Когда изобрели бетон: История бетона — кто изобрел бетон, каким он был раньше

Содержание

История бетона — кто изобрел бетон, каким он был раньше

На нормативную прочность бетона при растяжении (Rнр) 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 Rнр по-разному. Увеличение расхода цемента увеличивает прочность Rнр значительно меньше, чем R. Повышение расхода цемента на 33% увеличивает R на 28,5%, а Rнр всего на 12,5%. С ростом В/Ц (водоцеметное соотношение) сопротивление разрыву уменьшается меньше, чем сопротивление сжатию.

Кроме того, величина Rнр 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 Rнр/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 Rнр.

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 Rнр 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.

История бетона — кто изобрел бетон, каким он был раньше

На нормативную прочность бетона при растяжении (Rнр) 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 Rнр по-разному. Увеличение расхода цемента увеличивает прочность Rнр значительно меньше, чем R. Повышение расхода цемента на 33% увеличивает R на 28,5%, а Rнр всего на 12,5%. С ростом В/Ц (водоцеметное соотношение) сопротивление разрыву уменьшается меньше, чем сопротивление сжатию.

Кроме того, величина Rнр 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 Rнр/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 Rнр.

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 Rнр 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.

кто придумал и когда, история изобретения

История бетона насчитывает много лет, данный материал использовали для проведения ремонтно-строительных работ еще в древнем Египте, Индии, Риме. И построенные тысячелетия тому здания стоят до сих пор, пусть и некоторые из них частично разрушенные. Прочность и надежность, долговечность бетона делают его незаменимым материалом для разного вида работ и сегодня.

Бетон представляет собой вид строительного материала искусственного происхождения, который получают путем смешивания в определенных пропорциях разных компонентов.

Основу бетона составляют цемент в качестве вяжущего, песок и щебень/гравий, выступающие в роли наполнителей, а также вода, которая нужна для затворения смеси и запуска реакции гидратации. Также в состав бетона могут вводиться различные добавки, улучшающие или меняющие определенные свойства материала.

Цемент получают путем тонкого помола гипса и клинкера. Клинкер является продуктом равномерного обжига при высокой температуре до состояния спекания сырьевой однородной массы, которая состоит из глины (с преобладанием силикатов кальция), известняка. Сам цемент, как и произведенный на его основе бетон, может соответствовать разным маркам по прочности, способности выдерживать нагрузки, воздействие температур и т.д.

По сфере применения бетон бывает простым и специальным, который предполагает усиление определенных качеств (морозостойкость, жаростойкость, теплоизоляция). В некоторых случаях в качестве вяжущего используют не цемент, а другие составляющие (так бетоны делят на гипсовые, керамзитовые, силикатные и т.д.). Разными могут быть и наполнитель (на базе щебня, гравия и т.д.), структура материала, его плотность, особенности твердения и т.д.

Происхождение бетона

Дать однозначный ответ на вопрос о том, когда появился бетон, трудно. Как и другие строительные материалы, путь развития бетонная смесь прошла достаточно долгий. Так, во время раскопок на берегу Дуная участники археологической экспедиции нашли остатки жилья 5000-летней давности с полами толщиной 25 сантиметров из доисторического бетона: вяжущим в растворе выступала красная глина, а вот армировал конструкцию мелкий речной песок.

Отдельные примеры эффективного связывания мелких/крупных камней различными растворами известны еще со времен египтян, финикийцев, вавилонян, карфагенян. Самое раннее использование бетона датировано 1950 г. до н.э. – именно к этому времени относится материал, найденный в гробнице Тебесе (Теве) в Египте. Задолго до нашей эры бетон применялся в строительстве монолитного свода пирамиды Нима, галерей египетского лабиринта (3600 л. до н.э.).

Египтяне в качестве вяжущего применяли известь и гипс. А 25 лет тому мир был удивлен сообщением профессора-химика из Швейцарии Джозефа Давидовица про то, что пирамида Хеопса была сделана из блоков геополимерного бетона. В массе одного из известняковых блоков профессор нашел человеческий волос и попасть туда он мог только при замешивании раствора.

Ученый искал дальше и нашел на стене надпись периода III династии. Когда иероглифы расшифровали, отыскали рецепт приготовления древнего варианта бетона и именно к этому периоду можно отнести происхождение бетона. В процессе независимых исследований оказалось, что основание Великих пирамид сделано из природных известняков, а вот верхние ряды созданы из бетона, сделанного на базе крошки песчаника, пальмовой золы, соды из нильской воды.

Очень много написано о зданиях периода Римской империи, возведенных с применением «бетона» в качестве главного конструкционного материала. Исследователи считают, что впервые начали применять настоящие цементные связующие (не известь, как в случае с древними сооружениям) в южной Италии во II ст. до н.э.

Многие приписывают римлянам само изобретение цемента, так как даже некоторые названия заимствованы отсюда. Так, особый вид вулканического пепла под названием «пуццолан» использовали впервые недалеко от города Поццуоли в заливе Неаполя, его же широко применяли в цементе. От города пошло название самого вида вяжущего, которое сегодня называют пуццолановым цементом.

В строительстве порта Aemelia (крупного сооружения, датированного 193 г. до н.э.) использовали пуццолан с целью эффективного связывания камней вместе для получения бетона. Это пепел необычного типа, который запускает химическую реакцию с водой и известью, а потом укрепляется в твердую массу (по свойствам схожую со скалой), которая не боится даже погружения в воду. Этот цемент римляне применяли для строительства доков, мостов, водопроводов, ливневых стоков, зданий.

Римский бетон

Римский бетон укладывали слоями в формате смеси, с которой работали вручную. Обычно бетоном заливали камни разного размера, обкладывая его глиняными камнями по обеим сторонам (если это нижняя часть здания). Стены же создавали из бетона и камней, которые выступали в качестве формы для раствора. Эти кирпичи имели не столько конструктивное значение, сколько применялись с целью облегчения процесса строительства, а также в виде элементов декора.

Данный тип конструкции сделал возможным все тот же материал «пуццолан», который часто применяли в Риме, районе вокруг Неаполя, но никогда в северной части страны или других регионах Римской империи.

Множество общественных зданий, в том числе модные резиденции в Риме и всем известный Пантеон, были выполнены из бетонных кирпичей, используемых в возведении сводов и стен. Купол Пантеона, который был возведен во II ст. н.э., до сих пор считается одним из самых ярких строительных шедевров всех времен.

Невероятно сложная конструкция с большим числом уменьшающих массу пустот и ниш, а также небольшими сводчатыми потолками. У строителей Пантеона было достаточно знаний, чтобы применять тяжелые элементы на уровне земли, уменьшать плотность конструкции в стенах выше, а в самом куполе понизить нагрузку до значения, которое позволяет стоять Пантеону и сегодня без разрушений.

Большой пролет Пантеона величиной в 142 фута затмил своим великолепием небольшие предыдущие пролеты, создав яркий и необычный эффект, который можно считать настоящей архитектурной революцией тех времен, особенно с точки зрения восприятия всего внутреннего пространства.

Скорее всего, из-за недоступности и отсутствия пуццолана в мире данный вид бетона не применяли в других местах и основным строительным материалом была камне-кирпичная кладка. Большинство значительных зданий в мире в течение многих веков строили именно с применением данного метода.

В 18 ст. во Франции использовали еще один тип бетона: тут стены из покрытого штукатуркой щебня делали в виде каменной кладки, которая в те времена считалась модной. Так, каменщик из Лиона Франсуа Куантеро находился в поисках экономного метода создания несгораемых стен с применением цементного раствора, сочетаемого с давней глинобитной техникой либо «спрессованной землей».

Техника глинобитная предполагает применение древесной опалубки, которую заполняли смесью глины с землей либо соломой с последующей трамбовкой. Но потом процесс трамбовки стал неактуальным из-за применения сильных и новых цементов. В 1824 году британский каменщик Джозеф Аспдин запатентовал улучшенный цемент, которому дал название Портлендского ввиду схожести с природным камнем, добываемым на соседнем острове Портленд.

Принято считать, что именно Аспдин первым использовал высокие температуры с целью нагрева глинозема, а также кварцевых материалов до точки стеклования, что приводило к сплавлению материалов. Таким же способом цемент делают и сегодня. В 19 ст. бетон применяли в Европе для строительства зданий, чаще всего промышленных, так как этот материал был прочным, недорогим, позволяющим ускорить процесс возведения.

Использование армирования

Касательно ответа на вопрос о том, кто изобрел бетон и сам принцип армирования, существует множество разногласий. Большинство исследователей сходятся на том, что первым успешным примером упрочнения бетонного монолита была работа крупного землевладельца с юга Франции господина Ламбо.

В начале 1850-х лет во время строительства нескольких гребных лодок Жан-Луи Ламбо укрепил их проволочной сеткой и железными прутьями. Он увидел, что изобретение дало результат и захотел использовать материал в разных сферах строительства. С этой целью Жан-Луи подал заявку в 1856 году на получение патента в Бельгии и Франции, описав бетон.

Описание звучало так: это улучшенный строительный материал, который можно применять вместо древесины в архитектурных и военно-морских сооружениях, а также для реализации различных бытовых целей, где очень важно избегать сырости.

Уже в 1856 году штукатур Уильям Б. Уильямсон построил небольшой коттедж на два этажа, укрепив бетонный пол и кровлю железными прутьями и проволочным тросом. Он получил британский патент на армированный бетон и успел придумать, построить несколько подобных конструкций, выступив в роли прародителя первых зданий из железобетона.

В 1867 году французский садовник Джозеф Монье получил патент на упрочнение садовых ванн, потом он смог оформить патент на усиленные балки, сваи, которые применяются для выполнения ограждения для железных и автомобильных дорог.

Потом стало доказано, что Монье сумел сам изобрести способ упрочнения бетона, так как никогда не знал, каким образом Уилкинсон делал свое армирование для усиления.

Армирование пола

Впервые широко применять портландцемент в строительстве зданий начали под началом французского строителя по имени Франсуа Куанье. Он взялся за строительство нескольких больших бетонных домов во Франции и Великобритании на протяжении 1850-1880 годов. В этих домах впервые применяли железные стержни при заливке пола для исключения риска разъезжания стен. Позже Франсуа использовал арматуру в качестве изгибаемых элементов различных конструкций.

Первым этапом применения железобетона в строительстве стало возведение конструкции американским инженером-механиком по имени Уильям Э. Уорд. Было это в 1871-1875 годах. Построенный тогда дом стоит до сих пор, его можно найти в Порт-Честере (что в штате Нью-Йорк). Здание стало известным благодаря усердию и внимательности, с которыми господин Уорд вел все свои дела, аккуратно исследуя и тщательно документируя каждый шаг.

Уильям хотел возвести надежный и безопасный дом, так как его супруга сильно боялась огня. Выполнение проектирования и дизайна было поручено архитектору Роберту Муку, который взялся за работу в 1870 году. Это здание должно было по внешнему виду напоминать каменную кладку, стать социально приемлемым решением многих задач.

Все технические и строительные вопросы Уорд решал самостоятельно, тратя немало времени на проведение нагрузочных испытаний, различных экспериментов. Для обозначения строительной смеси использовалось слово французского происхождения beton. В 1883 году Уорд выступил перед Американским обществом инженеров-механиков с докладом, который рассказывал о комбинировании бетона с железными прутьями.

Аудитория, при этом, была не слишком внимательна, так как больше заинтересовалась уникальными системами отопления и водоснабжения, чем железобетоном, плохо понимая всю важность открытия и разработок.

В 1879 году немецкий строитель Г.А. Вайс купил права по патенту на систему Монье, начав применять железобетонные конструкции в Австрии и Германии, где они рекламировались под названием «система Вайс-Монье». Многие здания были впоследствии построены также и во Франции.

Монолитная рамная конструкция

В конце 19 века технология создания каркасных железобетонных конструкций развивалась параллельно. В Германии и Австрии работал Г.А. Вайс, в США Эрнест Л. Рэнсом, во Франции Франсуа Эннибек. В конце 1870-х годов Л. Рэнсом стал управляющим успешной компании, занимающейся производством бетонных блоков из камня искусственного происхождения в Сан-Франциско.

Именно тут впервые использовали армирование в 1877 году и в 1884 году система была запатентована. Данная система предполагала наличие в конструкции витых квадратных прутов, которые призваны были увеличивать сцепление между арматурой и бетоном. Самая крупная работа тех времен – Леланд Стэнфорд (расположенный в Стенфордском университете музей) – это первое здание, в котором применяли технологию непокрытого снаружи бетонного наполнителя.

