Portlandsten och Portlandcement
När Christofer Wren 1675 valde att bygga den nya S:t Paulskatedralen i London med grå-vit kalksten från Portland, följde han en gammal tradition samtidigt som han kom att etablera Portlands stenbrott som huvudleverantör av sten till Londons byggarbeten. På ön Portland utanför Weymouth i Dorset har kalksten brutits åtminstone sedan romersk tid, vilket kan beläggas bland annat genom fynd av romerska sarkofager. Den första byggnad som uppförts med portlandsten och som vi med säkerhet kan datera är Rufus Castle, som uppfördes av Vilhelm Erövrarens son William Rufus II 1080. Efter Rufus Castle har portlandsten använts för att uppföra bland annat Palace of Westminster 1347, Towern 1349 och London bridge 1350. Inigo Jones använde portlandsten för Banqueting House 1619 – 1622, Edward Blore för Buckingham Palace huvudfasad East Wing 1847 – 1850 och Edwin Lutyens för Whitehalls Cenotaph 1920. Internationellt sett är den kanske enskilt mest kända byggnaden som byggts av Portlandsten FNs högkvarter i New York, som uppfördes 1948 – 1952 av en grupp internationella arkitekter, bland andra Sven Markelius, Oscar Niemeyer och Le Corbusier, under ledning av Wallace Harrison.
Den lilla ön Portland har under historien haft en mängd olika stenbrott och ett flertal av dem är fortfarande aktiva. Mellan 1826 och 1939 fraktades den brutna kalkstenen på järnväg från gruvorna på öns inre till Castle Town vid kusten, där stenen lastades på fartyg för att seglas till sin destination. 1944 blev Castle town en embarkeringspunkt 1a och 29e infanteridivisionen inför landstigningen på Omaha Beach i Normandie 6e juni och härifrån kom mer än 400.000 soldater att avsegla till västfronten under 1944 och 1945.
Portlands grå-vita kalksten har länge haft en särskild plats i Englands monumentala byggnation, men i bebyggelsehistorien förknippas Portland kanske oftare med världens idag vanligaste byggmaterial: portlandcementen. Portlandcementens ingående komponenter kommer dock inte nödvändigtvis just från Portland, utan cementen har fått sitt namn av sin upphovsman Joseph Aspdin (1778 – 1855) på grund av att den till färgen liknar just portlandkalkstenen.
Sökandet efter processer att tillverka hårdare bruk än normalt luftkalkbruk har troligen pågått lika länge som människan känt till luftkalkbruket. Detta för att hitta lösningar för murning i fuktutsatta miljöer liksom för att kunna gjuta hållbara betongkonstruktioner. Länge kunde man inte producera hårdare bruk än vad som var möjligt att åstadkomma genom bränning av kalksten innehållande naturliga hydrauliska komponenter bestående av reaktiva oxider som silikater (kiseldioxid), aluminater (aluminiumoxid) och järnoxid. Det här skrev vi om i artikeln Kalkbruk, en läsning vi rekommenderar om du vill veta mer om kalkbruk och förstå grunderna i kalkbruket och cementets grundläggande karbonatisering och hydratiserings processer.
Redan under romersk tid förstod man att man kunde skapa hydrauliska egenskaper i kalkbruk genom att tillföra reaktiva oxider om kalkstenen inte naturligt innehöll tillräcklig mängd sådana. Man blandade då in vulkanisk aska, så kallad Puzzola (efter staden Pozzuoli i närheten av Neapel) i bruket. Romarnas namn på denna brukblandning var ”concretum” från vilket vi har det engelska ordet concrete. Byggnadsmetoden med concretum kallade romarna för Opus Caementicium, varifrån vi fått ordet cement. Den romerska cementen var tillräckligt stark för att tillåta stora oarmerade gjutningar vilket exempelvis kan ses i Pantheons stora gjutna kupol.
Produktionen av cement, vilken under romersk tid framstår som allmänt spridd synes under medeltiden till viss del gått förlorad varför vidareutvecklingen av den romerska cementen är relativt sentida. I Nordeuropa började utvecklingen av den moderna cementen under 1700-talet då man experimenterade för att försöka återskapa romerska cement. 1796 patenterade James Parker ett cement han kallade just ”Roman Cement” skapat genom tillsatser av trass och puzzola vid bränning av kalksten. Under 1800-talet blev bruken hårdare i form av James Frost 1811 patenterade ”British cement” och Louis Vicats 1818 utvecklade cement. 1824 patenterade Joseph Aspdin portlandcementen, en betydligt hårdare cement som snabbt kom att ersätta övriga produkter på marknaden. Aspdins cement var dock långt ifrån fullgott och äran för utvecklingen av fungerande bränningstemperaturer bör tillfalla fabrikören Isaac Charles Johnsson (1811 – 1911). Den första svenska cementfabriken grundlades 1872 i Lomma och vid sekelskiftet 1900 fanns sju cementfabriker i Sverige.
Portlandcement tillverkas genom att kalksten och märgelsten som är en lerblandad kalksten mals samman tillsammans med kiseldioxid, metallurgiskt slagg, aluminium och järnoxider och bränns till cementklinker som därefter åter mals samman med ytterligare hydrauliska komponenter som till exempel gips.
Cementklinker kan bäst beskrivas som klumpar vilka bildas genom sintring av den malda råvaran vid temperaturer kring 1400 grader. En reaktion mellan kalciumoxid och kiseldioxid sker, vilket bildar kalciumsilikat i form av Belite och Alite. Kemiskt beskrivs de två huvudprocesser som sker som 2 CaO + SiO2 → 2 CaO · SiO2 och CaO + 2 CaO · SiO2 → 3 CaO · SiO2.
Enligt definitionen för portlandcement skall cementklinkern innehålla minst två tredjedelar Kalciumsilikat och max en tredjedel klinker innehållande aluminium-, järn- och magnesiumoxid. Magnesiumoxiden för inte övergå 5%. Cementklinker utgör mer än 90% av själva cementen, Resten består av tillsatser av kalciumsulfat i form av gips eller anhydrit vilket hjälper till att kontrollera cementets brinntid. Aluminium-, järn- och magnesiumoxider fungerar som ett flussmedel i processen vilket hjälper sintringen att ske vid lägre temperaturer och tillför i sig mycket lite till cementets hårdhet.
Från Castle Town på Portland skeppas inte längre någon kalksten ut för vare sig stenbyggnation eller produktion av Portland cement. Järnvägen som en gång ledde ner till hamnen är uppriven och transporterna av sten från öns dagbrott går nu på lastbil. Och sedan marinbasen lades ned på 1990-talet för Castle Town en tynande tillvaro. Runt om på Portland finns dock spåren av en stenproduktion som gjorde ön känd långt före ön fick det tveksamma nöjet att förknippas med cement och betong.
© Jesper Sundelöf, 2024