История бетона и железобетона

История создания железобетона

Изобретению железобетона предшествовало открытие цемента — особого вяжущего вещества, способного затвердевать после добавления к нему воды. В 1796 году англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент — первую в истории марку цемента. В последующие годы были открыты новые рецепты получения цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон. Благодаря своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, которая потом сохранялась после застывания) бетон в первой половине XIX века широко вошел в употребление при строительных работах. Конструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и долговечностью. Но они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на растяжение, поэтому их использование было достаточно ограниченным. Бетон применяли в основном для сооружения тонких перегородок и балок пролетом до 4 м. Основным материалом для несущих конструкций служило железо в виде разного рода кованых стержней и полос. В отличие от бетонных, железные конструкции прекрасно выдерживали нагрузку на сжатие, растяжение и изгиб, но на открытом воздухе они быстро теряли эти качества из-за коррозии. К тому же было замечено, что при нагревании свыше пятисот градусов железо становится текучим и теряет свою прочность. В результате, при сильных пожарах высотные дома, где несущая нагрузка была возложена на железные части, разрушались. К концу XIX века стала ощущаться сильная потребность в новом строительном материале, который сочетал бы в себе достоинства железа и бетона, но не имел бы их недостатков. Именно таким материалом и стал железобетон. Применяя по отдельности бетон и железо, строители долго не задумывались над тем, что их можно соединить вместе. К этому пришли опытным путем. Между тем положенная в опалубку арматура легко обволакивалась бетоном и оказывалась включенной в его массу. Вследствие большой силы сцепления железа с бетоном оба материала начинали работать как одно целое (очень важно, что бетон и железо имеют одинаковый коэффициент температурного расширения).

Впервые патент на использование железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. В дальнейшем он широко применял железобетон при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ньюкастле-на-Тайне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций Из железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и дымовая труба. По всей видимости, это был первый в истории железобетонный дом. Однако открытие Уилкинсона не получило широкого распространения и осталось незамеченным. Одновременно с Уилкинсоном свои опыты с железобетоном начал во Франции строительный подрядчик Куанье. Он построил с использованием этого материала несколько зданий, а в 1861 году опубликовал небольшую брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», в которой, в частности, писал, что железные стержни, включенные в бетон, увеличивают несущую способность бетона. Но открытие Куанье тоже не имело продолжения. Его фирма разорилась.

Честь открытия железобетона связывается поэтому с именем другого француза — Жозефа Монье. Есть какая-то странная ирония в том, что два профессиональных строителя, несмотря на все усилия, не смогли внедрить в строительную практику железобетон, но зато это удалось сделать человеку, весьма далекому от строительства, который и изобретение свое сделал совершенно случайно. Монье работал садовником в садоводческой фирме «Братья Флер» в Версале. С 1861 года он начал проводить опыты по изготовлению из песка и цемента садовых кадок. Вскоре ему удалось сделать бетонную кадку, в которой было посажено апельсиновое дерево. Спустя некоторое время Монье обнаружил трещины в стенках этой кадки. Тогда он укрепил ее железными обручами из проволоки. Железо вскоре стало ржаветь, образуя грязно-бурые пятна и подтеки на поверхности кадки. Чтобы улучшить ее внешний вид, Монье обмазал ее сверху цементным раствором. Получившаяся таким образом железоцементная кадка оказалась настолько хороша, что Монье пришел к мысли и впредь делать кадки подобным образом.