Также Рэнсом был ответственен за несколько производственных зданий в Нью-Джерси (штат Пенсильвания) – так, в 1903-1904 годах построили механический цех Келли и Джонса (США, город Гринсбург). Система Рэнсома была использована при строительстве здания Ингалс в Цинциннати в 1904 году. Это был первый бетонный небоскреб на 16 этажей (высота 210 футов), который разработала фирма Элзнер и Хендерсон.

Тем временем каменщик Франсуа Эннибек по другую сторону Атлантики проявил себя в качестве успешного подрядчика в Париже, где получил патенты в Бельгии и Франции на систему строительства Эннибека и начал создавать свои представительства в большинстве крупных городов. Франсуа развивал новый способ посредством проведения конференций, создания стандартов в пределах своей сети компаний. Большая часть его зданий относилась к числу промышленных.

Когда компания Эннибека переживала подъем, он создавал в год около полутра тысячи контрактов и таким образом способствовал быстрому росту количества железобетонных конструкций по всей Европе.

Бетонные купола и своды

Благодаря появлению железобетона стало возможным строить здания нового типа – с тонкими стенами. И в 1930 году блестящий испанский инженер Эдуардо Торроха создал невысокий купол толщиной в 3.5 и шириной в 150 футов для рынка в Альхесирасе. Для растяжки он применял стальные тросы. Кроме того, Торроха выступил автором элегантной консольной крыши стадиона, расположенного в Мадридском ипподроме, что была создана в 1935 году.

Настоящим мастером панельных конструкций стал математик, архитектор и инженер Феликс Кандела. По большей мере практиковал он в Мехико: создал лабораторию космических излучений для университета Мехико, с 5/8-дюймовой по толщине крышей. Параболоидная форма свода стала настоящим товарным знаком архитектора, в свое время он сумел воспользоваться дешевой рабочей силой, поэтому создал немало церквей и заводов вокруг Мехико с той же формой конструкции.

Самым ярким и известным строением Канделы стало здание ресторана в Хочимилко, который был построен в 1958 году и включил шесть параболоидных сводов одинаковой конструкции.

Дальнейшее использование бетона в современной архитектуре

Одним из прославившихся архитекторов, работающих с бетоном, стал Ле Корбюзье. Он сильно расходился во мнениях с работодателями, отказываясь применять классическую дизайнерскую базу в проектировании. Позже, став почитаемым архитектором, Ле Корбюзье полностью перешел на железобетон.

Самые знаменитые работы архитектора: построенная из панелей плоской конструкции Вилла Савой (1931 год), многоквартирные дома на Пилотэс в Марселе и Нанте (конец 1940-х), возведенная со стенами из залитой бетоном каменной кладки Часовня Рончамп (1957 год), монастырь Ла-Туретта (1959 год), правительственный комплекс на Чандигарх (Индия, 1961 год).

Ле Корбюзье активно увлекался игрой естественного света, использовав его в качестве элемента дизайна, в чем ему помогал бетон со всем разнообразием его текстуры и оттенка.

В 1919 году Мис ван дер Роэ представил идею конструктивной основы в зданиях большой высоты, выполненной с консольной плитой перекрытия. Райт реализовал идею в жизнь в Башнях Джонсона (штат Висконсин). Комплекс был признан лучшим творением Райта, где были воплощены все его идеи.

Высокопрочный бетон и высотные здания

Развитие строительства высотных зданий из бетона происходило медленно, но верно, с момента возведения в 1904 году здания Ингаллс. Гигантские и средние высотки 1930-х годов все сплошь были созданы из железобетонных конструкций. Сначала была башня Johnson Wax Tower, потом построили башни-близнецы в Чикаго комплекса Marina City.

Чикагская высотка построена в 1962 году, именно она символизировала начало применения железобетона в возведении современных небоскребов, став конкурентом зданиям на стальной раме. Так, построенная в Монреале в 1964 году высотка достигла высоты в 624 фута.

Упрочненный бетон стал ключом к наращиванию высоты зданий наряду с сохранением разумной величины колонн на нижних этажах. Так, небоскреб Shell Plaza, что был возведен в 1970 году в Хьюстоне, по высоте достиг 714 футов. Наибольшую концентрацию высоток из упрочненного бетона породил Чикаго с его большими запасами высококачественной летучей золы (которая также способствует повышению прочности цементной смеси).

Построенная в Торонто в 1989 году высотка достигла высоты в 907 футов, а в 1990 году две чикагские башни достигли 900 футов, что стало неслыханным для архитектуры тех лет. С того времени железобетон активно используют в строительстве малых и больших зданий, материал актуален в Москве и затерянных поселках, в ремонте и массе других видов работ.

Кто изобрел бетон

Древний Рим

Книга «Римский бетон». Глава Ⅱ. Опус цементум — римский бетон.

Как появился бетон.

Откуда навык этот — неведомо…

Гораций

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

Из истории появления бетона и бетономешалок

А.Ф. Ренкель
 

 

«Журнал Суда по интеллектуальным правам», № 21, сентябрь 2018 г., с. 101-105

Первые следы применения бетона в строительстве обнаружены в Древнем Риме. Тогда использовали бетонные смеси, состоявшие из гипса, извести и глины, для постройки таких сооружений, как арки, купола и т.д. Однако после развала Римской империи бетон довольно долго не применялся в строительстве.

Вновь следы использования бетона обнаружились всего 200 лет назад на территории Европы. Бетон являл собой каменистую смесь, в состав которой входили вода, заполнитель и вяжущий компонент. Благодаря развитию производственных технологий было изобретено такое вещество, как цемент. В 1796 г. англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент – первую в истории марку цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовал бетон [1].

На территории России цемент стали производить в восемнадцатом столетии. В Англии – в начале девятнадцатого столетия, причем именно там был изобретен гидравлический цемент. Во Франции и Германии первые заводы по производству цемента были открыты в 1842 и 1857 годах соответственно. В Америке производство цемента началось в 1870 году.

На современном строительном рынке бетон представлен множеством разнообразных видов, различным по своим составам и техническим характеристикам. Существует бетон обычный, легкий, тяжелый, силикатный, гипсовый; пластобетон, асфальтобетон и множество других видов, соответствующих различным целям и назначениям.

Изобретатели непрерывно совершенствуют этот материал. Вот несколько разработок, описания которых в последние 5 лет появились на стеллажах Патентной библиотеки России (ВПТБ). Цементные бетоны (пат. № 2509066), придуманы в ЗАО «Геонод разведка» для строительства понтонов, нефтяных платформ, опор с контролируемым и регулируемым саморазрушением их в воде. Суперпластификатор для бетонов (пат. № 2554990) предложила Рамзия Чеснокова (г. Новочебоксарск). Техническим результатом изобретения является увеличение подвижности и набор прочности товарного бетона в широком диапазоне температур.

При изготовлении теплозащитных конструкций зданий и сооружений пригодится теплоизоляционный ячеистый бетон (пат. № 2491257) Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова (г. Якутск). В Самарском государственном аэрокосмическом университете имени ак. С.П. Королева разработана композиция для изготовления жаростойких бетонов (пат. № 2592922). При изготовлении декоративных изделий может найти применение композиция (пат. № 2618819), разработанная в ООО «Ажио» (Санкт-Петербург). Технический результат – повышение предела прочности при сжатии и изгибе, обеспечение негорючести. Способ бетонирования при отрицательных температурах и ферромагнитная примесь для бетона защищены патентом № 2641680.

Настоящим прорывом в строительных технологиях стало изобретение железобетона. Впервые патент на использования железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. Этот высокопрочный материал, без которого невозможно себе представить современную жизнь, появился благодаря… цветочному горшку. Французы, истинные ценители красоты и изящества, украшали внешние и внутренние подоконники и балконы цветами в горшках и кадках. Увы, горшки, в которых произрастали нежные фиалки и примулы, делались из дерева, были непрактичны и недолговечны.

Как-то парижскому цветоводу Жозефу Монье пришла в голову мысль делать горшки из бетона. Однако бетонные вазоны также оказались непригодны для высаживания в них растений – растущие корни разрушали их. Тогда неутомимый садовник придумал усиленную конструкцию: стал покрывать цементом горшки из железной сетки. Так появился железобетон. 16 июля 1867 года Жозеф Монье получил патент на изготовление цветочных кадок из проволочной сетки, обмазанной с двух сторон цементным раствором.

Стальная арматура из проволоки, вживлённая в бетонную среду, делающая изделия ЖБИ прочными и изящными одновременно, стала визитной карточкой всех последующих изобретений Жозефа Монье. За двадцать последующих лет Монье запатентовал порядка 15 изделий из железобетона, в числе которых – железнодорожные шпалы, перекрытия, балки, мостовые конструкции, газовые и водопроводные трубы и даже переносные и стационарные жилые дома. В 1868 году Монье соорудил в Майсонс-Алфорте небольшой железобетонный бассейн, это был первый ЖБИ-бассейн в истории. Первый мост из железобетона, проезжая часть которого составляла около 4 метров, был возведен в 1875 году.

Монье подал в патентные ведомства Германии и России заявки на выдачу патентов на свои изобретения и получил патенты. В 1879 году немецкий инженер и фирмач Вайс заключил лицензионное соглашение с правообладателем. Вайс перенес арматуру из середины сечения в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение. Монье приехал в Берлин, где увидел новацию, запротестовал и сердито спросил у лицензиата Вайса: «Скажите, кто изобретатель этой конструкции – вы или я?» 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 патент».

Кстати, первым скрестил цементный раствор и арматурную сетку еще в 1848 году адвокат по профессии Ж.-Л. Ламбо, запатентовавший железобетон­ную лодку. Она стало экспонатом Всемирной выставки в Париже, получила приз «ЭКСПО-1855». Увы, специалисты (как это часто бывало в истории изобретений) интереса к диковинке не проявили и о лодке вскоре забыли. Ламбо не стал патентовать железобетон…

Естественное право собственности разработчика на свое изобретение провозгласил патентный закон Франции, принятый Конвентом в январе 1791 года. В своей преамбуле закон запрещал всем и всякому пользоваться изобретением без дозволения субъекта права. Закон утвердил монополию патентовладельца во имя развития промышленности. С этого времени патент на изобретение, родившийся одновременно с капитализмом, способствует его прогрессу.

Справедливость с железобетоном была восстановлена лишь спустя сто лет: в 1950 году во Франции было отмечено столетие рождения железобетона, и тем самым был утвержден приоритет Ламбо.

Идея Монье увлекла другого француза – талантливого инженера Эжена Фрейсине. Обладая глубокими техническими знаниями и досконально изучив свойства нового материала, Фрейсине создал множество уникальных разработок и внес огромный вклад в совершенствование и развитие эксплуатационных характеристик железобетона и расширил границы его применения. Так, например, ему удалось увеличить прочность железобетона с помощью вибропрессования.

Но самой значимой технической работой Фрейсине является изобретение технологии изготовления бетона из струнно-напряженных элементов. Максимально натянутые стальные каркасные струны — опоры в готовом бетонном элементе, возвращаются к исходной длине, придавая бетону дополнительное напряжение. Таким образом, при нагрузке на бетонную конструкцию процессы сжатия и растяжения распределяются равномерно, что значительно повышает несущие свойства железобетона.

Далее начался настоящий «бетонный бум». В начале ХХ века в Германии был изобретен «товарный цемент» — готовая смесь, которая доставлялась к месту строительства. В США и Англии появились первые бетономешалки.

Процесс строительства длился очень долго, поскольку готовый бетон окаменевал. Конная бетономешалка, использовавшаяся в то время, имела ограниченное применение. Деревянные лопасти перемешивали смесь, во время вращения колес телеги, но она была нескладной и медленной [2].

Стефан Степанян в 1935 году изобрел передвижную бетономешалку на шасси грузового автомобиля (пат. США № 1935922). Это техническое решение придало огромное ускорение всему мировому строительному бизнесу. Изобретение Степаняна стало работать за счет принципа естественного обрушения смеси в барабане. В таком барабане неподвижно закреплены лопатки, которые не позволяют компонентам скользить по стенкам при вращении, этим самым и обеспечивается перемешивание. В 1954 году на ежегодном собрании изобретатель Степанян был удостоен награды Национальной Цементной Ассоциации (National Ready Mixed Concrete Association), которая назвала его своим пожизненным почетным членом. В 2004 году Степаняна выбрали в качестве одного из 100 лучших профессионалов частного транспортного сектора Американской дорожной и транспортной ассоциации строителей.

