Бетон и железобетон: Бетон и железобетон

Бетон и железобетон

На сегодняшний день есть много разных материалов, которые могут использоваться в строительстве. Но, наверное, самыми популярными материалами являются бетон и железобетон.

Сейчас бетон используется достаточно широко. Например, в любом здании какая-то его часть обязательно выполняется из бетона. Как правило, фундамент, подвал выполняются из бетона. Можно использовать готовые бетонные плиты, чтобы строительство продвигалось быстрее и проще. Но можно самостоятельно приготовить смесь из сухих материалов и воды. Конечно, готовить бетонную смесь самостоятельно трудоемкий процесс, но в некоторых случаях его просто необходимо использовать. Ведь готовить смесь самостоятельно намного дешевле.

Самым распространенным элементом для строительства из бетона является фундамент. Посредством бетонной смеси можно устраивать сразу и фундамент и стены подвала. Это удобно и более экономично. Но необходимо помнить, что, если строящееся здание больших размеров или имеет большой вес, то лучше дополнительно укрепить бетонную смесь арматурным каркасом. Но это будет уже не бетон, а железобетон. Он имеет более высокие прочностные характеристики.

Можно установить опалубку так, что фундамент будет являться одновременно и стенами подвала. Можно их выполнить из бетона. Также можно использовать бетон для постройки других элементов здания. Например, для отмостки, которая защищает фундамент от влаги, самым лучшим материалом является бетонная смесь.

Также бетонной смесью заливают полы в помещениях. Такие полы могут быть устроены на основании. Есть варианты строительства, когда бетонной смесью дополнительно укрепляют основание. Таким образом, бетон можно использовать и в других отраслях.

Укладывать бетон намного проще, чем устанавливать железобетон. Для бетонной смеси необходимо определить площадь и залить в нее смесь бетона. Главное, чтобы в бетонной смеси не оставалось пустот, иначе, при сезонных перепадах температур они будут расширяться, и разрушать массу бетона.

Для устранения этих пустот можно использовать специальные строительные вибраторы, валики с шипами и другие инструменты.

Железобетон является практически таким же по составу материалом, как и бетон. Но он дополнительно укреплен арматурным каркасом. Такой вид бетона немного сложнее устраивать. Главное, чтобы в массе бетонной смеси была соответствующая арматура. Строительная арматура может быть более прочная и толстая, а может быть тонкой, что значит и менее прочной.

Сечение арматурных стержней рассчитывается индивидуально для каждого конкретного строительного объекта. Это зависит от размера здания, его тяжести и других факторов.

Из железобетона можно делать плиты перекрытия, столбы, перемычки, лестничные пролеты и так далее. Изделие необходимо изготавливать на заводе, это более удобно и просто. Если из железобетона строится фундамент, то его строят самостоятельно на строительной площадке. А вот другие изделия намного проще купить готовыми и доставить на строительную площадку.

Большинство железобетонных изделий имеют большую массу, и для их укладки понадобится специальная строительная техника, например, подъемный кран.

Посредством железобетона можно устраивать такие фундаменты, которые нельзя устроить с помощью бетона. Одним из таких фундаментов является монолитная плита под всем периметром здания. Бетон просто не сможет выдержать вес здания, и будет разрушаться. А вот железобетон идеально справляется со своей задачей и поддерживает здание.

Бетонные конструкции скрепляются между собой и другими деталями, посредством бетонной смеси. А вот железобетон, чаще всего, приваривают к другим конструкциям с арматурным каркасом. В любом случае, железобетонные изделия необходимо еще как-то фиксировать, в отличие от укладки бетонной смеси.

Бетон и железобетон имеют некоторые преимущества, но самым главным преимуществом железобетона перед бетоном является его повышенная прочность. А вот бетон может быть значительно легче, чем железобетон.

Таким образом, можно определить для себя, что вам необходимо в первую очередь, надежность или вес.

Чтобы построить качественное здание, необходимо ответственно подходить к вопросу применения бетона или железобетона, ведь в некоторых случаях лучше отдать предпочтение одному виду, а в других идеально будет использовать другой материал. Если подходить к строительству ответственно и серьезно, то от материалов будет не так много зависеть. А если наоборот, материал выбран качественный, но работы были выполнены непоследовательно и неправильно, то и хороший материал не поможет зданию стоять долго и надежно. Нужно учитывать все факторы и материал, и работы и квалификацию специалистов, которые занимаются строительством.

Бетон и железобетон — Бетоны

Бетон и железобетон

Бетон — искусственный камневидный строительный материал, получаемый в результате затвердевания тщательно перемешанной и уложенной в конструкцию смеси вяжущего вещества, заполнителей, воды и добавок. До затвердевания эту смесь называют бетонной. В строительстве применяют бетоны разнообразного назначения, характеризующиеся различными свойствами. Бетоны классифицируют по ряду признаков: целевому назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре.

В зависимости от назначения (области применения) бетоны подразделяют на конструкционные и специальные.

Конструкционные бетоны предназначены для изготовления несущих и ограждающих конструкций и обеспечивают главным образом механические характеристики конструкций — прочность, упругость, деформационные и другие свойства. Из конструкционных чаще всего применяют тяжелый бетон, легкий и ячеистый.

Специальные бетоны используют для изготовления конструкций, эксплуатируемых в особых условиях, и включают в себя теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, радиационно-защитные, декоративные бетоны.

По виду вяжущего бетоны подразделяют следующим образом.

Бет‘оны на цементных вяжущих изготовляют преимущественно на портландцементе, шла-копортландцементе, пуццолановом портландцементе и их разновидностях. Такие бетоны универсальны для изготовления несущих и ограждающих конструкций в промышленном, гражданском и жилищном строительстве, за исключением тех случаев, когда предъявляют особые требования, например по жаростойкости, химической стойкости.

Бетоны на известковых вяжущих применяют только для изготовления сборных бетонных и железобетонных элементов на заводах.

Бетоны на гипсовых вяжущих используют из-за низкой водостойкости вяжущих только для производства внутренних конструкций зданий.

Бетоны на шлаковых вяжущих, изготовляемые на основе молотых шлаков и зол с активизато-рами твердения, употребляют при производстве бетонных (а не железобетонных) изделий и конструкций. Применение местных шлаковых вяжущих позволяет экономить цемент и удешевлять конструкции.

Бетоны на специальных вяжущих (органических или неорганических), к каждому из которых предъявляют определенное требование, представляют собой бетоны на полимерных, фосфатных, магнезиальных связующих, бетоны на жидком стекле.

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых и специальных заполнителях.

В зависимости от характера структуры выделяют следующие виды бетонов.

В бетонах пл.отной (слитной) структуры пространство между зернами заполнителей полностью занято затвердевшим вяжущим веществом. Допускаемый объем межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси не превышает 6%.

В крупнопористых бетонах (беспесчаных или малопесчаных) значительная часть объема межзерновых пустот остается не занятой мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим.

В поризованных бетонах пространство между зернами заполнителей занято вяжущим веществом с пено- или газообразующими добавками.

В ячеистых бетонах искусственно создают ячейки-поры. Бетоны состоят из смеси вяжущего вещества, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразующей добавки.

Бетоны слитной структуры применяют для изготовления несущих конструкций, к которым предъявляют повышенные требования по морозостойкости и водонепроницаемости. Крупнопористые, поризованные и ячеистые бетоны рекомендуется использовать преимущественно для изготовления ограждающих и теплоизоляционных конструкций.

В наименовании бетона указывают все перечисленные классификационные признаки. Для широко применяемых конструкционных бетонов на цементных вяжущих слова «конструкционный» и «цементный» опускают. Введены сокращенные наименования бетонов, характеризуемых наиболее часто встречающейся совокупностью признаков: тяжелый, легкий, мелкозернистый бетон.

Тяжелым называют бетон плотной структуры, изготовляемый на цементном вяжущем и плотных крупных и мелких заполнителях. Средняя плотность тяжелого бетона находится в пределах 2000…2500 кг/м3. Такой бетон используют во всех несущих конструкциях.

Легкий бетон со средней плотностью 500… 2000 кг/м3 изготовляют на цементном вяжущем, пористом крупном заполнителе и пористом или плотном мелком заполнителе. Применяют легкий бетон в основном при производстве ограждающих конструкций либо для несущих конструкций.

Мелкозернистый бетон изготовляют на цементном вяжущем и плотном мелком заполнителе (крупный заполнитель отсутствует). Используют такой бетон при изготовлении тонкостенных железобетонных конструкций, а также для заполнения каналов в предварительно напряженных изделиях.

Свойства бетона во многом зависят не только от вида вяжущих веществ, но и от качества других его компонентов: заполнителей, воды и добавок.

Читать далее:
Легкие бетоны
Железобетон
Бетон для монолитных конструкции
Производственные факторы, определяющие качество бетона
Определение состава бетона
Структура и свойства тяжелого бетона
Добавки к бетону и строительному раствор
Вода
Мелкий заполнитель
Характеристика заполнителей

Основные стройматериалы — бетон и железобетон — Каталог статей — 1000 статей

Железобетон и бетон на сегодняшний день — самые востребованные в строительстве материалы. Их выпуск в любой стране исчисляется миллионами тонн. На современной стройке они присутствуют обязательно, так как необходимы как минимум для устройства фундамента.

Железобетон

Железобетон – тут название говорит само за себя, это композиционный материал из бетона и стальной арматуры, предотвращающей деформирование конструкции при ее растяжении и сжатии.

Обычный бетон отличается низкой устойчивостью к растяжению, что приводит к разрушению готовых конструкций при воздействии незначительных нагрузок. Стержни из стали отличаются многократно большей устойчивостью к таким воздействиям, как сжатие, растяжение, кручение. Именно поэтому бетонная конструкция, армированная стальными прутками нужного сечения, способна вынести значительные разрушающие нагрузки.

