В настоящее время монолитный железобетон и ЖБИ находят применение для строительства фундаментов, стен, перекрытий, возведения, лестниц, маршей, многоэтажных домов и прочих конструкций. Повсеместное использование армированного бетона позволяет сооружениям соответствовать нормам и строительным требованиям в области качества и прочности, обеспечивать надежность и долговечность конструкций промышленного, гражданского, специального назначения. При возведении практически любого здания или сооружения ныне используют современные железобетонные блоки, применяют технологию монолитного бетонирования, задействуют сваи, готовые ЖБИ, плиты перекрытия и прочие изделия, спрос на которые динамично растет. Без современного бетона и цемента, армированных изделий не обойтись при строительстве дорог, мостов, плотин, эстакад и т. д. История железобетона, цемента и бетона насчитывает множество веков и представляет собой увлекательный процесс развития строительных материалов, обеспечивающих ныне современный комфорт и инфраструктуру.
Как появился цемент?
Главной сырьевой базой для современного железобетона является качественный цемент. До его изобретения люди использовали для сооружения хижин и жилищ различные вяжущие вещества, а именно: гипс, глину и известь. Эти материалы были незаменимыми при кладке камня и штукатурных работах. Современные строители также продолжают использовать известковые и цементные растворы, гипсовые и сухие смеси для аналогичных нужд, не находя им альтернативы по стоимости.
Археологические образцы, найденные при раскопках, позволяют утверждать, что по современным научным данным первые образцы бетона появились еще за 7500 лет до нашей эры. Безусловно, речь не идет о монументальных сооружениях, а только об отдельных элементах. Наибольших успехов в монолитном бетонировании смогли достичь римляне. Возведенные ими около 1000 лет назад строительные конструкции из бетона сохранились до наших дней.
Использование природных цементов, таких как пуццолан, восходит к древним римлянам, которые использовали вулканический туф для создания прочных строительных материалов. Римляне использовали смеси извести и пуццолана для создания своего знаменитого бетона. Рецепт того цемента был утерян и в течение нескольких веков человечество не развивалось в данном направлении.
Только в конце 18 столетия, а точнее в 1796 году ситуация изменилась, когда англичанин Джеймс Паркер получил цемент посредством обжига глины с известью. Состав получил название «романцемент». Его основным отличием от современного аналога известного под термином потландцемент состояло в том, что обжиг производится при температуре около 800 – 900 градусов по Цельсию. В наши дни портландцемент формируется на базе клинкера, который проходит обработку при температуре спекания 1400 – 1500ºС. Этот момент стал отправной точкой и толчком для развития в истории развития бетона.
Последующие годы внесли изменения в рецептуру и технологию изготовления цемента. В 1824 году английский каменщик Джозеф Аспдин запатентовал портландцемент, который получил свое название благодаря внешнему виду, напоминающему известняк, добываемый на острове Портленд. Это был ключевой момент в истории цемента, так как портландцемент стал основным компонентом большинства современных бетонных смесей. В 1825 году об изобретении нового вяжущего цемента заявил и наш соотечественник Егор Челиев. При этом опыты и разработки Аспдина и Челиева велись независимо друг от друга. Примечательно то, что бетон, которым занимался Челиев ранее еще в 1813 году уже применялся при сооружении зданий, разрушенных пожаром в Москве. Одним из восстановленных объектов был Московский Кремль.
Бетон – следующая ступень в развитии материалов
После изобретения цемента и изучения его качеств и свойств довольно быстро появился инновационный для тех времен строительный материал бетон, который был получен в результате смешивания основных компонентов: цемента, песка, воды и наполнителя. Зачастую изначально в качестве последнего широко использовался и продолжает применяться поныне гравий и щебень. В современной трактовке к бетонам относят смеси, полученные с использованием заполнителей мелкой и крупной фракции. При проведении монолитных работ задействуют товарные марки бетонов, для изготовления железобетонных изделий – конструкционные. Изобретение бетона и цемента стало прорывом индустрии развития строительства XIX столетия.
Понадобилось не так много времени для того, чтобы бетон стал одним из основных материалов для строительной отрасли. Благодаря высоким эксплуатационным свойствам в области жесткости, долговечности, огнестойкости, водонепроницаемости, высокой прочности на сжатие, материал применяли для сооружения небольших по габаритам пролетов, перегородок. В те времена основным материалом для строительства несущих конструкций оставалась сталь. Она имела высокую прочность и основным недостатком металла была низкая устойчивость к пожарам. При температуре более 500 градусов балки начинали плавиться, металл терял прочностные характеристики, а потому сооружения были подвержены изгибу и, как следствие, разрушению. Назревала необходимость
Создание ЖБИ
Затрагивая тему истории создания железобетона, нельзя не вспомнить о Джозефе Монье и его знаменитом апельсиновом дереве, которое он посадил в кадку из чистого бетона. От воздействия воды в результате полива она стала растрескиваться, и он решил упрочнить ее стальными кольцами. После незначительного опыта эксплуатации такой конструкции, скобы окислились и появилась ржавчина. Единственны выходом француз посчитал использование бетона для создания защитного покрытия. Таким образом, был создан первый прототип железобетонной конструкции, который продемонстрировал наглядно всей преимущества данного изделия.
