Содержание
История изобретения бетона
Строить здания люди начали тысячи лет назад, и за это время изобрели немало стройматериалов. Какие-то из них дошли и до наших времен. К таким материалам относится бетон. Его история очень древняя: на берегу реки Дунай археологи нашли дом, которому около 5 тысяч лет. Полы этого здания толщиной в четверть метра можно считать бетонными, хотя и не в современном понимании. Эта заливка представляла собой смесь красной глины и мелких речных камешков.
Другие примеры того, как связываются мелкие камни и растворы, были обнаружены при раскопках в Египте и других государствах. Материал, похожий на бетон, использовали также жители Финикии и Карфагена. В Египте секрет бетона знали еще в древние времена. Гробница Тебеса возведена в 1950 г. до нашей эры с помощью этого стройматериала. Бетон применялся и при строительстве известного лабиринта. Связующими веществами в то время в Египте служили растворы гипса и извести.
Более 25 лет назад химик из Швейцарии предположил, что пирамида Хеопса были состоит из геополимерного – усовершенствонного — бетона. Изучая известняковые элементы пирамиды, профессор Давидовиц обнаружил в окаменевшей массе волос человека. Попасть туда он мог только во время замешивания раствора древним строителем.
Химик продолжил изучать этот вопрос и вскоре нашел текст, написанный на стеле периода третьей династии. В тексте описывалась последовательность приготовления бетонного раствора. Позже было обнаружено, что основания египетских пирамид сделаны из натурального известняка, а верхние блоки этих могучих сооружений состоят из бетона. Древняя смесь включала в себя золу из пальмы, крошку песчаника и соду из воды Нила.
Бетон в древнем Китае
В храмах Индии современные ученые обнаружили так называемые набивные полы из бетона, созданные в четвертом и пятом веках до нашей эры. Китайцы и вовсе начали использовать бетон одними из самых первых. Из прототипа этого материала сооружена большая часть Великой Китайской стены. Начало ее строительства приходится на третий век до нашей эры.
Бетонные части Китайской стены строили следующим образом: рабочие замешивали бетон и формировали из него части сооружения. Для приготовления раствора нужно было взять треть теста из извести и две трети гравия и песка. В эту сухую смесь добавляли необходимое количество воды и тщательно все перемешивали. Такой бетон укладывали между дощечками – опалубкой, и дополнительно уплотняли каждый слой.
Французский ученый Шарру поведал миру о том, что бетон применяли и кельты, которые в древности населяли территорию Европы. Он излагает версию химика, долгие годы исследовавшего тумулы – кельтские монументы из камня, найденные в Галлии – и проводившего анализ почвы в этих местах. Вывод был однозначным – при строительстве этих сооружений был использован бетон.
Мастерство изготовления бетонной смеси распространилось по Восточному Средиземноморью, а 500 году до нашей эры дошло до Древней Греции. Там покрывали стены, в том числе и кирпичные, известковым бетоном мелкой фракции. Такой способ отделки использовался при строительстве дворцов царя Атталы и Креза (560-546 года до нашей эры). В более поздние времена бетон стали применять в виде бутовой кладки. Расстояние между рядами камней заполнялось другими камнями, а потом заливалось раствором извести.
Бетон в Древнем Риме
Наиболее ранее из известных упоминаний бетона в литературе – это описание этого материала знаменитого архитектора из Рима Маркуса Витрувия Поллио в трактате об архитектуре. Среди современных исследователей распространена версия, что римские стены из бетона развились именно из бутовой кладки Древней Греции.
Бетон как стройматериал мог стать таким популярным только в таком мощном и большом государстве, как Древний Рим. Потому что здесь проводились масштабные строительные работы. Это были крупные стадионы, амфитеатры, рассчитанные на тысячи зрителей, многокилометровые дороги, которые протянулись не только по территории огромного Рима, но и за пределами государства.
Древние римляне не сами придумали бетон, но именно они использовали его по максимуму. Это было связано как с растущими потребностями народа, так и с техническим прогрессом. Этот строительный материал стал одним из главных еще в античности, поскольку он обладает надежностью, не пропускает воду и при этом весьма экономичен.
В Древнем Риме бетон применяли с конца IV века до нашей эры на протяжении почти семи веков. Называли этот материал по-разному. Например, литую кладку, заполненную камнями, римляне называли «эмплектоном». Это слово они, как и сам бетон, они позаимствовали у греков. Использовался и другой термин – «рудус». Но обычно раствор, с помощью которого возводили стены, своды и делали фундамент, называли словосочетанием «опус цементум». Так и стали именовать бетон из Древнего Рима.