Механические свойства стали и бетона позволяют создавать этот самый композиционный материал с учетом их особенностей: высокая прочность армировки при сжатии и растяжении, адгезивные возможности бетона по отношению к стали, способность к равнозначному изменению длины при температурных перепадах. Уменьшающийся в объеме твердеющий бетон стискивает арматуру и увеличивает прочность соединения с ней.

Сравнительно низкая способность бетона к проводимости тепла лежит в основе производства изделий из железобетона. Мы же получаем высокопрочную, а в зависимости от назначения, еще и элегантную конструкцию.

Бетон

Затвердевшая специальная смесь из искусственного каменного и вяжущего материала, различных наполнителей и воды именуется бетоном. Присадки, вводимые в бетонную смесь, предназначены для улучшения ее характеристик.

Этот материал необходим во всех без исключения отраслях строительства и по праву признан основным. Несомненным преимуществом и бетона, и железобетона являются низкая себестоимость за счет работы на местном сырье и возможность их использования в широком спектре технических и архитектурных конструкций.

Материалы этой группы отличаются такими превосходными свойствами, как долговечность, пожаробезопасность, широкий диапазон изменения плотности и прочности. К недостаткам стоит отнести низкую стойкость к растяжению, гораздо меньшую, чем способность к сжатию. Этот недостаток нивелируется принятием армировкой растягивающего напряжения на себя.

В зависимости от типа связующих веществ различают гипсовый, цементный, силикатный, специальный и смешанный бетон.

С учетом заполнителей различают плотные, пористые и специальные (жаро- и химически устойчивые) бетонные смеси. В качестве локальных заполнителей могут выступать гравий, щебень и песок.

По индексу плотности бетон бывает таких разновидностей:

• особо тяжелая (барит, магнетит, лимонит) для изготовления защищающих конструкций, имеющих плотность не ниже 2400 кг/м3;
• тяжелая с песком или гравием, имеющая показатель плотности 2300 кг/м3;
• облегченная, при плотности 2100 кг/м3;
• легкая ячеистая и крупнопористая (керамзито-, пено-, газобетон), имеющая плотность маленькую, 1800 кг/м3;
• особо легкая, при плотности меньше 500 кг/м3.

Последние широко используются в роли изолирующего материала.

В сравнении с тяжелым, легкий бетон отличается меньшим показателем теплопроводности. Поэтому он широко применяется при изготовлении ограждений. При возведении несущих элементов необходим бетон прочнее и плотнее (до 1500 кг/м3).

Под термином «ячеистый бетон» имеется в виду материал искусственного происхождения, легкий и с включением неорганических компонентов. Основной из которых – воздух, на его долю приходится больше чем 1/2 объема готового изделия. Получить такую смесь можно, скомпоновав в необходимых пропорциях вяжущий компонент, воду и порообразователь. В итоге получается ячеистый, обладающий низкими плотностью и теплопроводностью, бетон, считающийся легкой разновидностью. Различия состоят в методе создания пористой структуры, видах вяжущих веществ, условиях формирования. Пористость регулируется в процессе изготовления, что позволяет получить конечный продукт разной плотности и технического назначения.

Проектирование железобетонных конструкций ведется с учетом таких первостепенных характеристик, как класс по прочности (марка стройматериала), стойкость к влаге и низким температурам, что обеспечивается однородностью бетонной смеси.

Отвердевшим в нормальных условиях считается бетон, вылежавшийся в течение 28 суток после укладки. Сохранить влагу для предупреждения растрескивания при застывании можно с помощью полива. На уложенный отвердевший бетон наносится слой битумной эмульсии или полиэтиленовая прокладка.

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!

Бетон и железобетон « Строительное производство

Бетоном называется сложный искусственный каменный материал. Он приготовляется в виде смеси: цемента 150 — 300 кг, песка 0,4 — 0,5 м3 и щебня (или гравия) 0,85 — 0,90 м3 на 1 м3 бетона. Вода для затворения смеси добавляется в размере 60 — 90% от веса цемента.

Из бетонной смеси, уложенной в специальные формы (опалубку), получаются бетонные конструкции разнообразных видов и назначения. Если в опалубку перед укладкой бетонной смеси укладывается стальной каркас-арматура, то получается железобетонная конструкция. В зависимости от объемного веса инертных заполнителей, т. е. в зависимости от веса щебня ( или гравия) и песка, бетоны могут быть тяжелыми — от 2200 до 2500 кг/м3, облегченными — 1800 — 2200 кг/м3, легкими — до 1800 кг/м3 и особо легкими и ячеистыми — до 1200 кг/м3.

По прочности тяжелые бетоны разделяются на 10 марок (от 25 до 600 кг/см2), легкие на 9 марок (от 15 до 300 кг/см2) и особо легкие и ячеистые на 9 марок (от 5 до 150 кг/см2). Марка бетона определяется по пределу прочности на сжатие соответствующего образца из бетона в 28-дневном возрасте.
Существенно влияет на прочность бетона соотношение в нем воды и цемента, т. е. водоцементный фактор. От величины водоцементного фактора зависит степень разжижения бетона, т. е. его консистенция. По консистенции бетон разделяется на жесткий, пластичный и литой. Жесткий и пластичный бетоны применяются, как правило, при бетонировании массивных бетонных сооружений или крупных их конструкций. Литой бетон применяется при бетонировании тонких стенок и других густоармированных ажурных конструкций. От консистенции зависит прочность отвердевшего бетона. При равном расходе цемента на 1 м3 смеси бетонные конструкции из жесткого бетона будут иметь на 15 — 20% большую прочность, чем из литого, и на 10 — 15%, больше чем из пластичного.

Количество цемента, инертных заполнителей, а также водоцементный фактор устанавливаются расчетно-опытным путем при проектировании бетонных конструкций. Схватывание бетонной смеси начинается через 0,8 — 1,5 часов и заканчивается примерно через 12 часов после ее затворения. Твердение бетона в конструкциях при плюсовой температуре и нормальных влажностных условиях продолжается до 28 и более дней. Сроки твердения бетона до расчетной прочности принимаются в зависимости от условий производства работ, проектируемых сроков нагрузки на сооружение или его отдельные конструкции и интенсивности твердения применяемых цементов и добавок, ускоряющих или замедляющих процессы схватывания и твердения бетона.

Бетонная смесь может быть приготовлена непосредственно на строительной площадке, либо может быть получена с районных бетонных заводов, принадлежащих совнархозам или строительным организациям. В последнем случае бетонная смесь называется товарным бетоном.

На месте строительства из бетонной смеси изготовляются разнообразные бетонные и железобетонные конструкции и части зданий и сооружений. Бетон и железобетон в этом случае называют монолитным, а конструкции, выполненные на месте, — монолитными.

Опалубка монолитных бетонных конструкций может быть изготовлена из досок непосредственно на месте бетонирования конструкций либо собрана из сборных щитов заводского изготовления. Последняя является более совершенным видом опалубки. Еще более совершенной является металлическая инвентарная опалубка, которая используется обычно при серийном изготовлении бетонных конструкций, т. е. на специальных заводах и полигонах. Опалубка разделяется также на стационарную, т. е. неподвижную, и скользящую. Скользящая опалубка применяется при бетонировании гладких прямоугольных и цилиндрических конструкций: резервуаров, силосных башень, элеваторов и т. п.

Вместо деревянной и металлической опалубки крупных и массивных железобетонных конструкций применяются также железобетонные плиты — оболочки, которые одновременно служат облицовкой этих конструкций.

Длительный период твердения монолитного бетона (28 и более дней) в конструкциях приводит к задержкам в строительном производстве и вызывает некоторое удорожание его стоимости. Поэтому в крупных городах и промышленных центрах, а также на крупных стройках при наличии надлежащих для этого условий целесообразно применять только сборные бетонные детали и конструкции, изготовленные на специальных заводах. Бетонные и железобетонные конструкции заводского изготовления называются сборными, а отсюда возникло и общее их название — сборный бетон и сборный железобетон.

Для улучшения строительных качеств бетона в него закладывают стальной каркас-арматуру, в результате чего бетон превращается в железобетон. Арматура может быть трех видов:
а) штучная,
б) в виде арматурных каркасов (пакетов),
в) в виде арматурных ферм.

Штучная арматура делается из круглых стальных прутков толщиной от 6 до 30 мм. Пруткам придаются предусмотренные проектом конфигурация и размеры. Между собой отдельные прутки скрепляются вязальной проволокой либо соединяются электросваркой.

Арматурные каркасы делаются также из круглых стальных стержней периодического сечения толщиной от 30 до 120 мм. Стержни каркаса соединяются между собой электросваркой. Размеры и конфигурация каркаса определяются проектом.

Арматурные фермы проектных видов и размеров выполняются из профильного стального проката: двутавров, швеллеров, уголков и стальных листов. Отдельные элементы армоферм соединяются между собой также посредством электро или газосварки.

Арматура в бетоне разделяется на обычную и предварительно-напряженную. Стержни последней перед укладкой бетона растягиваются (напрягаются) специальными натяжными устройствами. После затвердения бетона натяжные устройства снимаются. Применение предварительно-напряженной арматуры обеспечивает увеличение прочности конструкций с одновременным уменьшением (примерно на 30%) расхода стали и снижает расход цемента.

Норма армирования бетона определяется проектным расчетом и колеблется в пределах от 25 до 100 кг и более на 1 м3 бетона.

Железобетонные конструкции одинаково хорошо воспринимают как сжимающие, так и растягивающие, изгибающие и другие нагрузки. Поэтому железобетон применяется для изготовления каркасов любых зданий и возведения любых сооружений, а также для изготовления элементов перекрытий, ферм железнодорожных и автодорожных мостов, для возведения зернохранилищ и нефтехранилищ и т. д. Железобетон заменяет металл, древесину и другие дорогие и дефицитные конструкционные материалы. Особенно прогрессивным является сборный железобетон в виде деталей и конструкций (а также целых блок-секций зданий) заводского изготовления.