Существует мнение, что Монье действовал не только опытным путем, но был знаком с работой Куанье и заимствовал его идею. Но, как бы то ни было, ему повезло больше. Монье не только заслужил официальную славу создателя железобетона, но и сумел извлечь из своего изобретения некоторые материальные выгоды. В 1867 году он взял свой первый патент на переносные садовые кадки из железа и цементного раствора. Не успокоившись на этом, он начал производить с этим материалом новые эксперименты. В 1868 г. Монье построил в Майсонс-Алфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году взял патент на железоцементный резервуар и трубы. В 1869 г он сделал патентную заявку на железоцементные плиты и перегородки и построил железоцементное перекрытие над своей мастерской. Строго говоря, с современной точки зрения, все эти изобретения еще не были железобетоном. Монье, не будучи профессиональным строителем, имел весьма смутные понятия о том, как взаимодействуют между собой бетон и железо. Он, к примеру, рекомендовал укладывать проволочную сетку в плите строго посередине ее сечения, в то время как рациональнее всего было располагать ее в нижней части конструкции. Однако это ни в коей мере не принижает его славы как первооткрывателя одного из самых замечательных и широко используемых строительных материалов XX века. Действительно — до Монье над созданием железобетона работало несколько изобретателей, но именно ему принадлежит заслуга его разностороннего практического применения. Раз добившись успеха, Монье в дальнейшем постоянно думал над расширением сферы применения своего изобретения. В 1873 году он получил патент на железобетонный мост, а в 1875 году представил экспертной комиссии его модель, которая выдержала испытание нагрузкой. В том же году изобретатель построил по этой модели пешеходный мостик с пролетом 16 м и шириной 4 м. В 1878 году ему был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году — объединенный патент на все заявленные им ранее конструкции. Тогда же он сделал заявки на свои изобретения в Германии и России.

Нельзя, впрочем, сказать, что новый материал сразу получил повсеместное признание. Крупномасштабное применение железобетона началось только в следующем веке, когда железобетонные конструкции Монье были усовершенствованы другими инженерами и когда было разработано фундаментальное учение о железобетоне, раскрывшее его замечательные свойства. В XIX веке к этому был сделан только первый шаг. В 1879 году немецкий инженер Вайс, имевший свою строительную фирму, заинтересовался железобетоном и купил у Монье патентное право на применение его системы в Германии. Вслед за тем он скупил и все остальные его патенты. Именно благодаря Вайсу новый материал стал широко известен. В 1886 году по указанию Вайса были проведены научные опыты по исследованию свойств железобетона, давшие самые блестящие результаты. Однако действительно самостоятельным и новым строительным материалом железобетон стал лишь после того, как Вайс в 1887 году перенес арматуру из середины сечения, куда ее укладывал Монье, в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение. Известно, что Монье, увидев изготовление плиты на одной из берлинских строек, запротестовал против новой технологии, сердито спросив: «Скажите, кто изобретатель этой конструкции — вы или я?» На это Вайс спокойно ответил: «Вы первый соединили железо с бетоном, и поэтому я называю эту конструкцию системой Монье, но я первый правильно расположил железо и бетон, хотя, к сожалению, я не мог получить на это патента». Благодаря новшеству Вайса пролет железобетонной плиты был увеличен до 5 м. С этого времени железобетонные плиты стали получать все более многогранное применение в строительстве.

Читать еще:  Как залить площадку бетоном

Железобетон, например, произвел настоящую революцию в мостостроении, позволив разрешить множество затруднений, до этого казавшихся непреодолимыми. Раньше для сооружения мостов применяли тесаные камни точных размеров и железо специальных марок. Для укладки на место тяжелых камней и элементов металлических конструкций требовались мощные подъемные механизмы и особые транспортные приспособления. Между тем применение железобетонных конструкций не требовало крупных средств, так как большую часть их компонентов составляли широко распространенные в природе песок и гравий, которые можно было добывать на месте строительства. Укрытое в бетон железо не ржавело и сохраняло свою прочность намного дольше. Вместе с тем железобетон показал высокую огнестойкость. В то время как железные балки быстро разрушались при сильном пожаре, железобетонные конструкции выдерживали действие сильного огня в течение 4-5 часов. Огромный интерес к железобетону появился после грандиозного пожара в Балтиморе в 1904 году, когда сгорело и разрушилось около 300 больших зданий, построенных с применением открытых железных конструкций. С этого времени все несущие конструкции делали только из железобетона. Широчайшее применение получил железобетон и в фортификации, поскольку показал вчетверо большую прочность по сравнению с обычным бетоном.