Уже тогда люди использовали разные виды бетона. К примеру, элементы Колизея включают 3 разновидности этого материала. Например, для сводов сооружения применили самый легкий бетон, включающий в свой состав пемзу. Колизей был открыт в 90-хх годах первого столетия. Были выстроены термы, триумфальная арка, посвященная Титу. Фундамент арки был весьма мощным и крупным – 5 метров – и был сделан из строительного материала, похожего на современный бетон.
В 123 в Риме окончилось сооружение Пантеона. Внушительный купол этого здания был рекордсменом по размеру аж до ХIХ века – его диаметр равнялся 43 метрам. Такая величина для бетонной конструкции была непревзойденной для своего времени. Многоэтажные дома Древнего Рима – инсулы – возводились также при помощи бетона. И не только многоэтажные.
После того, как Римская Империя пала, о бетоне забыли на целых десять веков! Патент на так называемый римский цемент в конце ХVIII века получил Джеймс Паркер. Тот материал, который известен сейчас, появился ближе к середине ХIХ века. Связующим веществом этого бетона был цемент. Был изобретен также портландцемент – обладателем патента стал Джозеф Аспдин. Этот виде бетона отличается тем, что прочность его со временем только увеличивается.
Возрождение бетона
Одним из главных изобретений в архитектуре является бетон с железной арматурой – железобетон. История его изобретения довольно оригинальна, и она никак не связана со строительством. Железобетонные изделия – ЖБИ – придумал садовод из Франции Джозеф Монье.
Дело было во второй половине ХIХ века. Монье хотел сделать более прочные горшки для растений из бетона, которые бы не разваливались при разрастании корней. Ему в голову пришла идея – вкладывать железные элементы в еще жидкий раствор цемента. Такие горшки выдерживали сильное растяжение. Садовод не растерялся и в 1867 году получил патент на изобретение прочнейших садовых кадок. Так появился железобетон и изделия из него.
Бетон в России и СССР
И в теории, и на практике одно из главных мест по освоению бетона на рубеже XIX и XX столетий заняла Россия. Бетон здесь применяется при строительстве портов (в 70-ее годы XIX века в Одессе), канализационных коллекторов (в Петербурге 1912 года), фортификационных сооружений (в Севастополе в 1885 году и в Крондштадте в 1900 году).
О применении бетона в России говорит и факт наличия большого количества заводов по изготовлению этого вещества. В начале ХХ века их насчитывалось уже 66. Для строительства было применено около трех с половиной миллионов кубических метров этого материала.
В СССР технологии производства и использования бетонного раствора получили дальнейшее развитие. Особенно значимыми в этой сфере стали гидротехнические сооружения – Волховстрой в 1924 году и Днепрострой в 1930 году. Советскими учеными была разработана техника бетонирования зимой. С тех пор конструкции из бетона и железобетона можно возводить на протяжении всего года, в любой климатической зоне. Также в СССР были изобретены новые виды этого материла и связующих веществ, способы укрепления бетона, технологии сборного железобетона.
Одной из самых насущных проблем в этой сфере является вопрос применения и способы усовершенствования суперсовременных бетонов. Благодаря этим материалам строительство приобретает невиданные доселе масштабы. Уникальные свойства новейших бетонов заключаются в их высочайшей прочности и устойчивости против коррозии, водонепроницаемости, способности регулировать деформативность.
Уже возведены такие сооружения, как мост через пролив Акаси в Японии, туннель под Ла-Маншем и другие. Бетоны высокого качества гарантируют надежность зданий даже в сложных климатических условиях и при активной эксплуатации. Кроме того, применение этих материалов значительно ускоряет темпы строительства и значительно уменьшают риски для инвесторов.
Современные города невозможно представить без бетона. Он останется востребованным еще долгое время.
История бетона, его марки и виды, свойства бетонов.
Бетон — материал строительный , искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания оптимально подобранной и уплотненной смеси состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей,а также воды. В некоторых случаев может содержать спец. добавки, а также отсутствовать вода (например в асфальтобетоне).
Содержание:
История
Встречается также слово «рудус» (rudus). Все же чаще всего при обозначении таких слов, как раствор, используемый при возведении фундаментов, стен, сводов и тому подобных конструкций, в римском лексиконе употреблялось словосочетание «опус цементум» (opus caementitium), которым и стали называть римский бетон.
Трудно 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, 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 Лапински 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.
История бетона неразрывно связана с историей цемента. Древнейшими вяжущими веществами, используемыми человеком, являлась глина и жирная земля, которые после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность.
По мере развития и усложнения строительства возрастали требования, предъявляемые к вяжущим веществам. 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.
Наиболее раннее применение бетона в Египте, обнаруженное в гробнице Тебесе (Теве) датируется 1950 г. до н.э. Бетон был применен при строительстве галерей египетского лабиринта и монолитного свода пирамиды Нима задолго до нашей эры. Несомненно, на широкое распространение римского бетона определенное влияние оказала политическая и экономическая структура античного общества.Однако не в меньшей степени, а может быть, даже в большей, этому способствовал и ряд крупных технических достижений.
Виды бетона
Согласно п.1 ГОСТ 25192-82, классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения.
- По назначению различают бетоны
- обычные (для промышленных и гражданских зданий)
- специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).
- в естественных условиях;
- в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;
- в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).
Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-82 используется классификация:
- По объёмной массе бетоны подразделяют на
- особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый
- тяжёлый (плотность от 1800 до 2500 кг/м³) — гравийный, щебёночный (базальтовый, известняковый, гранитный)
- легкий (плотность от 500 до 1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон,арболит, вермикулитовый, перлитовый
- особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³)
- По содержанию вяжущего вещества и заполнителей различают бетоны
- тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя),
- жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя),
- товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре)
Эксплуатационные свойства
Прочность на сжатие
Основной показатель по которому характеризуется бетон —прочность на сжатие, по нему устанавливается класс бетона. Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95 % случаев выдерживает давление 25 МПа (СНиП 2.03.01-84*). Но для расчёта показателя прочности необходимо учитывать коэффициенты, например для класса В25 нормативная прочность на сжатие, применяемая в расчетах — 18,5 МПа (табл. 12 СНиП 2.03.01-84*). Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток (СНиП 2.03.01-84*).
Наряду с классами прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами 50-1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см². Приложение 1 ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами:
Класс бетона по прочности
Ближайшая марка бетона по прочности
M1000
M2000
Для проверки прочности незатвердевшей смеси используются камеры нормального твердения, проверка прочности готовой продукции ведется с помощью Молотка Кашкарова или Молотка Шмидта.
Удобоукладываемость
По удобоукладываемости, согласно ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», различают бетоны
- сверхжесткие (жесткость более 50 секунд),
- жесткие (жесткость от 5 до 50 секунд),
- подвижные (жесткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).
Таблица 1 в п. 4.5. ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия» устанавливает следующие обозначения бетонных смесей по удобоукладываемости:
Показатель удобоукладываемости имеет решающее значение при бетонировании с помощью бетонасоса. Для прокачки насосом используют смеси с показателем не ниже П4.
Другие важные показатели
- прочность на изгиб
- морозостойкость— обозначается латинской букой «F» и цифрами 50-1000, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон (см. п. 1.3.3. ГОСТ 26633-91),
- водонепроницаемость — обозначается латинской буквой «W» и цифрами от 2 до 20, обозначающими давление воды, которое должен выдержать образец-цилиндр данной марки (см. п. 1.3.4. ГОСТ 26633-91),
- удобоукладываемость (подвижность, осадка конуса) — обозначается буквой «П»
Для испытаний бетона на морозостойкость и водонепроницаемость используются испытательные климатические камеры.
Обозначение бетонной смеси
Согласно п. 3.3. ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», обозначение бетонной смеси должно содержать:
- степень готовности,
- класс по прочности,
- марки по удобоукладываемости, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности (для легкого бетона)
- обозначение стандарта.
Например, готовая к употреблению бетонная смесь тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В25, марок по удобоукладываемости П3, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W6 должна обозначаться: БСГ В25 П3 F200 W6 ГОСТ 7473-94
Защита бетона
Гидроизоляционную защиту делят на первичную и вторичную. К первичной относят мероприятия, обеспечивающие непроницаемость конструкционного материала сооружения. К вторичной — дополнительное покрытие поверхностей конструкций гидроизоляционными материалами (мембранами) со стороны непосредственного воздействия агрессивной среды.
Меры первичной защиты включают в себя использование для изготовления бетона и железобетона материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость, выбор составов и технологических режимов, обеспечивающих повышенную коррозионную стойкость бетона в агрессивной среде, его низкую проницаемость и обеспечивающих дальнейшее развитие прочностных и деформативных его свойств Статья Булавицкого М.С. «Анизотропия свойств бетона». К мерам первичной защиты относятся также вопросы выбора рациональных геометрических очертаний и форм конструкций, назначение категорий трещиностойкости и предельно допустимой ширине раскрытия трещин, рассмотрение сочетания нагрузок и определение непродолжительного раскрытия трещин, назначение толщины защитного слоя бетона с учетом его непроницаемости. Так же можно отнести к первичной защите применение интегральных капиллярных материалов, которые, по сути, химически модифицируют существующий бетон — гидроизоляция строительными смесями проникающего действия. При этом уплотняется структура бетона и происходит увеличение водонепроницаемости, морозостойкости, прочности на сжатие и коррозионной стойкости на весь срок службы.
Задача вторичной защиты — не допустить или ограничить возможность контакта агрессивной среды и железобетона. В качестве вторичной защиты используют обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия,наливные полы и высоконаполненные покрытия. Чаще всего, в качестве связующего материала, при производстве полимерных составов, применяются эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные компоненты. Механизм защиты бетонного основания заключается в уплотнении поверхностного слоя и изоляции минеральной поверхности от негативных разрушающих факторов.
Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности
Когда был изобретен бетон как строительный материал
От египетских пирамид до умных блоков с температурными датчиками — бетон и сопутствующие технологии прошли долгий путь с момента появления. Звукоизолирующие высокопрочные здания стали частью нашей жизни. А история бетона полна проб, ошибок и гениальных решений.
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №4(32). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
Археология бетона
На берегу Дуная близ посёлка Лапински на территории бывшей Югославии примерно в 5600 году до н. э. древний человек сделал в хижине пол, смешав гравий и красноватую местную известь. Получилась ровная и прочная поверхность толщиной 25 см. Она не пропускала влагу и неплохо сохраняла тепло. В качестве вяжущих веществ также использовались глина и жирная почва. Они применялись как при изготовлении простых глинобитных домов, так и при возведении величественных зиккуратов — культовых сооружений в Древней Месопотамии.
Человек использует бетон с давних времён. Его применяли уже при строительстве древнейшей египетской пирамиды Джосера (около 2667 года до н. э.) и Великой китайской стены (III век до н. э.). Но по-настоящему массовое применение бетон получил в Древнем Риме. Во-первых, на Апениннском полуострове были все компоненты для его изготовления (главный из них — вулканический пепел). Во-вторых, римлянам удалось существенно улучшить качества бетона: он приобрёл невиданную прочность. Так, например, Пантеон до сих пор считается крупнейшей неармированной бетонной постройкой в мире. Древнеримские волнорезы и сейчас защищают морской берег от волн.
Кирпично-бетонная ротонда Пантеона перекрыта полусферическим куполом (диаметр свыше 43 м). В центре купола находится круглое отверстие диаметром 9 метров, через которое в храм проникает дневной свет.
Геологи и материаловеды долго разгадывали тайну римского бетона. Оказалось, секрет его прочности в химии: кристаллы минерала алюминия-тоберморита, образующегося в результате воздействия щелочных растворов морской воды на вулканический пепел в составе бетонной смеси, обладают удивительной гибкостью. Под нагрузкой они не разрушаются, а деформируются, что и объясняет их удивительные свойства. Конечно, в Древнем Риме никто не догадывался о существовании чудо-минерала. Скорее всего, его получили совершенно случайно, и строители сами до конца не понимали, что происходит со смесью. К сожалению, как и многие другие античные технологии, секрет производства бетона был утрачен в Средние века.
Акведук Айфель
В 80 году римляне закончили строительство уникального бетонного сооружения – акведука, нёсшего воду в древний город Colonia Claudia Ara Agrippinensium (современный Кёльн) с горной вершины Айфель. Состав бетона, из которого была сделана 130-километровая U-образная труба, незамысловат: негашёная известь, песок, гравий и вода. Эксперты из немецкого института стандартизации Deutsches Institute fur Normung провели исследование и выяснили, что 2000-летний бетон полностью соответствует требованиям XXI века!