Категория:Материалы и изделия, применяемые в строительстве

Бетон и железобетон в индустриальном строительстве

В начале XX в., после первой мировой войны, самой острой проблемой, которую предстояло решать архитектуре, было создание массового жилища. Существенно возрос спрос на жилье. Однако строительные материалы стоили дорого, квалификация рабочих была сравнительно низкой. В связи с этим появилось много экспериментальных материалов и новых методов строительства. Архитекторы должны были решить новую проблему, поставленную жизнью и развитием общества. Надо было выразить и профессиональное отношение к использованию в архитектуре методов машинного производства стандартных элементов. Шли поиски наиболее дешевого материала для массового индустриального строительства. Им стал железобетон. Он был дешевле металла и естественного камня и сравнительно прост в изготовлении.

Архитектурное творчество направляется на использование железобетонных конструкций для массового жилища.

На новый принципиальный уровень эту проблему поставил Ле Корбюзье. Он постоянно стремился к демократизации архитектуры. Целью его поисков был комфорт для простого человека, улучшение условий его жизни и деятельности. Средством для достижения этого служила новая техника в строительном производстве в соединении с пластическими и конструктивными возможностями нового строительного материала — железобетона.

Традиционная несущая стена допускала освещение интерьера главным образом через окна. Это предопределяло планировку зданий. Железобетонный каркас в постройках Ле Корбюзье позволил в большой степени исключить стену, устроить оконные проемы любой формы. Возведение внутреннего несущего каркаса из бетона позволило заменить стены легкими перегородками.

Характер новых архитектурных сооружений этого периода стал прост и лаконичен, в отличие от сложных монументальных зданий прошлого. Отрабатывались типы конструктивных приемов, которые могли быть универсальны при сооружении зданий разного назначения. Настала пора активной разработки стандартов. Она началась с применением в строительстве металла, постепенно все больше сказывалась на освоении железобетона.

В 1923 г. Ле Корбюзье сформулировал революционную для того времени и на многие годы вперед идею о связи серийного домостроения, строительных материалов с развитием архитектуры. Он говорил о том, что «…Тяжелая индустрия должна заняться разработкой и массовым производством типовых элементов дома. Надо повсеместно внедрить дух серийности, серийного домостроения, утвердить понятие дома как промышленного изделия массового производства…» и далее: «Железо и цемент за какие-нибудь пятьдесят лет привели нас к достижениям, свидетельствующим об огромной строительной мощи и о полном пересмотре прежнего архитектурного кодекса». В те годы рождались и утверждались те принципы, материалом для реализации которых становился железобетон.

В 1927 г. в Штутгарте под руководством Мис ван дер Роэ была устроена выставка «Современное жилище». Она имела большое значение для определения отношения к проблеме массового жилища со стороны крупнейших архитекторов того времени. На выставке были продемонстрированы основные прогрессивные идеи применительно к застройке выделенного для этой цели жилого квартала.

Генеральный план застройки был выполнен Мис ван дер Роэ как генеральным проектировщиком выставки, а другие участники предложили свои варианты планировки жилых ячеек. В этой выставке участвовали известный немецкий архитектор П. Беренс, Ле Корбюзье вместе с П. Жаннере, В. Гропиус, П. Ауд и другие. Все они представили свои соображения по вопросам новой архитектуры, в частности В. Гропиус показал тогда первый дом из сборных элементов.

Работа над проектированием жилого квартала по теме выставки выявила основные направления развития новой архитектуры. Создавались решения, из которых позднее родилась идея унификации строительных элементов как основы планировочных приемов, присущих массовому индустриальному строительству.

Массовое строительство

Идея массового жилища захватила умы ведущих архитекторов. В. Гропиус писал о необходимости подготовки архитекторов к взаимодействию со строительной промышленностью и активному участию в разработке и проектировании всех элементов строительства. Он подчеркивал необходимость научиться делать прекрасные сооружения из промышленной продукции и важность непосредственного участия архитектора в индустриальном строительном производстве.

В. Гропиус осуществил в своих проектах опыт стандартизации, создав образец постройки типового дома для массового применения. Она была рассчитана на короткий срок строительства и предполагала сборку сухим способом из заранее изготовленных деталей.

Наиболее интересными экспонатами выставки были признаны три дома Ле Корбюзье. Один одиночный и два спаренных. Это были прообразы многоэтажного дома. Их конструкции развивали метод использования железобетонного каркаса. Основу домов составляли железобетонные и стальные колонны. В одном из четырехэтажных домов круглые колонны нижнего этажа становились квадратными в верхних этажах, где они несли балки и блоки стен из легкого бетона. Стены нижнего этажа были железобетонными.

Экспонаты Штутгартской выставки обнаружили большой интерес прогрессивных архитекторов мира к вопросам массового жилищного строительства. Идея перехода к сборному строительству обсуждалась и теоретически обосновывалась.

Отмечалась необходимость машинного производства строительных деталей, что смогло бы обеспечить однородность качества строительной продукции для широкого потребления.

В. Гропиус писал об индустрии жилища, об изготовлении методом массового производства готовых жилищ, которые будут не возводиться на строительной площадке, а изготавливаться на специальных предприятиях в виде составных частей или комплектов, подлежащих сборке. Кроме того, он подчеркивал, что для такого строительства необходима мощная финансовая база и в условиях частного предпринимательства такой метод не может быть осуществлен. Он отмечал также, что стандартизация частей не ограничивает многообразия индивидуального выбора, а повторение отдельных частей и идентичных материалов будет иметь ритмичное и успокаивающее воздействие.

Практика последующих лет подтвердила, что новое социальное направление в архитектуре, связанное с массовым жилищным и гражданским строительством, характерно для социалистического общества. Об этом свидетельствует опыт нашей страны.

Уже на ранних этапах становления отечественной архитектуры разрабатываются решения наиболее рациональных схем массового жилья. Учитывается его выразительность с градостроительной точки зрения. В этом плане представляет интерес проект параболического дома архит. А. В. Бунина.

Одним из значительных, осуществленных по новым принципам проектов жилых домов был выстроенный в 1928—1930 гг. по проекту архитекторов М. Гинзбурга и И. Милиниса дом на б. Новинском бульваре в Москве. Конструктивную основу составлял железобетонный каркас. Преимущественно ленточные окна и четкие горизонтальные членения стен характерны для архитектуры дома. Глухие торцевые фасады с выразительной пластикой балконов, типичной для монолитного бетона, подчеркивали использование в этом здании нового по тем временам материала в новой художественной форме.

Железобетон как новый материал активно включается советскими архитекторами в арсенал средств решения проблемы массового жилища. В 1937 г. на Первом всесоюзном съезде советских архитекторов говорилось, что советские архитекторы должны быть проводниками передовой индустриальной техники во всех звеньях строительства. Подчеркивалось, что для улучшения качества массового жилищного строительства в СССР необходимо все его перевести на типовые проекты и стандарты. Союз архитекторов считал важнейшей задачей архитекторов всемерно содействовать индустриализации жилищного строительства.

Решение проблем массового жилищного строительства в нашей стране сопровождалось совершенствованием технологии производства железобетона как материала, за годы становления и развития советской архитектуры ставшего основным в индустриальном строительстве. Применение бетона и железобетона у нас было неразрывно связано с развитием индустриальных методов, посредством которых осуществляется полносборное строительство. Простота и экономичность определяли подход к конструированию и отделке зданий из бетона и железобетона. Всестороннее изучение декоративных качеств бетона и железобетона происходило наряду с освоением крупносборного строительства.

Первые крупноблочные здания, выстроенные в Москве в 1927 г., имели готовую офактуренную поверхность стеновых элементов. Это был первый шаг к изготовлению железобетонных изделий с полной заводской отделкой. Для выявления декоративных свойств железобетонных элементов наружных стен использовались разные виды шероховатых фактур, рельефы, а также способы отделки, скопированные с тех, что применялись для естественного камня. Такие дома можно видеть в Москве, Ленинграде, Киеве, Харькове.

Объем капитального строительства из бетона и железобетона постоянно возрастает и почти половина его приходится на крупнопанельное домостроение.

Массовое строительство из продукции индустриального производства ведется повсеместно. Однако до сих пор еще трудно всесторонне оценить его значение. Критерий оценки подобного рода архитектуры отрабатывается. От выразительности рядовых железобетонных изделий зависит не только художественное качество отдельных зданий, но и те признаки, которые они приобретают в комплексах.

Удачно найденный для одного дома архитектурный прием не определяет достоинств застройки группы таких домов. Типовая жилая ячейка с однообразной конструктивной структурой предназначена для определенного функционального процесса. Это создает особые сложности в решении композиции больших комплексов.

Выходом из этого положения может стать более широкое использование тех эстетических свойств, которые присущи железобетону — преобладающему строительному материалу. Он имеет однородность технологии приготовления изделий в соединении с разнообразием возможных конструкций и декоративных свойств поверхности.

На ранних стадиях производства стандартной продукции для массового жилья основным архитектурным средством становится художественная обработка железобетонных панелей. При любых технологических способах производства опробованы разные виды шероховатых фактур. Рядом вариантов представлены разнотипные рельефы геометрического характера. Имеется опыт в нанесении декоративных слоев из каменной и стеклянной крошки, мелких керамических плиток, цветного песка и пр.

Эти виды отделок основаны на свойствах бетона принимать в пластичном состоянии форму фигурной матрицы или удерживать ту или иную облицовку. В практике заводского изготовления крупных панелей есть попытки изменения состава компонентов бетонной смеси для увеличения декоративности готовой поверхности. Были испытаны варианты механической отделки затвердевшей поверхности для удаления цементной пленки или машинной нарезки линейного рельефа.

Новые формы

Эти способы довольно многочисленны. Однако они не используются архитекторами в полной мере. Имеющийся опыт позволяет обеспечить осуществление разнообразных вариантов архитектурных решений на основе декорирования плоскостей, составляющих фасады зданий и сооружений.

