Область применения железобетонных изделий
Монолитный железобетон и железобетонные изделия (ЖБИ) актуальны для любого строящегося сооружения. Практически ни один строительный объект не обходится без товарного бетона, элементов ЖБИ или сборного железобетона. Пожалуй, 99% всех фундаментов зданий возводится с помощью железобетонных свай, специальных фундаментных блоков или с применением технологий монолитного бетонирования.
Готовые ЖБИ плиты и монолитные перекрытия используются в строительстве несущих сооружений и конструкций. Так, длина готовых предлагаемых перекрытий уже достигла 12-ти метров. Более того, все большую популярность набирают дверные и оконные перемычки, ж/б трубы, коллекторы, колодезные кольца и лестничные марши, дорожные плиты и другие материалы и изделия из железобетона. С помощью таких материалов возводятся мосты и эстакады, прокладываются дороги и плотины, строятся дома и т.д.
История создания цемента
Цемент — это сырьевая база ЖБИ. Однако до открытия данного материала человечество обращалось к разным вяжущим изделиям — использовались глина, известь и гипс. Они применялись во время штукатурных и кладочных работ. Кстати, в современном строительстве цементные и известковые растворы используются до сих пор. Существуют альтернативы данным составам — сухие гипсовые смеси. Однако уровень влагостойкости гораздо ниже, а стоимость продукции — выше.
По обновленным научным сведениям и результатам археологических исследований, день рождения первых образцов бетона был свыше 7 000 лет до н.э. Правда, найденные находки — только отдельные бетонные элементы. Основателями монолитного бетонирования принято считать римлян. Возведенные ими бетонные конструкции сохранились до наших дней в виде конкретных конструкций и сооружений. Отметим, что структура бетона тех времен почти идентична современной.
В течение нескольких сотен лет уникальная технология производства не постигалась. В 1776 году, наконец, Джеймсу Паркеру удалось получить цемент. Джеймс создал материал с помощью обжига глины и извести. Уникальная разработка получила название «романцемент». Кстати, отличается это изделие от современного портландцемента только уровнем температуры обжигания. Так, романцемент получали при температуре 800-900 градусов, а портландцемент – при 1400-1500. Созданный Джеймсом Паркером продукт не до конца удовлетворил потребности строительных мастеров. Поэтому поиск разработки более совершенного и эффективного материала продолжился.
Открывались новые рецепты, разрабатывались новые методики изготовления цемента. И, наконец, в 1824 году англичанин Джозеф Аспдин и россиянин Егор Челиев в 1825 независимо друг от друга совершают идентичное открытие. Обоим ученым удалось разработать принципиально новый вяжущий материал — цемент.
Челиев назвал цемент «весьма прочным для подводных строений», а также для «подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений», выпустив целую книгу о технологии производства и области применения материала. С тех самых пор цемент стали активно использовать в разных сферах строительства для реконструкции зданий Москвы, разрушенных пожарами. Кстати, одно из таких зданий, где изобретение российского ученого нашло свое применение, — это столичный Кремль.
Кстати, созданный тогда портландцемент, разработанные рецептуры и основные этапы изготовления весьма актуальны и сегодня. Разработки тогдашних ученых с некоторыми улучшениями и доработками широко используются современными строительными заводами. По составу и эксплутационным свойствам нынешний стройматериал и произведенный почти два века назад Челиевым и Аспдином портландцемент почти идентичны. Изменения коснулись лишь некоторых второстепенных факторов: например, улучшилась тонкость помола, был нормализован состав продукции и т.д.
Открытие бетона
Итак, создание цемента повлекло за собой открытие нового строительного материала — бетона. Этот материал изобрели путем смешивания воды, песка, щебня (гравия) и только что открытого цемента.
В современном понимании бетон — это все виды смесей, основанных на цементных вяжущих компонентах с добавлением как крупных, так и мелких заполнителей. В производстве ЖБИ применяются конструкционные бетоны, а в монолитных работах — товарные.
Изобретенный бетон обладал прекрасными эксплутационными свойствами и характеристиками: материал был устойчив к морозу и жаре, огню и воде. Сегодня производство смеси модернизируется только в некоторых сферах. Например, изобретение новых добавок в бетон, создание нового и более совершенного оборудования — бетоносмесителей, контрольно-весовых приборов. Базовые основные параметры остались неизменными.
Область применения бетона со временем расширилась и масштабировалась. Благодаря своим характеристикам (таким, как жесткость, устойчивость, прочность на сжатие, огне- и водостойкость, долговечность) бетон стал практически незаменимым материалом в строительной отрасли. Однако все же одна отрицательная характеристика у данного материала имелась — низкий уровень устойчивости конструкций из бетона к нагрузкам на растяжение. Данный факт существенно сокращал и ограничивал область использования продукта.
В основном, бетон применялся для строительства малых пролетов и перегородок. Тогда актуальным было обращение к железу, но, к сожалению, этот материал имел весомый недостаток — подверженность к коррозии. Хотя положительные качества железу, безусловно, были присущи. К ним относят характеристики на растяжение, изгиб, сжатие. Однако при температуре свыше 500 градусов (при пожарах) конструкции из железа быстро разрушались, так как материал терял свои базовые качества.
Появление железобетона
Во второй половине XIX века возникла острая потребность в производстве принципиально нового строительного материала. Специалисты попытались соединить бетон и железо. Металлическая проволока отлично укладывалась в бетон, образовывая с массивом единую цельную конструкцию. Кроме того, сила сцепления железа и бетона была достаточно высока. Так изобретен первый композитный материал — ЖБИ.
Кстати, первым это изобретение запатентовал английский строитель-штукатур Уильям Уилкинсон. Произошло это в 1854 году. Железобетонные изделия того времени слабо напоминают современные ЖБИ. Однако верный вектор развития этой отрасли уже был задан, и строительная индустрия стала успешно развиваться. Первоначально открытие Уилкинсона практиковали в строительстве перекрытий. Именно эти материалы, кстати, используются до сих пор — альтернативы монолитным и сборным плитам перекрытия пока не существует.
Одновременно с Уильямом Уилкинсоном во Франции (независимо друг от друга) исследования ЖБИ проводились Франсуа Куанье — строительным подрядчиком. Франсуа построил из железобетона несколько зданий, а в 1861 году он делится с технологиями применения строительного материала в специально изданной брошюре. Так, в 1865 в Нью-Кастле возведен дом, почти полностью состоящий из ЖБИ. Лестницы, дымовая труба, стены и перекрытия постройки были выполнены из бетона и железобетона.
Еще одно значимое открытие принадлежит Жозефу Монье — обычному французскому садовнику. Об этом — в следующей части статьи.
Основатели ЖБИ
По некоторым данным, основателем ЖБИ является Джозеф Монье. Французский садовник из обычного цементного раствора изготовил садовую кадку. В нее он посадил апельсиновое дерево. Однако со временем кадка потрескалось. Монье решил данную проблему следующим способом – он просто укрепил конструкцию железными обручами. Но после нескольких процедур поливки поверхность начала ржаветь. Джозеф укрепил кадку еще одним слоем раствора. Так и получилось первое ЖБИ.
Однако произошло это открытие в 1861 году — как раз в год выпуска брошюры Уильяма Уилкинсона о предназначении и способах применения ЖБИ. Здесь мнения разделились. Поэтому назвать настоящего первооткрывателя строительного материала очень сложно. Однако в 1867 году Монье взял патент на переносные садовые кадки из цемента и железа, получив, кстати, и материальные поощрения, и мировую известность как создатель ЖБИ и железобетона.
Итак, Монье запустил производство садовых кадок, построив первый в мире железобетонный бассейн. Джозеф также взял необходимые патенты на ЖБИ трубы и резервуары. Через пару лет (а именно в 1869 году) Монье начал изготовлять ЖБИ плиты для перегородок и перекрытий, также запатентовав изобретение. Однако отнести продукцию к современному железобетону сложно: арматура (металлическая проволока) внутри ЖБИ укладывалась не актуальным сегодня способом.
Сфера применения ЖБИ постоянно увеличивалась и расширялась Монье. Так, в 1873 году производится железобетонный мост, через пять лет — железобетонные балки и шпалы. В 1880 Джозеф объединил в один патент все разработки по новому строительному материалу, подав заявки на патенты в Германии и России.
Однако масштабная часть строительной индустрии была захвачена изобретениями Монье немного позже. Несколько инженеров заинтересовались разработками и запустили процесс исследования и тестирования материалов. В результате многочисленных экспериментов, создания методик производства и проведения фундаментальных исследований, удалось полностью изучить материал и усовершенствовать его. Специалисты смогли улучшить эксплутационные свойства и качественные характеристики материала, существенно модернизировав его.
Особо значимыми являются разработки немецкого инженера — Гюстава Вайса. В 1866 году Гюстав купил у Джозефа Монье патентные права на право пользования железобетона в Германии. Вайс, проведя множество испытаний и исследований продукта, нашел главную ошибку в разработке Монье. Немецкий инженер перенес в нижнюю часть сечения плиты арматуру (металлическую проволоку) из средней.
Изменения в своей разработке Монье не одобрил. Однако Гюстав смог убедить бывшего французского садовника в правильности своих действий. Сама идея соединения бетона и железа — идея Монье, но способ укладки арматуры — идея Гюстава. И обе разработки имеют право на существование в совместном материале. В дальнейшем Вайс смог увеличить пролет плит перекрытий до высоты в пять метров. Сейчас, кстати, длина достигает 12 метров.