Интересно, что Стефан Степанян (1882–1964) ещё в 1916 году направил заявку на автобетономешалку в Патентное бюро США (Ведомство по патентам и товарным знакам США). Но в выдаче патента было отказано из-за убежденности эксперта ведомства в том, что грузовик не выдержит вес бетономешалки (!?). Однако в 1928 году Степанян повторно подал заявку, и в 1933 году патент получил. Это было действительно революционное изобретение. Впоследствии за свои заслуги Степанян получил прозвище «Отец бетонной промышленности».

По невыясненным причинам патент был выдан с задержкой на 17 лет. Решение эксперта также остается неубедительным: ведь миссией патентного ведомства является продвижение «индустриального и технологического прогресса в Соединённых Штатах и усиление национальной экономики». Рассмотрим ситуацию в рамках патентной науки. В соответствии со ст. 6 Конвенции Евразийское патентное ведомство выдает евразийский патент на изобретение, которое является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Этот порядок отражен в патентных законах всех стран мира. Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях экономики или в социальной сфере (п. 4 ст. 1350 ГК РФ).

Для признания изобретения промышленно применимым необходимо, чтобы были выполнены следующие условия: указано назначение изобретения в описании, содержавшемся в заявке на дату подачи; приведены в документах и чертежах средства и методы, с помощью которых возможно осуществление изобретения. Осуществимость изобретения дополнительно усиливается требованием к описанию изобретения (п. 2 ст. 1375 ГК РФ гласит: описание должно раскрывать изобретение с полнотой, достаточной для его осуществления).

Эксперт проверяет техническую сторону предложения и на основании описания определяет, основываясь на своем опыте специалиста в данной области техники и используя общие естественно-научные знания, возможно ли в принципе реализовать указанное назначение заявленного изобретения. Если установлено, что на дату приоритета изобретения соблюдены все указанные требования, изобретение признается соответствующим условию применимости.

При несоблюдении указанных требований делается вывод о несоответствии изобретения условию промышленной применимости. В отношении изобретения, для которого установлено несоответствие этому условию, проверка новизны и изобретательского уровня не проводится.

Итак, в случае с автобетономешалкой эксперт был прав: засомневался в работоспособности устройства и отказал в выдаче патента. Для любого изобретателя это типичный пример.

В судебной практике известны случаи рассмотрения тяжб изобретателей к Роспатенту при отказе в выдаче патент. Понятно, если заявленное техническое решение не соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», следует отказ в удовлетворении иска. Таковы Решение Суда по интеллектуальным правам от 7 декабря 2015 года по делу № СИП-64/2015 и Определение Верховного Суда РФ от 12 октября 2016 № 300-ЭС16-13829 по тому же делу. Суды установили, что заявителем 30 апреля 2010 году была подана заявка № 2010117027 на выдачу патента на изобретение «Унифицированная оптическая схема разъемного соединителя волоконных световодов для разработки оптических преобразователей», не отвечающее условию патентоспособности «промышленная применимость».

Но вернемся к автобетоносмесителю. Многие строительные механизмы просты для понимания. Краны двигают грузы вверх и вниз. Самосвалы загружают, перевозят и разгружают. Бульдозеры сгребают. Из всего этого есть одно исключение – это простой автобетоносмеситель. Если бетон в той или иной форме был известен со времен строительства римлянами Аппиевой дороги (между Римом и Капуей), то передвижной бетоносмеситель – дитя ХХ века.

Барабанный автобетоносмеситель, который мы видим на дорогах сегодня, практически не изменился по сравнению с конструкцией Степаняна: как правило, автономный двигатель вращает барабан на кузове грузовика, в котором установлен винт (лопасти), за счет чего наполнитель, вода и цемент находятся в движении. Постоянная подвижность сохраняет готовую бетонную смесь от твердения, расслоения, а герметичная конструкция барабана предохраняет смесь еще и от попадания внешних загрязнений и влаги.

По мере того как менялась технология, менялась и конструкция смесителя. Традиционный автобетоносмеситель имеет вращающийся барабан, в который загружают уже затворенную водой смесь и транспортируют до объекта. При таком подходе смесь необходимо разгрузить на объекте не позднее чем через два часа (в идеале 45 минут).

В США, например, существует и другая категория автобетоносмесителей – с отдельными резервуарами для воды. Большее время в пути цемент, наполнители и другие ингредиенты (добавки) перемешиваются в сухом виде. И только в нескольких километрах от пункта назначения водитель добавляет воду в барабан из резервуара. Это промежуточный вариант между размещением завода на строительной площадке и доставкой уже готовой бетонной смеси.

Конструкция барабана автобетоносмесителя и в наше время совершенствуется. Немецкие изобретатели фирмы ЛИБХЕРР-МИШТЕХНИК ГМБХ особое внимание уделяю конструированию электропривода и гидропривода барабана автобетоносмесителя (пат. RU № 2545237 и № 2467872). В АООТ «НИКТИстройкоммаш» (Санкт-Петербург) разработан смесительный барабан в виде грушевидной емкости, который снабжен спиральными сегментами, образующими винтовую линию (пат. RU № 2215651). Изобретение позволяет повысить эффективность смесителя при работе с жесткими бетонными смесями.

С целью повышения эффективности работы смесителя изобретатель А. Лещинский из Хабаровского государственного технического университета предложил (пат. RU № 2101177) при перемешивании бетонной смеси осуществлять принудительное встречное вращение барабана и лопастного вала с жестко закрепленными на нем спиральными лопастями.

 


Литература

1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. — М.: Стройиздат, 1984.

2. Добронравов С. С., Сергеев С. П. Строительные машины. Учебное пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1981.

 

История бетона, как изобрели бетон, и почему его использовали не по назначению

Бетон дон н.э

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 — Cоветы и практика — CEMMIX

Современное строительство невозможно представить без такого материала, как бетон. Это универсальный материал, пригодный для огромного количества различных работ. Благодаря широкой вариативности полезных качеств этого материала, из него делают всё: от тротуарной плитки на дачу, до огромной дамбы гидроэлектростанции.


Изобретение бетона

Бетон — это искусственный каменный строительный материал, который получают в процессе смешивания и твердения компонентов вяжущего вещества (цемента), заполнителей различной фракции (щебень и песок), воды и различных добавок. Известен с древнейших времен во многих древних цивилизациях (Египет, Индия, Китай, Древний Рим). В то время бетон изготавливался из природных вяжущих (извести, глины и гипса).

Огромным достижением стало создание римского бетона с использованием пуццоланового вяжущего (вулканический пепел, пыль туфа или пемзы).

В средние века рецепт цемента был утерян, но в начале 19 века начали проводиться опыты по получению «нового» вяжущего материала для производства бетона.


Новое открытие

Заново открыт рецепт цемента был в 1824 году британцем Джозефом Аспдином, и, независимо от него, нашим соотечественником Егором Челиевым в 1825 году. Получаемый при температуре около 1500С мелко размолотый материал, который используется в качестве связующего в бетонах и растворах, назвали «портландцемент».

Бетонные конструкции применяли не широко и в основном в виде монолитных конструкций фундаментов, так как бетон имеет хорошие показатели по сопротивлению на сжатие, но плохо противостоит растяжению.


Появление железобетона

Считается, что первое применение армированного бетона произошло в 19 веке, когда в 1849 году французский садовник Жозеф Монье сделал кадку для садовых растений, вручную нанеся цементный раствор на арматурный каркас. Но, на это открытие претендуют еще несколько человек в разных странах.

К началу 20-го века путем экспериментов удалось решить проблему слабости бетона к растяжению и изгибу — появился железобетон, где нагрузки на растяжение воспринимала на себя арматура из стали. Это дало мощный толчок развитию строительства – именно благодаря железобетону стало возможно строительство небоскрёбов, дамб гидроэлектростанций и других сложных конструкций.

История повсеместного широкого применения бетона и железобетона в промышленных масштабах началась уже после второй мировой войны, когда требовалось восстановить многие разрушенные предприятия, мосты, жилые дома.


Недостатки бетона и их решение

Долгое время читалось, что железобетон – это материал без недостатков, и срок его службы неограничен, все показатели только увеличиваются со временем. Но, на практике выяснилось, что конструкции, изготовленные из железобетона после некоторого времени эксплуатации, начинают терять свои свойства и характеристики. Под воздействием различных факторов (атмосферное воздействие, воздействие агрессивной среды, электрохимические процессы, происходящие в железобетоне, механические повреждения от больших нагрузок и многое другое), которые воздействуют на конструкцию вместе в различных комбинациях, конструкции начинают разрушаться, происходит коррозия бетона и арматуры, что приводит к потере несущей способности, а часто и к авариям.

Современная химия позволяет значительно повысить надёжность и долговечность бетона путём использования специализированных добавок для бетона, которые помимо защитных функций увеличивают удобство работы со смесью и облегчают её транспортировку к месту проведения работ и подачу в форму.

Мы в CEMMIX верим, что в XXI веке строительство из бетона должно быть доступным, надёжным и удобным!

Настоящая история бетона | Динамическая перекачка бетона

Благодаря его использованию в прочных современных конструкциях, вы можете не думать о бетоне как о историческом строительном материале. Однако у этой субстанции богатое прошлое. То, что во времена Древнего Рима не ездили цементовозы, не означает, что культуры тогда не могли строить из бетона. У них были свои способы адаптации и использования материалов.

Изучая историю бетона, мы можем понять, как мы его используем сегодня.Мы собрали несколько ключевых лет на протяжении всей истории, а также известные и исторические бетонные сооружения, чтобы вы могли лучше понять суть.

Для этих целей мы будем рассматривать бетон как смесь крупных и мелких частиц, смешанных с определенным типом пасты. Паста схватывается и скрепляет частицы, которые затем можно использовать в качестве строительного материала. Мы также рассмотрим несколько похожих материалов, которые имеют общие отличия. На протяжении всей истории культуры создавались с:

  1. Цемент: Этот мелкодисперсный порошок создает другие материалы, такие как строительный раствор, бетон, штукатурку и раствор.В этих строительных изделиях цемент выступает в качестве связующего вещества. Его часто делают из известняка, но другие возможные ингредиенты включают глину, кварцевый песок и ракушки. Какие бы разные культуры ни использовали на протяжении истории, зависело от того, к чему они имели доступ, где жили. Независимо от ингредиента, люди измельчают и объединяют их с такими материалами, как железная руда, а затем нагревают их до высоких температур. Полученный продукт, называемый клинкером, перемалывается в цемент.
  2. Раствор: Раствор связывает кирпичи, камни и другие строительные материалы.Он сделан из цемента, песка и извести. Когда строители добавляют воду в смесь, цемент активируется, а затем затвердевает по мере высыхания. Затирка — аналогичный продукт, но в нем больше воды, которая течет между трещинами и зазорами. Любое из этих веществ может действовать как клей для других строительных материалов, от плитки до камня.
  3. Adobe: Высушенная на солнце грязь создает кирпичи из сырца. Песок, грязь и другие частицы почвы попадают в эти кирпичи, в которые люди также могут добавлять палки или солому вместе с водой.После высыхания кирпич дает усадку и растет вместе с погодой. Поскольку его не обжигают в печи для отверждения, а сушат на воздухе, он не подходит для влажного климата. Многие из первых строительных материалов, таких как бетон, были на самом деле саманом.

Вышеуказанные материалы относятся к одному семейству, но бетон — более прочное вещество. Он всегда был с нами в бесчисленных строительных проектах самых разных форм. Читайте дальше, чтобы узнать больше об истории бетона и о том, как материал изменился с годами.