Краткая история развития железобетона

Начало строительства сооружений из железобетона историчес­ки было обусловлено бурным развитием производительных сил в середине XIX в. Развитие производительных сил потребовало стро­ительства фабрик, заводов и других сооружений, отличных по сво­им конструктивным решениям от старинных зданий патриархальной эпохи. Техническая возможность возникновения железобетона была подготовлена тем, что каменные конструкции были слишком тяжелы и трудоемки в изготовлении, а металлические конструкции не были огнестойки и подвергались коррозии.

Рождение железобетона относят к 1849-1850 гг. Француз И. Ламбо построил лодку из армированного цемента, которая счи­тается первым прототипом железобетона. В 1854 г. англичанин В. Уилкинсон получил патент на конструкцию огнестойкого пере­крытия из армированного бетона и в 1865 г. построил железобетон­ный домик. В 1867 г. француз Ж. Монье получил патент на изготов­ление цветочных кадок из железа и цемента. В 1868 г. он построил небольшой железоцементный бассейн, а в 1873 г. получил патент на конструкцию железобетонного моста.

В 1892 г. француз Ф. Геннебик предложил ребристые железобе­тонные перекрытия и другие армированные конструкции. В 1900 г. на Парижской выставке железобетон был официально признан на­дежным строительным материалом. В 1886 г. американец П. Джек­сон предложил применять при строительстве мостов предваритель­ное обжатие бетона. В 1906 г. в США было построено грибовидное (безбалочное) перекрытие. В 1928 г. француз Э. Фрейсинэ получил патент на использование напрягаемой арматуры из стали высокой прочности без опасения погашения предварительного напряжения из-за усадки и ползучести бетона.

В России впервые железобетон был использован в 1879 г. Д.Ф. Жаринцевым при строительстве стен зданий в г. Батуми. Бла­годаря широким испытаниям плит, балок и мостов, выполненных в 1891 г. под руководством Н.А. Белелюбского (1845-1922), железо­бетонные мосты, трубы, резервуары и другие конструкции были ис­пользованы при строительстве железных дорог, а балочные пере­крытия — в промышленном и гражданском строительстве.

В 1904 г. в Николаевском порту был построен железобетонный маяк высотой 40,2 м. Знаменитый математик и конструктор А.Ф. Лолейт (1868-1933) в 1908-1909 гг. разработал безбалочные железо­бетонные перекрытия. С этого момента железобетон начал посте­пенно вытеснять сталь и дерево из несущих конструкций зданий и сооружений.

После Октябрьской революции созданы проектные организа­ции и научно-исследовательские учреждения, которые способство­вали дальнейшему развитию железобетона. Постепенно он занял доминирующее положение в промышленном строительстве.

В 1919 г. в строительстве мостовых опор использован трубобетон (бетон в трубчатой металлической обойме). В 1928 г. разработаны первые сборные конструкции, а с 1929 г. применяются в строи­тельстве тонкостенные пространственные конструкции (купола, складки, оболочки, шатры и т. д.). С 1930 г. начинается примене­ние предварительно напряженных элементов. В настоящее время примерно 25% сборных элементов изготовляются с напрягаемой арматурой.

После Великой Отечественной войны проектируются и строят­ся высотные здания, для каркасов которых применяется жесткая арматура (прокатные профили). В 50-х гг. была создана промыш­ленность сборного железобетона, что послужило основой полнос­борного каркасно-панельного и крупнопанельного строительства. В проектировании и строительстве нашли применение типовые сборные изделия и конструкции. В энергетическом и транспортном строительстве распространялись центрифугированные железобетон­ные опоры, которые позже нашли применение в качестве колонн промышленных и гражданских зданий и сооружений.

