Когда был изобретен бетон

История возникновения и использование бетона, цемента

Происхождение бетона

Много было написано о большом количестве значимых зданий Римской империи построенных с использованием «бетона» в качестве основного конструкционного материала. Многие исследователи полагают, что первое использование настоящих цементных связующих (в отличие от обычной извести, обычно используемой в древних сооружениях) произошло в южной Италии в о втором веке до нашей эры.

Особый тип вулканического пепла называемый «пуццолан», сначала использовали около Поццуоли в заливе Неаполя, он широко использовался римлянами в их цементе. Совершенно очевидно, что при строительстве Порта Aemelia, большое сооружение построенное в 193 г. до н.э., пуццолан был использован для связывания камней вместе, чтобы получить «бетон». Этот необычный пепел реагирует химически с известью и водой, укрепляясь в твердую как скала массу, даже при полном погружении в воду. Римляне использовали его для мостов, доков, ливневых стоков и водопроводов, а также для зданий.

Римский бетон

Римский бетон укладывался слоями в виде раствора вручную между камнями различных размеров. Этот раствор обкладывали глиняными камнями с обеих сторон, если это была нижняя часть строения, а для создания стен камни служили формой для «бетона». Известно, что эти кирпичи имели не конструктивное значение а использовались для облегчения строительства и, как элементы декора. Нет сомнений, что материал «пуццолан» сделал этот тип конструкций возможным, так как он был использован во всем Риме и районе Неаполя, но не встречался в северной Италии, и в других местах в Римской империи.

Большинство общественных зданий, в том числе Пантеон, и модные резиденции в Риме использовали бетонные кирпичи для возведения стен и сводов. Купол Пантеона, построенный во втором веке нашей эры, несомненно, является одним из строительных шедевров всех времен. Это очень сложная конструкция с большим количеством уменьшающих вес пустотами, нишами, и небольшими сводчатыми потолками. Строители Пантеона знали достаточно, чтобы использовать очень тяжелые элементы на уровне земли и уменьшали плотность конструкции выше в стенах и в самом куполе, чтобы уменьшить вес конструкции. Большой пролет Пантеона в 142 фута затмил маленькие предыдущие пролеты и создал эффект не меньше, чем архитектурная революции с точки зрения восприятия внутреннего пространства.

Вероятно, из-за отсутствия и недоступности пуццолана во всем мире, этот вид бетона не использовался в других местах и камне-кирпичная кладка по прежнему была доминирующим строительным материалом для большинства значительных строений в мире на протяжении многих веков. Еще один вид бетона был использован в восемнадцатом веке во Франции, где стены из оштукатуренного щебня эмитирующего каменную кладку стали модными. Франсуа Куантеро, каменщик в Лионе, искал экономичный способ создания несгораемых стен с помощью цементного раствора в сочетании с очень древней глинобитной техникой или «спрессованной землей». Глинобитная техника подразумевает использование древесной опалубки заполняемой глиной с землей или соломой с последующей утрамбовкой, но использование новых и сильных цементов сделало процесс утрамбовки ненужным. В 1824г. Джозеф Аспдин, английский каменщик, запатентовал улучшенный цемент, который он назвал Портлендским цементом, поскольку он напоминает природный камень который добывали на соседнем острове Портленд.

Считается, что Аспдин был первым, кто использовал высокие температуры для нагрева глинозема и кварцевых материалов до точки стеклования, в результате чего происходило сплавление. Цемент все еще таким же методом делается и сегодня. В девятнадцатом веке бетон был использован в Европе для зданий, в основном промышленного характера, так как этот «новый» материал не имел социальной преемственности как камень или кирпич.

Использование армирования

Существует разногласие среди исследователей, относительно первого реального использования армирования в бетоне. Скорее всего в качестве первого успешного примера был господин Лэмбот крупный землевладелец на юге Франции.

При строительстве нескольких небольших гребных лодок Жан-Луи Ламбо в начале 1850-х годов, укрепил свои лодки железными прутьями и проволочной сеткой.

У него появились планы по использованию этого материала в строительстве, поэтому он подал заявку на патент во Франции и Бельгии в 1856 году, описывая бетон следующим образом:

«улучшенный строительный материал, который будет использоваться в качестве заменителя древесины в военно-морских и архитектурных сооружениях, а также для бытовых целей, где следует избегать сырости»

В 1854 году штукатур, Уильям Б. Уилкинсон Ньюкасл-апон-Тайн, возвел небольшой двухэтажный коттедж, укрепляя бетонный пол и крышу железными прутьями и проволочным тросом, и получил патент на этот вид строительства в Англии. Он построил несколько таких конструкций и таким образом стал прародителем первых железобетонных зданий.

В 1867 году Джозеф Монье, французский садовник, получил патент на некое усиление садовых ванн, а позже запатентовал некие усиленные балки и сваи используемые для ограждения дорог и железных дорог. В последствии было доказано, что Монье никогда не знал, как Уилкинсон, сделал свое армирование, чтобы увеличить сопротивление балки.