Самые ранние виды использования бетона

То, что мы считаем бетоном сегодня, несколько отличается от первого использования бетона. Тем не менее, подобные материалы имели важное значение на протяжении всей истории. Среди некоторых целей этих материалов было создание:

  • Здания
  • Этажей
  • Мосты
  • Дороги
  • Скульптурные конструкции

Культуры по всему миру построили эти и другие здания из бетона и материалов, подобных бетону.Поскольку с годами материал менялся, трудно сказать, сколько времени существует бетон. По приблизительной шкале времени мы знаем, что он существовал за тысячи лет до нашей эры. Культуры использовали бетон на протяжении многих лет:

  1. 6 500 до н.э .: В этом году были построены первые бетонные здания. Бедуины создали эти исторические бетонные сооружения в современной Сирии и Иордании. Ранние начинания заложили основу для улучшения техники с течением времени.
  2. 3000 до н.э .: В то время египтяне использовали грязь, смешанную с соломой, для создания строительного материала, похожего на глин. Они также разработали и использовали гипсовые и известковые растворы для скрепления сырцовых кирпичей. Примерно в то же время строители в Китае использовали форму цемента, созданную из липкого риса.
  3. 700 до н.э .: Бедуины обнаружили цемент, который твердеет под водой, и примерно в это время создали печи для производства раствора. Они использовали этот раствор для строительства полов, домов и других построек.За это время они также начали утрамбовывать бетонный материал и поняли, что вещество не будет работать, если оно будет слишком насыщенным.
  4. 600 до н.э .: Греки открыли природное вещество, которое может создавать бетон, если смешать его с известью. Несмотря на то, что они использовали это вещество, они не были так продвинуты в конкретных методах, как другие культуры.
  5. 200 г. до н. Э .: К этому времени римляне усовершенствовали здание из бетона, хотя и другим способом, чем мы используем его сегодня.Римляне создавали большую часть конструкции из рыхлых камней и материала, скрепляя их раствором. Они даже использовали косметический кирпич в сочетании с их версией цемента. Использование неструктурных блоков зарекомендовало себя как цельный и эстетичный продукт.
  6. 1414: Крах Римской империи оставил интерес к бетону бездействующим до тех пор, пока в этом году не появились рукописи, объясняющие это вещество. С этим пришло новое понимание строительного материала.Этот год стал одним из многих поворотных моментов в истории бетона. Это начало цепную реакцию открытия новых способов производства и использования бетона на века.
  7. 1793: Джон Смитон создал более эффективный метод производства гидравлической извести в 1793 году. Этот продукт использовался для облегчения схватывания цемента, а модернизированное производство упростило изготовление бетона и его быстрое схватывание.
  8. 1824: Этот год был очень важным в истории бетона, потому что именно в этот год каменщик Джозеф Аспдин создавал портландцемент.Названный так, потому что он был похож на строительный камень в Портленде, Англия, портландцемент был прочной формой строительного материала. Аспдин произвел цемент путем сжигания мела и глины в печи. Позже он решил добавить в глину известняк, чтобы создать клинкер.

Aspdin помог стимулировать использование цемента и бетона в современном строительстве. Стремясь создать лучшую альтернативу строительному материалу римлян, он вдохновил конкурентов на создание еще лучших версий своего портландцемента.

С началом использования цемента и бетона произошла эволюция продуктов. Мы разработали множество способов изменить вещества, чтобы они лучше работали для нас, со временем влияя на историю бетонного строительства.

Как бетон изменился с годами?

Со временем бетон превратился в более эффективный материал. Мы перешли от использования натуральных веществ, напоминающих цемент, к усовершенствованию природных материалов с помощью искусственных процессов. По мере развития технологий развивались и наши методы производства бетона и цемента.

В конце 1800-х годов люди в Германии, Франции и США одновременно разрабатывали железобетон. В то время он использовался для промышленных зданий, но в дальнейшем он будет играть роль в жилых домах и других сооружениях.

Портландцемент, созданный Джозефом Аспдином, отличается от того, что мы производим сегодня. Хотя Аспдин не указал конкретных соотношений или температур для изготовления портландцемента, мы знаем, что он не смог бы достичь высоких температур, которые мы делаем сегодня для нагрева веществ.

Сегодня у нас есть стандартная формула портландцемента. Он был создан еще в 1917 году Американским обществом испытаний и материалов совместно с Национальным бюро стандартов. Стандартная формула обеспечивает неизменное качество независимо от того, когда и где кто-то производил вещество.

Еще до того, как мы разработали рецептуру портландцемента, строители снова использовали бетон в проектах по всему миру. В начале 1900-х годов бетон вновь получил общественное признание в качестве строительного материала, и эти типы конструкций начали расти:

  • Доходный дом в Париже 1902 года
  • Первое высотное здание из бетона в Огайо в 1904 году
  • 328-футовый мост в Риме в 1911 году

После этих и других построек был разработан товарный бетон.В 1913 году материал был доставлен в Балтимор, штат Мэриленд. Это помогло сделать рабочие места более эффективными, поскольку рабочим больше не нужно было смешивать бетон на месте. Вместо этого он прибыл предварительно смешанным с завода в ранних версиях того, что мы сегодня называем цементовозами.

Спустя несколько десятилетий мы обнаружили, что образование маленьких пузырьков воздуха, известных как воздухововлечение, улучшает бетон. После того, как в 1930 году в бетон были введены воздухововлекающие вещества, строительный материал стал легче обрабатывать и менее подвержен замерзанию.Теперь архитекторы в более холодном климате могут выбирать материал, не беспокоясь о трещинах или поломках.

Примерно в то же время строители разработали тонкослойный бетон. Крыши, купола, арки и другие подобные конструкции были сделаны из тонкой оболочки из бетона. Благодаря прочным округлым формам этих структур они не требовали толстых слоев материала. Более легкий вес тонкослойного бетона делает остальную часть здания более безопасной от обрушения, поскольку ей не нужно поддерживать тяжелый материал.

Работая с бетоном, мы сделали его более прочным и устойчивым строительным материалом. Мы обнаружили более простые способы изготовления, транспортировки и использования. Наряду с этими открытиями строители и архитекторы возводили здания в разных стилях. Бруталистские, современные и другие бетонные конструкции включают в себя подвиги и художественные творения, такие как:

  • Зал Пола Рудольфа Йельского университета
  • Музей Science Hills в Японии
  • Юбилейная церковь за пределами Рима
  • Исследовательский центр Института Солка в Калифорнии
  • Жилой комплекс Villa Saitan в Японии
  • Национальный музей Бразилии

Эти здания демонстрируют универсальность бетона как строительного материала.По мере развития технологий строители и архитекторы могли создавать из бетона изгибы, вырезы и другие привлекательные элементы дизайна. Гибкость стиля материала позволила ему строить церкви, музеи, жилые дома и многое другое, а также некоторые исторические бетонные постройки.

Известные сооружения стали возможны благодаря бетону

Нам нужно благодарить бетон за многие исторические и узнаваемые здания. Были ли они построены тысячелетия назад или в этом веке, некоторые бетонные конструкции, о которых вы, вероятно, слышали, включают:

  1. Пантеон: Пантеон в Риме — самый большой бетонный купол, который не армирован.Несмотря на то, что Пантеон был завершен в 125 году, он до сих пор стоит в Риме. Он имеет диаметр 142 фута с 27-футовым окулусом или отверстием в центре.
  2. Великая Китайская стена: Знаменитая достопримечательность из бетона строилась на протяжении многих веков. В зависимости от того, как вы определяете начало обширного проекта, творение началось в третьем веке до нашей эры. или несколько веков назад. Династии и королевства на протяжении всей истории Китая укрепляли структуру, добавляя ее спустя столетия после ее основания.
  3. Маяк Эддистоун: Расположенный у побережья южной Англии, эта третья итерация маяка была построена в 1700-х годах с использованием гидравлической извести Джона Смитона. Единственная причина, по которой историческое бетонное сооружение разрушилось, заключалась в том, что скалы под ним со временем разрушились.
  4. Бетонная улица: В 1891 году в Огайо была построена первая бетонная улица. Известный как Корт-стрит, он стоит до сих пор. Несмотря на то, что Джордж Варфоломей создал улицу более 100 лет назад, она вдвое прочнее, чем бетон, используемый в современных жилых проектах.Благодаря своей прочности он идеально подходит для работы в условиях дорожного движения.
  5. Панамский канал: После неудачных попыток создать жизненно важные объекты в сфере путешествий и транспорта в 1904 году началось строительство Панамского канала. Через 10 лет проект был завершен. Бетон играет роль в замках, которые помогают поднимать корабли, движущиеся по каналу. По его завершении были окончательно подключены многие страны и порты.
  6. Плотина Гувера: Сама плотина, построенная в 1935 году, потребовала более 3 миллионов ярдов бетона.На создание электростанции и других сооружений для плотины потребовалось еще 1 миллион ярдов. Однако строители не стали заливать бетон в одну массу, потому что он треснул и затвердевал слишком долго. Вместо этого они залили блоки бетоном, чтобы построить колонны. Испытания, проведенные двадцать лет спустя, показали, что бетон со временем становился прочнее.
  7. Плотина Гранд-Кули: Менее чем через 10 лет после завершения строительства дамбы Гувера строители создали самую массивную бетонную конструкцию из когда-либо построенных.Для завершения строительства плотины Гранд-Кули в Вашингтоне в 1942 году потребовалось 12 миллионов ярдов бетона. Поскольку для ее завершения требовалось в четыре раза больше бетона, чем для плотины Гувера, строители использовали конвейерную ленту длиной 2 мили для транспортировки материала на строительную площадку. Строители использовали тот же метод, что и при строительстве плотины Гувера для плотины Гранд-Кули, только в гораздо большем масштабе.
  8. Сиднейский оперный театр: Это бетонное здание в южном полушарии считается самым большим бетонным сооружением.Строительство началось в 1959 году и завершилось в 1973 году. Проект столкнулся с определенными трудностями, но его завершение позволило получить великолепную бетонную конструкцию. Сиднейский оперный театр в настоящее время служит местом встречи для культуры и туристов со всего мира.
  9. Бурдж-Халифа: Расположенный в Дубае небоскреб Бурдж-Халифа был построен из железобетона. Он будет носить титул самого высокого здания в мире до завершения строительства Башни Джидды в 2020 году. В Бурдж-Халифе было использовано более 400 000 кубических ярдов бетона и более 60 000 тонн арматуры или арматуры.

Эти современные и исторические постройки были бы невозможны, если бы не бетон. Их рост, сила, размер и многое другое — это демонстрация способностей бетона. Полезность этого вещества не исчезла после Британской Колумбии. лет тоже. Сегодня и в далеком будущем мы продолжим использовать бетон для строительства инновационных зданий, домов, квартир, отелей, скульптур и многого другого.

Получите бетонное оборудование и услуги с помощью динамической перекачки бетона

Примите участие в истории бетона сегодня с услугами и оборудованием Dynamic Concrete Pumping.У нас есть 40-летний опыт оказания помощи подрядчикам в воплощении архитектурных замыслов в жизнь, дополняя наследие исторических бетонных сооружений. Если вам нужны бетонные услуги или оборудование, свяжитесь с нами в Dynamic Concrete Pumping.

Concrete — История потерь, предательства и инноваций

Бетон — это самый используемый строительный материал, который используется уже много лет. Более 5000 лет назад египтяне смешивали глину и солому, чтобы сформировать кирпичи, и использовали гипс и известь для изготовления строительных растворов.К 200 г. до н.э. римляне успешно строили из бетона и даже использовали продукты животного происхождения в цементе в качестве ранней формы добавок. Однако после падения Римской империи в 476 году нашей эры методы изготовления пуццоланового цемента были утеряны до тех пор, пока в 1414 году не были обнаружены рукописи, описывающие эти методы.

Семейная вражда

Современный бетон появился благодаря изобретению портлендского цемента в 1824 году Джозефом Аспдином. «Джозеф назвал продукт портландцемент, потому что считал, что затвердевший раствор из него напоминал« лучший портлендский камень », а портлендский камень был самым престижным строительным камнем в Англии в то время», — говорит Стюарт Галлоуэй, президент 20/20 Show Производства и производитель Canadian Concrete Expo.«Однако в патенте не описывается то, что мы сегодня называем« портландцемент »».

Каменщик по профессии, Джозеф экспериментировал с производством цемента, пока не создал товарный продукт. Затем он вступил в партнерство с соседом Уильямом Беверли, основал производственный завод в Уэйкфилде и перевез свою семью из Лидса в Уэйкфилд. Этот завод закрылся в 1838 году после того, как компания «Манчестер энд Лидс» приобрела землю. Аспдин переместил свое оборудование на вторую площадку неподалеку в Киркгейте.Его младший сын Уильям управлял заводом до 1941 года, когда он перестал работать на своего отца, и Джозеф стал партнером старшего сына Джеймса.

Два года спустя Уильям основал свой собственный завод в Ротерхите (недалеко от Лондона) и использовал модифицированную версию рецепта своего отца, чтобы ввести новый цемент, который оказался значительно прочнее, чем цемент, изобретенный его отцом. Уильям использовал более высокое содержание известняка, обжигал его при более высокой температуре и измельчал ранее выброшенный клинкерный материал, тем самым увеличивая износ во время процесса измельчения.В следующем году Джозеф ушел на пенсию и передал свою долю бизнеса Джеймсу. В 1948 году Джеймс переместил завод на третью площадку в этом районе, и этот завод продолжал работать до 1900 года. Кроме того, в 1848 году Уильям переехал в Кент, чтобы воспользоваться близостью местных к крупным запасам мела. Он никогда не подавал заявку на патент на свой модифицированный процесс, и история подозрительных деловых договоренностей и ошибок доказала, что он, возможно, был нечестным и некомпетентным.