В 60-х гт. начинается массовое применение железобетона в стро­ительстве промышленных и подземных труб, водонапорных башен, силосов и других сооружений, а также при изготовлении крупных сборных конструкций (ферм, колонн и др.). Годовая мощность за­водов сборного железобетона достигает 200 тыс. м 3 .

В 70-х гг. при строительстве и реконструкции зданий и соору­жений химической, металлургической, бумажно-целлюлозной и дру­гой промышленности началось применение колонн, плит, труб и других элементов из армированного полимербетона и бетона, про­питанного синтетическими смолами или серными соединениями. В то же время делаются попытки по внешнему армированию бето­на плоскими и профилированными стальными листами.

С 1950 по 1980 гг. общий объем железобетона увеличился в 55 раз, тогда как сборного — в 100 раз. Сборные железобетонные конструк­ции обеспечивают высокие темпы возведения зданий и сооружений. Однако они требуют больших заводских, транспортных и монтажных расходов, а также перерасхода металла, цемента и энергии. В сборных конструкциях особое внимание должно быть обращено на прочность и долговечность соединений, обеспечивающих надежную передачу усилий, чего не всегда удается достичь. Поэтому в некоторых случаях более эффективными оказываются конструкции из монолитного желе­зобетона. При применении специальной опалубки, механизированной подачи бетонной смеси, подъема перекрытий и других современных способов бетонирования монолитное строительство становится инду­стриальным и лишенным недостатков сборного железобетона.

Практика строительства Друскининкайской водолечебницы и других зданий доказала, что сочетанием монолитного и сборного железобетона, изготовляемого на строительной площадке, может быть достигнута архитектурная выразительность железобетонных конструкций без создания для этой цели специальной базы и без снижения темпов строительства.

Тонкостенные конструкции, особенно длинные складки и вол­нистые своды, изготовляются как из железобетона, так и из армоцемента. Армоцементные конструкции толщиной до 30 мм включи­тельно изготовляются из мелкозернистого бетона. Они армируются тонкими тканями, сварными или плетеными проволочными сетка­ми, равномерно распределенными по сечению элементов, в сочета­нии со стержневой или проволочной арматурой. Армоцементные конструкции применяются, как правило, в неагрессивной окружа­ющей среде.

История создания железобетона

История создания железобетона

Изобретению железобетона предшествовало открытие цемента — особого вяжущего вещества, способного затвердевать после добавления к нему воды.

В 1796 году англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент — первую в истории марку цемента. В последующие годы были открыты новые рецепты получения цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон. Благодаря своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, которая потом сохранялась после застывания) бетон в первой половине XIX века широко вошел в употребление при строительных работах.

Конструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и долговечностью. Но они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на растяжение, поэтому их использование было достаточно ограниченным. Бетон применяли в основном для сооружения тонких перегородок и балок пролетом до 4 м. Основным материалом для несущих конструкций служило железо в виде разного рода кованых стержней и полос. В отличие от бетонных, железные конструкции прекрасно выдерживали нагрузку на сжатие, растяжение и изгиб, но на открытом воздухе они быстро теряли эти качества из-за коррозии. К тому же было замечено, что при нагревании свыше пятисот градусов железо становится текучим и теряет свою прочность. В результате, при сильных пожарах высотные дома, где несущая нагрузка была возложена на железные части, разрушались.

Читать еще:  Как очистить краску с бетонной стены

К концу XIX века стала ощущаться сильная потребность в новом строительном материале, который сочетал бы в себе достоинства железа и бетона, но не имел бы их недостатков. Именно таким материалом и стал железобетон. Применяя по отдельности бетон и железо, строители долго не задумывались над тем, что их можно соединить вместе. К этому пришли опытным путем. Между тем положенная в опалубку арматура легко обволакивалась бетоном и оказывалась включенной в его массу. Вследствие большой силы сцепления железа с бетоном оба материала начинали работать как одно целое (очень важно, что бетон и железо имеют одинаковый коэффициент температурного расширения).