Армирование пола

Первое широкое применение портландцементного бетона в строительстве зданий происходило под руководством французского строителя, Франсуа Куане. Он построил несколько больших домов из бетона в Англии и Франции в период 1850-1880, с первым использованием железных прутьев в полу, чтобы сохранить стены от разъезжания, а позже использовал арматуру, как изгибаемые элементы.

Первой вехой в железобетоне стала постройка американского инженера-механика, Уильяма Э. Уорда, в 1871-1875. Этот дом стоит сегодня в Порт-Честер, штат Нью-Йорк. Это стало известно благодаря усердию, с которым г-н Уорд вел все его дела, исследуя и документируя все. Он хотел надежный дом, потому что его жена ужасно боялась огня и поручил дизайн и проектирование архитектору Роберту Муку в 1870 году. Как и здание Койента, это должно было быть сделано так, чтобы напоминать каменную кладку и быть социально приемлемым решением. Г-н Уорд занимался всеми техническими и строительные вопросы сам, проводил долгосрочные нагрузочных испытания и другие эксперименты. Он использовал французское слово для бетона, «beton», а в 1883 выступил с докладом на дому к Американскому обществу инженеров-механиков, названным «Бетон в комбинации с железом в качестве строительного материала». Его аудитория, по определению, была гораздо более заинтересована в уникальных системах водоснабжения и отопительных систем, которые он проектировал, чем в железобетоне.

В 1879 году Г. А. Вайс, немецкий строитель, купил патентные права на систему Монье и стал применять железобетонные конструкции в Германии и Австрии, рекламируя это как система Вайс-Монье. Многие из этих зданий были построены также и во Франции.

Монолитная рамная конструкция

В конце девятнадцатого века происходило параллельное развитие каркасных железобетонной конструкции Г. А. Вайса в Германии / Австрии, Эрнеста Л. Рэнсома в Соединенных Штатах, и Франсуа Эннибека во Франции.

В 1870 Эрнест Л. Рэнсом был управляющим успешной компании по производству бетонных блоков как искусственного камня в Сан-Франциско. Он впервые использовал армирование в 1877 году, а в 1884 году он запатентовал систему, используя витые квадратные пруты, чтобы увеличить сцепление между бетоном и арматурой. Его крупнейшим работой на то время был Леланд Стэнфорд — музей в Стэнфордском университете, первое здание в котором была использована технология при которой бетонный наполнитель (камень) с наружи не был закрыт самим бетоном (оголен).

Он также был ответственным за ряд производственных зданий в Нью-Джерси и Пенсильвании, например, 1903-1904 строительство механического цеха Келли и Джонса в городе Гринсбург, в Соединенных Штатах.

Здание Ингалс, заметное здание в Цинциннати, было построено в 1904 году с использованием системы Рэнсома. Разработанный фирмой Элзнер и Хендерсон, это был первый бетонный небоскреб, состоящий из 16 этажей (210 футов).

По другую сторону Атлантики, Франсуа Эннебек, каменщик, оказался успешным подрядчиком в Париже, начал строить железобетонные дома в конце 1870-х. Он получил патенты во Франции и Бельгии на систему строительства Эннибека и приступил к созданию своих представительств в крупных городах. Он развивал новый метод путем проведения конференций и разработки стандартов в пределах своей собственной сети компании. Большинство его зданий (как Рэнсом) были промышленные.

Во времена подъема компании Эннибек выполнял более 1500 контрактов в год. Более чем любой другой человек, он был причиной быстрого роста железобетонных конструкций в Европе.

Бетонные купола и своды

Железобетон позволял делать здания новой формы – с тонкими стенами. В 1930 году Эдуардо Торроха, блестящий испанский инженер, разработал невысокий купол 3,5-по толщине и 150-футов шириной для рынка в Альхесирасе, используя стальные тросы для растяжки. Торроха также был автором элегантной консольной крыши стадиона в Мадридском ипподроме в 1935 году.

Мастер панельных конструкций, безусловно, был математик-инженер-архитектор Феликс Кандела испанского происхождения. Практикуя в основном в Мехико, он разработал лабораторию космических излучений, с 5/8 дюймовой толщиной крыши, для университета Мехико. Он сделал параболоидную форму свода, своим товарным знаком и, пользуясь дешевизной рабочей силы, построили много заводов и церквей в окрестностях Мехико, используя эту форму. Его наиболее ярким строением стало здание ресторана в Хочимилко, построенное в 1958 году, состоящее из шести одинаковых параболоидных сводов.