После набегов германских племён в 260 году акведук никогда больше не использовался по прямому назначению, а со временем люди и вовсе забыли, зачем он был построен. Однако каменные известковые отложения внутри бетонной трубы стали на удивление популярны: этот материал, цветом напоминавший коричневый мрамор, отлично поддавался обработке и применялся для изготовления колонн, оконных рам и даже алтарей. В историю архитектуры он вошёл как «Айфельский мрамор».
Старая барабанная печь для обжига цементного клинкера
Бетон как строительный материал восстал из пепла в 1824 году, когда Джозеф Аспдин изобрёл портландцемент (от лат. caementum — щебень, битый камень, и названия английского острова Портленд, где добывали природный камень, похожий на отвердевший портландцемент). Согласно рецептуре Аспдина, клинкер и гипс измельчаются (СaSO 4•2H2O) до порошкообразного состояния. Клинкер — это смесь веществ, полученная спеканием известняка (преимущественно CaCO3) и глины (смесь Al2O3, воды и SiO2) при температуре выше 1400 °С.
Как производят цемент?
1. Известняк, сланец, кремнезём и оксиды железа проходят через дробилку, измельчающую камни на мелкие куски.
2. Вращающаяся печь непрерывно смешивает ингредиенты и подвергает их обжигу при 1400 °С.
3. Клинкер измельчается в порошок и смешивается с гипсом.
4. Цемент упаковывается.
Сегодня масштабы производства бетона настолько велики, что ежегодно этот процесс формирует 7% выбросов СО 2 в мире. Полученные после обжига гранулы клинкера на 97% состоят из оксидов кальция, кремния, алюминия и железа; оставшаяся часть приходится на оксиды марганца, титана, хрома и других элементов. Эту смесь вяжущих веществ тщательно измельчают и смешивают со вторым важным компонентом портландцемента — гипсом, отвечающим за скорость схватывания раствора, то есть за превращение его в твёрдый искусственный камень.
Изображение со сканирующего электронного микроскопа: пластины гидроксида кальция и иглы эттрингита
А что же происходит, когда в цемент добавляют воду? Безводные минералы в составе цемента активно взаимодействуют с водой. Один из основных процессов можно представить в виде уравнения:
3CaO Al₂O₃ + 6H₂O = 3CaO Al₂O₃ 6H₂O + 867Дж/г.
Иглообразные кристаллы CaO•Al 2O3•6H2O пронизывают всю толщу цементного раствора, придавая ему прочность и твёрдость. Уравнение реакции подсказывает, что кристаллизация цементного раствора сопровождается выделением тепла, — его надо вовремя отводить, чтобы бетон получился качественным. Обычно его просто поливают водой, и это позволяет избежать главного врага искусственного камня — появления трещин.
Армирование — способ увеличения стойкости конструкции; служит для упрочнения бетона, который в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении
Бетон выдерживает колоссальные нагрузки на сжатие, что делает его отличным материалом для фундаментов, но вот на растяжения (в том числе при изменении температуры) реагирует очень плохо. Это было главным препятствием для его использования в качестве строительного и конструкционного материала, пока в 1846 году за дело не взялся французский садовник Жозеф Монье. Он изготавливал бетонные кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев в оранжереи Лувра и не понаслышке знал, как часто растрескивается и ломается бетон. Монье вставил стальные стержни в стенки кадок, и это здорово продлило срок службы материала. Сталь оказалась идеальным напарником бетона: она отлично выдерживает растяжения, но при сжатии заметно деформируется. Получившийся железобетон вписал в историю имя неизвестного доселе садовника и подарил человечеству возможность высотного строительства.
История бетона такая же, как и сам материал, — консервативная, долгая и неизменная. Тем удивительнее была новость о самовосстанавливающемся материале, способном «заживлять» трещины в литой бетонной конструкции. Речь идёт о «живом» бетоне! Технологи вводят в раствор микрогранулы с бактериями и питательными веществами. А дальше эти «закладки» долгие годы ждут своего часа — он наступит, когда появится трещина и в неё попадёт влага. Получив доступ к кислороду и воде, бактерии активизируются и заполняют пустоты главным продуктом своей жизнедеятельности — кальцитом CaCO3, который возвращает прочность бетону, причём именно в тех местах, где это больше всего необходимо.
Источник https://bsu-beton.ru/istorija-izobretenija-betona
Источник http://mainstro.ru/istoriya-betona-ego-marki-i-vidy-svojstva-betonov/
Источник https://oyla.xyz/article/fundament-civilizacii-istoria-betona