Железобето́н впервые был запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений. Термин «железобетон» абстрактен и употребляется обычно в выражении «теория железобетона». Если речь идёт о конкретном объекте, будет правильнее говорить «железобетонная конструкция», «ж/б конструкция», «железобетонный элемент».

В 1802 г. при строительстве Царскосельского дворца российские зодчие использовали металлические стержни для армирования перекрытия, выполненного из известкового бетона.

В 1829 г. английский инженер Фокс реализовал армированное металлом бетонное перекрытие.

В 1849 г. во Франции Ламбо построил лодку из армоцемента.

В 1854 г. Уилкинсон в Англии получил патент на огнестойкое железобетонное перекрытие.

В 1861 г. во Франции Куанье опубликовал книгу о 10-летнем опыте применения железобетона. Он же в 1864 г. построил церковь из железобетона.

В 1865 г. Уилкинсон построил дом из железобетона. И только в 1867 г. Монье, которого часто считают «автором» железобетона, получил патент на кадки из армоцемента.

В 1868 г. Монье построил железобетонный бассейн, а с 1873 по 1885 гг. получил патенты на железобетонный мост, железобетонные шпалы, железобетонные перекрытия, балки, своды и железобетонные трубы.

В 1877 г. первая книга по железобетону опубликована Т. Хайэтом в США. С 1884 по 1887 гг. в Москве осуществлялось применение железобетона при устройстве плоских перекрытий, сводов, резервуаров. В это же время проводились испытания конструкций, были реализованы железобетонные перекрытия по металлическим балкам.

В 1886 г. в США П. Джексон подал заявку на патент на использование преднапряжения арматуры при строительстве мостов.

В 1888 г. патент на преднапряжение получен в Германии В. Дерингом, в 1896 г. в Австрии И. Мандлем, в 1905-07 гг. в Норвегии И. Лундом, в 1906 г. в Германии М. Кененом. В 1886 г. в Германии (фирма Вайс) под руководством проф. Баушингера проведены испытания плит и сводов.

В 1886-87 гг. М. Кенен в Германии разрабатывает способ расчета железобетонных конструкций.

В 1891 г. в России проф. Н. А. Белелюбский проводит широкомасштабные исследования железобетонных плит, балок, мостов. В этом же году выходит книга инж. Д.Ф. Жаринцева «Слово о бетонных постройках», а в 1893 г. – «Железобетонные сооружения».

С 1892 по 1899 г. во Франции Ф. Геннебиком реализовано более 300 проектов с применением железобетона.

В 1895 г. на 2 съезде зодчих в России выступает А. Ф. Лолейт, создавший впоследствии основные положения современной теории железобетона.

В 1899 г. инженерный совет министерства официально разрешает применять железобетон в России.

Первые нормы по проектированию и применению железобетонных конструкций появились в 1904 г. в Германии и Швеции, в 1906 г. во Франции, в 1908 г. в России. Развитие теории железобетона в России в первой половине 20 в. связано с именами А. Ф. Лолейта, А. А. Гвоздева, В. В. Михайлова, М. С. Боришанского, А. П. Васильева, В. И. Мурашева, П. Л. Пастернака, Я. В. Столярова, О. Я. Берга и др.

В XX веке железобетон является наиболее распространённым материалом в строительстве
К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

• долговечность;
• невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных;
• пожаростойкость — в сравнении со сталью;
• технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции;
• химическая и биологическая стойкость;
• высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.