Дальнейшее использование бетона в современной архитектуре

Архитектор Ле Корбюзье всегда расходится во мнениях со своим работодателем, не желая использовать классическую дизайнерскую базу для проектирования. Ле Корбюзье чуть позже, стал очень уважаемым архитектором современной эпохи, работая почти полностью только с железобетоном. Среди его знаменитых работ такие: Вилла Савой (из панелей плоской конструкции, 1931), многоквартирные дома на Пилотэс в Нанте и Марселе (в конце 1940-х годов), Часовня Рончамп (со стенами из забетонированной каменной кладки, 1957), монастырь Ла- Туретта (1959), и правительственный комплекс на Чандигарх в Индии (1961). Больше чем его современники, Ле Корбюзье увлекался игрой естественного света, как элементом дизайна, а бетон с его разнообразной текстурой поверхности ему в этом помогал.

Фрэнк Ллойд Райт заявлял о преимуществах пластичности железобетона в монолитных строительствах, но он не воспользоваться этим до конца своей карьеры.

В 1919 году Мис ван дер Роэ предложил идею конструктивной основы в высотных зданиях с консольной плитой перекрытия, но Райт воплотил эту идею в жизнь в своей работе Башни Джонсона Воск на Расин, штат Висконсин. Весь комплекс Джонсон был признан одним из лучших творений Райта.

Высокопрочный бетон и высотные здания

Развитие высотного строительства из бетона шло медленно от момента строительства здания Ингаллс в 1904 году. Гиганты и середнячки 1930-х годов были все из стальных конструкций. Но Башня Джонсон Воск, послужил толчком для башен-близнецов Бертран Голдберг Марина-Сити, хотя это и совершенно разные масштабы. Высотка Чикаго 60story, возведен в 1962 году, ознаменовала начало использования железобетона для строительства современных небоскребов, и составила конкуренцию строениям на стальной раме. Плэйс Виктории в Монреале, построенная в 1964 году, достигла высоты 624 фута.

Читать еще:  Мелкозаглубленный ленточный фундамент не зарывайте фундаменты вглубь

Бетон повышенной прочности оказался ключом к увеличению высоты зданий, поскольку они сохраняют разумный размер колонн на нижних этажах. Shell Plaza в Хьюстоне достигла 714 футов в высоту, в 1970 году. Район Чикаго, с его многочисленными запасами высококачественной летучей золы (которая помогает достичь более прочных характеристик водно/цементного состава), породил наибольшую концентрацию высотных зданий из усиленного бетона. 70-этажная башня Lake Point достигла 645 футов в 1968 году. Water Tower Place достигла 859 футов в 1973 благодаря применению пластификаторов бетона.

В 1989 году здание Шотландия Plaza в Торонто было построено до высоты 907 футов, в 1990 году еще две башни в Чикаго превысили 900 футов в высоту и есть запланированные здания еще большей высоты.

История появления бетона.

Откуда навык этот — неведомо.

Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко в глубь веков. Очевидно лишь то, что он не возник таким, каким мы его знаем сегодня, а, как большинство строительных материалов, прошел длинный путь развития.

Наиболее ранний бетон, обнаруженный археологами, можно отнести к 5600 г. до н. э. Он был найден на берегу Дуная в поселке Лапенски Вир (Югославия) в одной из хижин древнего поселения каменного века, где из него был сделан пол толщиной 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести, доставлявшейся вверх по течению реки более чем за 400 км от места добычи.

История бетона неразрывно связана с историей цемента. Древнейшими вяжущими веществами, используемыми человеком, являлись глина и жирная земля, которые после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность.

Использование глины в строительстве восходит приблизительно к 10 тысячелетию дс н. э. На основе глины и жирной земли приготавливались смеси типа растворов и бетонов, которые в те Далекие времена широко применялись при строительстве самых различных построек и сооружений; начиная от простейших глинобитных (землебитных) домов до громадных храмов — зиккуратов (рис. 4).

Римский писатель и ученый Плиний Старший (23—79 гг. н. э.) в «Естественной истории» с восхищением пищет о видендых им в Африке и Испании «формованных» стенах таких построек. . Веками стоят они, не разрушаемые ни дождем, ни огнем, более прочные, чем сделанные из бутового камня. В Испании,— пишет он,— до сего дня стоят сторожевые вышки и башни Ганнибала из глины, построенные на вершинах гор.

Рис. 4. Зиккурат.

Плиний недаром называл такие стены «формованными» так как они, действительно, изготавливались путем трамбования (формования) влажного грунта или глины с камнем, уложенных между деревянными щитами опалубки, и в этом смысле являлись прообразом современных монолитных бетонных стен.

По мере развития и усложнения строительства возрастали требования, предъявляемые к вяжущим веществам. Считается, что более чем за 3 тыс. лет до н. э. в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие, такие, как гипс, а позднее — известь, которые получали посредством умеренной термической обработки исходного сырья.

Вместе с производством вяжущих расширялось применение растворов и бетонов. Вероятно, первыми шагами в освоении бетона было помимо полов сооружение траншей для фундаментов зданий, которые заполнялись галькой или обломками битого камня, затем заливались раствором глины, битума или извести с песком и превращались со временем в плотную и относительно прочную массу.