В конце 19-го столетия потребность в новом строительном материале возросла. Бетон стал снова популярным на фоне индустриальной революции. Усовершенствованные методы его производства и применение позволили создавать более высокие и сложные конструкции.
В попытке соединения стали с бетонным раствором никто не думал над характеристиками такого изделия. Стальная проволока просто укладывалась в раствор и в большей части работы велись опытным путем.
Что же касается оформления изобретений, то первый патент на совместное применение бетона со сталью принадлежит Уильяму Уилкинсону и датируется 1854 годом. Безусловно изобретение английского штукатура было весьма далеким от современного представления о ЖБИ, но была выбрана верная концепция для дальнейшего развития индустрии строительных материалов в целом. Во Франции вопросами применения железобетона занимался строительный подрядчик Франсуа Куанье, который построил из ЖБИ сразу несколько зданий. В 1861 году он даже издал брошюру, где описал технологию применения бетона и железобетона тех лет.
В 20 столетии железобетон становится стандартом в строительстве. Он использовался для создания как малых, так и крупных объектов: от жилых зданий до мостов и небоскребов. Проектирование с учетом его свойств позволило достигнуть новых высот в архитектуре и инженерии. Хотя еще в 1889 году в Париже был построен мост, использующий железобетон, что продемонстрировало его потенциальные преимущества. Первое применение железобетона в колоннах и балках зданий, которое открыло новые возможности для архитектурного проектирования, относится к 1913 году.
Эпоха масштабного применения железобетона берет свое начало с 1920-го года, когда данный материал стал стандартом в строительстве, составляя основу для создания высоких зданий и мостов. В 30-годы 20-го века ведется разработка новых типов бетона и технологий продления срока службы железобетона. Потребность в надежном и качественном материале значительно возросла в послевоенные годы. В 1950-е—1960-е годы железобетон активно используется при восстановлении и строительстве новых объектов после Второй мировой войны. Активно внедряются массовые проекты: ведется строительство многоэтажных зданий, мостов и других инфраструктурных объектов с использованием железобетонных конструкций, таких как небоскребы и стадионы.
Современные разработки
Начиная с 70-х годов минувшего столетия по настоящий момент ведутся современные разработки по усовершенствованию железобетона, введению в техпроцес новых технологий, изменяющихся в ногу со временем. Одним из наиболее перспективных направлений при этом является использование преднапряженного бетона, который позволяет увеличить прочность и долговечность конструкций. С течением времени все больше внимания уделяется экологичности используемых для производства ЖБИ материалов. Осуществляется разработка и использование устойчивых и переработанных материалов в производстве бетона.
Современные исследования активно направлены на улучшение свойств бетона, разработка самовосстанавливающегося бетона, высокопрочного бетона и высокотехнологичных композитных материалов.
История железобетона, цемента и бетона — это история технологий и инноваций, которые формируют облик нашего мира. Эти материалы продолжают эволюционировать, отвечая на новые вызовы и позволяя создавать все более сложные и устойчивые конструкции.
Свойства современного железобетона
Современный железобетон, обладает множеством свойств, которые делают его одним из самых универсальных и широко используемых строительных материалов. Вот основные характеристики современного железобетона:
- высокая прочность и сопротивляемость нагрузкам. Железобетон сочетает в себе прочность бетона на сжатие и прочность стали на растяжение, что делает его способным выдерживать значительные механические нагрузки;
- долговечность и устойчивость к внешним факторам. Железобетон устойчив к атмосферным воздействиям, химикатам и повреждениям, что позволяет ему служить в течение многих десятилетий без серьезных ремонтов;
- устойчивость к коррозии и армирование. Защита стальной арматуры в бетоне предотвращает коррозию, а специальные добавки и технологии, используемые в современных железобетонах, увеличивают их сопротивляемость коррозионным средам;
- пожарная безопасность – негорючесть материала. Железобетон не поддерживает горение и обладает высокой степенью огнестойкости, что делает его безопасным с точки зрения пожарной безопасности;
- благоприятные теплотехнические свойства. Теплоизоляция: железобетон может обеспечивать определенный уровень теплоизоляции. Добавление специальных добавок позволяет улучшить этот аспект;
- Звукоизоляция – способность к поглощению звука. Железобетон обладает хорошими звукоизолирующими свойствами, что делает его подходящим для сооружений в шумных средах;
- гибкость проектирования и разнообразие форм. Железобетон может быть адаптирован к различным архитектурным формам и проектным решениям благодаря своей пластичности и возможному формованию;
- экономичность и доступная стоимость. Современные методы производства, доступность материалов и высокая прочность позволяют использовать меньшее количество железобетона при проектировании, что снижает общие затраты на строительство;
- преднапряжение. Применение преднапряженного бетона и преднапряженных железобетонных конструкций увеличивает несущую способность и позволяет строить здания и сооружения с меньшей нагрузкой на фундамент;
- экологическая устойчивость и использование переработанных материалов. Современные технологии позволяют использовать переработанные продукты и более экологически чистые компоненты в производстве бетона.
Свойства современного железобетона делают его предпочтительным выбором для самых различных строительных проектов, включая жилые и коммерческие здания, мосты, дамбы и другие инфраструктурные объекты. Эти качества позволяют достигать высоких стандартов безопасности, надежности и долговечности, что делает железобетон незаменимым материалом в строительной отрасли.