К недостаткам железобетонных конструкций относятся:

• невысокая прочность при большой массе — прочность бетона при растяжении в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки.
Выделяют сборный железобетон (ж/б конструкции изготавливаются в заводских условиях, затем монтируются в готовое сооружение) и монолитный железобетон (бетонирование выполняется непосредственно на строительной площадке).
Изготовление железобетонных конструкций
Изготовление железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические процессы:

  • Подготовка арматуры
  • Опалубочные работы
  • Армирование
  • Бетонирование
  • Уход за твердеющим бетоном

Изготовление сборных железобетонных конструкций

Сущность сборных железобетонной конструкций, против монолитных, состоит в том, что конструкции изготавливаются на заводах ЖБИ, а затем доставляются на стройплощадку и монтируются в проектное положение. Основное преимущество технологии сборного железобетона в том, что ключевые технологические процессы происходят на заводе. Это позволяет достичь высоких показателей по срокам изготовления и качеству конструкций. Кроме того, изготовление предварительно напряженных ЖБК возможно, как правило, только в заводских условиях.
Недостатком заводского способа изготовления является невозможность выпускать широкий ассортимент конструкций. Особенно это относится к разнообразию форм изготавливаемых конструкций, которые ограничиваются типовыми опалубками. Фактически, на заводах ЖБИ изготавливаются только конструкции, требующие массового применения. В свете этого обстоятельства, широкое внедрение технологии сборного железобетона приводит к появлению большого количества однотипных зданий, что, в свою очередь, приводит к деградации архитектуры региона. Такое явление наблюдалось в СССР в период массового строительства.
Большое внимание на заводе ЖБИ уделяется технологической схеме изготовления. Используется несколько технологических схем:

  • Конвейерная технология. Элементы изготовляют в формах, которые перемещаются от одного агрегата к другому. Технологические процессы выполняются последовательно, по мере перемещения формы.
  • Поточно-агрегатная технология Технологические операции производят в соответствующих отделениях завода, а форма с изделием перемещается от одного агрегата к другому кранами.
  • Стендовая технология. Изделия в процессе изготовления остаются неподвижными, а агрегаты перемещаются вдоль неподвижных форм.

В предварительно напряженных конструкциях применяют два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон, а также два основных способа натяжения арматуры: электротермический и электротермомеханический.

Изготовление монолитных железобетонных конструкций

При изготовлении монолитных железобетонных конструкций следует учитывать, что физико-механические характеристики арматуры относительно стабильны, а вот те же характеристики бетона изменяются во времени. Необходимо всегда находить компромисс между запасами при конструировании и проектировании (выбор форм и сечений — выбор между надежностью, «жизнью», но тяжестью массивных конструкций и между изяществом, ажурностью, легкостью, но «мертвостью» конструкций с большим модулем поверхности), стоимостью и качеством исходных материалов, затратами на изготовление монолитных железобетонных конструкций, усилением оперативного контроля работниками ИТР на всех этапах, назначением мероприятий по уходу за бетоном, защитой его во времени (созданием условий для наращивания во времени его характеристик, что может понадобится к моменту начала эксплуатации для сопротивления прогрессирующему разрушению), контролем динамики набора основных прочностных и деформативных характеристик бетона. То есть, очень много зависит от того, с чьих позиций проектируют конструкции и технологию, исполняют и контролируют работы, и что ставится во главу угла: надежность и долговечность, экономичность, технологичность выполнения, безопасность эксплуатации, возможность дальнейшего применения путем усилений и реконструкций, так называемый рациональный (англ. sustainable) подход, то есть проектирование от обратного (сначала думаем, как следующие поколения будут все это разбирать и заново использовать).