Отдельные примеры связывания мелких камней растворами или использование раствора с крупным заполнителем были известны в глубокой древности у египтян, вавилонян, финикийцев и карфагенян. Наиболее раннее применение бетона в Египте, обнаруженное в гробнице Тебесе (Теве), датируется 1950 г. до н. э. По сведениям Плиния Старшего, бетон был применен при строительстве галерей египетского лабиринта и монолитного свода пирамиды Нима задолго до нашей эры.

Одним из первых начали применять бетон народы, населяющие Индию и Китай. Великая китайская страна, строительство которой было начато в 214 г. до н. э., сооружена в основном из бетона. Приготовление бетона и формование из него стен состояло в следующем. Вначале одна часть известкового теста тщательно перемешивалась с двумя частями песка и гравия или песка, строительного мусора и земли. Полученная сухая (очень жесткая) бетонная сместь с небольшим содержанием воды укладывалась слоями толщиной около 12 см между деревянными щитами опалубки и усиленно уплотнялась деревянными трамбовками. После такого уплотнения поверхность каждого слоя слегка увлажнялась водой и на него укладывался следующий бетонный слой. Процесс повторялся до полного возведения стены. Такой метод строительства довольно широко применялся в Китае еще в 20-х годах нашего века при строительстве домов, школ, бань и пагод.

Народы, жившие на островах Эгейского моря и в Малой Азии, начиная с VII—VI вв. до н. э. применяли растворы на жирной извести с гидравлическими добавками при строительстве отдельных зданий и гидротехнических сооружений. В Индии уже в наше время в храмах и дворцах знати были обнаружены хорошо сохранившиеся бетонные «набивные» полы (IV—V вв. до н. э.).

Искусство производства бетона постепенно распространялось в Восточном Средиземноморье и примерно к 500 г. до н. э. достигло Древней Греции, где для покрытия стен, в том числе из необожженного кирпича, использовался мелкозернистый известковый бетон. Таким образом были отделаны дворцы царей Креза (560—546 гг. до н. э.) и Атталы. Впоследствии бетон стал применяться в виде бутовой кладки. Пространство между двумя рядами каменной стены заполнялось крупными камнями, а затем заливалось известковым раствором. Витрувий в своем трактате довольно подробно описал несколько видов такой кладки.

Можно предположить, что римские бетонные стены и другие подобные конструкции развились как раз из греческой бутовой кладки путем постепенного расширения бутобетонного ядра за счет уменьшения толщины каменных стен, которые из главного элемента кладки постепенно превратились в тонкую оболочку, играющую уже подсобную, второстепенную роль.

Заметное применение бетона на территории древнеримского государства началось примерно с конца IV в. до н. э. и продолжалось около-700 лет. За это время в его развитии, как в живом организме, можно проследить четыре важных этапа: рождение, быстрый рост, зрелость и гибель этого материала.

Так, зарождение бетона, т. е. медленное и постепенное внедрение его в римскую строительную практику, длилось более двух столетий (до I в. до н. э.). Второй этап, продолжавшийся до II в. н. э., сопровождался ускоренным ростом и широким распространением объемов бетонного строительства по всей Римской империи и прилегающим к ней странам. На третьем этапе (в период так называемой зрелости) бетон развивался не так стремительно, но с заметным улучшением свойств, технологии изготовления и принятия новых конструктивных решений. Это был этап качественного роста и развития больших потенциальных возможностей, который продолжался с начала II в. и примерно до середины III в. н. э. Наконец, заключительный, четвертый этап, продолжался менее ста лет и закончился в начале IV века н. э.

Указанное деление эволюционного развития римского бетона на отдельные этапы довольно условно, но позволяет схематично показать весь путь, который прошел этот материал за семь веков своего существования.

Источник книга «Римский бетон». Автор В.А.Кочетов

Когда изобрели цемент: кто придумал и в каком году, история появления

История цемента как строительного материала насчитывает много лет, в течение которых менялись его структура, состав и технические характеристики с целью улучшения качеств и определения самого удачного варианта. Сегодня цемент является одним из основных строительных материалов, ведь представить осуществление каких-либо работ без бетона очень сложно.

Цемент представляет собой неорганическое гидравлическое вяжущее искусственного происхождения, которое в процессе взаимодействия с водой и другими жидкостями создает пластичную массу, способную затвердевать и превращаться в каменный монолит с высокими прочностными характеристиками. Особенность цемента – способность набирать прочность в условиях влажности, что не могут делать другие минеральные вяжущие (воздушная известь, гипс и т.д.).

Основным показателем свойств цемента является его марка: буква М и цифры рядом обозначают уровень прочности на сжатие и другие сопутствующие характеристики (М200, М500). Производят цемент посредством тонкого помола гипса и клинкера (продукт равномерного обжига до состояния спекания однородного сырья из глины и известняка). В процессе измельчения в состав могут вводиться разные добавки для изменения свойств.

