Статьи

Преимущества бетона

Бетон – уникальный строительный материал, который, благодаря разнообразию своих свойств, позволяет воплощать в реальность даже самые смелые архитектурные решения. Из бетона и железобетона получаются самые прочные и долговечные конструкции. С каждым годом возможности использования бетона всё более расширяются. На сегодняшний день бетон является самым незаменимым материалом в строительстве.


Широкие возможности применения бетона

Бетон может использоваться в качестве основного строительного материала (возведение фундамента, стен, перекрытий и других конструкций), как закрепляющий материал (для сцепления строительных элементов), как заполняющий материал, изоляционный и отделочный. Использование бетона в строительстве зданий гражданского и промышленного назначения позволяет создавать свободные планировки помещений с большими пролётами, благодаря переходу к неразрезным системам организации пространства. Бетон можно использовать в процессе строительства, как в сборных конструкциях различного назначения, так и в монолитных. Основные свойства бетона в процессе производства легко регулируются и могут соответствовать любым условиям эксплуатации. Это достигается с помощью различных добавок и применения соответствующих технологий.

 

Надёжность и долговечность

Благодаря тому, что бетону в процессе производства можно задавать необходимую прочность, этот материал в железобетонных конструкциях является наиболее надёжным и долговечным. Дома из железобетона представляют особый интерес для неблагоприятных районов (сейсмоопасные зоны или зоны с суровыми климатическими условиями). Монолитные конструкции возводятся практически без швов. Отсутствие стыков повышает гидроизоляционные, теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства сооружений, что увеличивает срок службы строений, экономит затраты на соответствующие защитные материалы и делает пребывание человека в таких зданиях наиболее комфортным. С применением водоотталкивающих добавок, товарный бетон обретает высокую водостойкость, на которую не способны ни сталь, ни дерево. Такой материал надёжен и применяется в зоне постоянных или временных контактов с водой (дамбы, мосты, плотины, гидроэлектростанции, водопроводы, колодцы, бассейны и т.п.). Благодаря использованию химических добавок получают: морозостойкий бетон, огнеупорный, силикатный и многие другие специальные бетоны, которые находят применение во всех областях. Особо тяжёлые марки бетона, благодаря низкой проницаемости, хорошо противостоят радиоактивным излучениям. Так как бетон не содержит в себе органические материалы, стены дома не поддерживают рост плесени, грибка и других вредных микроорганизмов.


Экономичность

Поскольку бетон – доступный и относительно дешёвый строительный материал, он позволяет строить недорогие конструкции. Использование местного сырья в качестве заполнителей значительно удешевляют стоимость сооружений. Потребление энергии на обогрев жилого дома из бетона на 44% меньше затрат энергии, затраченной на обогрев деревянного каркасного дома, а охлаждение – меньше на 32%.

История появления бетононасоса

Ученые до сих пор не могут точно сказать, кто именно придумал бетон несколько тысячелетий назад. Точно так же покрыто тайной и изобретение бетононасоса, оборудования для передачи свежеприготовленной смеси на большие расстояния прямо к площадке бетонирования. В начале XX века было несколько попыток создать подобные устройства, значительно облегчающие и ускоряющие монолитное строительство. Как и сейчас, бетононасосные установки были необходимы при строительстве дорог, мостов, крупных и мелких объектов инфраструктуры. Некоторые источники утверждают, что первый бетононасос был собран в 1907 г. в Германии. Однако самыми известными «первооткрывателями» стали немецкие инженеры Фриц Гелл и Макс Гисе в 1927 г., которых подтолкнуло к идее использование на площадке бетонолитной башни. Они решили подавать раствор на площадку напрямую из бетономешалки. Разработанная конструкция бетононасоса позволяла перекачивать смесь с меньшим содержанием воды и большим содержанием крупных фракций (гравий, щебень), что удешевляло заливку, сокращало время затвердевания бетона, а значит, и ускоряло строительство. Первые опыты привели к созданию бетонной техники, передающейрастворы на расстояние 38 м (по вертикали) и 120 м (по горизонтали).


Можно сказать, что развитие и усовершенствование бетононасосов в разных странах мира шло неравномерно, рывками. Так, в СССР первые бетонасосные установки появились еще в 30-х годах прошлого столетия, однако впоследствии строительная индустрия отдала предпочтение сборным железобетонным конструкциям. Причиной стала необходимость быстрого и дешевого возведения в 1950-60-х годах большого количества жилых зданий, взамен разрушенных во время войны. Хотя Большая Советская Энциклопедия утверждает, что в СССР производились бетононасосы производительностью 5, 10, 40 м3/ч, подающие смесь на расстояние 40 м (по вертикали) и до 300 м (по горизонтали). В это время инженеры и архитекторы США и Европы экспериментировали с проектами из монолитного железобетона, который позволял создавать высотные здания произвольного дизайна. Решение отказаться от железобетонных плит повлекло за собой потребность в быстром конструировании новой техники, способной передавать бетон на дальние расстояния и, особенно, на значительную высоту, ведь эпоха одноэтажной Америки или Европы завершилась навсегда.