Инновации Америки

Эта технология пересекла Атлантику, и к концу века Америка построила свой первый бетонный мост (мост через озеро Алворд в Сан-Франциско, Калифорния) и свою первую бетонную улицу (в Беллефонтене, Огайо, и существует до сих пор). .Тем не менее, он рассматривался только для промышленных зданий, поскольку люди считали его эстетическую ценность второстепенной для жилых и других зданий.

В 1875 году американский инженер-механик Уильям Уорд завершил строительство первого дома из железобетона в США, который до сих пор стоит в Порт-Честере, штат Нью-Йорк. Одной из причин, по которой он выбрал бетон, был страх его жены перед огнем. Американцы расширили использование бетона и добились нескольких успехов. Вот некоторые известные из них, ведущие к середине 20 века.

1877 — Эрнест Л. Рэнсом патентует систему, в которой используются скрученные квадратные стержни для улучшения связи между сталью и бетоном, и начинает строительство из железобетона.

1904 — первое бетонное высотное здание (16 этажей / 210 футов / 64 метра) построено в Цинциннати, штат Огайо.

1913 — первая партия товарного бетона доставлена ​​в Балтимор, штат Мэриленд. Идея смешивать бетон на централизованном заводе и затем перевозить его на строительную площадку с тех пор произвела революцию в бетонной промышленности.

1915 — L.M. Scofield становится первой компанией, производящей красящие вещества для бетона (отвердители цвета, цветной воск, интегральный краситель, герметики и химические красители).

1930-е годы — воздухововлекающие агенты впервые используются в бетоне для повышения его устойчивости к повреждениям от замерзания и оттаивания.

1935 — строительные бригады укладывают 3 250 000 ярдов бетона, чтобы завершить строительство дамбы Гувера.

1938 — Джон Кроссфилд подает первый патент на бетонное покрытие, которое создается путем добавления латекса в портландцемент, заполнитель и другие материалы.

1950-е годы — Брэд Боуман разрабатывает процесс изготовления боманита — оригинального монолитного, цветного, текстурированного и отпечатанного архитектурного бетонного покрытия

1970-е годы — фибра используется с бетоном для повышения его прочности

1976 — завершено строительство Си-Эн Тауэр.Это бетонное и стальное здание станет самым высоким отдельно стоящим зданием в мире на следующие четыре десятилетия

«Инновации в бетоне продолжаются и по сей день», — говорит Гэллоуэй. «Некоторые из них незначительны, но некоторые действительно меняют правила игры. В будущем бетон будет продолжать развиваться таким образом, чтобы приносить пользу жизни людей ».

История бетона и цемента

Бетон — это материал, используемый в строительстве, состоящий из твердых, химически инертных твердых частиц, известных как заполнитель (обычно состоящий из различных типов песка и гравия), которые связаны между собой цементом и водой.

Заполнители могут включать песок, щебень, гравий, шлак, золу, обожженный сланец и обожженную глину. Мелкозернистый заполнитель (мелкий относится к размеру частиц заполнителя) используется для изготовления бетонных плит и гладких поверхностей. Крупный заполнитель используется для массивных конструкций или участков из цемента.

Цемент существует намного дольше, чем строительный материал, который мы называем бетоном.

Цемент в древности

Считается, что цемент старше самого человечества, он образовался естественным путем 12 миллионов лет назад, когда обожженный известняк вступил в реакцию с горючим сланцем.Бетон восходит как минимум к 6500 году до нашей эры, когда Набатея, известная нам как Сирия и Иордания, использовала предшественник современного бетона для строительства конструкций, которые сохранились до наших дней. Ассирийцы и вавилоняне использовали глину в качестве связующего вещества или цемента. Египтяне использовали известь и гипсовый цемент. Считается, что Набато изобрели раннюю форму гидравлического бетона, который затвердевает под воздействием воды с использованием извести.

Использование бетона в качестве строительного материала преобразовало архитектуру всей Римской империи, сделав возможными конструкции и конструкции, которые нельзя было построить, используя только камень, который был основным продуктом раннеримской архитектуры.Внезапно арки и эстетически амбициозную архитектуру строить стало намного проще. Римляне использовали бетон для строительства сохранившихся памятников, таких как Бани, Колизей и Пантеон.

Однако с наступлением Средневековья такие художественные амбиции угасли вместе с научным прогрессом. Фактически, в Средние века было много разработанных методов изготовления и использования утраченного бетона. Concrete не предпримет следующих серьезных шагов вперед, пока не пройдут темные века.

Эпоха Просвещения

В 1756 году британский инженер Джон Смитон сделал первый современный бетон (гидравлический цемент), добавив гальку в качестве крупнозернистого заполнителя и смешав механический кирпич с цементом. Смитон разработал свою новую формулу бетона, чтобы построить третий маяк Эддистон, но его нововведение привело к огромному всплеску использования бетона в современных конструкциях. В 1824 году английский изобретатель Джозеф Аспдин изобрел портландцемент, который до сих пор остается доминирующей формой цемента, используемой в производстве бетона.Аспдин создал первый настоящий искусственный цемент путем сжигания молотого известняка и глины. Процесс обжига изменил химические свойства материалов и позволил Аспдину создать более прочный цемент, чем обычный измельченный известняк.

Промышленная революция

Бетон сделал исторический шаг вперед, включив в него закладной металл (обычно сталь), чтобы сформировать то, что теперь называется железобетон или железобетон. Железобетон был изобретен в 1849 году Джозефом Монье, который получил патент в 1867 году.Монье был парижским садовником, который делал садовые горшки и кадки из бетона, армированного железной сеткой. Железобетон сочетает в себе прочность металла на растяжение или изгиб и прочность бетона на сжатие, чтобы выдерживать большие нагрузки. Монье выставил свое изобретение на Парижской выставке 1867 года. Помимо своих горшков и кадок, Монье продвигал железобетон для использования в железнодорожных шпалах, трубах, перекрытиях и арках.

Его использование также привело к появлению первого железобетонного моста и массивных сооружений, таких как плотины Гувера и Гранд-Кули.

Твердая история бетона

История бетона настолько древняя, что мы даже не знаем, когда и где она началась. Это история открытий, экспериментов и загадок. Императоры и короли стали легендами о возведении великих бетонных сооружений, некоторые из которых до сих пор остаются загадкой для инженеров. Многие из самых опытных архитекторов в истории черпали вдохновение в плитах из серого строительного материала. Обычные каменщики продвинули технологию, а мошенник сыграл решающую роль в разработке рецептов бетона.

Сегодня мир буквально залит бетоном, от дорог и тротуаров до мостов и плотин. Само слово стало синонимом чего-то реального и осязаемого. Прижмите отпечатки ладоней к тротуару и подпишите свое имя в истории. Это история бетона.

Первый цемент — а может, и бетон?

Давайте разберемся с этим прямо сейчас: цемент и бетон — это не одно и то же. Цемент, смесь измельченного известняка и глины, входит в состав бетона вместе с водой, песком и гравием.Изобретение бетона стало возможным благодаря развитию цемента, и, чтобы проследить историю цемента, мы должны проследить использование его компонентов.

Самое раннее известное использование известняка в сооружении датируется примерно 12 000 лет назад. Он был найден в храме Гёбекли-Тепе на территории современной Турции. Исторический храм предполагает, что, возможно, переход человечества от кочевничества к цивилизации был вызван не сельским хозяйством, а желанием собираться и поклоняться в большом здании.Известняк составлял резные Т-образные столбы Гёбекли-Тепе.

Руины Гебекли Тепе, старейшего известного храма в мире.

Teomancimit / Викимедиа

За тысячелетия, прошедшие между этой структурой и удивительным бетоном римских времен, культуры по всему миру разработали лучшие строительные материалы, некоторые из которых вы можете рассматривать как своего рода протобетон. Например, недавно археологи задались вопросом, можно ли найти раннюю форму бетона в египетских пирамидах.Гипотеза гласит, что египтяне, возможно, не тащили на каждые строительных блока к пирамидам, но что блоки к вершине пирамид могли быть отлиты в форме так же, как мы сегодня заливаем бетон в форму, чтобы придать ей форму. . Однако большинство археологов считают, что нет никаких доказательств того, что какие-либо блоки сделаны из искусственного материала, такого как бетон. Вместо этого широко распространено мнение, что они сделаны из известняка, который также мог содержать глина.

Нет также свидетельств того, что греки использовали бетон.Тем не менее, минойцы Крита действительно использовали искусственный строительный материал для полов, фундаментов и канализаций, согласно книге Роберта Курланда Бетонная планета: странная и увлекательная история самого распространенного в мире искусственного материала . Этот минойский материал, возможно, не был тем бетоном, который мы знаем сегодня, но это была смесь аналогичного сорта. Глина была основным компонентом, также использовался вулканический пепел, который сегодня называют пуццоланом.

Пуццолана происходит из Поццуоли, Италия, на месте горы Везувий, извержение которой разрушило римский город Помпеи в 79 году нашей эры.Тот же вулканический пепел, который покрыл этот древний город и вовремя заморозил его жителей, также помог римлянам создать первый известный бетон в мире — и самый прочный бетон, который когда-либо видело человечество.

Рим

Связь между Римом и бетоном настолько сильна, что мы даже взяли от них название «бетон». Он образован от латинского термина concretus , что означает «расти вместе», точно так же, как компоненты бетонной смеси образуют прочный строительный блок. Но римляне не называли свой бетон « concretus ».«Фактически, они ошибочно назвали свой бетон caementis , что означает« каменистый материал ». Caementis — это, конечно, слово, которое дало нам« цемент ».

Гора Везувий возвышается над руинами Помпеи.

Getty Images

Древние римляне делали бетон почти так же, как мы. Они изготавливали цемент, смешивая обожженный известняк с водой. Чтобы загустить смесь, они добавили вулканический пуццолан, измельченные камни и песок.Затем смесь в полужидком состоянии разливали в резные деревянные формы для создания гладких и прочных кусков бетона.

Римляне использовали бетон для строительства пандусов, террас и дорог. Выливание смеси в формы позволило римлянам построить своды, купола и арки великих акведуков империи. Ко второму веку до нашей эры римляне начали делать стены из бетона и облицовывать их кирпичной кладкой, что было сделано по двум причинам. Во-первых, древние римляне предпочитали эстетику кирпича серой плите из неприкрашенного бетона.Во-вторых, после Великого пожара в Риме в 64 году нашей эры, уничтожившего 10 из 14 районов города, бетон оказался огнестойким, хотя и не огнестойким. В этом отношении помог внешний кирпич.

Что делает римский бетон таким впечатляющим, так это его способность выдерживать сильные погодные условия, землетрясения и морские волны. Рассмотрим один из первых великих римских проектов.

Подъем Бетона к известности в Империи начался с смелого инженерного подвига в гавани Себастос в Кесарии, Израиль.Шел 23 год до нашей эры, время, когда бетон еще оставался малоизвестным материалом. Царь Иудеи Ирод, земля которого была территорией Римской империи, хотел улучшить экономику своего королевства. Что может быть лучше, чем построить порт на берегу Средиземного моря? Это был идеальный тест на прочность бетона.

Майкл Стиллвелл

Строительство гавани длилось восемь лет. В результате появилась одна из крупнейших гаваней в мире, уступающая только Александрии в Египте.Причалы и дамбы были сделаны из чистого бетона, вероятно, опущенного в воду с помощью крана. Дайверы, затаив дыхание, отправились в Средиземное море, чтобы внести коррективы в расположение построек. После правильного выравнивания каждый тяжелый кусок бетона утрамбовывался. Город Кесария закончил строительство через пять лет после завершения строительства гавани, а процветающий порт принес царю Ироду титул «Ирод Великий».

Спустя более 2000 лет бетонная гавань все еще не пострадала.С земли это просто не видно. Гавань Себастоса была построена прямо на разломе. Землетрясения случаются каждые несколько столетий, в результате чего пристани и дамбы медленно погружаются под Средиземное море. Но гавань Себастоса была только началом. Римляне построили одни из самых известных бетонных сооружений в мире.

Пик римского бетона

После пожара 64 года нашей эры и смерти императора Нерона четыре года спустя в Риме разразилась гражданская война. Победителем стал генерал Флавий Веспасиан, более известный как Веспасиан.Став императором, он намеревался построить самый большой театр в мире. Он назовет его «амфитеатром Флавиев», и он вмещает более 50 000 зрителей и обеспечивает полный обзор событий с любого места. Это был первый стадион в мире. Сегодня мы называем его Колизеем.