Читать еще:  Фундамент из ФБС для дома из газобетона

Защита железобетонных конструкций полимерными материалами

Для защиты железобетонных конструкций применяются специальные полимерные составы, позволяющие изолировать поверхностный слой железобетона от негативных влияний внешней среды (химические агенты, механические воздействия). Для защиты железобетонного основания применяют различные типы защитных конструкций, позволяющих модифицировать эксплуатационные свойства минеральной поверхности — увеличить износостойкость, уменьшить пылеотделение, придать декоративные свойства (цвет и степень блеска), улучшить химическую стойкость. Полимерные покрытия, наносимые на железобетонные основания, классифицируют по типам: обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия, наливные полы, высоконаполенные покрытия.
Другой метод защиты железобетонных конструкций заключается в покрытии арматуры фосфатом цинка. Фосфат цинка медленно реагирует с коррозирующим химикатом (например щёлочью) образуя устойчивое апатитное покрытие.

Одна из самых высоких статуй в мире — Родина Мать на Мамаевом кургане — построена из железобетона.

Все о бетоне

К сожалению, ученые не знают, когда и кто начал смешивать размоченную землю или глину с камнями. Есть только данные археологов — возраст построек, в которых обнаружили бетон, приблизительно 6000 лет. Первые образцы обнаружили в Древней Месопотамии, а в Древнем Риме бетон применяли во многих строениях.

Согласно археологическим исследованиям, история бетона началась со смеси гравия и красной природной извести: в древней хижине на берегу Дуная нашли пол толщиной 25 см. Причем такой извести в этой местности не было, ее доставляли по реке на расстояние до 400 км. Это свидетельствует о том, что древние строители хорошо знали о бетоне, его преимуществах, свойствах и способе изготовления, и специально изготавливали его, несмотря на сложности.

Интересна история бетона в странах Азии — Великую Китайскую стену и многие древние храмы Индии возводили с применением бетона. Потом в качестве связующего начали применять известь, что существенно улучшило его физические показатели. Наиболее «оригинальные» и богатые строители добавляли в бетон яичные желтки. В африканских странах для изготовления бетона использовали глину.

Многие ученые утверждают, что применять материал начали задолго до даты, определенной археологами. Но эти строения не сохранились до наших дней.

Настоящий расцвет бетон получил с появлением портландцемента — поистине уникального строительного материала. Одно из наиболее привлекательных свойств портландцемента — прочность бетона из него со временем увеличивается. Около 50% максимальной прочности он набирает за первые 10–14 дней, дальше набор прочности может продолжаться десятилетиями.

Портландцемент начали массово использовать с середины 19 века. Изобретение вибраторов позволило существенно увеличить прочность бетона и расширить сферы применения.

В дальнейшем история бетона тесно связана с использованием арматуры — появилась возможность создавать очень прочные и относительно легкие строительные и инженерные конструкции. Первым начал применять железные прутья для усиления бетона британец Уилкинсон (1854 год), в дальнейшем многие строители совершенствовали технологию изготовления железобетона.

В 20-м веке разработали технологию производства предварительно нагруженных железобетонных конструкций, после чего бетон стали применять во всех наиболее ответственных строительных конструкциях. Железобетон и сейчас занимает одну из лидирующих позиций среди всех существующих строительных материалов.

Процесс уменьшения линейных размеров (объема) бетона с течением времени в результате химических, физических, физико-химических процессов называется усадкой.

Виды усадки в зависимости от времени прохождения процессов:

  • до затвердевания, или пластическая — усадка свежеуложенной уплотненной бетонной смеси;
  • твердеющего бетона — до достижения проектного возраста;
  • бетона зрелого возраста — после достижения проектного возраста.

Виды усадки в зависимости от её причин:

  • Контракционная — усадка в результате физических и химических процессов при реагировании исходных веществ в цементном камне (гидратация);
  • Карбонизационная — усадка, появляющаяся в результате химических процессов между продуктами гидратации и компонентами, проникающими из внешней среды;
  • Радиационная и влажностная при высыхании — усадка, образующаяся в результате физических и физико-химических процессов, приводящих к обезвоживанию, то есть удалению воды из структуры бетона.

Сразу после укладки и уплотнения бетона (первые 4–6 часов), если вода испаряется из смеси, развивается пластическая усадка. Деформации достигают до 2-3% объема бетона и пропорциональны объему испарившейся воды. Пластическая усадка бетонной смеси категорически недопустима, так как это необратимо ухудшает свойства бетона.

