Цемент, бетон и ЖБИ: история
ЖБИ сегодня являются одним из самых популярных и адекватных по цене строительных материалов. Практически для всех строительных работ применяются какие-либо ЖБИ, сборные или монолитные конструкции. А без бетонных смесей просто невозможно представить, а тем более осуществить строительство объектов.
ЖБИ – главный компонент при возведении фундамента. Для этого с успехом применяются, как готовые ЖБИ, так и сборные блоки, и сваи, кроме того, достаточно популярна технология монолитного создания фундамента. Все виды фундаментов – свайно-ростверковые, буроинъекционные и буронабивные, включают какие-либо части ЖБИ. В основе несущих перекрытий всех зданий лежат железобетонные плиты. Длина монолитных конструкций может достигать 12 метров. Также нашли широкое применение железобетонные лестничные марши, трубы, перемычки для окон и дверей, коллекторы и плиты. Быстрая доставка бетона бетоносмесителями дала уникальную возможность для осуществления крупномасштабных проектов по строительству домов, дорог, мостов, плотин и эстакад.
История производства цемента
В основе всех ЖБИ лежит цемент. В прошлые столетия в качестве его альтернативы активно применялись смеси на основе глины, извести и гипса. Основным их назначением была кладка и штукатурка стен. До сих пор цементные и известковые растворы с успехом используются для этих целей. Использование гипса не нашло столь высокой популярности из-за его высокой влагопоглощающей способности.
По данным археологических исследований возраст некоторых найденных во время раскопок бетонных элементов составляет около 7500 лет до н.э. Во времена римского правления активно развивалось монолитное бетонирование. «Римский бетон» коренным образом отличался от своего современного аналога, но ряд сооружений из него смогли сохраниться до наших дней. После этого наступил длительный период в истории, когда людям не удавалось воспроизвести римский аналог и его связующую пуццолановую основу. И только в 1796 году англичанину Джеймсу Паркеру удалось это сделать. Его продукт – романцемент – был получен в результате обжига смеси, состоящей из глины и извести, при температуре около 800-900 градусов. При этом современный портландцемент получают путем термообработки исходного сырья при температуре 1400-1500 градусов, чем достигается его полное спекание. Полученный романцемент не обладал надежными свойствами, что послужило поводом для дальнейших исследований.
Тем временем практически одновременно, но независимо друг от друга Джозеф Аспдин в 1824 г в Англии и Егор Челиев в 1825 году в России создают новый строительный материал – портландцемент, обладающий уникальными вяжущими свойствами. Но «слава героя» досталась англичанину, хотя «цемент Челиева» уже с 1813 года активно использовался для воссоздания разрушенного во время московских пожаров Кремля.
Созданный портландцемент и методики его изготовления актуальны до настоящего времени и с успехом применяются в современном строительстве. Методика производства незначительно изменилась за счет возможности точного дозирования исходных компонентов, но суть технологии полностью соответствует цементу XIX века.
История создания бетона – будущей основы железобетонных конструкций
В основе производства бетона лежит процесс создания смеси на основе цемента с добавлением щебня, песка и воды. Эта, на первый взгляд, простая технология стала инновацией XIX века в области строительства. В современном понимании к бетонам относятся смеси, составленные на цементной основе с различными типами наполнителей различного калибра. Для монолитного строительства имеются специально разработанные товарные бетоны, а для производства железобетона – конструкционные бетоны.
Первый бетон проявил отличные влагостойкие и морозоустойчивые качества, а также высокую ударную и жаропрочность. Современный бетон схож со своим прародителем и отличается только лишь возможностью точного составления рецептов и нормирования компонентов при его производстве. Современное строительство занимается лишь разработкой различных добавок, позволяющих улучшить рабочие и сохранные качества бетона, без изменения его структурной основы.
Применение бетонов для строительства стало повсеместным. Они проявляли уникальные качества, идеально подходящие для строительства объектов различного типа. Их высокая сохранность при разных температурных условиях и различном уровне влажности, предельная степень жесткости, жаропрочность, высокая прочность к сжатию и водонепроницаемость сделали их невероятно популярными. Но они обладали низкой стойкостью к растяжению, что ограничивало их использование для масштабного строительства. Распространенным материалом для опорных конструкций было железо, однако оно обладало высокой склонностью к коррозии и теряло свои свойства при чрезмерном нагревании. Это стало толчком для будущего производства нового материала на их основе – железобетона, который соединит в себе лучшие характеристики бетона и железа.
Новая эра в строительстве – создание железобетона
Толчок был дан, и уже во второй половине XIX века начались эксперименты по соединению бетона и цемента. При этом не возникало никаких трудностей по размещению металлической арматуры в бетонном растворе. Образуемый материал – ЖБИ – обладал невероятной прочностью и представлял собой новый единый композитный строительный материал, обладающий новыми уникальными свойствами.
Обладателем первого патента на производство ЖБИ в 1854 году стал Уильям Уилкинсон. Свойства его ЖБИ несколько отличались от современных аналогов, но суть их была такой же. Железобетонные материалы стали основой для строительства перекрытий. Сегодня железобетонные плиты также являются самым востребованным материалом в современном строительстве.
В это же время француз Франсуа Куанье занимается изучением свойств железобетона на практике. Он строит дома на основе ЖБИ, а в 1861 году выпускает книгу, описывающую методы использования бетона и железобетона в строительстве. В 1865 году ему удается построить дом в Нью-Кастле, полностью состоящий из железобетонных конструкций.
Но ни опыт Уилкинсона, ни строительство Куанье не обеспечили популярность ЖБИ. Главным основателем железобетонных конструкций считается французский садовник Жозеф Монье, которому удалось сделать железобетон и ЖБИ самыми популярными строительными материалами.
«Случайность» Джозефа Монье или уникальное открытие в области строительства?
Согласно легенде, Джозеф Монье решил посадить апельсиновое дерево, но у него не было подходящей кадки, и он решил сделать ее из бетона. Частый полив привел к тому, что на ее стенках стали образовываться многочисленные трещины, и он решил укрепить ее железными кольцами. Но кольца покрылись слоем ржавчины, поэтому садовнику пришлось замазать их раствором бетона. Так просто и банально была сделана первая железобетонная конструкция, которая приобрела невероятную известность. Это удивительное событие произошло в 1861 году, когда Франсуа Куанье опубликовал свой труд по строительству с использованием ЖБИ. Пользовался ли Монье его материалами – остается загадкой, но в 1867 году он становится счастливым обладателем патента на изобретение садовых кадок на основе железобетона и становится его главным изобретателем.
Монье продолжал работу и сумел создать первый бассейн на основе железобетона. Затем в период с 1869 по 1880 ему удалось получить патенты на производство железобетонных труб, резервуаров, моста, шпал, блоков, а затем объединить их в единый патент, чтобы запатентовать свои достижения на территории Германии и России.
Далее работы в этой области продолжил Гюстав Вайс, который приобрел у Монье патент на использование ЖБИ в Германии. На основе проведенных исследований, он решил изменить положение арматуры в бетонном блоке: из середины, как у Монье, в нижнюю часть блока. Монье не сразу принял идею Вайса, но потом был вынужден согласиться. Согласно этой находке, Вайсу удалось не только повысить прочность ЖБИ, но и увеличить длину железобетонных перекрытий до 5 метров. Проделанная ими общая работа стала основой для широкой популяризации железобетона и ЖБИ практически во всех строительных отраслях. Хотя каждый из исследователей, занимавшихся этим вопросом, внес свой ощутимый вклад в эту область строительства.
Сегодня строительство невозможно представить без высококачественного цемента, хорошего бетона и высокопрочных ЖБИ. Это позволяет осуществлять строительство не только зданий, но и масштабных объектов, наделяя их высокой прочностью и надежностью эксплуатации.