Больше всего распространена обработка с помощью присыпок незатвердевшего бетона или обнажения структуры бетонной смеси. К фактурам аналогичного типа относятся и разновидности мелких рельефов в виде борозд, полученных поверхностной обработкой еще не совсем застывшей бетонной массы или при формовании на рельефных матрицах. Такая отделка повышает декоративную выразительность стенового материала без учета особенностей зрительного восприятия единичной формы или группы одинаковых форм.

Контрастная фактурная обработка некоторых панелей или их участков позволяет избавиться от однообразия нерасчлененных типовых прямоугольных объемов. Такой способ при тех же геометрических параметрах объемов зрительно членит их. Одинаковая степень шероховатости при контрастном цвете фактур равносильна введению цвета в решение объемов, но более долговечна и органична, поскольку принадлежит самому конструктивному материалу. Таким образом, возникла отделка контрастными или нюансными сочетаниями фактур, напоминающими шахматную доску, из декоративного щебня по поверхности панелей одной конструкции. Этот тип фактурной обработки представляет интерес как средство художественной отделки панелей.

По существу, новым приемом, связанным с художественной выразительностью современных жилых зданий, стала поверхностная обработка глухих панелей, отличающаяся от рядовых, имеющих проемы. Глухие панели встречаются не только в торцах зданий, но и в цоколях, деталях ограждений балконов и лоджий и панелях входных частей зданий. Отделка поверхности таких элементов определяет впечатление от объема в целом.

Цветные фактуры, их сочетание, рельефы плоскостного типа могут использоваться для введения нового масштаба в сооружение вне зависимости от соотношений его конструктивных членений. Такие виды отделки обогащают упрощенные объемно-пространственные решения.

Одним из удачных решений ансамбля, соединивших плоскостные приемы отделки соседних зданий в единое архитектурное целое, является район Мустамяе в Таллине. Еще в начале 60-х годов, архитекторы применяли цветную фактуру на торцевых панелях домов, выходящих в сторону транспортной магистрали, и получили при этом яркие композиционные пятна, контрастно оттеняющие светло-серую фактуру рядовых панелей.

Более активный прием был использован через несколько лет при застройке района Жирмунай в Вильнюсе. Он был основан на выделении рельефными панелями лестничных клеток в девятиэтажных домах. Простой, глубокий, крупномасштабный рельеф подчинил себе монотонную тему мелкоклеточного построения многоквартирного дома. Бетонные рельефные решетки, объединяя балконы соседних секций, укрупнили метрический строй прямоугольных объемов, придали им композиционную напряженность. Рельефная плоскость, введенная в объемы, придала им новое пластическое качество.

Дальнейшим развитием этого композиционного приема является использование плоских железобетонных решеток в застройке новых кварталов района Лаздинай в Вильнюсе. На первых зданиях такие решетки равномерно декорировали отдельные объемы. В новом районе застройки последующих лет они расположены на зданиях с неравномерным смещением. Это придает динамичную направленность группе зданий. Архитекторами здесь осваиваются приемы, связанные с особой выразительностью ансамблей значительной протяженности, выстроенных из деталей заводского изготовления. Каждый дом со своими деталями становится частью художественной композиции из группы домов, составляющих единый ансамбль. Найден особый прием решения совокупности объектов массового индустриального строительства из железобетона.

Средствами фактурной обработки поверхности можно изменить зрительное впечатление от реально существующей архитектурной формы. Не только рельефом, но и другими, более элементарными способами фактурной обработки можно придать статичной форме определенную динамичность. Контуры объема могут быть подчеркнуты контрастной по отношению к рядовым панелям фактурной обработкой граней пересекающихся плоскостей.

Впечатление от объема часто ассоциируется с понятием «легкий» и «тяжелый». Эти представления могут быть усилены сочетанием разных фактур панелей, составляющих сооружение. Например, более грубая фактура панелей в верхних этажах усилит впечатление тяжести всего объема. Грубая же фактура нижних плоскостей такого же объема подчеркивает привычную последовательность перехода от тяжелого к легкому. Контрастная фактурная обработка элементов цоколя, лестничных клеток, балконных ограждений выделяет их в общем архитектурном решении по принципам, сложившимся в традиционной архитектуре из камня и кирпича.

Пластичность бетона при формовании позволяет использовать традиции национального орнамента в обработке поверхности элементов индустриального массового строительства. Типичные плоскостные узоры переходят в новый материал, в другие соразмерности, в новый пластический декор. Особенно ярко это проявилось в строительстве современных жилых зданий Алма-Аты, Ташкента и других южных городов. Здесь плоскостной декор был издавна спутником архитектуры. Плоский рельеф и фактурная обработка, являясь продолжением национальных традиций, позволяют придать индивидуальный оттенок изделиям массового индустриального строительства.

Эксперименты, выявляющие декоративные особенности поверхности железобетонных изделий, развиваются, распространяясь от приемов, связанных с отдельным домом, до способов повышения выразительности комплексов.

Новая эстетика объемно-пространственных групп жилых образований создается путем комбинаций стандартных элементов при варьировании декоративной отделки их поверхности.

Захарычев Сергей

Автор статьи: главный редактор проекта, эксперт в области архитектуры и строительства.

Задать вопрос

Как правило, вопрос эстетической выразительности конструктивного материала сложен. Это особенно важно при массовом производстве железобетонных изделий. Происходит совершенствование самих конструкций. Уменьшаются размеры сечений, повышаются нагрузки, ими воспринимаемые. Разрабатываются элементы с такими параметрами, которые позволяют более универсально использовать их для сооружений разных назначений. Одновременно решается вопрос получения максимальной декоративной выразительности рисунка и поверхностной обработки строительных деталей. Кроме того, необходимо добиться наибольшего числа пластических вариаций для образования форм объемов при наименьшем количестве исходных элементов.

Экономика требует, чтобы строительство велось из ограниченного сортамента изделий. Массовое производство может иметь невысокую стоимость и приемлемую трудоемкость изготовления стандартных изделий при ограниченном числе типоразмеров. Однако создание разнообразных выразительных по пластике форм зданий из ограниченного набора стандартных изделий — задача чрезвычайно трудная.

Другим весьма прогрессивным-по идее опытом создания открытых пространственных систем из стандартных бетонных элементов для жилища был экспонат Всемирной выставки 1967 г. в Монреале. Композиция, получившая название «Хабитат», была выстроена по проекту канадского архитектора М. Сафди. Объем составлялся из стандартных однотипных по форме объемных элементов, сгруппированных в виде живописной и сложной открытой пространственной структуры. Каждый из элементов был одновременно и жилой ячейкой, и опорой для террасы стоящего выше блока.

Кусты блоков соединялись между собой галереями. В результате образовалась нестандартная объемная форма, в которой каждая единица имела некую внутреннюю автономию. Поворот каждого единичного объема изолировал его от соседних. В этом сооружении стандартные бетонные блоки сочетались таким образом, что в различных пространственных разворотах они выглядели по-разному. Такой прием архитектурной композиции не связан с традиционным вертикальным и горизонтальным расчленением объема.

К недостаткам этого сооружения относят необходимость индивидуальной корректировки каждой ячейки» Несмотря на это, опыт ценен проверкой принципа получения неординарной композиции из простейших элементов.

Принципы создания живописных пространственных систем из однотипных объемных элементов были разработаны К. Малевичем. Это проекты супрематических архитектурных композиций, относящиеся к 1917—1923 гг. Разнообъемные простейшие параллелепипеды составлялись им в динамические комбинации. Взаиморасположение этих форм, их повороты под прямым углом, а также контрасты их размеров были главным средством получения новых пространственных построений.

Выразительность, основанная на динамической направленности сочетаний элементарных фигур, — принципиально новый прием построения объемной композиции. Он открывает путь перехода на новую ступень художественного творчества, имеющего в основе бесконечные структурные комбинации простейших объемных форм.

Отличительным признаком развития современной архитектуры является то, что она создается на базе высокого качества и большого количества строительных изделий при невиданных темпах строительства. При этом бетон и железобетон наиболее широко используемые материалы. Их преимущество состоит в том, что пластические свойства бетонной массы одновременно проявляются и в форме конструкций, в своеобразной декоративности поверхности и в организации новых структурных построений.

Художественная выразительность объема складывается при соединении идеально точно изготовленных стандартных элементов свободной пластической формы, специфичной для бетона. Их повторяемость дает качественно новую характеристику эстетическому своеобразию современной архитектуры.

В ансамбле Новый Кретей в Париже можно видеть, что вносит усложнение типового железобетонного элемента в выявление объемной формы. Балконы из тонких криволинейных железобетонных скорлуп придают динамичную скульптурность зданию. Форма балконов похожа на корму парохода. Их скульптурная пластика сочетается с относительной конструктивной тонкостью. Это явно видно в местах соединения элементов, образующих балконное ограждение. Оно переходит в относительно узкий похожий на стебель импост, от которого отходят скорлупы. Форма скорлуп приобретает новое качество при множественном повторении в группе зданий.

Новый Кретей в Париже

Их скульптурные массивы подобны фантастическим кораблям. Сходство это усиливается скруглением контура плоских кровель. Интересно введение в эту пространственную композицию здания с меньшим числом этажей, но с такими же балконными элементами. Законченность ансамблю придает рельеф местности, который оставлен в первозданном состоянии. Зеленые газоны, подходящие к домам, органично переходят в архитектурный объем.

Границу этой своеобразной по архитектуре группы образует протяженный криволинейный фронт восьмиэтажного жилого блока с метрическими рядами железобетонных перегородок между лоджиями. Железобетонные элементы этого блока не повторяют по рисунку те, что в отдельно стоящих домах. Однако есть в них общее. Оно состоит в особенностях пластики бетонных конструкций. Если в точечных домах присутствует сложная скульптурность форм, то в протяженном корпусе рисунок бетонных деталей проще и курватура самого корпуса компенсирует его пластическую выразительность.

Стержневой бетонный элемент, на который нанизаны балконные оболочки, раскрыт вверх. Плоская бетонная стенка — контрфорс зрительно подхватывает вертикаль межквартирных перегородок и служит опорой глухого ленточного ограждения второго и третьего этажей и расширяется книзу. Этим подчеркиваются два тектонических приема, используемых в зависимости от роли здания в композиции ансамбля.

Поверхность бетона в лепестковых балконах — гладкая. Их форма очень выразительна. В протяженном жилом корпусе выявлена шероховатая фактура плоских бетонных элементов. Усложненная конструктивная форма не нуждается в особой выразительности фактурной обработки. Плоская поверхность, напротив, ею обогащается. Возникает некоторая мера во взаимоотношении степени сложности формы железобетонного элемента и степени декорирования его поверхности, которая достигается вскрытием структуры конструктивного материала, фактурная обработка элемента более сложной формы уже не имеет того значения, которое порой определяет художественные качества плоских панелей.

Артбетон

В последние десятилетия возникло новое направление, связанное с использованием эстетических свойств бетона для массового индустриального строительства. Оно наиболее четко проявилось и сформировалось в США и Франции под названием «артбетон». Смысл его заключается в том, что прорисовка форм стеновых элементов или прочих открытых конструктивных деталей из бетона и их фактурная обработка выполняются с особой тщательностью.

Материал, имеющий в основе технологию приготовления обычного бетона, приобретая отточенность формы и выразительность ее поверхности, становится артистичным и представляет самостоятельную художественную ценность. Номенклатура не должна при этом превышать десяти типоразмеров. В противном случае фирма-изготовитель не берется за поставку строительных деталей из железобетона.

Артбетон утверждает преимущества заводского производства железобетонных изделий для массового индустриального строительства. Изготовление элементов любой формы не составляет особых трудностей. Технология производства перестала быть тем препятствием, которым она была на ранних этапах развития заводского домостроения.

Диапазон художественных признаков артбетона включает форму, цвет и фактурную обработку элементов. Эти признаки закладываются при изготовлении строительных элементов. Устанавливаются параметры составляющих артбетона. В первую очередь выбирается цемент — белый или серый. Учитывается другой, важный по воздействию на декоративность поверхности компонент — инертный материал в виде мелкого гравия, мраморной, гранитной, известняковой крошки или каких-либо иных пород с разной крупностью зерен.

Виды отделок поверхностей изделий из артбетона разнообразны: здесь и покрытия из мелкой керамики разных цветов, из стекломозаики, фактуры гладкие или с отпечатками текстуры, имеющейся . на поверхности форм. Технология получения фактур включает отмывку водой с легким обнажением заполнителя, протравление кислотой, пескоструйную обработку, шлифовку или о.т-чистку металлическими щетками.

Однако не только отделка определяет художественное качество артбетона, но и то, что элементы можно собирать в разных вариантах.

Выбор формы элемента для зданий массового индустриального изготовления в артбетоне определяется s зависимости от характера общего конструктивного и художественного решения и назначения в нем отдельных элементов. Условия эксплуатации зданий, атмосферные воздействия также учитываются при выборе формы элементов. Принимается вариант, наилучшим образом приспособленный к удалению с него возможных загрязнений. Предусматривается поведение поверхности формы в процессе естественного старения железобетона, поэтому особенностью творческой работы с артбетоном становится непременное сотрудничество архитектора с технологом и инженером. Этим обеспечивается условие, чтобы форма отдельных элементов и всего сооружения, собранного из них, удовлетворяла одновременно художественным, техническим и экономическим требованиям.

Все вышеизложенное позволяет утверждать, что на ближайшую перспективу артбетон станет тем средством создания выразительности новой архитектуры, которое соединит в себе достижения техники, наилучший экономический и художественный эффект. В таком соединении могут гармонично сочетаться те достоинства архитектуры, которые до сих пор считались несовместимыми даже в лучших произведениях зодчества.

Артбетон является результатом соединения совершенной технологии производства с пластическими свойствами исходного материала — бетонной массы. Поиск решения выразительных форм идет по пути, подсказанному конструктивными ритмами. В этом отличие от традиционного использования пластических свойств бетона. Структурность и пластичность, повторяемость при индивидуальной выразительности единицы—основные черты артбетона, ценные для реализации новых композиционных закономерностей массового индустриального строительства.

Грандиозные объемы массового индустриального строительства из бетона и железобетона выдвигают новые художественные задачи. Декоративно-художественная оценка архитектуры в этом случае строится не столько на достоинствах отдельного здания, сколько на их совокупности. Уже не отдельный типовой элемент, а в целом дом становится той первичной композиционной единицей, из которой возникает новый масштаб объемно-пространственного решения.

Однако при новых масштабах строительства чистота каждого составляющего элемента, которым в этом случае становится дом целиком, приобретает особое значение. С него начинается и им кончается целостное восприятие всего ансамбля. Архитектурная проработка железобетонных крупнопанельных зданий важна с нескольких позиций. Наиболее существенные из них — соразмерность деталей, непосредственно воспринимаемых зрителем с его индивидуальным, человеческим масштабом, и соразмерность объема в целом с градостроительным масштабом.

Размеры крупных элементов в свою очередь определяются параметрами, связанными с оптимальной грузоподъемностью машин и механизмов завода-изго-товителя, условиями монтажа, функциональным назначением изготовляемой формы. Современные технологические возможности производства стимулируют создание крупноразмерных строительных элементов, необычных с точки зрения привычных масштабных соразмерностей архитектурных деталей и целого. Возникающий психологический разрыв должен быть учтен и компенсирован архитектором.

Технология строительного производства и способов изготовления конструкций из бетона и железобетона постоянно совершенствуется и развивается. Это особенно видно на сооружениях, относящихся к массовому индустриальному строительству. Однако композиционные возможности в этом случае сравнительно ограничены. В противовес этому в индивидуальных объектах складывается ряд различных оригинальных приемов возведения зданий, которые могут быть использованы как средство выявления художественных особенностей архитектуры массового назначения.

Учет и неучет особенностей железобетонных элементов, определяемый условиями их изготовления, может содействовать или тормозить воплощение эстетических принципов современной архитектуры. Достаточно ясно то, что каждый из способов заводского изготовления форм имеет свои «разрешающие возможности» для выявления их специфических художественных признаков. Это в свою очередь определяет достоинства конкретных архитектурных сооружений и их комплексов.

Отечественная и зарубежная архитектурно-строительная практика массового строительства имеет достаточно приемов построения архитектурных форм при сборном, сборно-монолитном и монолитном способах производства. Сборные изделия из железобетона изготовляются в заводских условиях полностью и на месте строительства только собираются. При этом характеристика художественного решения связана с формой, размером и декоративной обработкой сборных элементов. Размеры сборных железобетонных элементов предопределяются возможностями технологии строительного производства ,транспорта и монтажа.

С точки зрения композиции архитектурных форм более мелкие стандартные элементы, в частности мелкие и крупные бетонные блоки, не влияют на создание принципиально новых по тектонике построений. В них реализуются те же строительные и композиционные возможности, что и в традиционных материалах. Железобетонные панели по сути стали переходным этапом по пути к новым образным решениям, связанным с развитием сборного строительства. Однако до сих пор они часто используются для построений, по тектонике похожих на каменные и кирпичные сооружения, а по существу обладающих новыми конструктивными принципами.

Смотрите также:

Захарычев Сергей

Автор статьи: главный редактор проекта, эксперт в области архитектуры и строительства.

Чем отличается бетон от железобетона

Бетон и железобетон находятся в ряду наиболее востребованных материалов. Такая популярность объясняется простотой их производства и широкими возможностями. Но не всем известно, чем отличается бетон от железобетона. Рассмотрим подробно этот вопрос.

• Определение
• Сравнение

Определение

Бетон – материал, создаваемый искусственным путем. Его основными компонентами традиционно являются цемент, разнообразные заполнители и вода. Иногда воду не добавляют, а вместо цемента используют другой подходящий материал. Бетон становится готовым к применению после процесса затвердевания.

Бетон

Железобетон – материал, объединяющий в себе обычный бетон и арматуру.

Железобетонк содержанию ↑

Сравнение

Таким образом, из определений видно, что железобетон выступает не в качестве отдельного материала, а как тот же бетон, но укрепленный особым способом. Изготовление железобетона начинается с монтировки армирующего каркаса, когда проволокой или методом сварки скрепляются между собой металлические прутья.

На следующем этапе каркас, которому обеспечивается приподнятое положение, заливается подготовленным бетонным составом. В результате образуется конструкция, представляющая собой прочную сетку, окруженную со всех сторон бетоном. Каркас внутри может быть двухуровневым.

Полученное изделие приобретает очень ценные свойства. Отличие бетона от железобетона заключается в том, что последний обладает повышенной прочностью. Нагрузку, от которой обычный бетон может потрескаться и потерять свою несущую способность, железобетон спокойно выдерживает.

Такая прочность обуславливается тем, что бетон, затвердевая, накрепко «прикипает» к стали и материалы начинают работать совместно. Колебание температуры оказывает на бетон и сталь идентичное воздействие, и этим также обеспечивается полная монолитность изделия. Немаловажное значение имеет и то, что бетон предохраняет заключенный в нем каркас от коррозии.

В чем разница между бетоном и железобетоном кроме степени прочности того и другого? Она состоит в том, что из железобетона, благодаря его металлической основе, можно создавать любые архитектурные формы. Вдобавок к сказанному следует упомянуть и о большем весе железобетона относительно обычного бетона.

Союз бетона и стали — современный железобетон

Автор: Прогресс Технологий 15.03.2017 2925 Просмотров

ЧТО ТАКОЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОН

Говоря коротко, железобетон — это тот же бетон, усиленный металлической арматурой. Или, если совсем просто, армированный бетон. Если порошок цементного камня превращает зерна наполнителя в единый монолит, то арматура — стальные прутки или проволока — способна усиливать будущий материал, в значительной степени принимая приходящиеся на конструкцию нагрузки на себя.

РАБОЧАЯ И МОНТАЖНАЯ АРМАТУРА

Арматуру принято подразделять на рабочую и монтажную. Рабочая располагается в нижней части железобетонных конструкций, работающих на изгиб: плит перекрытий, балок, подошв фундаментных блоков. Монтажная арматура создает рабочий скелет объекта, фиксирует расположение стержней рабочей арматуры, способствует закреплению закладных деталей и монтажных петель. В настоящее время широкое распространение получил напряженный железобетон, внутри которого арматура замоноличивается в частично растянутом виде. Плиты перекрытий и несущие балки строительных конструкций работают на изгиб, и находящаяся внутри них арматура таким образом выпрямляется, позволяя элементам конструкций выдерживать существенные нагрузки.

ПОЯВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Но все это современные материалы. Железобетон как таковой появился в Европе в конце позапрошлого века и был запатентован во Франции. Прочный материал, конструкциям из которого можно было придать почти любую форму, быстро нашел применение и в Российской империи. Например, известный архитектор Городецкий, бывший к тому же владельцем цементного завода, выполнил ряд проектов в Киеве — Национальный художественный музей, «Дом с химерами», костел Святого Николая — с широким применением железобетонных конструкций; возведенные согласно этим проектам здания позже получили статус памятников архитектуры, а тогда демонстрировали современникам многочисленные достоинства нового строительного материала.

КОРОТКО О ТЕХНОЛОГИИ

С тех пор технологии производства железобетонных конструкций существенно усовершенствовались. Например, производство железобетона методом экструзии — формирование без опалубки — позволяет получать плиты перекрытий длиной до 18 метров. Их изготавливают на формовочных стендах большой длины, а затем разрезают дисковой пилой под нужным углом, чтобы получить конструкцию необходимых размеров. Экструдеры и другие производственные механизмы — слипформеры — позволяют изготавливать и уже упомянутые изделия предварительного напряжения — такие, как сваи, напели, ригеля, лотки и балки разного сечения.

Развитие технологии многоэтажного строительства методом сборно-монолитного каркаса дало толчок производству плит для несъемной опалубки. Они представляют собой конструкции из бетона разных форм и размеров с несущими каркасами. Выступающая из таких плит технологическая арматура на месте работ заливается монолитным бетоном, обеспечивая всей несущей конструкции высокую прочность и сцепляющую силу. Такой способ перекрытия совместил в себе преимущества двух методов строительства — с применением готовых элементов и с использованием бетонирования перекрытий с местной опалубкой. Стоимость строительства при использовании этого метода снижается почти на треть, а время на монтаж зданий сокращается в полтора, а то и в два раза. При этом возможности применения различных архитектурно-планировочных решений становятся намного шире, а кроме того, сейсмоустойчивость подобного здания значительно повышается.

Сочетание бетона и стали, которое представляет собой железобетон, появилось в связи с потребностью улучшить прочность бетонных конструкций на растяжение. Дело в том, что эта характеристика у бетона в десять и более раз меньше, чем прочность на сжатие. Чтобы улучшить ее, в зону растяжения добавляют армирование в виде стальных стержней. Затвердевая, бетон сцепляется с ними — и при возникновении нагрузок оба материала работают вместе, переносимость нагрузки на растяжение у конструкции при этом существенно улучшается.

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА

Железобетон относительно стоек к температурным воздействиям. Дело в том, что и у бетона, и у арматуры вполне сопоставимые коэффициенты линейного расширения, поэтому вплоть до температуры в сто градусов по Цельсию внутренние напряжения, возникающие в асфальтобетоне, очень и очень незначительны.

Малая теплопроводность бетона изолирует арматуру от существенных температурных перепадов. Плотность бетона защищает ее от проявлений коррозии. Таким образом, два материала в одном изделии способны служить в течение долгого времени: бетон, имеющий высокую прочность при сжимающих нагрузках, и металлическая арматура, компенсирующая нагрузки на растяжение (и иногда также на сжатие). Такое эффективное взаимодействие становится возможным благодаря надежному сцеплению между ними. В основе совместной работы этих материалов — наличие надежного сцепления между ними. Сцепление на квадратный сантиметр поверхности арматуры обусловлено склеивающими силами бетона и стали арматуры, по большому счету, от сил трения, вызванных усадкой бетона, обжимающего арматуру, а также от присутствия на поверхности последней неровностей, тормозящих скольжение до того времени, пока не будет преодолено сопротивление срезу бетоном. Чтобы усилить это сцепление, на концах арматуры выполняют крюки, а на ее гладкой поверхности придают периодический профиль; кроме того, в тех же целях используют сварные сетки и каркасы, а иногда и особые анкеры.

При повышении температуры выше отметки в сто градусов по Цельсию прочность железобетона уменьшается — и при 250 градусах она ниже уже на четверть. При дальнейшем увеличении температуры происходит дегидратация минералов цементного камня и наполнителя, а при температуре в 500—600 градусов Цельсия бетон просто рассыпается. По этой причине бетонные и железобетонные конструкции, подвергающиеся в ходе эксплуатации воздействию экстремально высоких температур, выполняются с применением особых жаростойких бетонов, способных выдерживать нагревание до 1700 градусов и выше.

Свойственные бетону ползучесть и усадка для железобетонных изделий имеют большое значение. Сцепление бетона с арматурой препятствует свободной усадке бетона, при этом возникают собственные напряжения: сжимающие — в арматуре, растягивающие — в бетоне. Чтобы избежать образования трещин при усадке и последующих температурных колебаниях, выполняются так называемые деформационные швы, которыми конструкция большой протяженности делится на части.

Другое свойственное бетону качество — ползучесть — в железобетонных конструкциях вызывает вдвое меньше деформаций благодаря армированию. В элементах конструкций, подверженных постоянной нагрузке, происходит перераспределение ее сил: напряжение в бетоне становится меньшим, а в арматуре, напротив, возрастает — что в целом не снижает предельную прочность всего элемента конструкции. Если говорить точнее, в изгибаемых железобетонных конструкциях ползучесть со временем приводит к нарастанию прогибов, в статичных системах — к перераспределению усилий между составляющими систему элементами.

НЕДОСТАТКИ

Пожалуй, главный из недостатков, присущих железобетону, — возможность появления трещин. Они могут образоваться вследствие перенапряжения материала, связанного с перегрузкой или опорной осадкой а также в результате усадочной деформации бетона. В то же время строительная практика показывает, что правильный расчет помогает избежать образования трещин — как минимум, таких, которые угрожают монолитности железобетона.

Собственно, предварительно напряженный железобетон, о котором говорилось выше, и появился благодаря намерению избежать трещин. Этот материал, напомним, получают искусственным обжатием бетона в местах, где из-за влияния нагрузки возникают напряжения растягивания.

Говоря о других недостатках железобетона, часто также отмечают значительную собственную массу изделий из этого материала — в среднем она составляет около двух с половиной тонн на кубический метр. Определенные сложности связаны с ограниченными возможностями усиления и изменения возведенных конструкций, проделыванием отверстий и так далее.

На этом, пожалуй, и все. Так что достоинства железобетона существенно перевешивают его недостатки. В числе самых главных положительных качеств этого материала — высокие свойства сопротивления динамическим и статическим нагрузкам, огнеупорность, гигиеничность, долгий срок службы, малые расходы на ремонт и возможность выполнить из железобетона конструкции нужной конфигурации. Что касается долговечности, кроме уже названной защищенности арматуры от доступа воздуха плотностью бетона отметим также химическое воздействие, оказываемое на нее цементным раствором: при его твердении происходит щелочная реакция, что предохраняет сталь от окисления.

РАЗНОВИДНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Кроме обычного и предварительно напряженного железобетона, свойств и особенностей которых мы уже коснулись, изделия, выполненные из этого материала также принято подразделять в зависимости от материалов, которые применяются при их изготовлении. Так, легкий железобетон отличается применением керамзита в качестве инертного материала, жаростойкий выполняется с применением особых марок цемента и жидкого стекла; также известен ячеистый железобетон — армированный пено- и газобетон и даже армопластобетон с использованием связующей основы из органики, что придает ему стойкость к воздействию агрессивных сред. Готовые конструкции из железобетона могут быть сборными, что позволяет максимально механизировать и существенно ускорить строительство; к тому же изготовление таких изделий в заводских условиях позволяет применить такие технологии приготовления раствора, его укладки и обработки, которые непосредственно на месте строительства просто невозможно реализовать.

Монолитные железобетонные конструкции применяют при строительстве сооружений, которые не поддаются разделению — к ним относятся, например, некоторые виды гидротехнических сооружений, тяжелые фундаменты и так далее.

И, наконец, сборно-монолитные конструкции из железобетона, как это ясно по их названию, сочетают монолитный бетон и сборные элементы, укладываемые на объекте. Закладные детали позволяют соединить части таких конструкций между собой как с помощью бетона, так и посредством сварки металлических элементов.

Производству железобетона — как на месте строительства, так и на специализированных предприятиях (заводах ЖБИ) — будет посвящена отдельная статья в одном из будущих номеров журнала. Вообще же к теме железобетона как одного из наиболее широко используемых в современном строительстве материалов мы на страницах нашего издания вернемся еще не раз.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Бетон и железобетон — Объясните, что заполняйте

Бетон и железобетон — Объясните, что заполните

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 2 ноября 2020 г.

Стоунхендж в Англии, Великая пирамида в Гизе, перуанская цитадель в Мачу-Пикчу — три чудесных примера того, как камень конструкции могут прослужить сотни и даже тысячи лет. Но хотя камень — один из самых старых и прочных строительных материалов, он не работать с ним очень просто.Это тяжело, тяжело транспортировать и обычно поставляется гигантскими кусками, которые должны быть кропотливо вырезано по форме. Было бы здорово, если бы существовал рецепт камня — вид липкой смеси для торта, которую мы могли сложить в любом месте, просто нажав ее в формы для изготовления зданий и сооружений любой формы и размера? Что ж, такой «жидкий камень» действительно существует: мы его называем бетон . Хотя иногда он получает плохую репутацию, потому что многие люди связывают это с брутальной городской архитектурой середины 20-х гг. века, бетон — великий, незамеченный герой современности, материал Мир.От плотины Гувера до Сиднейского оперного театра вы найдете это в самых высоких небоскребах в мире, самый большой мосты, самые длинные шоссе, самые глубокие туннели и, вполне возможно, даже под полом в ваш собственный скромный маленький дом. Бетон — штука замечательная, но что это и как именно работает? Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Бетон — сила практически любого современного здания и основная структура — но это не так уродливо, как многие думают. Это 12-арочный виадук Калсток, по которому проходит железная дорога через реку Тамар в Корнуолле, Англия.Хотя он выглядит элегантно, как старый камень, на самом деле он сделан из бетона. блоки, которые были собраны на месте и были завершены в 1908 году.

Что такое бетон?

Таблица: Бетонный рецепт: ингредиенты типичной смеси.

Слово «бетон» происходит от латинского слова concretus , означает расти вместе — и это именно то, что он делает, когда вы объедините три его ингредиента, а именно:

1. Смесь крупных и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, более крупные куски щебня, переработанное стекло, кусочки старого переработанного бетона и многое другое. ничего эквивалентного) — обычно 60–75 процентов.
2. Цемент (обычное название силикатов и алюминатов кальция) — обычно 10–15 процентов.
3. Вода — обычно 15–20 процентов.

Сложенные вместе и хорошо перемешанные, эти простые ингредиенты образуют композит — так мы называем гибрид материал, который в каком-то важном смысле лучше, чем материалы из что это сделано. В случае с бетоном «важно» то, что он прочный, жесткий и долговечный. Думая о бетоне как о композитный материал, цемент гидрат — фон, связующий материал (технически называемый «матрицей»), к которому добавляют песок и гравий дополнительная прочность («арматура»).

Фото: Бетонный композит: присмотритесь к этому бетону, и вы сможете ясно увидеть, как он работает: заполнитель более светлого цвета (камни различной формы и размера, который действует как арматура) скреплен цементом более темного цвета (матрица) . Однако не весь бетон выглядит таким грубым; Мне пришлось довольно тяжело осмотреться, чтобы найти этот пример на бетонном столбе недалеко от моего дома.

Как образуется бетон из ингредиентов, которые не имеют ничего общего с конечным продуктом? Когда вы добавляете воду в цемент, кристаллы гидрата цемента (технически кальций-кремнезем-гидрат) начинают расти, которые плотно связывают песок и гравий.Это постепенное образование кристаллов, которое придает бетону прочность, а не простой факт, что он сохнет. Действительно, причина, по которой вы должны смачивание бетона в течение нескольких дней по мере его схватывания должно «привести в действие» химические реакции, гидратирующие цемент. Мягкая слякоть, которая стекает с вашего бетономешалка постепенно получается намного тверже, чем материалы из который он сформирован. «Жидкий камень» становится камнем по-настоящему — ну, искусственный камень, как минимум. И под «постепенно» я действительно имею в виду постепенно: бетон затвердевает в течение нескольких часов, затвердевает примерно через в месяц, но продолжает затвердевать и укрепляться не менее пяти лет после этого.

Интересный факт, от Недавние научные исследования бетона показали, что «кристаллы» внутри него на самом деле вовсе не кристаллы: они неупорядочены и совершенно правильные, как и положено кристаллам, но на самом деле имеют некоторая случайная структура, которую вы можете найти в таких материалах, как стекло (с научной точки зрения известные как аморфные твердые тела). Бетон содержит довольно много немного захваченного воздуха (до 5–10 процентов), потому что есть пространство вокруг открытой трехмерной структуры гидрата цемента кристаллы и застрявшие между ними песок и гравий.И это в поворачивает, объясняет, почему бетон может гнуться и сгибаться, растягиваться и сжиматься (во всяком случае, немного).

Как и любой рецепт, вы можете несколько разнообразить смесь для бетона (подробнее вода, возможно, больше агрегатов, или даже химикаты разных видов) для производства бетона, который течет быстрее, тверже или больше быстро, погодостойкость, особый цвет или внешний вид. Например, добавление пигмента, называемого диоксидом титана, является простым способ сделать бетон ярким и белым — в миллионе миль от тускло-серая штука, из-за которой у бетонных парковок плохая репутация.Другой вариант — газобетон, немного похожий на очень твердый губка с массой крошечных воздушных карманов внутри. Это позволяет бетон расширяться и сжиматься в жаркую и холодную погоду без смертельно трескается, а также делает его отличной теплоизоляцией материал.

Фото: Когда бетон распыляется из шланга на высокой скорости, вместо того, чтобы медленно укладываться из шланга. бетономешалка, она называется торкрет-бетоном. Здесь вы можете увидеть тонкий слой торкретбетона, покрывающий стальная сетка из арматурных стержней (арматура).Изображение Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE / NREL).

Почему бетон — такой популярный строительный материал?

По крайней мере, в городах бетон везде, куда ни глянь — и это нетрудно понять почему. Легко сделать из дешевых и легкодоступных ингредиенты, легко разливать по формам и превращать во все виды формы (потому что он начинает жизнь очень вязкой жидкостью), и оба огнестойкие и (относительно) водонепроницаемые.Но главная причина, по которой это так широко используется в зданиях, потому что он чрезвычайно прочен в сжатие: вы можете сжать его или выдержать большой вес Это. Широко используется в стенах и фундаментах (вертикальные другими словами), потому что он отлично подходит для сопротивления весу, наложенному сверху. К несчастью, очень большой недостаток бетона в том, что он примерно в 10 раз слабее на растяжение чем в сжатии. Он легко трескается или ломается, если вы его согнете или растянете, если вы не укрепить его сталью внутри, так что это не много толку в горизонтальных балках.Хотя бетон выглядит тяжелым и монолитным, он на самом деле намного легче, чем вы могли подумать: он примерно в пятую часть плотности свинец, третий как плотный, как сталь, на 10 процентов менее плотный, чем алюминий, и только немного плотнее стекла.

Хотя бетон часто смешивают на месте и формуют во что-нибудь формы необходимы в то время, он также может поставляться в сборном «модули»; блоки, балки, секции стен, тротуары и облицовка все можно сделать таким образом. Гигантский, современный сегментные мосты, для например, часто быстро и недорого собираются из идентичных бетонные секции, которые были собраны на заводе и отправлены на окончательную расположение.Это делает их более быстрыми и легкими в изготовлении, чем если бы весь мост пришлось отлить на месте, что намного сложнее сделать в например, посреди реки или в неблагоприятных погодных условиях. Другой вариант — сделать бетонные конструкции, сочетающие в себе сборные профили с другими профилями, сформированными на месте.

Иллюстрации: Конкретные идеи: Томас Эдисон сразу понял блеск бетона как материала для создания «мгновенных» построек. В первые годы 20-го века он разработал этот метод изготовления бетонных домов с одинарной заливкой, которые можно было выпускать серийно с небольшими затратами и в очень больших количествах.Бетон из пары смесителей (синий) подается в резервуар (красный), перемешивается (зеленый), а затем переносится шнеком (оранжевый) на вершину огромной трехмерной формы. Вылитый через форму, он формирует стены, пол и крышу здания — и даже некоторые детали (например, ванны) внутри! К сожалению, идея так и не прижилась. Иллюстрация из патента США 1 219 272: Процесс строительства бетонных зданий, автор Томас Эдисон, 13 марта 1917 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Железобетон

Как мы уже видели, бетон — это композитный материал — цементная матрица с заполнителями. для армирования — это хорошо работает на сжатие, но не на напряжение.Мы можем решить эту проблему, залив бетон вокруг прочной стали. арматурные стержни (связанные друг с другом в клетку). Когда бетон схватывается и затвердевает вокруг стержней, получаем новый композитный материал железобетон (также называемый железобетонным бетоном или RCC), который хорошо работает в либо растяжение, либо сжатие: бетон сопротивляется сжатию (обеспечивает прочность на сжатие), а сталь сопротивляется изгибу и растяжение (обеспечивает прочность на разрыв). По сути, усиленный бетон использует один композитный материал внутри другого: бетон становится матрицей, в то время как стальные стержни или проволока обеспечивают армирование.

Стальные стержни (известные как арматура , сокращение от арматурный стержень) обычно изготавливаются из скрученных прядей с благородными или выступы на них, которые прочно закрепляют их внутри бетона без любой риск поскользнуться внутри него. Теоретически мы могли бы использовать все виды материалов для армирования бетона. Обычно мы используем сталь потому что он расширяется и сжимается от жары и холода примерно на столько же сам бетон, что означает, что он не потрескает бетон, который окружает его, как мог бы другой материал, если бы он более или менее расширился.Однако иногда используются и другие материалы, в том числе разные. пластиков.

Фото: «Жидкий камень» на вынос — заливка бетона из автобетоносмесителя. Строители из ВМС США укладывают мокрый бетон. с грузовика на арматуру (сетку из стальной арматуры). Когда бетон схватится, стальные стержни придадут ему дополнительную прочность: бетон плюс сталь равняется железобетону. Изображение лейтенанта Эдварда Миллера, любезно предоставлено ВМС США.