Деформации усадки при постоянных условиях внешней среды развиваются длительное время. В процессе химической реакции гидроксида кальция с углекислым газом образуется карбонит кальция, а образующиеся гидросиликаты кальция впоследствии разлагаются. Это и служит причиной усадки, поскольку первоначальный объем реагирующих веществ больше объема получившихся новообразований. Эти процессы идут до установления гигрометрического равновесия промежуточных значений.

Явление, в результате которого объем результирующих новообразований становится меньше суммарного объема веществ, вступающих в реакцию, называется контракцией. Обычно она составляет около 3-5 мл на 100 г цемента.

Общая контракция разделяется на контракционную пористость и контракционную усадку.

  • контракционная пористость представляет собой появление внутри цементного камня сферических пор в результате его гидратации.
  • контракционная усадка — уменьшение объема цементного камня в целом.

Соотношение между объемами контракционной усадки и контракционной пористости зависит от свойств цемента и может быть различным.

На нормативную прочность бетона при растяжении (R н р) влияют те же факторы, что и на прочность при сжатии, причем особенно существенное значение здесь имеет неоднородность структуры бетона. Хотя разные факторы сказываются на величинах R и R н р по-разному. Увеличение расхода цемента увеличивает прочность R н р значительно меньше, чем R. Повышение расхода цемента на 33% увеличивает R на 28,5%, а R н р всего на 12,5%. С ростом В/Ц (водоцеметное соотношение) сопротивление разрыву уменьшается меньше, чем сопротивление сжатию.

Кроме того, величина R н р зависит от зернового состава заполнителя и видов зерен. Песок и гравий с округленными зернами обуславливают меньшую величину прочности нежели песок и щебень с шероховатыми угловатыми зернами. А на величину R эти факторы влияния не оказывают.

При сравнении показателей прочности у бетонов разных марок выясняется, что отношение R н р/R уменьшается с повышением марки, то есть получается, что бетоны высоких марок обладают относительно меньшей прочностью на растяжение.

Стандарты не требуют специальных испытаний бетона на растяжение и не дают никаких указаний о размерах и форме образцов. Однако, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки по сечению образца, он должен иметь длину, превышающую поперечный размер не менее чем в 3 раза. Разрывное усилие, как правило, передается через специальные заплечики на концах образца. Важно перед испытанием предохранить образцы от резких перепадов влажности и температуры, так как это оказывает большое влияние на результат. Также окончательный результат испытаний зависит от точности установки в машине и правильной геометрической формы образца. Эксцентрицитет и самый незначительный перекос могут сильно отразиться на показателе R н р.

При данной методике испытания на растяжение, показатель прочности, вычисленный по формуле Np/Fполучается весьма условным. Нередко образцы разрушаются возле заплечиков, где возникают значительные концентрации напряжения. Но даже при разрыве между заплечиками найденная плотность не менее условна, поскольку разрыв происходит чаще всего по поверхности соприкасания цементного камня с камневидными составляющими. А так как эта поверхность совершенно случайная, то разброс показателей выходит довольно большой.

Как и при сжатии, огромное значение имеет размер поперечного сечения образца: большие значения R н р имеют образцы с меньшим поперечным сечением.

Прочность бетона при растяжении довольно невелика и составляет от 1/8 до 1/17 от его прочности при сжатии.

Есть несколько способов повысить прочность бетона при растяжении. Лучшие увеличивают плотность бетона. Самый простой — правильный подбор состава бетона и применение цементов высокой прочности. Помогает также примесь разных добавок – тонко измельченных каменных материалов, трасов и пуццоланов. Лучшее средство повышения прочности при растяжении — хорошее уплотнение бетона путем вибрирования, вакуумирования, виброштампования или центрифугирования.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector