Z czego zbudowano świat

Budynki dają schronienie, ciepło, przestrzeń do życia. Pierwszymi domami były jaskinie i kryjówki w gęstwinie krzewów i drzew. Z czasem ludzie zaczęli wykorzystywać kamienie, glinę, konary, a także kości, futra i skóry zwierząt, by budować z nich przepierzenia, zadaszenia pod nawisami skalnymi, jamy-półziemianki, szałasy. Powoli zaczęli uniezależniać się od warunków narzucanych przez naturę – ich domostwa były coraz większe, rosło zapotrzebowanie na określone materiały. Proces ten wyraźnie przyspieszył w neolicie, gdy koczowniczy tryb życia został zastąpiony osiadłym, co na Bliskim Wschodzie nastąpiło ok.10 tys. lat temu. Prawie jak kamień Z czasem nauczono się budować nie tylko domostwa, lecz także osiedla, ulice, kanały, świątynie i grobowce. Rodzaj i wielkość wznoszonych budowli zależały od dostępności materiałów. Obok klimatu, który decyduje o zasobach drewna, istotny był także geologiczny rozkład złóż kamienia. W dawnych czasach ludzie musieli podporządkować się zasadzie rodzimości, bo materiałów budowlanych nie było jak transportować na duże odległości. Tym większe wrażenie robią wyjątki od tej reguły – egipskie piramidy czy Stonehenge w Anglii. Zasada rodzimości materiałów budowlanych straciła swą moc dopiero w XIX w. W regionach zalesionych podstawowym budulcem było drewno uzupełnione kamieniem. W bogatej w złoża gliny Mezopotamii ludzie musieli radzić sobie inaczej, dlatego już 10 tys. lat temu pojawiły się tam najstarsze ręcznie formowane i suszone na słońcu cegły mułowe. Wytwarzane z gliny zmieszanej z domieszkami schudzającymi (piasek, sieczka ze słomy lub trzciny) i kształtowane w formach były pierwszym produkowanym masowo, prefabrykowanym materiałem budowlanym. Jego jakość dodatkowo się poprawiła, gdy w IV tys. p.n.e. zaczęto je też (choć tylko sporadycznie) wypalać. W ten sposób stały się pierwszym sztucznym produktem, pod względem trwałości i wytrzymałości porównywalnym z kamieniem. Starożytny Egipt miał z kolei dostęp do złóż dobrego kamienia, ale i tak używano go głównie do wznoszenia budowli, które miały być wieczne, czyli świątyń i grobowców. Budynki użytkowe i mieszkalne – nawet pałace królewskie – wznoszono z suszonej cegły. Antyczna rewolucja W świecie greckim w budownictwie dominowało drewno i kamień, dość wcześnie upowszechniły się także wypalane dachówki ceramiczne. W okresie klasycznym do perfekcji doprowadzono techniki wznoszenia monumentalnych gmachów z precyzyjnie dopasowanych wielkich bloków kamienia (np. Partenon w Atenach). Dla budownictwa masowego i przyszłości równie ważne były wynalazki epoki hellenistycznej (323–30 p.n.e.), kiedy zaczęło upowszechniać się budownictwo z wypalanych, dużych cegieł (40 x 40 x 8 cm). Z Grecji technologia ta przeniosła się do kolonii greckich w południowej Italii, skąd w I w. p.n.e. dotarła do Rzymu. W okresie cesarstwa płaskie rzymskie cegły i dachówki przyjęły się w całej centralnej i północnej części imperium. Wielkie znaczenie miał także rozwój zapraw hydraulicznych i betonu. Wiążące zaprawy i tynki wapienne oraz gipsowe stosowano od najdawniejszych czasów (np. w osiedlu Çatal Hüyük w centralnej Turcji z VIII–VII tys. p.n.e.). Mistrzami w ich opracowywaniu i stosowaniu (np. przy budowaniu