Читайте также: про строительство и ремонт.

Виды цемента по основному минералу:

Романцемент – больше белита, сейчас его не производят.
Портландцемент – больше алита, самый распространенный.
Магнезиальный (цемент Сореля) – на базе магнезита, затворяется только водным раствором солей.
Глиноземистый – преобладает алюминатная фаза.
Биоцемент – появился благодаря использованию в производстве биотехнологий.
Кислотоупорный – на базе гидросиликата натрия: смесь кремнефтористого натрия и кварцевого песка затворяют водным раствором жидкого стекла.

Чаще всего используют портландцемент, который производят путем нагрева глины и известняка до +1450-1480 градусов. Смесь плавится, формируя гранулы клинкера, который потом смалывают с гипсом.

Основные фазы типичного клинкера для производства портландцемента:

    Алит – самый важный компонент клинкера (его в составе 50-70%), быстро вступает в реакцию с водой, влияет на прочность, особенно важен для 28-суточной прочности.
    Белит – 15-30% в составе, в реакцию вступает медленно, на прочность влияет мало в течение 28 суток, но потом повышает показатель.
    Алюминат – 5-10%, реагирует с водой быстро, может стать причиной слишком быстрого схватывания (для препятствования этому часто добавляют гипс).
    Феррит – 5-15% в составе, скорость реакции с водой может быть разной, но обычно высокая вначале, замедляется позже.

Немного предыстории о материале

На вопрос о том, когда изобрели цемент, ответить трудно. Принято считать, что основные способы производства вяжущих нашли в 3-4 тысячелетии до н.э. Случилось это при обжиге горных пород и измельчении того, что получилось. Самые первые созданные искусственно вяжущие – это строительный гипс и известь.

Именно их использовали в строительстве бетонной галереи лабиринта (Египет, 3600 год до н.э.), Великой Китайской стены, Римского Пантеона, давних домов в Мексике.

Ввиду того, что глина и гипс могут затвердевать лишь на воздухе, их называют воздушными. Прочность материалы демонстрируют сравнительно невысокую. По мере изучения свойств материалов их водостойкость начали повышать добавлением мелкосмолотой обожженной глины, вулканических пород (это «пуццоланы» — название пошло от места залегания пород в городе Поццуолли, древний Рим).

С 1584 года в Москве начал действовать «Каменный приказ», направленный на производство кирпича, заготовку камня для строительных целей, а также производство извести. В течение многих лет гипс и известь оставались основными видами вяжущего. В 18 столетии в России начала интенсивно развиваться промышленность, были попытки систематизировать знания про вяжущие вещества, создавать новые виды.

Цемент был изобретен в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев смешал глину с известью и получил материал, обладающий вяжущими свойствами. Через несколько лет он издал книгу, где полностью описал процесс приготовления не только цементных материалов, но и бетон, а также рассмотрел достоинства их применения в кладке кирпичей, возведении зданий и набережных.

Читать еще:  Монолитное перекрытие в доме из газобетона

В 1824 году Джозеф Аспдин смог придумать современный портландцемент, который после смешивания с щебнем, песком и водой можно было применять в качестве бетона. Материал прекрасно выдерживал сжатие, но боялся растяжений. Тогда же начали изучать другие материалы и знали, что железные балки хорошо выдерживают растяжение, но боятся сжатия.

Практически одновременно несколько людей решили соединить свойства двух материалов для лучшего результата. На юге Франции в 1850 году Жан-Луи Ламбо построил несколько лодок из армированного железной сеткой бетона. В 1854 году британец Уильям Уилкинсон первым использовал бетонные панели, армированные железными балками, в возведении 2-этажного дома в Ньюкасле.

Тогда же примерно еще один строитель, Франсуа Куанье, во Франции решил поэкспериментировать – он первым связал стеновые панели со стальной арматурой перекрытий. Правда, в массы это не пошло. А вот ввел в практику железобетон человек, далекий от строительства. Создание железобетона стало одним из самых важных событий за всю историю строительства.

В 1846 году Джозеф Монье был назначен садовником оранжереи в известном саду Тюильри, что возле Лувра. Ему понадобились прочные садовые кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев. Монье создал несколько кадок из смеси цемента, песка, молотого кирпича, золы (бетон), но конструкция постоянно покрывалась трещинами. И тогда Монье решил укрепить их железными стержнями.

Тогда принято было считать, что железо разрушает бетон при перепадах температур, но за 3 года все кадки остались целы. Тогда Монье сделал таким же образом емкости для воды, элементы украшения ландшафта, а в 1867 году представил железобетон миру в Париже, запатентовав его использование в искусственных водоемах. Дальше были оформлены и другие патенты – на бассейны и трубы, строительные панели, конструкции мостов, шпалы и балки.

Изобретенный Монье материал в 1875 году под его же руководством был использован в строительстве небольшого моста в замке Шазелье. А потом, в 1879 году, инженер-строитель из Германии по имени Густав Вайс выкупил все патенты у Монье и усовершенствовал конструкцию, передвинув арматуру в бок максимальной нагрузки на растяжение (ведь Монье инженером не был, такие нюансы не учитывал).

Таким образом, Густав Вайс завершил работы по созданию современного железобетона. Цемент с самого момента появления был очень высоко оценен. Сегодня без него не обходится практически никакое грандиозное строительство, материал используется во всех сферах, разных изделиях, конструкциях, зданиях.

Цемент – это не какой-то отдельный строительный материал, этот термин обозначает группу веществ с определенными физическими характеристиками: порошкообразность, вязкость, способность создавать пластичную массу с водой, а после высыхания становиться монолитом. Процесс всегда односторонний, обратно вернуть ничего нельзя.

Затвердевший цемент никогда не вернется в исходное состояние. Главные компоненты цемента – маргелистые, глинистые, известковые породы, разные добавки (бокситы, шлак и т.д.). После высокотехнологичной и высокотемпературной обработки сырье сплавляется (частично или полностью), создавая алюминаты/силикаты кальция, что делает его прочным. Видов цемента много.

Добавки в цементе обозначаются буквой Д и указывают процент (Д20 – 20% модифицирующих добавок). Если цемент чистый, стоит Д0. Благодаря добавкам удается повысить такие показатели, как стойкость к воде и коррозии, морозу и солнцу, упругость и пластичность, а также другие.

Характеристики и области применения наиболее востребованных марок

Рассматривая цемент и его характеристики, нужно понимать, какой функционал возложен на материал. Главная задача вяжущего – связывание всех компонентов конструкции/изделия в монолитное целое. Существует всего 2 типа вяжущих: воздушные (твердеющие на воздухе) и те, на свойства которых оказывает воздействие вода. Воздушные вяжущие – это гипс, глина, воздушная известь, гидравлические – цемент и гидравлическая известь.

Цемент – самый часто используемый вяжущий материал, который дает возможность создавать изделия/конструкции высокой прочности. В соответствии с типом исходного сырья и добавок есть два типа цемента – портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцемент делится на быстротвердеющий материал и вяжущее с минеральными добавками.

Бетонные конструкции, в производстве которых используют цемент, могут обладать самыми разными техническими характеристиками. Добавки позволяют повышать свойства стойкости к морозу, влаге, агрессивным средам, погодным условиям, нагрузкам и т.д. Так, бетон используют для возведения домов и зданий, изделий и конструкций, даже ракетно-стартовых площадок и аэродромов.

Для обозначения максимальных показателей прочности используют понятие «марка» и цифры. Так, марка М400 указывает, что в лабораторных испытаниях затвердевший кубик из цемента с ребром 10 сантиметров при раздавливании под прессом выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Самые распространенные марки – от М200 до М500. Есть цемент М600 и выше, но он актуален для возведения военных объектов, конструкций особого назначения.

Все цементы твердеют достаточно быстро – первоначальное схватывание начинается через 40-50 минут после затворения водой, конец твердения – через 12 часов. Полную прочность цемент набирает в течение 28 суток.

Самые востребованные марки цемента:

Портландцемент М400 – прочность 400 кгс/см2, применяют в производстве бетонных/железобетонных, монолитных конструкций, сборных ЖБИ, строительных растворов для штукатурки и кладки. Также цемент используют в бетоне для производства искусственной брусчатки, элементов мощения, садовых и дорожных бордюров.
Портландцемент М500 – прочность на сжатие равна 500 кгс/см2, марка отличается быстрым схватыванием и твердением. Из цемента выполняют строительство гидротехнических сооружений, создание высокопрочных сборных ЖБИ, монолитных сооружений, проведение аварийных ремонтных работ (при условии первоначально высокой прочности) и т.д.

Сульфатостойкий цемент – используют для создания конструкций, которые будут испытывать влияние сульфатных вод, при переменном горизонте, с постоянным замораживанием/оттаиванием, увлажнением/высыханием. Делают мосты, сваи, опоры для работы в минеральных водах.
Тампонажный – для цементирования газовых, нефтяных, иных скважин.
Напрягающий – актуален для ремонта/строительства подземных емкостных конструкций бассейнов, сооружений, гаражей под землей, тоннелей и т.д.
Высокоглиноземистый цемент – дает бетонам быстрое твердение, максимальную прочность в минимальные сроки, высокую огнеупорность и стойкость к агрессивным средам. Часто такой цемент используют для восстановления прорванных труб и плотин, разрушенных мостов и дорог, в срочном создании фундаментов.
Белый и цветной портландцемент – актуален для выполнения скульптурных, архитектурно-отделочных работ, покраски бетонных, кирпичных, шлакоблочных частей сооружений/зданий.

Разные виды цемента могут отличаться по физико-техническим свойствам. Основной критерий выбора марки цемента – сфера эксплуатации изделия, конструкции, здания, предполагаемые нагрузки, условия.

Дополнительные характеристики цемента, на которые нужно обращать внимание:

Активность – проверяется путем сжимания образца до разрушения, выражается в определенных показателях.
Плотность – считают по объему свежего цемента. Имеет значение крупность помола, которая должна быть равна 1.3 т/м3, но многое зависит от условий транспортировки, хранения. Цемент может слеживаться, уплотняться, поэтому при весе 1.3 т допускается уменьшение веса, но не очень значительное.
Срок годности – с момента производства до использования должно пройти не больше 6 месяцев (но производители гарантируют заявленные характеристики лишь в течение 2 месяцев). Цемент в мешках в условиях закрытого помещения и оптимальной влажности может храниться 3 месяца, в биг-бегах – до 6.

Время застывания – добавки регулируют этот параметр, но многое зависит от сезона (в летнее время кладочный раствор застывает за 2-3 часа до первичной крепости, зимой – до 8 часов).
Стойкость к коррозии – способность твердого монолита противостоять различным агрессивным воздействиям (щелочных/химических сред).
Водопотребность – потребность сухой смеси в определенном объеме воды для получения подвижности в применении.
Тонкость помола – главный показатель дисперсности, определяется числом сухого остатка на сите при контрольном просеивании. Параметр влияет на прочность застывшего монолита.
Морозостойкость – стойкость к отрицательным температурам, способность выдерживать определенное число циклов замораживания/оттаивания. Для повышения показателя используют минеральные добавки.

История цемента показывает, что создание данного вещества стало одним из самых важных событий в ремонтно-строительной сфере. Не менее важным этапом стало и объединение бетона с металлом, открыв эру железобетонных зданий, конструкций, изделий. При выборе цемента необходимо ориентироваться на основные марки и их характеристики, обращая внимание на соответствие требованиям по проекту, условиям эксплуатации, нагрузкам и т.д.

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.
Читать еще:  Какой краской покрасить бетонный пол в гараже

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.

+7(343)361-27-66,
+7(343)346-80-75

Строительство
финских домов
в Екатеринбурге

Бетон Древнего Рима и долговечность современных бетонных зданий.

Тема этой статьи несколько неожиданна для сайта, посвященного финским каркасным домам.

Бетон изобретён примерно две тысячи лет назад в древнем Риме — это факт общеизвестный. Почему бетонные здания Древнего Рима стоят 2000 лет, а современные бетонные дома начинают крошиться уже через сорок?

Многие люди считают, что здание из бетона гораздо долговечнее каркасной деревянной конструкции. И в доказательство приводят общеизвестный факт о том, что бетонные здания Древнего Рима стоят уже 2000 лет. Всё так, но тот ли это бетон, что используется в наше время?

Римская архитектура

Оригинальная архитектура Древнего Рима сформировалась в IV – I вв. до н.э. Римские строители и архитекторы стали основателями новой техники возведения зданий, особенно тех из них, которые имели общественное назначение. Театры, амфитеатры, цирки, библиотеки, базилики, термы, храмы и дворцы, многоэтажные жилые здания были центром скопления большого количества людей, следственно, строить их нужно было по особо надежным технологиям.

Древнеримские мастера владели тонкостями инженерного искусства. Они разработали и смогли воплотить постройку совершенно новых строительных конструкций: акведуки, мосты, гавани, крепости, каналы. При этом зодчие использовали новые строительные материалы, например, «римский бетон».

Древнеримская архитектура тяготела к возвеличиванию власти императора, поэтому и строились в большом количестве грандиозные сооружения. Масштабность строительства повлияла на совершенствование его техники. Римляне научились строить кирпично-бетонные конструкции, которые позволяли осуществлять перекрытия больших пролётов зданий.

Несмотря на огромный фронт работ, им удавалось сокращать сроки строительства за счёт рационального распределения обязанностей и определения строительных специальностей.

Одно из самых значительных римских купольных строений – Пантеон – храм, построенный во имя всех богов и провозглашавший идею об объединении всех народов (разумеется под властью римского императора).

Многочисленные римские здания, которые простояли тысячи лет, является прямым доказательством более высокого качества римского бетона по сравнению с современным промышленным, здания из которого начинают разрушаться менее чем через 40-50 лет после строительства!

Секрет римского бетона

Создание «римского бетона» явилось большим прорывом в античном строительстве. Изобретённый метод кладки, позволял сокращать время постройки и совершенствовать её форму. Секрет долговечности этого древнего бетона был открыт совсем недавно. Раствор, сделанный на основе мелкого камня и обычного песка с добавлением вулканического пепла становился водонепроницаемым, химически стойким и настолько прочным, что постройка становилась монолитной и не способной к разрушению.