Закат над Колизеем летом.

Getty Images

Римский Колизей — это эллиптическое сооружение длиной 615 футов и высотой 157 футов, с площадью основания около 6 акров.В нем 80 входов, четыре из которых предназначены для VIP-персон и один — для императора. Строительство Колизея было завершено 1937 лет назад, и сегодня он стоит как один из непреходящих символов Римской империи, а точнее говоря, как свидетельство прочности римского бетона.

Однако Колизей не полностью бетонный. Непропорционально большое количество кирпича и бетона можно найти по всей арене. По данным Concrete Planet , оценки количества бетона варьировались от 6000 до 653000 тонн.Однако около 80 процентов бетона было использовано для фундамента, поэтому само собой разумеется, что 6000 метрических тонн значительно занижают оценку. Но точно сказать сложно. После всех ударов, ушибов, землетрясений и ударов молний, ​​которые сооружение выдержало на протяжении двух тысячелетий, сегодня у нас осталось только около трети первоначального сооружения.

Однако самое первозданное древнее бетонное сооружение в Риме было построено не для людей, а для богов.Спустя 1800 лет Пантеон остается таким же крепким, как и прежде. Инженеры, построившие великий храм Рима, намного опередили свое время — возможно, даже опередили наше время.

Купол Пантеона в Риме.

Getty Images

Пантеон был детищем императора Адриана. Адриан всегда интересовался архитектурой, и когда он стал императором в 117 году нашей эры, он хотел построить величайшее сооружение Империи как свидетельство богов.Он сделает это с самым большим куполом, который когда-либо видел мир.

Это было рискованное предприятие. Купол Пантеона будет охватывать 143 фута. Он был вдвое шире и выше любого купола из когда-либо созданных. Бетон заливали в изогнутую деревянную форму, идеальную полусферу, установленную на строительных лесах. После того, как строительные леса были сняты, одни стены должны были выдержать давление гигантской бетонной крыши, которая была огромной даже с учетом того, что знаменитый окулус в центре купола снимал часть нагрузки.

Римские инженеры построили эти бетонные стены невероятной толщины и облили их кирпичом внутри и снаружи. Внутри были выложены кирпичи, чтобы построить арки, снимающие напряжение со стен. Восемь цилиндрических сводов также снимают стресс, создавая галереи, в которых верующие могут стоять перед статуями богов. По внешнему периметру здания был уложен дополнительный слой кирпича.

Майкл Стиллвелл

Другими словами, стены были сильно усилены, а купол — нет.Сегодняшние инженеры не посмеют построить неармированный купол такого размера. Такая конструкция из современного бетона будет постоянно находиться под угрозой обрушения.

Как же тогда Адриану и его инженерам удалось это осуществить? Они возились с конкретными рецептами. В куполе было немного больше вулканического пепла, чем в камнях, чтобы сделать его немного легче, а в стенах было гораздо больше каменного материала, что сделало их тяжелыми и прочными.

Но до сих пор мы не знаем всех секретов Пантеона.Самым полным из сохранившихся текстов о римском бетоне является « Об архитектуре » Витрувия. Однако этот том предшествует строительству Пантеона примерно на 150 лет. Когда Западная Римская империя официально пала в 476 году нашей эры, рецепт изготовления бетона Пантеона был утерян для истории.

Бетон открыт заново

Бетон вернулся через тысячу лет. Европа переживала темные века, и древнеримские тексты не были открыты заново до эпохи Возрождения.Инженеры эпохи Возрождения изучили книгу Витрувия Об архитектуре , но, не зная загадочного серого строительного материала, ученым было трудно расшифровать терминологию Витрувия. Только итальянский монах по имени Джованни Джокондо смог взломать код.

Джокондо изучал археологию и архитектуру и заметил нечто впечатляющее в caementis . Его устойчивость к атмосферным воздействиям предполагала, что он должен быть гидравлическим, что означает, что он затвердевает под водой. Бетон, подумал Джокондо, нужно воспроизвести.

Итак, Джокондо построил сооружения, в которых были смешаны известь и пуццолана, как велел Витрувий. Его первой попыткой был оригинальный мост Пон-Нотр-Дам. На вершине моста были построены дома, но примерно через 250 лет после завершения строительства все сооружение было снесено. В домах слишком много внимания уделялось этой примитивной версии бетона, и усилия Джокондо вошли в историю как единственная попытка создать бетон в эпоху Возрождения. Но на горизонте были еще большие прорывы.

«Морской путь на мосту Нотр-Дам и Пон-о-Мен», картина Николя-Жан-Батиста Рагене, 1756 г.

В XVI веке трасс — вулканический пепел, похожий на пуццолану, — был обнаружен в качестве полезного материала для изготовления инструментов в Андернахе, Германия. Каменщик попытался использовать золу в известковом растворе, смеси, очень похожей на бетон, и узнал, что полученный материал был более прочным и водостойким. Результатом стала цепная реакция, которая привела к созданию современного цемента.

В 17 веке голландцы начали продавать трасс во Францию ​​и Великобританию. Трасса использовалась для строительства зданий, требующих гидравлических свойств. В постоянном конфликте и конкуренции Франция и Великобритания начали попытки создать свои собственные гидравлические строительные материалы. Но у англичан было преимущество. У них был Джон Смитон.

Портрет Джона Смитона художника Р. Вудмана, 1833 г.

Коллекционер печатиGetty Images

Смитон известен как отец гражданского строительства.Он создал формулу влияния давления воздуха на скорость объекта, которая содержит «коэффициент Смитона». И более чем через тысячу лет после падения Рима и утраты секретов бетона Смитон заново открыл, как производить цемент.

В середине 1750-х годов Смитону было поручено построить маяк на опасном насесте на скалах Эддистоун, недалеко от южного побережья Англии. Все три маяка на этом месте были разрушены. Зиму не пережить. Второй обрушился во время урагана.Последний, имевший деревянный интерьер, загорелся от света и сгорел дотла. Смитон принял вызов и был полон решимости построить самый сильный маяк в мире.

Гравюра маяка Смитона на вихревых камнях.

Английский инженер-строитель экспериментировал с известными гидравлическими материалами. Он скатал шарики извести (вареная версия известняка) и трасса и бросил их в кипящую воду.Известь сама по себе растворилась, но известь, соприкасавшаяся с трассом, устояла. Затем Смитон испытал известняк из городка под названием Абертоу, бросив его в воду и раствор азотной кислоты, используемый для разделения минералов. Эксперимент показал, что примерно десятая часть известняка из Абертоу содержала глину. Смитон обратил внимание на высокую прочность этого известняко-глинистого конгломерата. Сегодня мы называем этот же материал натуральным цементом.

Маяк был построен между 1756 и 1759 годами с использованием гидравлического цементного раствора Смитона.Он стоял на Скалах Эддистоуна более века, прежде чем скалы начали разрушаться. В 1882 году маяк был разобран и перестроен в Плимуте, Англия.

Каждый британский бизнесмен хотел заработать на новом строительном материале. В маркетинговых целях производители стали называть свой натуральный цемент «римским цементом». За этим последует обман в бетонном бизнесе, который, в случае удачи, приведет к созданию еще более прочных материалов.

Мошенник

Джозеф Аспдин был каменщиком из Лидса, Англия.В 1820-х годах он ходил по мощеным дорогам города и крал кирпичи из известняка. Его дважды оштрафовали, но это не помешало известняковому вору уйти с кирпичами для своих материаловедческих тестов.

Исторические записи немного неоднородны, но мы знаем, что Аспдин сумел изобрести собственную цементную смесь. Он назвал его «портландцемент» в честь покрытого известняком острова Портленд. Как и термин «римский цемент», название «портландцемент» стало маркетинговой схемой. Но Джозеф Аспдин был не аферистом, а его сын Уильям.

Примерно в это же время существовала обычная инженерная практика, называемая перемешиванием суспензии, при которой измельченный (но не обожженный) известняк смешивался с глиной и водой. Смесь превратилась в пасту. Затем пасту обожгли в твердой печи и измельчили, превратив ее в цементный порошок. Если пасту обжигали слишком долго, полученный материал, называемый «клинкер», обычно выбрасывался.

Сохранившаяся печь для обжига извести в Берджесс-парке в Лондоне.

C Ford / Secretlondon / Викимедиа

Уильям Аспдин решил проверить ненужные обрезки клинкера.В молодости Уильям бросил отца, чтобы найти свой путь в Лондоне. Он начал забирать клинкер из рук производителей цемента. У него не было ни служащих, ни печи. Все, что он сделал, это ударил клинкер молотком, чтобы разбить его. После того, как клинкер был смешан с другими цементными материалами, в результате был получен новый цемент, который годы спустя независимая фирма подтвердила, что он вдвое прочнее «римского цемента».

Портрет Уильяма Аспдина на странице xviii тома 1 «Циклопедии Рэдфорда о цементном строительстве», 1910 год.

Уильям Аспдин создал цемент, который был лучше остальных, и все же он продолжил поиск инвесторов, которые ничего не знали о цементной промышленности, вопиюще лгали о своем продукте общественности, обманывали своих партнеров и начинали все сначала.

В проспекте своей первой цементной фирмы Уильям поставил перед собой цель установить достоверность своего непроверенного продукта. Он написал, что его цемент уже много лет существует в Северной Англии, обманным путем утверждая, что его собственный «портландцемент» — это тот же рецепт, который разработал его отец.

Фирме Уильяма удалось выкупить еще один цементный завод, но через год компания обанкротилась. Уильям нашел новых неопытных инвесторов и основал новую фирму на одной из своих предыдущих фабрик. Он опубликовал еще ложь. На этот раз он утверждал, что портландцемент его отца существует с 1821 года и что он использовался в одном из самых изнурительных строительных проектов Англии: туннеле в Темзе. Несколько человек погибли из-за наводнения во время недавнего строительства. Уильям утверждал, что рабочие использовали портландцемент, чтобы залатать дыры, когда река просочилась в туннель.Реальность, стоящая за этими историями, заключается в том, что ямы были заделаны глиной, и в 1821 году Джозеф Аспдин все еще воровал известняк с улицы.

Строительство туннеля через Темзу, Лондон, 1825-1843 гг.

Энн Ронан, коллекционер картинок и изображений Getty Images

Записи о том, как закончилось второе партнерство Уильяма, также скудны, но его третье коммерческое предприятие хорошо задокументировано. Однажды совет директоров предоставил Уильяму 300 фунтов стерлингов для инвестиций в фабрику.Уильяму было приказано купить паровой двигатель — и он это сделал всего за 80 фунтов стерлингов. Остальные деньги пошли в карман Уильяма.

Узнав, что он подделал квитанцию, совет директоров проверил Уильяма. Вскоре они узнали, что он обманул их с самого начала. Он присвоил средства, выделенные фирме. Он создавал записи о поддельных сотрудниках и забирал домой зарплаты. Уильяма не было.

Но ненадолго. Он быстро нашел еще одного инвестора и открыл четвертый цементный бизнес.Примерно в это же время — в 1850-х годах — конкурирующие фирмы пытались выяснить рецепт его портландцемента. Чтобы скрыть свой секрет чрезмерного обжига цементной смеси, Уильям продемонстрировал на открытом полу своей фабрики различные химикаты, чтобы все могли их увидеть. Тем не менее, Уильям в конце концов перестал платить арендную плату за фабрику и был арестован за давние долги. Его четвертое партнерство закончилось. Он переехал в Германию и перескакивал с цементного бизнеса на цементный, прежде чем упал и ударился головой.Он умер в 1864 году в возрасте 48 лет.

Спустя полтора века мы все еще используем портландцемент мошенника.

Рождение современного бетона

В середине 1800-х годов большинство промышленно развитых стран производили портландцемент самостоятельно. Примерно в это же время у США, Великобритании и Франции возникла одна и та же идея увеличить прочность бетона на растяжение или его способность противостоять действующей силе. Бетон можно было залить на железные прутья, чтобы сформировать железобетон.

В 1880-х годах инженер из Калифорнии по имени Эрнест Рэнсом основал свою собственную строительную фирму.Рэнсом заметил, что железобетон имеет тенденцию к растрескиванию, что впоследствии значительно ослабляет его. Он решил поэкспериментировать с арматурными стержнями, используя 2-дюймовые железные стержни, чтобы проверить, сцепятся ли они с бетоном. Эксперимент удался. Затем Рэнсом попытался скрутить железные прутья в соответствии с желаемой формой бетона. Оно работало завораживающе. Инженер назвал свою идею системой Ransome. Сегодня мы называем это арматурным стержнем или арматурой, а современные инженеры обычно используют сталь.