akweduktów, kanałów i term) okazali się Rzymianie. Rury i elementy kanałów łączyli odporną na wilgoć zaprawą hydrauliczną. Cechę tę uzyskiwano dzięki starannemu gaszeniu wapna, czyli dodawaniu małej ilości wody, długiemu dołowaniu oraz dodatkowi mułu rzecznego lub gliny. Rzymianom udało się także uzyskać wodoodporny beton, zwany opus caementicum, twardniejący w sztuczną skałę. Ok. 30 r. p.n.e. architekt i inżynier Witruwiusz, autor dzieła „O architekturze ksiąg dziesięć”, twierdził, że Rzymianie potrafią zrobić beton tak stabilny, że nie szkodzą mu ani fale, ani nacisk wody. Nie było w tym przesady, gdyż do dziś możemy podziwiać pozostałości rzymskich portów i kamienne mosty postawione na fundamentach z tego betonu. Witruwiusz napisał, że w okolicach Bajów u stóp Wezuwiusza pozyskiwano pył, który „zmieszany z wapnem i łamanym kamieniem nie tylko zapewnia trwałość wszystkich budowli, lecz także użyty przy budowie grobli w morzu twardnieje pod wodą”. Badaczom udało się odtworzyć skład tego rzymskiego cementu – to mieszanka wapna, małych kamieni, wulkanicznego pyłu (pulvis puteolanus) oraz tufu, które to składniki pod wpływem wody wchodzą w reakcje chemiczne i wiążą się, tworząc wytrzymały beton. Rzymscy inżynierowie opracowali także technikę wznoszenia murów z betonu. Po wynalezieniu cementu stosowali go m.in. jako doskonałą zaprawę, ale gdy lepiej poznano jego właściwości, zaczęto używać coraz mniej kamienia i cegieł, a coraz więcej betonu. Z czasem zaczęto budować mury z cienkim oblicowaniem z kamienia lub cegły i grubym wypełnieniem z betonu z domieszką żwiru, kamieni i fragmentów cegieł. Okładziny z kamienia lub cegły nie zwiększały trwałości muru, gdyż beton był mocniejszy, pełniły zatem głównie funkcję szalowania. Umiejętność wytwarzania mocnego betonu dawała rzymskim budowniczym zupełnie nowe możliwości. Z niezbrojonego, lanego betonu jest wykonana m.in. mająca 42 m średnicy monolityczna kopuła wzniesionego w 125 r., i stojącego w Rzymie do dziś, Panteonu. Po upadku cesarstwa zachodniego o większości wynalazków i technologii starożytnych Greków i Rzymian zapomniano. W dodatku od VI do X w. zawodowych inżynierów i architektów zastąpili posiadający znacznie mniejszą wiedzę rzemieślnicy, np. mistrzowie murarscy. W europejskich miastach stawiono domy o szkieletowej konstrukcji drewnianej (u nas zwanej pruskim murem). Solidnymi budynkami z kamienia były jedynie kościoły, klasztory i zamki, ale daleko im było do finezyjnych konstrukcji Rzymian. Sytuacja zaczęła się poprawiać w późnym średniowieczu i w renesansie, kiedy dzięki ponownie studiowanym dziełom starożytnych mistrzów technika zaczęła powoli odzyskiwać stracony teren. Znów zaczęto cenić inżynierów, rozwijała się sztuka wznoszenia zamków i fortyfikacji, lecz jeśli chodzi o urządzenia komunalne (kanalizacja, wodociągi, ulice), europejskie miasta osiągnęły poziom Rzymu z 100 r. dopiero w XVIII lub XIX w. Żelazo, cement i szkło Kolejne wynalazki w budownictwie zainicjowała rewolucja przemysłowa. Gdy po 1760 r. w Anglii upowszechniły się wielkie piece do wytapiania surówki, zaczął się okres rozkwitu odlewnictwa żeliwa. Dostępny w dużych ilościach surowiec pozwolił nie tylko na konstruowanie ażurowych pawilonów ogrodowych czy balkonów, lecz także wielkich hal i mostów. Pierwszą wielką żeliwną konstrukcją był Iron Bridge wzniesiony w 1779 r. nad rzeką Severn w angielskim hrabstwie Shropshire. Od początku XIX w. z elementów żeliwnych zaczęto budować przeszklone hale zakładów przemysłowych (np. Sayner Hütte, z lat 1828–30), a dzięki umiejętnemu łączeniu elementów żeliwnych i ze stali walcowanej nauczono się wznosić ogromne hale peronowe dworców kolejowych (np. Paddington w Londynie z 1854 r.). Równie doniosłe było wynalezienie cementu portlandzkiego. Pierwszy krok zrobił francuski inżynier Louis Vicat, który chcąc odtworzyć cement rzymski, rozpoczął badania nad właściwościami uwodnionej mieszkanki wapienia i popiołów wulkanicznych. W 1817 r. wyznaczył proporcje rozdrobnionego kamienia wapiennego i krzemianów, które po wypaleniu i zmieleniu stawały się cementem. Skład mieszanki nieco poprawił Anglik Joseph Aspdin, który w 1824 r. uzyskał patent na cement o wydłużonym czasie wiązania i nazwał go portlandzkim, gdyż uzyskiwany z niego beton wyglądał jak wapień wydobywany na wyspie Portland. Rok później ruszyła produkcja cementu portlandzkiego na skalę przemysłową. W jego skład wchodzi wapień i glinokrzemiany, zmielone surowce wypala się w temperaturze 1450°C, a następnie dodaje gips lub mieszaninę gipsu i anhydrytu, jako regulatora czasu wiązania. Cement i beton zrewolucjonizowały budownictwo. Około połowy XIX w. pojawiła się ponownie – bo jak wskazują znaleziska z Kolonii i Klagenfurtu pierwsze próby łączenia betonu i żelaza przy budowie domów przeprowadzili Rzymianie – idea żelbetu (żelazobetonu). W 1848 r. Joseph-Louis Lambot jako pierwszy w czasach nowożytnych połączył beton ze zbrojeniem, by zbudować z tego materiału łódź zaprezentowaną na wystawie w Paryżu. W 1867 r. francuski ogrodnik Joseph Monier z betonu zbrojonego siatką odlał donice na kwiaty. Ponieważ nie popękały na mrozie, opatentował pomysł. Z końcem XIX w. zaczęto stawiać duże żelbetowe konstrukcje, jak most w Viggen w Szwajcarii z 1894 r., a w XX w. żelbet stał się uniwersalnym materiałem budowlanym, używanym do wznoszenia fundamentów, ścian, ścian oporowych, płyt, powłok, a także budowli obronnych. Na początku XX w., w wyniku poszukiwań kamienia budowlanego z naturalnych surowców, o dobrej jakości i łatwego w obróbce, wynaleziono beton komórkowy. Pierwsze eksperymenty doprowadziły do uzyskania trwałego produktu z formowanej pod dużym ciśnieniem zaprawy wapiennopiaskowej. W 1889 r. E. Hoffmann uzyskał patent za zwiększenie objętości materiału przed jego utwardzeniem za pomocą pęcherzyków powietrza uzyskanych w wyniku reakcji rozcieńczonego kwasu solnego z mączką wapienną. Dalsze badania prowadzili Szwedzi, szukający materiału budowlanego o niskiej przewodności cieplnej. W 1923 r. Axel Ericsson uzyskał beton komórkowy, w którym powstawanie pęcherzyków powietrza inicjuje proszek aluminiowy. Z czasem udoskonalił technologię produkcji, dzięki czemu w 1929 r. w Szwecji beton komórkowy zaczęto produkować na skalę przemysłową. W 1945 r. w Niemczech opracowano metodę cięcia za pomocą naprężonych drutów stalowych, co pozwoliło na dzielenie bloków betonu na mniejsze, poręczne bloczki przy minimalnych stratach materiałowych. Stalowo-szklane drapacze chmur Zupełnie nowe