В 2013 году новостным центром Калифорнийского университета в Беркли, была опубликована статья, в которой был впервые описан механизм, благодаря которому надстабильное соединение кальций-алюминий-силикат-гидрат связывает материал. В процессе его производства в атмосферу выбрасывается меньше углекислого газа, чем при производстве любого современного бетона.

К его недостаткам следует отнести более длительное время сушки и несколько меньшую прочность, чем у современного бетона, несмотря на большую долговечность. Не случайно толщина стен римских зданий больше, чем у современных. Однако, римский бетон набирал свою прочность еще несколько десятков лет после окончания строительства, чего у современных бетонов практически не наблюдается.

Причина недолговечности зданий из современных бетонов

На фотографии видно, что современный бетон достаточно быстро разрушается.

Мы заинтересовались вопросом о том, почему римский бетон был так долговечен, и почему бетонные здания XX-XXI веков стали менее долговечными?

Оказалось, этим вопросом интересовались не только мы: в технической литературе представлены многочисленные случаи преждевременного разрушения бетонов различных сооружений, как правило, построенных в течение последних 30-40 лет. В настоящее время скорость разрушения бетонных сооружений выше, чем в прошлом. Причём в числе этих бетонов как естественного твердения (залитые прямо на стройке), так и пропаренные (конструкции заводского изготовления). Многочисленность выше перечисленных фактов заставляет предполагать наличие общей причины снижения долговечности цементных бетонов за последние 40 лет.

Опытами, проведенными американскими учёными в 1910-1930 годы, установлено, что в течение 20 лет прочность бетонов увеличивается в 2,5-3 раза.

Первыми (30-е годы прошлого столетия) исследованиями было установлено, что прочность увеличивается вдвое за первые 5 лет, и прирост наблюдается в течении более 20 лет.

Последующие исследования (40-50-е годы) показали, что прочность увеличивается в 2 раза за первые 10 лет, и прирост прочности наблюдается в течение первых 15 лет.

Исследованиями, проведенными в 60-х годах, выявлено, что прочность в 2 раза не увеличивается вовсе, и прирост прочности наблюдается в течение примерно 10 лет.

Современные исследования, проведенные в различных странах, в том числе и в России, показали, что некоторые виды бетона (например — пропаренные) дают прирост прочности только в течение 1 года.

Что произошла? Почему до середины XX века бетоны набирали прочность со временем, а потом перестали?

Оказалось, что с целью удешевления строительства требовалось сократить расход бетона и время его затвердевания до набора необходимой прочности, следовательно было необходимо увеличить скорость твердения бетона. Это было достигнуто применением тонкомолотых быстросхватывающихся цементов, применением присадок, увеличивающих скорость твердения, применением тепловой обработки.

Казалось бы, задача решена?

Однако, за всё приходится платить! В отличие от старых грубомолотых цементов, раствор из которых набирал прочность в течение последующих двадцати лет и потом мог стоять веками, современный бетон набирает 50% прочности в первые три дня, 75% в течение 28 дней, и 100% за год, после чего дальнейшего упрочнения уже совсем не происходит! В результате мы получили быстрое, дешёвое и недолговечное строительство, что опять-таки выгодно строительным компаниям, поскольку они заинтересованы в непрерывном сносе старых зданий и строительстве новых!

Как всегда, довольны все, кроме потребителя — владельца дома, который рассчитывал, что его «каменный» дом простоит сто лет, а на самом деле первые признаки разрушения появляются уже через пятнадцать!

Сколько лет простоит каркасный дом по сравнению с домом из пенобетона?

Те, кто строят дом из пенобетона, надеются на его большую долговечность по сравнению с деревянной каркасной конструкцией и поэтому готовы платить за него большие деньги.

Это понятное желание, но увы — их ожидания вряд ли оправданы. Дело в том, что современный бетон гораздо менее долговечен чем римский, к тому же в производстве пенобетона используются в целях удешевления производства далеко не лучшие сорта цемента. Если добавить к этому высокую пористость и низкую плотность пенобетонных конструкций по сравнению с монолитными бетонными зданиями Древнего Рима, то становится понятно, что срок жизни пенобетонного дома не более нескольких десятков лет!

Кстати, качественно сделанные деревянные каркасники спокойно стоят 70-100 лет, и при этом продаются! Например, этот каркасный дом плоащдью помещений 196 квадратных метров построен в США в 1900 году, т.е. 118 лет назад (на момент написания статьи). В 2018 году он продавался за 209000 долларов, что составляет в переводе на рубли по курсу 13 977 000 рублей!

Не конструкция определяет стоимость дома, а качество изготовления, дизайн, размер и расположение участка!

Похожие статьи

Шведские каркасные дома — от старинных до современных

Как правильно выбрать котёл для Вашего дома?

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector