирпичи вполне можно вырезать при помощи веток (эскимосы использовали костяные инструменты), а само иглу можно построить и без знания спиральной техники укладки.

Снег является отличным теплоизолятором, и даже без наличия огня можно рассчитывать на околонулевую температуру внутри жилища. При обкладке стен шкурами, проделывании дымового отверстия и разведении огня внутри можно поднять температуру до 10—15 градусов! Это сравнимо с зимней температурой в неотапливаемых жилых домах Западной Европы.

Если вы хотите потренироваться в строительстве иглу, то это легко можно сделать на любительских соревнованиях по их постройке. Такие проводятся в Томске, Кировске, Саратове и многих других городах (ссылки в комментах приветствуются). Ну а если такое соревнование еще не проводится в вашем городе, почему бы вам не начать его самому?

«Наша земля холодна, словно лед,
Ей мало отпущено теплых дней,
Но любит, как сын, эту землю тот,
Кто родился и вырос на ней.»
—
Анко Юрий Михайлович. Эскимосские этюды

Цемент

kraz — Wed, 20 May 2015 21:42:08 +0000

Достаточно часто возникает вопрос «а почему это попаданец без цемента?». Ведь если осмотреться, то вокруг нас объектов из цемента просто горы, в буквальном смысле. В современном мире в год производится 3.5 миллиарда тонн цемента (!). Даже не знаю, есть ли вещи, которых производится больше.

Значит, и попаданцу пригодится?

А этот вопрос распадается на два: во-первых как попаданцу этот цемент получить, а во-вторых — для чего он будет его применять…

Рецепт цемента просто и незамысловатен. Берется смесь известняка и глины, измельчается в порошок (клинкер) и обжигается. Ну, в разные сорта идут добавки в несколько процентов — например гипс, доменный шлак, кварцевый песок
И получается цемент.
И уже в средневековье это было обнаружено.
Но первое производство цемента (романцемент) это 1796 год. И романцемент был единственным до изобретения портланд-цемента в 1824 году.
Что, опять «пацаны не знали»?

Тут, как всегда несколько факторов.
Во-первых, конечно, возникает вопрос сырья. Состав как глин, так и известняков очень разный и на результате это отражается более чем.

Во-вторых, требуется точный расчет пропорции ингредиентов, иначе результат будет хуже, чем так себе. Сейчас тут и лаборатории и «системы усреднения сырьевой смеси», для которых строят многометровые двухъярусные смесительные силоса. Да еще потом и гранулируют, чтобы сырье не слипалось и чтобы проникновение горючих газов было хорошее, а то обожжется только по краям.

В-третьих, требуется измельчение, причем радикальное, очень мелкий помол. Хорошо если есть шаровая мельница и калиброванные сита, а если нет? Сейчас есть два способа помола — сухой и мокрый и обе схемы очень сложные, многоступенчатые. И все только для одной цели — получить однородную смесь, это дорогого стоит.

Ну и в-четвертых (это основное) требуется очень высокотемпературный обжиг. Для того же портланд-цемента (сейчас самого популярного) — 1450°C. А вот тут наступает и конец нашему развлечению. Если вы решили получать цемент в бронзовый век, то на этом можно ставить точку. Фактически, вы должны дойти до точки, близкой к температуре плавления железа, это развлечение не для Древней Греции.

Ну ладно, скажете вы. Ну в средневековье ведь получали железо, значит и цемент могли.
Конечно могли! Если посчитать количество железа, выплавляемого на душу населения за все время жизни этой души, то получится что-то около 1.5 кг. В развитых странах. Чуть где неразвито — по 200 грамм. 200 грамм железа на всю жизнь.
Ладно, произвели вы вместо 1.5 кг железа — 1.5 кг портланд-цемента на человека и… что? Зачем он такой нужен? Килограмм железа все-таки заметная величина, из него можно сделать меч, который прослужит не одно поколение. А что можно сделать из пары килограмм цемента? В ювелирном деле он не применяется, а чтобы замок построить, нужны тысячи тонн. Бетонные замки можете вычеркнуть.

Вся проблема цемента в том, что он нужен исключительно в промышленных масштабах.
Не можешь обеспечить промышленные масштабы? Не лезь к цементу!

Но есть ли цементы, которые не требуют таких температур?
Конечно, есть!
Например, уже упоминавшийся тут романцемент.
Для его производства использовались мергели — естественные почвы, в которых смешаны частицы известняка и глины. Его нужно просто измельчить (ну непросто, но все же) и обжечь при 850-900°C. Это уже температура плавления бронзы, это терпимо. Это было открыто еще в седой древности и никаким секретом не являлось. Древние мастера знали как получить цемент. Конечно, романцемент по современным меркам был посредственным, прочность низкая, хотя во влажных условия романцемент ведет себя достойно. Но все-таки это не известковая кладка, схватывает за считанные часы, а не за сто лет.

Но почему же его не производили, а ждали до 1796 года?
Да потому, что ждали, когда паровые машины упростят добычу угля. Только после того, как паровозы дали положительную обратную связь по добыче угля и стали, стало возможным потратить много угля на обжиг цемента. И никакими отдельными технологиями это время не приблизить, только общим подъемом НТР. И, кстати, романцемент начали производить именно в Англии, что как бы неудивительно.

Что можно сделать в таком случае?
А просто вспомнить римский бетон, который был утрачен в средневековье. Даже не утрачен — забыт за ненадобностью. Ведь в отсутствии римской логистики и потребности в крупномасштабном строительстве, потребность в бетоне исчезла.

P.S. Любителям производить цемент в средневековье — задумайтесь хотя бы о методах хранения и транспортировки, только на одном этом пункте можно прозреть.

Мензула

kraz — Mon, 15 Jul 2013 22:38:44 +0000

Попаданцу в любом случае придется строить. Или проводить разведку на местности.
Однако, из всех геодезических инструментов в те времена были доступны только веревка и землемерный циркуль.
Возможно, есть что-нибудь простое, которое могло бы изменить ситуацию?

Есть. Называется ме́нзула. Дешево и сердито…

Собственно, мензула — это простейший и древнейший из геодезических инструментов. Само слово имеет латинское происхождение mensula — «столик». Столиком он и является. Но помощь от него будет заметная, хоть мы и рассмотрим самый примитивный из них, изобретенный в 1610 году баварским математиком и астрономом Иоанном Преторием.

Здесь мы видим современную мензулу (она с успехом используется до сих пор!).

1 — сама доска, на нее как на планшет натягивается чертежная бумага (то есть во влажном виде, чтобы при высыхании ровно натянуться), размер доски обычно от 30 до 60 см (требуется бумага).
2 — центрировочная вилка, к ней снизу подвешен отвес 5, вилка своим концом указывает точно в ту точку, откуда снизу висит отвес, и относительно которой мы будем строить чертеж.
Такая конструкция применяется для того, чтобы с высокой точностью определить место установки мензулы.
3 — подставка, она должна быть вращающейся, чтобы выставить доску точно по сторонам света, требуется компас.
4 — штатив для установки
5 — отвес
6 — становой винт
7 — подъемные винты, ими устанавливается точное горизонтальное положение доски, для этого требуется пузырьковый уровень

Конкретных конструкций такой девайсины существует множество и попаданец легко сможет создать свой вариант из местных материалов.
Главное, чтобы планшет можно было после установки настроить по сторонам света и по уровню.

Итак, мы сделали эту штуку. И что на ней можно делать?

Сначала в месте доски, куда указывает центрировочная вилка, ставим точку — это мы. С нее внизу свисает отвес — это мы в реальной местности, туда желательно забить колышек.
Потом намечаем на местности ориентиры и проводим через эту точку в их стороны линии.
Измеряем расстояние до ориентиров землемерным циркулем и откладываем его в масштабе линейкой, делая засечки. Мы имеем план местности.
Качественный план получается, если мы несколько раз переносим мензулу и откладываем пересекающиеся линии на одни и те же ориентиры.

Несмотря на примитивность метода, результат получается очень неплохой.
По крайней мере много лучший, чем пытаться вычертить просто изображение в масштабе «на глаз», как это делали тысячи лет.
Мензула позволяет сделать план прямо в поле и при этом — без вычисления углов!
Теперь, если нам надо узнать расстояние между какими-либо точками, мы по карте может просто измерить линейкой — и получим в соответствующем масшатабе.

Конечно, недостатков у нее много.
Мензула не учитывает неровности местности. То есть их можно учесть, но это уже заметно сложнее.
Мензула требует точности и еще раз точности. Для откладывания линий нужно точное направление, для этого хорошо бы сделать алидаду. Кроме того, алидада позволяет хоть как-то отсчитывать вертикальные углы и поэтому получить приблизительный перепад высот. Вот на картинке снизу современная военная алидада, которая используется военными топографистами. Она складывающаяся, имеет обязательный уровень и позволяет примерно определить вертикальные углы:

Сейчас, конечно, существуют много более совершенные приборы, чем алидада — например, кипрегель, имеющий то же применение. Но алидады до сих пор выпускаются и ими пользуются — и я имею в виду не навороченные оптические алидады, а именно такие простейшие, рамочно-проволочные.

Несмотря на свою примитивность, мензула сдалала очень заметный шаг в построении плана местности.
Это был уважаемый инструмент, который делали из ценных пород дерева и передавали в наследство из поколения в поколение. Для планшета специально изготавливали бумагу лучшего качества и для смачивания такой бумаги в комплекте держали греческую губку. Работа с мензулой — это было священнодействие!

Нам сейчас непонятно, почему такая простая вещь ожидала внедрения вплоть до 17 века.
Конечно, при постройке крошечной средневековой крепости на вершине скалы мензула не пригодится.
Но как Древний Рим с его объемами строительства обходился без такого прибора?
У меня есть кое-какие предположения. Дело в том, что мензула дает излишнюю точность. Можно легко определить, сколько камня пойдет на стену или дорогу, или, что еще более страшно — можно определить сколько камня уже пошло. Что будет наверняка не выгодно заказчикам, берущим от государства строительные подряды (кстати, а были ли в истории случаи, когда строители укладывались в смету?). И, понятно, что такую вещь как «откат» придумали не при современной бюрократии, а на много, много столетий раньше. Поэтому следует помнить, что сопротивление внедрению некоторых вещей может быть значительным — и при этом с самой неожиданной стороны.

Все мы представляем, как выглядела средневековая карта.
Несмотря на причины, породившие такую ситуацию, такая картография для попаданца полностью неприемлема.
Настоящий попаданец не станет строить «на глазок», да и поле боя желательно рассчитать заранее.
Мензула это настоящий поворот в картографии, до нее картографии в нашем понимании не было.

Термодерево

kraz — Thu, 04 Jul 2013 23:17:08 +0000

Тема про термодерево несколько отличается от обычных советов попаданцу.
Дело в том, что эта технология была изобретена сравнительно недавно — в 60-70-х годах прошлого века, а промышленно его начали выпускать уже в 21 веке.

Более того — я не могу даже указать все тонкости технологии, потому что они являются ноу-хау и нигде не публикуются. Однако, эта технология является не настолько сложной, чтобы ее не повторить лет на 200 раньше. Тут технология скорее наукоемкая — никто и не думал, что дерево можно так обрабатывать…

Сама обработка заключается в обработке древесины перегретым паром — от 170 до 240^oC, в зависимости от древесины и поставленной цели.

На входе берется высушенная обычным способом древесина с 8-10% влажности.
Древесина может быть как хвойная, так и лиственная.
Использовать можно даже старые пни, топляк и прочее, считающееся за отходы.

Сам процесс, как правило, включает в себя три стадии.
Сначала — обработка паром.
На второй — сушка с удалением влаги.
Третья стадия — основная, постепенный нагрев до 200^oC и выше, когда закрепляется изменения в древесине. Древесина при этом, фактически, нагревается выше температуры возгорания, но пар не позволяет гореть.

Точные стадии нигде не описаны не только потому, что производитель их засекретил.
Эти стадии будут очень отличаться от вида древесины. И более того — если обработать одну и ту же древесину с разной температурой перегретого пара, получится разный результат. Если обработка при 180^oC позволит использовать древесину для отделки бани или ванной комнаты, то 210^oC годится и для наружной отделки.

В результате обработки в древесине происходят как структурные, так и химические изменения.
Во-первых — древесина меняет цвет, она темнеет. И чем выше температура, тем цвет будет темнее.
Во-вторых — из древесины испаряются неструктурообразующие вещества — смолы, воск, деготь, эфирные масла и кислоты.
В-третьих — влажность снижается до 3 — 4%, при этом это изменение становится необратимым.
В-четвертых — разлагаются полисахариды, которые являются субстратом для микроорганизмов.

И что же мы получаем?

1. Дерево становится плотнее и прочнее. Термодерево не не коробится и не трескается, оно размеростойкое. Страдает только прочность на изгиб, но несущественно (хотя для балок перекрытия я бы поискал другой вариант).
2. Термодерево перестает разбухать от влаги (из термодерева не сделать клинья, которые после полива водой разрывают каменный блок). Термодерево не боится влаги ни зимой, ни летом. Даже долговременное погружение в воду не дает набрать влажности больше 5 — 6%.
3. Термодерево не боится температурных перепадов, его теплопроводность уменьшается на 25-30% и дерево не меняет своих размеров от окружающих условий. Такое дерево много тяжелее воспламенить, что очень положительно влияет на пожароопасность.
4. Так как микробам нечего в термодереве есть — оно не гниет и его не грызут термиты. При обработке в нем уничтожаются все личинки, бактерии, споры и грибки.
5. Термодерево становится на вид похоже на благородные сорта дерева — и не только на вид, но также соответствует плотность и однородность. Да его просто приятно взять в руки!
6. Ну и напоследок — экологичность. Пусть даже для попаданца это несущественно, но то, что для производства совсем не нужно никаких химикалий, дорогого стоит.

Однако, не все так радужно.
Для технологии требуется то, что попаданцу будет сложно обеспечить.
Давление.
Вода кипит при 100^oC и чтобы получить 180^oC нужно поднять давление до 11 атмосфер. А температура в 200^oC подразумевает давление в 16 атмосфер.
При этом паровоз образца 1803 года имел давление в 3.5 атмосферы и это было много. Тут же необходимо хотя бы в три раза больше и именно это станет реальной проблемой. В те годы сложно было не столько построить сам котел (это и в Риме сделают), сколько обеспечить равномерность свойств стали для него, иначе не получается требуемой прочности под давлением — любое вкрапление становится узлом разрушения.
И предохранительные клапана в то время тоже были настолько несовершенны, что взрывы паровиков были обычным делом, не зря же преподобный Роберт Стирлинг взялся за изобретательство.
А тут — требуется не только котел знатного размера, но и выдерживать определенное время под определенным давлением.

Хорошая новость одна — кроме давления там все тривиально.
Конечно, потребуется самому разрабатывать режимы обработки.
В нашем мире они впервые были исследованы в Германии Штаммом и Хансеном в 1930-х годах и в Соединенных Штатах Вайтом в 1940-х годах. В 1950-х немцами Бавендам, Рюнкель и Бюро продолжали исследования в этой теме. Затем в 1960-х Коллман и Шнайдер опубликовали результаты своих исследований, в а 1970-х — Руше и Бюрмейстер. Позднее научно-исследовательские работы проводились в Финляндии, Франции и Нидерландах в 1990-х годах.

Сейчас не существует единой технологии термодерева, каждая страна имеет свою, отличающуюся от конкурентов. В Финляндии эта своя технология называется Thermowood, в Германии — Plato, во Франции — Retification. Попаданцу придется изобретать еще одну свою.

Дерево это будет не для всех. Оно и сейчас дорогое — от $10 до $150 за кубометр, а в древности таким стоит заниматься не только тогда, когда есть возможность построить котел высокого давления, но и когда доступен каменный уголь, иначе это будет сплошное расточительство. Однако, уникальные свойства термодерева гарантируют — рынок сбыта у нее будет и будет немалый, ведь по цене она куда дешевле красного или черного дерева.

Римский бетон

kraz — Sun, 30 Jun 2013 23:27:04 +0000

Человечество строило давно. И из кирпича и из камня и из дерева.
При этом в случае с каменной и кирпичной кладкой, ее нужно было чем-то скреплять и раствор был придуман очень давно.
Однако, в Древнем Риме идею раствора развили, когда камни с кирпичами и не нужны — достаточно раствора с наполнителем.
Однако и раствор нужен не обычный, и наполнитель, и хотя оно и называется «бетоном», на современный бетон он похож крайне мало…

Надо сказать, что совсем неудивительно, что бетон начали массово применять в Древнем Риме:

1. Большой объем строительства. Любая империя начинает много строить. Тут много причин — от простой нужды в жилье или в мостах во время урбанизации, до вопросов престижа. Император Август говорил, что «он получил Рим кирпичным, а оставляет мраморным». Строительство в Риме ограничивалось не отсутствием финансирования или рабочей силы, а техническими возможностями строительной техники.

2. Строить требовалось быстро. Дело в том, что срок полномочий консулов, цензоров или переторов составлял от двух до пяти лет — и после этого времени они должны были отчитываться перед сенатом и народным собранием за сдачу объекта. Поэтому строительство старались укладывать в полтора-два года.

3. Римская бюрократия. Каждая империя очень быстро обрастает бюрократией. И строительство не могло не обрасти различными строительными нормами. Такие события, как завалившийся в 57 г в Фиденах амфитеатр для гладиаторов (во время представления), очень способствует изучению прочности материалов, как бы нам не казалось, что в те времена все стролось на глазок.

4. Любая империя строится не на века — а навсегда. И вопросы долговечности были перевоочередными — по Витрувию, долговечность каменной кладки определена в 80 лет. Поэтому старались строить сразу качественно, чтобы потом каждый год не ремонтировать.

Понятно, что требования взаимоисключающие. Строить много и качественно — это задача во все времена.
И строители обратились к «опус цементум», так чаще всего называли бетон.

Прообраз бетона существовал и до Рима.
Зиккураты города Ур строились трамбовкой смеси глины, влажного грунта и камней между деревянными щитами опалубки. Такие простые методы позволяли стоять стенам годами и тысячелетиями. Бетон, где для связующего использовались известь или битум, замечен в Древнем Египте.
В Древней Греции во дворцах Креза бетоном отделаны стены и изобретена бутовая кладка — когда бетон заливается между двумя рядами каменной стены.
Великая Китайская стена построена, в основном из бетона — на одну часть известкового теста брали две части песка с гравием или строительным мусором, укладывали слоями в районе 12 см и трамбовали.
В древней Индии обнаружены бетонные «набивные полы».

Что же сделали Римляне?
Они довели технологию.
Они сделали бетон качественным и недорогим и научились выпускать его в больших количествах.
Римляне строили бутовую кладку очень давно, но первые образцы (построенные до 3 века до н.э.) до нас не дошли, а последующие стоят как ни в чем не бывало.
На картинке — фрагмент Пантеона, который до сих пор является самым большим бетонным неармированным зданием.

Бетон, собствено, состоит из двух частей — это связующее и наполнитель.
Каждый из них выверен сотнями лет. Количество опытов и экспериментов просто не поддается подсчету.
В римском бетоне связующее — это известь. Для того, чтобы ее получить, нужно взять известняк и обжечь его в печи. Тут первая засада — обжечь нужно максимально эффективно, чтобы сберечь топливо и максимально качественно. Мы получим негашеную известь (оксид кальция), которую нужно погасить водой. Тут тоже хватает секретов и методов, потому что если останутся крупинки негашеной извести, то прочность бетона резко упадет.
Далее — вопросы сушки и подготовки «пушонки», то есть порошка гашеной извести (гидроксида кальция).
Если развести пушонку водой еще раз и получить известковое тесто — оно на воздухе покрывается корочкой известняка и постепенно каменеет. Это — процесс карбонизации. Во время его свободная вода испаряется из известкового теста и параллельно образовывается кристаллический каркас из гидроксида кальция.

И ему мешает эта самая корочка углекислого кальция, которая затрудняет попадание углекислого газа во внутренние слои гидроксида кальция. Процесс идет очень медленно — годами, десятилетиями и столетиями.
Этому мешает та самая корочка. Она не пускает углекислый газ внутрь и отвердение идет за счет чистой кристаллизации. Процесс должен идти при положительной температуре и в сухости.
Тут необходим песок — растущие кристаллы гидроксида кальция срастаются между собой, образуя каркас вокруг частиц песка. Соответственно, нужно правильно рассчитать процент содержания песка, чтобы процесс шел максимально быстро и результат получился максимально прочным.

Естественно, начинаются вопросы подбора песка. Римляне перепробовали все типы песка, доступные им и тот же Витрувий пишет конкретные рекомендации.
И тут есть секрет — если гидроксид кальция перевести в гидросиликат кальция, то он станет куда более стойким, потому что гидросиликат кальция не растворяется в воде. Для этого нужно добавить активный кремнезем, сейчас он называется гидравлической добавкой. Такое название говорит о том, что раствор будет застывать и в воде. И застывать будет очень и очень быстро!
Самая простая добавка — кирпичный или черепичный песок. Но у римлян были естественные добавки вулканического происхождения, естественно, их нужно было подбирать годами и десятилетиями, но и обойдутся они заметно дешевле.

Витрувий описывает эти добавки так «существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой».
Такие добавки получили название «пуццолана», но их месторождение не только возле древних Путеол (сейчас Поццуоли), это также санторинская земля с острова Тир, рейнский трасс из Германии и туфф, который можно найти почти по всей Италии.
Хитростей при использовании добавок у римлян накопилось немало — например, использование морской воды при разведении раствора. Чаще всего на 1 часть извести давали 2 части пуццоланы.

Сейчас исследуют тот римский бетон, пролежавший в море тысячи лет и он по некоторым параметрам даже лучше современного.

Если попаданец хочет ввести бетон в древности, то ему следует задуматься над двумя вопросами:

1. Количество знаний, которые должен иметь попаданец, экстремально велико. Кроме вопросов, связанных с перечисленным, возникают вопросы с постройкой оборудования и инструментов. Ведь и печи нужно построить и инструменты для размельчения-перемешивания тоже нужны. Да и знания техники безопасности — ведь придется связываться с негашеной известью. И это — ни одного слова о строительстве или инструментах для строительства!
Вы понимаете, почему много позже масоны образовались именно из строителей? Это была элита рабочих профессий, с ними могли соревноваться только ювелиры, но последний было очень мало, по сравнению с каменщиками. В средние века строитель-гастарбайтер был просто невозможен!

2. Введение бетона — занятие социальное. Цена бетона упадет только с массовым его производством. То есть должны быть задействована большая масса народа десятков разных специальностей и главное — развито управление этим всем. То есть — нужно кормить большой бюрократический аппарат. Естественно, такая надстройка окупается только когда начинаются крупные проекты. И это — не игрушечные средневековые соборы, а тысячекилометровые дороги, бетонные гавани с волноломами или акведуки. Получается как с запуском ракеты-носителя в космос — при увеличении массы груза немного растет размер третьей ступени, заметно размер второй и очень сильно — размер первой ступени.
Соответственно — после развала Империи такие задачи потеряли актуальность. И бетон — вместе с ними.

Промышленный водоструйный компрессор

xolmc — Sun, 28 Apr 2013 20:45:08 +0000

Водоструйный насос — простейший, но очень полезный агрегат, позволяющий без лишних затрат получить сразу как разрежение на одном конце, так и повышенное давление на другом. Достоинства и недостатки известны — относительно небольшой КПД и необходимость в интенсивном потоке жидкости, но вместе с тем крайняя простота (изготовить его при нужде можно буквально на коленке, из подручных средств), несравненная надежность и нулевые усилия на обслуживание.