В 1959 году немецкой фирмой «Schwing» (точнее, ее основателем Фридрихом Швингом) был совершен настоящий прорыв, ведь конструктивный принцип представленного компанией оборудования и по сей день используется всеми производителями бетононасосных установок. Речь идет о выпуске первого в мире масляно-гидравлического насоса для перекачки бетона с двумя цилиндрами. Уже в 1962 г. Ф. Швинг запантентовал «S-трубу», которая встречается сегодня практически во всех бетононасосах последнего поколения. Интересен тот факт, по мнению владельца «Schwing» S-труба имела слишком много недостатков, потому и не использовалась в бетононасосах этой фирмы. Он отдал предпочтение РОК-шиберу. Всем остальным компаниям пришлось дожидаться срока окончания патента, чтобы выпускать бетононасосные установки с системой S-шибера.

В 1965 г. компания «Schwing» установила насос на шасси и тем самым открыла эпоху серийного производства автобетононасов. В 1968 г. установки обзавелись распределительными стрелами. В том же году выпустила свою модель и компания «Putzmeister». После этого все фирмы-производители начали гонку бесконечных усовершенствований в стремлении стать «быстрее, выше и сильнее». Даже новички, китайские и корейские концерны, активно включились в соревнования. Ежегодно бьются рекорды по высоте и дальности подачи, производительности, длительности эксплуатации и прочим техническим характеристикам. Уже сегодня некоторые бетононасосы способны передавать смесь на расстояние около 3 км и на высоту более 700 м. И это не предел, а значит, эта история о бетононасосах еще не завершена.

История бетона

Как большинство строительных материалов бетон прошел длинный путь развития. При раскопках на берегу Дуная археологи обнаружили остатки жилья 5000-летней давности, где полы толщиной 25 см представляли собой доисторическую бетонную заливку: в качестве вяжущего вещества выступала красная глина, армирующим элементом служил мелкий речной гравий.


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. Бетон был применен при строительстве галерей египетского лабиринта (3600 лет до н.э.) и монолитного свода пирамиды Нима задолго до нашей эры. Египтяне использовали в качестве вяжущего вещества гипс и известь. Четверть века назад мир облетело предположение швейцарского профессора-химика Джозефа Давидовица об искусственном изготовлении блоков из геополимерного бетона, составляющих пирамиду Хеопса. Обследуя известняковые блоки, профессор в каменной массе одного из них нашел человеческий волос, который мог оказаться там лишь в одном случае: упал с головы рабочего при замешивании раствора. Результатом дальнейших поисков ученого стала надпись на стеле периода III династии. Расшифрованные иероглифы содержали рецепт приготовления древнего бетона. Независимое исследование выявило, что основание Великих пирамид сложено из природных известняков, а несколько верхних рядов выполнены из бетона. Состав бетонной смеси включает пальмовую золу, песчаниковую крошку и разновидность соды, полученную из нильской воды.


В Индии уже в наше время в храмах и дворцах знати были обнаружены хорошо сохранившиеся бетонные «наливные» полы (IV-V вв. до н. э.). Одними из первых начали применять бетон древние жители Китая. Великая Китайская стена, строительство которой было начато в III веке до н. э., сооружена частично из бетона. Приготовление бетона и формование из него стен можно описать так: одна часть известкового теста тщательно перемешивалась с двумя частями песка и гравия, затем такая сухая бетонная смесь с небольшим содержанием воды укладывалась слоями толщиной около 12 см между деревянными щитами опалубки и усиленно уплотнялась деревянными трамбовками. Следующий бетонный слой укладывался на увлажненную поверхность предшествующего. Процесс повторялся до полного возведения стены.


Француз Шарру рассказал о применении бетона кельтами, населявшими часть территории современной Европы. Он излагает мнение профессионального химика, который в течение многих лет исследовал тумулы - каменные монументы кельтов в Галлии и проводил анализы почвы, которые привели его к однозначному выводу: сооружения возводились с применением бетона (или строительного раствора).


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. Так 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 - римский архитектор и инженер II половины 1 в. до н. э. - в своем архитектурном трактате довольно подробно описал несколько видов такой кладки. Скорее всего, что знаменитые римские бетонные стены развились как раз из греческой бутовой кладки.


Бетон мог получить широкое распространение лишь в таком сильном и огромном государстве, каким был Древний Рим с его большими объемами строительных работ, включая сооружение многотысячных амфитеатров, стадионов, знаменитых римских дорог, протянувшихся на тысячу километров по всей стране и за ее пределами. Появление римского бетона отражало растущие потребности и технические возможности античного общества. Римляне не были изобретателями бетона, но именно в Древнем Риме бетон превратился в один из основных конструкционных строительных материалов благодаря своим свойствам: прочности, водонепроницаемости, экономичности. Применение бетона на территории Древнего Рима началось примерно с конца IV в. до н. э. и продолжалось около 700 лет. Римляне материал, подобный бетону, называли по-разному. Так, литую кладку с каменным заполнителем они именовали греческим словом «эмплектон» (emplekton). Встречается также слово «рудус» (rudus). Однако чаще всего при обозначении раствора для возведения стен, сводов и фундаментов в римском лексиконе употреблялось словосочетание «опус цементум» (opus caementitium), которым и стали называть римский бетон. В конструктивных элементах Колизея, например, встречается три вида бетона: для фундамента, приготавливаемого на щебне из высокопрочного сорта лавы, для стен на щебне из травертина, туфа и кирпичного боя и особо легкий из пемзы, предназначенный для сводов, которые не несут большой нагрузки. В 90-х годах I в. н. э. был открыт Колизей, построены термы, триумфальная арка в честь побед Тита, где мощный пятиметровый фундамент был выполнен из трамбованного бетона. В 123 г. заканчивается в Риме строительство Пантеона, размер бетонного купола которого диаметром 43 м до XIX в. оставался рекордным для данного типа бетонных конструкций. Особое место бетону отводилось при возведении общественных и жилых зданий, особенно при постройке инсул - многоэтажных домов.


После падения Римской Империи рецепт изготовления бетона был забыт на тысячу лет. Современный бетон на цементном вяжущем веществе известен с 1844 г. Но венцом современного бетона стал железобетон. Интересна история его возникновения. В конце XIX века французский садовод Джозеф Монье озаботился прочностью бетонных горшков, которые при разрастании корневой системы растений разваливались. Монье стал укреплять бетонные горшки железными вкладышами, увеличивая тем самым прочность на растяжение, и в 1867 г. запатентовал переносные садовые кадки из железа и цементного раствора. Это принесло Джозефу Монье не только материальную выгоду, но и славу изобретателя железобетона и ЖБИ.


В практическом освоении и научном познании бетона в конце XIX — начале XX в. одно из ведущих мест занимает Россия, где бетон широко используется при строительстве портов (Одесса, 1870-е гг.), канализационных коллекторов (Петербург, 1912), фортификационных сооружений (Севастополь, 1885; Кронштадт, 1900). О крупных масштабах применения бетона в России свидетельствует тот факт, что к 1900 г. здесь работало уже 66 бетонных заводов и полигонов, в 1913 г. в строительстве было использовано около 3,5 млн. м3 бетона. В Советском Союзе технология бетона получила широкое развитие со времени первых крупных гидротехнических строительств - Волховстроя (1924 г.) и Днепростроя (1930 г.). Советские ученые разработали методы зимнего бетонирования и тем самым обеспечили круглогодичное возведения бетонных и железобетонных конструкций, создали ряд новых видов бетона и вяжущих веществ, разработали способы повышения долговечности бетона, основы технологии сборного железобетона.


Одна из актуальнейших проблем современного бетоноведения - применение и совершенствование нового поколения бетонов, получивших в мировом научном сообществе название «High Performance Concrete». Появление таких бетонов открыло новую эру в строительстве. Их уникальные свойства: высокая прочность и коррозионная стойкость, водонепроницаемость и морозостойкость, регулируемая деформативность - позволили реализовать такие строительные проекты, как: мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом в 1990 м, туннель под Ла-Маншем, 125-этажный небоскреб высотой 610 м в Чикаго и т. п. Высококачественные бетоны обеспечивают высокие гарантированные параметры эксплуатационной надежности зданий и сооружений в условиях сложных воздействий окружающей среды и нагрузок, значительно сокращают сроки строительства и уменьшают инвестиционные риски.


Сегодняшняя жизнь без бетона немыслима. Этот материал с тысячелетней историей останется востребованным во все времена и будет продолжать свое развитие в зависимости от возложенных на него задач.