Первым зданием из арматурного бетона Рэнсома был склад Arctic Oil Company Works в Сан-Франциско, построенный в 1884 году.Он был снесен примерно в 1930 году. Позже Рэнсом построил мост через озеро Алворд, старейшее сохранившееся железобетонное сооружение в мире, также в Сан-Франциско. В 1903 году было завершено строительство первого в мире бетонного небоскреба — 16-этажного здания Ingalls Building в Цинциннати. Сам Рэнсом не участвовал в строительстве небоскреба, но это было бы невозможно без его метода арматурных стержней.

Здание Ингаллса во время строительства, Цинциннати, Огайо, 1903 год.Здание, спроектированное архитекторами Альфредом О. Эльзнером и Джорджем М. Андерсоном, было первым высотным зданием из железобетона в мире.

Музейный центр ЦинциннатиGetty Images

Технологии Рэнсома переживут его. Знаменитый архитектор Фрэнк Ллойд Райт проложил путь использованию железобетона в современной архитектуре. Поскольку бетон заливается в форму, ему можно придать формы, которых не смогут достичь даже самые опытные каменщики.

Первым бетонным зданием Райта был Храм Единства в Оук-Парке, штат Иллинойс.Работая с ограниченным бюджетом, единственный дизайн, вырезанный в форме, — это украшение в стиле майя вдоль верхней части здания. Бетон заливали в форму и поверх арматурного стержня очень медленно и тщательно, чтобы обеспечить плавное схватывание. Строительство проходило с 1905 по 1908 год. Благодаря использованию железобетона, Храм Единства считается многими первым современным зданием в мире.

Райт станет выдающимся архитектором США. Он использовал бетон во многих своих конструкциях, а в 1935 году этот материал широко использовался, пожалуй, в его самой известной работе: Fallingwater in Mill Run, Пенсильвания.Падение воды было бы невозможным без железобетона Рэнсома. С несколькими консолями без опоры или выступающими балками выдержит только материал с невероятно высокой прочностью на разрыв. Идея Fallingwater заключалась в том, чтобы легко интегрировать человечество и природу, и Райту удалось это сделать. Здание является национальным историческим памятником США и считается одним из величайших произведений американской архитектуры в истории.

Водопад Фрэнка Ллойда Райта в природном заповеднике Bear Run, штат Пенсильвания.

Ричард Т. Новиц, Getty Images

С тех пор, как Рэнсом разработал идеальную арматуру, бетон использовался для строительства всех типов монументальных зданий и сооружений инфраструктуры. В 1891 году человек по имени Джордж Бартоломью построил первую бетонную улицу в Беллефонтене, штат Огайо. Мост через реку Вьен в Шательро, Франция, построенный в 1899 году, является одним из самых известных железобетонных мостов в мире. Каналы, как и Панамский канал, тоже сделаны из бетона. Заводы, офисы и бункеры, построенные во время мировых войн, использовали бетон.Плотина Гувера, построенная в 1936 году для сдерживания могущественной реки Колорадо, содержит 3,25 миллиона кубических ярдов бетона, а еще 1,11 миллиона используется для строительства электростанции и окружающих сооружений. Американская система автомагистралей между штатами, которая была построена между 1956 и 1992 годами, также сделана из железобетона. Некоторые из самых прочных зданий в мире имеют бетонный фундамент. Другие, например Сиднейский оперный театр, считаются символами своей страны.

И все же даже сейчас, в этих бетонных джунглях 21 века, могут быть способы улучшить знаменитый серый строительный материал.

Бетон будущего

Арматура сделала возможным современный мир. Но с точки зрения долговечности железобетон не может сравниться с тем, что использовали римляне. Арматура окисляется при застывании окружающего бетона. Спустя десятилетия он ржавеет. Арматура расширится настолько, что в бетоне появятся трещины. В целом, согласно Concrete Planet , современный бетон может прослужить около века без капитального ремонта или замены. Впечатляющая прочность на растяжение многих наших конструкций носит временный характер, и их обслуживание стоит дорого.Например, на восстановление Храма Единства было вложено 25 миллионов долларов.

Морская вода особенно вредна для арматуры, поскольку соль разъедает сталь всего за пять десятилетий. Вода может просачиваться естественным путем в виде крошечных отверстий и, в конечном итоге, на бетонной конструкции образуются небольшие трещины. Циклы замораживания-оттаивания также оставляют трещины на бетонных дорогах, и, хотя рассыпание соли препятствует образованию льда, она вредит арматуре так же, как морская вода. Если бы только мы могли воспроизвести римский бетон гавани Себастоса, бетон, подходящий для Пантеона, дома богов.

Бурение образца древнеримской бетонной конструкции в Портус-Косанус, Тоскана, 2003 г.

Дж. П. Олесон

Недавний отчет предполагает, что это возможно. Мы знаем, что пуццолана из вулканического пепла была основой прочности древнеримского бетона, хотя мы до сих пор не составили полный рецепт. В июле исследователи объявили, что они будут использовать аналогичный вулканический пепел у побережья Калифорнии, чтобы попытаться разгадать древнюю тайну.Цель состоит в том, чтобы реконструировать процесс, который позволил создать самый прочный бетон в истории.

Римский бетон не только водонепроницаем, но и укрепляется при контакте с морской водой. Считается, что микроскопические кристаллы растут в древнем бетоне при погружении в воду, что делает его идеальным для таких сооружений, как гавань Себастоса в древнем Израиле.

Римский бетон имеет более слабую прочность на разрыв, чем арматурный бетон, как можно было бы представить, но его способность противостоять эрозии и атмосферным воздействиям не имеет себе равных.Сочетание секретного рецепта римского бетона и современных методов проектирования арматуры может позволить бетону в очередной раз произвести революцию в инфраструктуре и архитектуре.

Джонатан Шифман
Джонатан работает в Нью-Йорке и до сих пор часто останавливается, чтобы полюбоваться небоскребами, где он находит вдохновение для своих произведений.

Краткая история бетона: от 10 000 до н.э. до домов, напечатанных на 3D-принтере | Города

«В отличие от Пантеона… практически все бетонные конструкции, которые мы видим сегодня, в конечном итоге потребуют замены», — пишет Роберт Курланд в своем увесистом фолианте «Бетонная планета», «что обошлось нам в триллионы долларов.

Хотя есть некоторые споры о том, когда и где был использован первый бетон — храм Гебекли-Тепе в современной Турции был построен с использованием Т-образных столбов из резного известняка примерно 12000 лет назад, пустынные торговцы использовали ранний бетон для строительства под землей. цистерны с водой 8000 лет назад, а древние египтяне использовали гипс и известь для изготовления строительных растворов — мало кто спорит, что первыми, кто использовал бетон так, как мы это делаем сегодня, были римляне.

Q&A

Что такое «Бетонная неделя Guardian»?

Show

На этой неделе Guardian Cities исследует шокирующее воздействие бетона на планету, чтобы узнать, что мы можем сделать, чтобы сделать мир менее серым.

Наш вид пристрастился к бетону. Мы используем ее больше, чем что-либо еще, кроме воды. Подобно тому другому чудо-материалу, созданному руками человека, пластик, бетон изменили конструкцию и улучшили здоровье человека. Но, как и в случае с пластиком, мы только сейчас осознаем его опасность.

Бетон вызывает до 8% глобальных выбросов CO2; если бы это была страна, она была бы худшим виновником в мире после США и Китая. Он заполняет наши свалки, перегревает наши города, вызывает наводнения, уносящие жизни тысяч людей, и коренным образом меняет наше отношение к планете.

Сможем ли мы избавиться от зависимости, если без нее невозможно представить современную жизнь? В этой серии статей Concrete Week исследует влияние материала на окружающую среду и нас, а также рассматривает альтернативные варианты на будущее.

Крис Майкл, редактор Cities

Спасибо за ваш отзыв.

Римляне использовали его во всем, от бань до гаваней, от акведуков до Колизея, систематизируя его производство и применение с третьего века до нашей эры до падения империи в пятом веке нашей эры.

В отличие от современного железобетона, который может прослужить около ста лет без капитального ремонта или замены, многие римские бетонные конструкции все еще существуют много веков спустя.

Великолепные руины вокруг вас ложь, Гордое время Пантеона бросает вызов

John Courtenay, 1792

Ключом к его долговечности, по-видимому, является использование вулканического пепла или пуццоланы . В то время как современный бетон представляет собой смесь цемента на основе извести, воды, песка и заполнителя, такого как гравий, рецепт бетона, установленный архитектором Витрувием в первом веке до нашей эры, включал пуццолана и куски вулканической породы, известной как туф.Что касается римского морского бетона, используемого для строительства пирсов и волноломов, исследование, опубликованное в 2017 году, показало, что добавление морской воды со временем действительно укрепило эти конструкции, делая их все более и более твердыми на протяжении тысячелетий.

Самым ярким сохранившимся примером римского бетона является Пантеон, который художник Микеланджело описал как «ангельский, а не человеческий рисунок». Он по-прежнему выглядит поразительно современным и остается самым большим куполом из неармированного бетона в мире спустя 19 веков после постройки.

Открыт заново через 1400 лет

За несколькими отдельными исключениями прошло около 1400 лет после падения Западной Римской империи, прежде чем бетон снова стал использоваться в больших масштабах.

Изобретение железобетона дало материалу новую жизнь. Он был впервые применен во Франции в середине 19 века, но популяризировал его инженер из Калифорнии Эрнест Рэнсом, который заливал железные (а позже и стальные) стержни, чтобы улучшить их прочность на разрыв.

Первым арматурным бетонным зданием Рэнсома стал склад Arctic Oil Company Works в Сан-Франциско, строительство которого было завершено в 1884 году.Пять лет спустя Рэнсом построил мост через озеро Алворд в парке Золотые Ворота — первый в мире железобетонный мост. Склад был снесен в 1930 году, но мост остается старейшим сохранившимся железобетонным сооружением в мире.

Сам Рэнсом не участвовал в строительстве первого в мире бетонного небоскреба, 16-этажного здания Ингаллс в Цинциннати в 1903 году, но это было бы невозможно без его метода арматуры.

  • Первый железобетонный небоскреб, здание Ингаллс 1903 года в Цинциннати; под первым железобетонным мостом, парк Золотые ворота, Сан-Франциско.Фотографии: Музейный центр Цинциннати / Getty Images

Тем временем американский изобретатель Джордж Бартоломью построил первую в мире бетонную улицу в Беллефонтене, штат Огайо. Бетон долговечен по сравнению с асфальтовыми дорогами, которые сделаны с использованием битума, и он широко использовался в системе межгосударственных автомагистралей США. Оригинальная бетонная улица Бельфонтен 1891 года сохранилась до наших дней.

В конце лета 1906 года, вскоре после разрушительного землетрясения в Сан-Франциско, Томас Эдисон объявил о своем предложении о серийном производстве бетонных домов, устойчивых к пожарам и сотрясениям, а также к термитам, плесени и гниению.Дома строили из железобетона по индивидуальному заказу несколько десятилетий, но стоили они дорого. План Эдисона по строительству в промышленных масштабах снизит цены. Жители смогут сидеть на литой бетонной мебели, разработанной Эдисоном, хранить свежие продукты в его бетонном холодильнике и развлекаться у его бетонного шкафа с фонографом.

  • Томас Эдисон стоит у модели своего прототипа цельнобетонного дома 1910 года. Строить его оказалось слишком сложно, и он был вынужден согласиться на более простую конструкцию.Фотография: Национальный строительный музей / AP

«Я доживу до того дня, когда рабочий дом можно будет построить из бетона за неделю», — сказал Эдисон. «Если мне это удастся, он заберет из городских трущоб всех, кого стоит забрать». С этой целью изобретатель объявил, что отдаст свою запатентованную технологию любому, кто обещал зарезервировать большинство новых домов для жителей рабочего класса и получать не более 10% прибыли — но потребовалось еще десять лет, прежде чем первые были построены.

Несколько проектов бетонных домов были запущены в США, в том числе так называемый Цемент-Сити в Доноре, к югу от Питтсбурга, но мечта о дешевых просторных бетонных домах так и не осуществилась.

Архитектор Фрэнк Ллойд Райт осознал потенциал железобетона для создания совершенно новых форм. Его первое бетонное здание — Храм Единства 1908 года в Ок-Парке, штат Иллинойс, — считается первым современным зданием в мире. Он использовал этот материал во многих своих проектах, в том числе, пожалуй, в своей самой известной работе — Fallingwater in Mill Run, Пенсильвания, — подвесные консоли которого выступают над небольшим водопадом ручья, что было бы невозможно без прочности на растяжение железобетона.

  • Дом Фоллингуотера Фрэнка Ллойда Райта в Милл-Ран, штат Пенсильвания, был построен в 1939 году. Фотография: Corbis / Getty

В 1930-е годы также было построено плотину Гувера на реке Колорадо недалеко от Лас-Вегаса. В то время плотина была самым крупным бетонным проектом, когда-либо завершенным, с использованием более 3 млн кубометров материала, хотя вскоре ее перевесила плотина Гранд-Кули (pdf) на реке Колумбия (и с тех пор оба они уступили место китайским 27 м.куб. Плотина Три ущелья).

В 1950-е годы дальновидные архитекторы придавали бетону все более экзотические и смелые формы. «Нет причин проектировать здания, которые являются более простыми и прямолинейными, — сказал один из величайших пионеров материалов, Оскар Нимейер, — потому что с помощью бетона можно покрыть практически любое пространство».

Конечно, наряду с красивыми формами, придуманными такими талантами, как Нимейер и Ллойд Райт, современный бетон также является предпочтительным материалом для разрушающих душу офисных блоков и однообразных многоэтажных автостоянок.Его громадные серые блоки встречаются повсеместно — их можно встретить во всех странах и городах на земле.

Несмотря на растущую экологическую озабоченность, бетон остается предпочтительным материалом для большинства строителей, а технологии 3D-печати предлагают ему новую жизнь: вспомните о 3D-печатном мосте в Шанхае, представленном ранее в этом году, о планах вооруженных сил США по 3D-печати казарм войск и планах в области строительства. Эйндховен в Нидерландах на строительство первых в мире жилых домов из бетона, напечатанных на 3D-принтере.

Но ни одна из этих современных структур не переживет Пантеон, особенно те, которые включают бетон, армированный стальными прутьями.«Арматура сделала возможным современный мир, — пишет Курляндия, — но с точки зрения долговечности железобетон не может сравниться с тем, что использовали римляне. Через десятилетия [арматура] ржавеет… и расширяется настолько, что в бетоне появляются трещины. Впечатляющая прочность на растяжение многих наших конструкций носит временный характер ».

Guardian Concrete Week исследует шокирующее воздействие бетона на современный мир. Подпишитесь на Guardian Cities в Twitter, Facebook и Instagram и используйте хэштег #GuardianConcreteWeek, чтобы присоединиться к обсуждению, или подпишитесь на нашу еженедельную рассылку новостей

History of Cement — World Cement Association

Долгая дорога к сегодняшнему портлендскому цементу

Древняя история:

Цемент использовался людьми на протяжении всей истории; Варианты материала использовались до 12000 лет назад, когда на территории современной Турции были найдены самые ранние археологические находки консолидированного беленого пола из обожженного известняка и глины.

Первые обожженные глиняные кирпичи были разработаны в так называемом Плодородном полумесяце, где было обнаружено, что из обожженного известняка можно производить известь для приготовления раствора. Около 800 г. до н.э. финикийцы использовали знания о том, что смесь обожженной извести и вулканического пепла, которую сегодня называют «пуццолана», можно использовать для производства гидравлической извести, которая не только была прочнее, чем все, что использовалось ранее, но и затвердевала под водой.

Римляне разработали новые методы каменной кладки, с помощью которых они могли возводить величественные здания с тяжелыми фундаментами.Одним из таких достижений был «opus caementitium», тип бетона из извести с заполнителями из песка и щебня. В основном это использовалось между камнями или кирпичами, служившими опалубкой. Другие цементы использовали в качестве заполнителей щебень, плитку и керамическую посуду. Римский архитектор и инженер Марк Витрувий Поллио всесторонне описал знания и методы строительства того времени, которые на протяжении сотен лет служили основой методов строительства.

Известные исторические здания из бетона, сохранившиеся до наших дней, — это Колизей и Пантеон в Риме и Собор Святой Софии в Стамбуле.

Средние века

Средние века были тихим временем в истории цемента; любые открытия, сделанные в эту эпоху, остаются неизвестными, хотя известно, что каменщики использовали гидравлический цемент для строительства таких сооружений, как крепости и каналы.

В гильдиях средневековья знание было секретом и передавалось студентам устно, а не записывалось, в то время как алхимики исследовали свойства и реакционную способность веществ, часто используя кодированный язык.Типичные растворы того времени состояли из извести и песчаника. Как мы знаем, он еще не существовал.

Промышленная революция в Европе в конце 18 -х годов века ознаменовалась появлением новых разработок в области цемента и бетона с важным вкладом Джона Смитона, который обнаружил, что гидравлическая способность извести напрямую связана с содержанием глины в известняке, Джеймс Паркер, Луи Вика и Егор Челиев.

Рождение портлендского цемента:

Предшественник современного цемента был создан в 1824 году Джозефом Аспдином, британским каменщиком и строителем, который экспериментировал с нагреванием известняка и глины до тех пор, пока смесь не прокалилась, измельчая ее и затем смешивая с водой.Аспдин назвал этот портлендский цемент в честь знаменитого прочного строительного камня с острова Портленд в Дорсете, Великобритания. Его сын, Уильям Аспдин, сделал первый цемент, содержащий алит (нечистая форма трехкальциевого силиката).

В 1845 году Исаак Джонсон обжигал мел и глину при гораздо более высоких температурах, чем Аспдин, около 1400-1500 o ° C, что привело к клинкированию смеси и получению того, что по сути является современным цементом.

С 1850 года использование бетона из портландцемента значительно увеличилось.Такие проекты, как скульптуры, небольшие мосты и бетонные трубы, были типичными приложениями в то время и помогли повысить его известность. Затем последовали крупномасштабные системы канализации, такие как в Лондоне и Париже, а строительство метро и метро повысило спрос. К концу 19 века пустотелые бетонные блоки для жилищного строительства стали мейнстримом.

Появление железобетона началось в 1840-х годах во Франции, положив начало периоду инноваций, когда использовались усиленные колонны, балки и т. Д., Что позволило возводить большие мосты, более высокие и большие здания и т. Д., И значительно снизило доминирование стальных конструкций.

Первый стандарт на портландцемент был утвержден в Германии в 1878 году, определяя первые методы испытаний и минимальные свойства, и многие другие страны последовали его примеру.

На рубеже веков мировое производство и применение цемента резко выросло. С 1900-х годов вращающиеся печи заменили оригинальные печи с вертикальным валом, так как они используют лучистую теплопередачу, более эффективную при более высоких температурах. достижение однородной температуры клинкера и получение более прочного цемента.Теперь к полученной смеси добавляется гипс для контроля схватывания, а для измельчения клинкера используются шаровые мельницы.

Другие разработки последнего столетия включают цементы на основе алюмината кальция для лучшей сульфатостойкости, смешивание Rosendale (натуральный гидравлический цемент, производимый в Нью-Йорке) и портландцементов для получения прочного и быстро схватывающегося цемента в США, а также более широкое использование вяжущих материалов для хранения ядерных отходов.

Будущее цемента и бетона

Постоянно появляются новые технологии и инновации для улучшения устойчивости, прочности и применения цемента и бетона.Некоторые передовые продукты включают волокна и специальные заполнители для изготовления черепицы и столешниц, например, в то время как производство вне помещений также приобретает все большее значение с развитием цифровых технологий и искусственного интеллекта, которые могут сократить отходы и улучшить эффективность и условия работы на месте. Также разрабатываются цементы и бетоны, которые могут поглощать CO 2 в течение своего срока службы, уменьшая углеродный след строительного материала.

Текстовые материалы Райнера Нобиса, автора «Иллюстрированной истории цемента и бетона», доступны для покупки в Интернете.

Когда в Риме был изобретен бетон?

600 до н.э. — Рим: Хотя древние римляне не были первыми, кто создал бетон, они были первыми, кто широко использовал этот материал. К 200 г. до н.э. римляне успешно использовали бетон в большинстве своих построек. Для создания смеси они использовали смесь вулканического пепла, извести и морской воды. 28 июл. 2017

  • Римский бетон или opus caementicium был изобретен в году в конце 3-го века до нашей эры. , когда строители добавляли вулканическую пыль, называемую пуццолана, в раствор, сделанный из смеси извести или гипса, кирпича или кусков камня и воды.

600 до н.э. — Рим: Хотя древние римляне не были первыми, кто создал бетон, они были первыми, кто широко использовал этот материал. К 200 г. до н.э. римляне успешно использовали бетон в большинстве своих построек. Для создания смеси они использовали смесь вулканического пепла, извести и морской воды.

Почему в Риме изобрели бетон?

Они обнаружили, что римляне изготавливали бетон, смешивая извести и вулканическую породу, чтобы сформировать строительный раствор.Для строительства подводных сооружений этот раствор и вулканический туф упаковывали в деревянные формы. Утверждают, что римский бетон не только более долговечен, чем портландцемент, но и более устойчив в производстве.

Когда был изобретен бетон?

Прекурсор бетона был изобретен примерно в 1300 году до нашей эры, когда строители Ближнего Востока обнаружили, что, когда они покрывали внешние поверхности своих крепостей из толченой глины и стены домов тонким влажным слоем обожженного известняка, он вступал в химическую реакцию с газами, находящимися в воздухе. образуют твердую защитную поверхность.

Как назывался римский бетон?

Римский бетон, также называемый opus caementicium, использовался в строительстве в Древнем Риме. Римский бетон был основан на гидравлическом цементе. Он прочен благодаря включению в него пуццолановой золы, предотвращающей распространение трещин.

Почему римский бетон был важен?

Древние римляне освоили бетон более 2000 лет назад и использовали его для строительства пирсов, волноломов и других сооружений.Она объясняет, что для древних производителей бетона первым шагом было смешивание вулканического пепла с известью и водой — пресная вода для архитектурных памятников и морская вода для морского бетона.

Почему римский бетон прослужил так долго?

Древние римляне построили бетонные морские стены, которые выдерживали удары океанских волн более 2000 лет. Теперь международная команда обнаружила ключ к долговечности бетона: в ходе химических реакций между бетоном и морской водой образуется редкий минерал, укрепляющий материал.

Почему римский бетон такой прочный?

Морская вода разъедает современный бетон за несколько лет. Но бетон, который использовали древние римляне, не страдает этой проблемой. Бетон состоит из негашеной извести или оксида кальция и вулканического пепла. Когда морская вода попадает в трещины, она вызывает химическую реакцию, которая фактически укрепляет бетон.

Что прочнее — цемент или бетон?

Разница между цементом и бетоном Хотя термины «цемент» и «бетон» часто используются как синонимы, цемент на самом деле является ингредиентом бетона.Заполнители — песок и гравий или щебень; паста водно-портландцементная. Бетон становится прочнее с возрастом.

Кто изобрел цемент?

Изобретение портландцемента обычно приписывают Джозефу Аспдину из Лидса, Йоркшир, Англия, который в 1824 году получил патент на материал, который был произведен из синтетической смеси известняка и глины.

Бетон тверже с возрастом?

Прочность бетона увеличивается с возрастом до тех пор, пока присутствует влажность и температура, благоприятная для гидратации цемента.Прочность на сжатие, процент от 28-дневного влажного бетона. сделать бетон пластичным и работоспособным.

Был ли римский бетон водонепроницаемым?

Они обнаружили, что римские инженеры использовали смесь вулканического пепла, морской воды и извести, которая вызвала химическую реакцию, повышающую сцепление с воздействием морской воды, даже после того, как бетон технически затвердел.

Как римские солдаты использовали пилум?

Пилум — копье, обычно используемое римской армией в древние времена, которое бросалось во врагов, чтобы пробить броню перед вступлением в рукопашный бой.По сути, он использовался для устранения угрозы до того, как были обнажены мечи. Когда мечи не могли дотянуться и щиты перестали быть защищенными, римские солдаты полагались на пилум.

Используется ли римский бетон до сих пор?

Современный бетон, используемый во всем, от дорог до зданий и мостов, может разрушиться всего за 50 лет. Но спустя более тысячи лет после того, как западная Римская империя обратилась в пыль, ее бетонные конструкции все еще стоят.

Кто первым применил бетон и сколько ему лет?

600 г. до н.э. — Рим: хотя древние римляне не были первыми, кто создал бетон, они были первыми, кто широко использовал этот материал.К 200 г. до н.э. римляне успешно использовали бетон в большинстве своих построек. Для создания смеси они использовали смесь вулканического пепла, извести и морской воды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.