Применяется он обычно в лабораториях, где ставить большой механический насос дорого и невыгодно.
Но существует несколько трюков, позволяющих значительно (в 2-3 раза) поднять КПД насоса по сравнению с наивной конструкцией, поэтому и в промышленном масштабе водоструйный насос может быть с успехом применен, составляя достойную конкуренцию другим типам насосов…

В общем виде насос представляет из себя сопло, откуда струя жидкости выбрасывается с высокой скоростью, захватывая воздух из воздухозаборника и поступая в камеру смешения, где происходит дальнейшее сжатие и разделение жидкостно-воздушной эмульсии с выходом пузырьков сжатого воздуха, и выходной патрубок.

Усовершенствования, полученные эмпирическим путем, и направленные на увеличение как объема отсасываемого воздуха, так и его давления, таковы:

— желательно измельчить струю как можно сильнее и обеспечить как можно большую поверхность контакта движущихся частиц струи с воздухом, отсюда вывод, что много мелких сопел отсасывают больше воздуха, чем одно большое
— очевидно, что для использования давления водяного столба большой насос нужно делать вертикальным, причем камера смешения должна быть как можно большей высоты для получения как можно большего давления
-приемную воздушную камеру желательно выполнить в виде сужающегося конфузора для более устойчивой работы насоса при меньшем давлении струи
— диаметр камеры смешения должен быть точно подходящим под размер разлета струи, чтобы исключить потери на обратные турбулентные потоки эмульсии и обеспечить надежный захват инжектируемого воздуха струей
— стенки камеры смешения должны быть достаточно гладкими для уменьшения потерь на трение
— при выходе из трубы насоса для плавного торможение потока и уменьшения потерь на удар и кавитацию нужно предусмотреть расширяющийся диффузор, а внутри него по центру конусообразный разделитель потока

В результате получится нечто вроде этого:

Самым первым известным промышленным применением такого насоса стала каталонская водотрубная воздуходувка, которая также называлась водяным барабаном, или тромпой.

Тромпа состояла из большого деревянного бассейна В объёмом около 10 м³, деревянного «духового» ящика С и двух (или более) вертикальных водопроводных труб АА, которыми ящики соединялись. Водопроводные трубы изготовлялись из чугуна или выдолбленных стволов деревьев, их длина составляла от 3,5 до 8 м.
Вверху в трубы вставлялись воронки из деревянных брусков с. Непосредственно под воронками в стенках труб проделывались небольшие отверстия е (с наклоном около 40…50°). Они имели диаметр около 7…8 см и служили для притока воздуха. Деревянный духовой ящик С имел в разрезе трапецеидальную или цилиндрическую форму. В верхней крышке ящика помещалась прямоугольная труба р для отвода воздуха. На некотором расстоянии от крышки труба с помощью уплотняющей манжеты из бараньей кожи r соединялась с соплом s, сделанным из железа или красной меди. В нижней части одной из боковых стенок духового ящика находилось отверстие n, служившее для выпуска воды. Размеры этого отверстия должен был быть таким, чтобы вода в духовом ящике постоянно оставалась на одном и том же уровне. Под нижними отверстиями водопроводных труб АА располагалась доска, или «скамейка» l, верхняя сторона которой закрывалась чугунной плитой, предохранявшей от разрушения дерево, постоянно подвергавшееся воздействию падающей с большой высоты воды.
Тромпа применялась в комплексе так называемым с каталонским сыродутным горном и водяным молотом особой конструкции. В таком виде процесс производства кричного железа оставался конкурентоспособным по отношению к более прогрессивной технологической схемой, включавшей доменную и пудлинговую печи, вплоть до середины XIX в. Специалисты характеризовали тромпу как «весьма остроумное и простое устройство, вполне способное производить ровное и непрерывное дутьё». Управление силой дутья было тоже очень простым — достаточно потянуть за ручку и поднять или опустить подвешенную над водяным отверстием бассейна пробку.
Несмотря на все её преимущества, примитивность конструкции не позволяла применять тромпу где-то еще кроме как в местности, имеющей достаточный естественный перепад высот — то есть в горах.
А как же быть на равнине?
Над этим вопросом в середине XIX века задумался Джозеф Палмер Фриззелл, известный канадско-американский инженер-гидравлик, работавший у того самого Джеймса Френсиса, который изобрел знаменитую гидротурбину своего имени.
Результатом раздумий и экспериментов стал патент, определивший конструкцию, которая не меняется вот уже полтора века.

Конструкция в общем и целом, повторяла принцип тромпы за одним исключением. Труб было две: входная B, служившая собственно насосом, и выходная F, дававшая напор, позволяющий накапливать в подземном резервуаре D большое количество воздуха под серьезным давлением. Воздух этот по трубе подавался потребителю, а если резервуар переполнялся и воздух окончательно вытеснял воду из резервуара, излишек воздуха отводился по отдельной предохранительной трубке. Перепад высот между входным бассейном A и выходным G был совсем небольшой — для набора струей энергии, обеспечивающей устойчивую работу насоса, достаточно всего нескольких метров.
Но патент этот, видимо, остался малоизвестным, потому что в дальнейшем несколько инженеров независимо переоткрывали эту конструкцию с небольшими изменениями.
Самым плодовитым из переоткрывателей был канадец же Чарльз Хэвлок Тэйлор, который построил несколько таких насосов, снабжавших сжатым воздухом шахты в США и Канаде. Крупнейший гидравлический компрессор был построен им в местечке Ragged Chutes на реке Монреаль в 1910 году.

Компрессор Тэйлора имел сопла для подачи воды и подвода воздуха в виде множества керамических труб, камеру смешения в виде колодца высотой в 342 фута и снабжал все окрестные шахты сжатым воздухом давлением примерно в 10 атмосфер.

Выгляделядели эти сопла для подачи воды примерно так:

Несмотря на то, что все шахты давно закрыты, компрессор находится в исправном состоянии и выдает привлекающие туристов фееричные фонтаны из предохранительной трубки до сих пор, и за все время бессменной работы в режиме 24/7 его НИ РАЗУ не ремонтировали!

Гидравлический воздушный компрессор до безобразия прост, железобетонно надежен (хотя металла в своей конструкции может не иметь вообще) и при добросовестной постройке не требует абсолютно никакого обслуживания. Именно эти качества делают его идеальным для попаданца. По сути дела, требуется только выкопать два колодца, соединить их подземной галереей и вывести трубу к потребителю. Потенциально требуется только камень или известковый раствор для облицовки и несложная керамика. Максимальное давление, которое можно получить, зависит только от местной геологии и трудолюбия копателей колодцев.

Из-за того, что поток в реке, обычно служащей в качестве источника рабочей воды, постоянен, и из-за наличия подземного резервуара, служащего ресивером, никаких, даже самых маленьких, скачков давления в выходном потоке воздуха просто нет — он очень равномерный, что критично для некоторых приложений. По этому параметру водоструйный компрессор — чемпион.
Еще одно свойство такого компрессора, которое стоит упомянуть, состоит в том, что воздух из него выходит охлажденным и, как это ни странно для насоса, в котором рабочим телом служит поток воды, чрезвычайно сухим. Дело в том, что при сжатии каждого пузырька все водяные пары, находящиеся в нем, конденсируются на более холодных «стенках» пузырька, и таким образом воздух в нем осушается. Тепло сжатия воздуха и тепло конденсации полностью поглощаются окружающей водой.
При нахождении в подземном ресивере высокое давление воздуха также мешает испарению рабочей воды. В итоге поступающий к потребителю воздух имеет температуру воды в водоеме и не содержит никаких водяных паров.
Чем не бесплатный кондиционер!
Стабильность давления и полное отсутствие конденсата делают водоструйный компрессор очень удобным для разветвленных пневмосетей с заметными скачками давления и для доменного дутья.