Предварительно напряженный бетон

Хотя железобетон, как правило, лучшая конструкция материал, чем обычный материал, он по-прежнему хрупкий и склонен к трещина: при растяжении железобетон может разрушиться, несмотря на стальная арматура, пропускающая воду, которая затем заставляет бетон выйти из строя, а арматура заржаветь.Решение — поставить армированный бетон постоянно находится в сжатии с предварительным напряжением (также называется предварительным натяжением). Поэтому вместо того, чтобы класть стальные прутья во влажную бетонные, как они есть, сначала натягиваем (натягиваем) их. Как бетон схватывается, тугие стержни тянутся внутрь, сжимая бетон и делая его более прочным. В качестве альтернативы арматура из железобетона может подвергаться стрессу после того, как он начинает затвердевать, что известно как poststressing (последующее натяжение). В любом случае, удержание бетона в сжатии — это хитрый трюк, который помогает остановить растрескивание (и останавливает трещины от распространение, если они все же образуются).Еще одно преимущество в том, что можно использовать менее предварительно напряженный или предварительно напряженный бетон или меньше, более тонкие предметы для переноски того же груза по сравнению с обычными, железобетон.

Фото: Наука проходит сквозь бетон — как он затвердевает, почему он прочен и почему мы его используем. Это конкретное слово — одна из деталей военного мемориала округа Онондага в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

«Бетонный рак»

Трещины — последнее, что вы хотите видеть в здании или мосте, особенно относительно новый из бетона. Но если у нас есть бетонные конструкции, относящиеся к римским временам, почему некоторые из бетонных мостов, небоскребов и других построек всего несколько десятилетия назад, в конце 20 века, уже разваливались? Есть несколько объяснений. Старый, римского типа, пуццолановый бетон, сделанный из вулканического пепла, имеет тенденцию к растрескиванию меньше, чем больше современные формы бетона, и он использовался в основном при сжатии, поэтому даже если бы у трещин была возможность образоваться, они с меньшей вероятностью распространение.Железобетон, скорее всего, будет использоваться на растяжение, которое Вот почему в нем есть стальная арматура «арматура». Но, как мы уже видно, он все еще может треснуть, если он не был предварительно напряжен.

Современный бетон не проходит через то, что неофициально известно как рак бетона или конкретная болезнь , которая включает три взаимосвязанные проблемы. Во-первых, щелочи из цемента вступают в реакцию с кремнеземом. заполнители, из которых изготовлен бетон. Это делает новые кристаллы очень медленно растут внутри бетона, занимая больше комнаты, чем оригинальные «кристаллы», поэтому бетонная трещина отдельно от изнанки или отслаивание («скол») с поверхности, впуская воду извне. На что-то вроде автомобильного моста любая вода, попадающая в также может быть щелочным из-за используемых солей обработать дорогу зимой. Вторая проблема в том, что вода который попадает внутрь, в конечном итоге соприкасается со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая они ржавеют и разлагаются, возможно, расширяются и вызывают смертельный исход. слабые места в конструкции. Грязные коричневые пятна, которые вы видите на бетон с «раком» часто возникает из-за просачивания ржавой воды через трещины. Третья проблема заключается в том, что вода, просочившаяся внутрь бетон сквозь трещины зимой может промерзать, а значит, расширяться и вызывать дальнейшие трещины, через которые будет проходить еще больше воды. проникают, вызывая порочный круг вырождения и разложения.

Рисунок: Как железобетон разрушается: (1) Щелочи из цемента вступают в реакцию с кремнеземом в заполнителях, формирование более крупных кристаллов, которые раскалывают бетон отдельно от внутренней части (2). Вода течет по трещинам (3), ржавчину арматурного стержня (4), которая может сломаться и вызвать еще большее растрескивание или «скалывание» по краям (5). В холодную погоду вода, попавшая в трещины, будет расширяться при замерзании (6), вызывая появление новых трещин (7). Трещины нет обязательно большие: у некоторых очень тонкие капилляры, что означает, что вода может перемещаться по ним вверх по простое капиллярное действие, а также дренаж через них под действием силы тяжести.

Воздействие бетона на окружающую среду

Фото: Кто-то любит бетон, кто-то его ненавидит. Мнения резко расходятся по поводу таких «бруталистских» городских зданий, как эта, Xerox Tower в Рочестере, штат Нью-Йорк, которая была построена в середине 20 века. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Растущая озабоченность по поводу окружающей среды и изменения климата в В частности, выделили еще одну серьезную проблему с бетоном: после транспорта и энергетики производство цемента занимает третье место крупнейший источник выбросов углекислого газа. Отчасти потому, что процесс производства цемента выделяет много углекислого газа, но также, очень важно из-за огромного количества цемента и бетон, используемый во всем мире. Углекислый газ выделяется двумя способами. разными способами (разделить между ними примерно пополам): во-первых, из-за энергии ископаемого топлива, используемой при производстве цемент; во-вторых, потому что цемент производится, когда карбонат кальция превращается в оксид кальция, выделяя при этом диоксид углерода. Бетон полагается на цемент, поэтому он не является экологически безопасным. материал, который беспокоит архитекторов, в частности, потому что они быть очень экологически сознательным.

Фото: Ранний образец более зеленого бетона 1953 года: плотина Hungry Horse на реке Флэтхед, штат Монтана, США, был построен с использованием 120 000 метрических тонн переработанной летучей золы из мусоросжигательных заводов. Фотография любезно предоставлена ​​Бюро мелиорации США.

Поскольку при цементировании двуокись углерода выделяется двумя путями производства, из этого следует, что есть два способа сделать больше экологически чистый бетон. Исторически сложилось так, что с тех пор, как Революция, человечество получает большую часть энергии от сжигания угля, который выделяет больше парниковых газов, чем другие виды топлива, и Традиционно цементные печи тоже работали на угле.Переключение их с уголь в природный газ является одним из решений, поскольку газ выделяет меньше углерода диоксид для заданного количества энергии. Изготовление цементных печей подробнее эффективный снижает общую потребность в энергии, что также снижает их выбросы углекислого газа. Другое решение — уменьшить количество цемента в бетонной смеси при использовании переработанных материалов, например летучая зола от мусоросжигательных заводов. Еще одна интересная перспектива — это разработка бетона без карбоната кальция. Вместо этого карбонат получают путем барботирования углекислого газа из электростанция через морскую воду. Это общая экологическая выгода, так как он сокращает выбросы вредных отходов CO2 от энергии растения и вместо этого превращает их в очень полезный бетон. Это вид улавливания и хранения углерода (CCS).

Еще один экологический недостаток бетона — использование в нем заполнители, которые должны быть добыты, часто из экологически чистых чувствительные районы, такие как долины рек. Использование переработанных заполнителей (включая переработанный бетон из старых снесенных зданий) возможное решение здесь.

Краткая история бетона

Ранняя история

• ~ 7000 г. до н.э .: поселение эпохи неолита в В Ифтахеле в Галилее, Израиль, есть сырой «бетонный» пол, сделанный из обожженной известковой штукатурки.
• ~ 5600 гг. До н.э .: материал, похожий на бетон, используется в полах Мезолит (средний каменный век) сербские жилища на Лепенски Вир, в Сербии, на берегу реки Дунай.
• ~ 3000 г. до н.э .: египтяне используют неочищенные формы цемента и бетона в пирамиды.
• ~ 200 гг. До н. Э .: римляне использовали тип бетона, называемый пуццоланой (иногда называемый пуццолановым цементом) на основе вулканического пепла, полученного из Поццуоли, Неаполь.Он используется в знаковых римских постройках, таких как Колизей и Пантеон в Риме.
• 400AD– ~ 1750CE: Фактически, конкретное средневековье: знание бетона полностью утрачен после падения Римской империи.

Повторное открытие

• 1750-е годы: Джон Смитон, английский инженер, заново открывает искусство изготовление «гидравлического» цемента (затвердевающего с водой) с использованием Blue Камень лиас, глина и пуццолана, первоначально для Маяк Эддистон недалеко от Плимута, Англия.
• 1824: англичанин Джозеф Аспидин разрабатывает портландцемент, который напоминает натуральный камень, добытый в Портленде в Дорсете, Англия. Портландцементу суждено стать ключевым ингредиентом бетона.
• 1832–1834: Уильям Рейнджер патентует сборный железобетон.
• 1867: француз Джозеф Монье патенты на железобетон для использования в садовых цветочных горшках, демонстрируя их на Парижской выставке тот же год.
• ~ 1850-е годы: французский строитель Франсуа Куанье начинает повсеместное использование бетон в зданиях, в том числе первый железобетонный дом в Париж, Франция.
• 1884: англичанин, архитектор из Америки. Эрнест Лесли Рэнсом патентует скрученную арматуру, которая обеспечивает лучшее сцепление с бетоном, поэтому делая его сильнее.
• 1870: француз Франсуа Хеннебик разрабатывает новый эффективный процесс строительства зданий из железобетона, ведущий к его широкому распространению.
• 1880-е: Предварительно напряженный бетон изобретен в Германии, но не коммерчески развита.

Современная эпоха

Фото: Запоминающееся современное использование железобетона.Это знаменитая Великая Мастерская Штаб-квартиры Джонсона архитектора Фрэнка Ллойда Райта в Расин, Висконсин. Крышу поддерживают удивительно тонкие железобетонные колонны. которые сужаются с 5,5 м (18 футов) вверху до всего 23 см (9 дюймов) внизу. В соответствии с Книга Джонатана Липмана о здании, Райт Идея пришла в голову после того, как увидел официанта, несущего поднос на руке. Фотография любезно предоставлена ​​архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

• 1891: первая улица в США с бетонным покрытием. находится в Беллефонтене, штат Огайо. Часть его остается на месте, чтобы этот день.
• 1917: Томас Эдисон, плодовитый американский изобретатель, патентует идею для серийного бетонного дома, но идея не прижилась.
• 1913: Первая партия товарного бетона доставлена ​​грузовиком. на сайт в Балтиморе, штат Мэриленд.
• 1915: цветной бетон изобретен инженером Линн из Чикаго. Мейсон Скофилд.
• 1920-е годы: француз Эжен Фрейзенне превращает предварительно напряженный бетон в коммерчески успешный строительный материал.
• 1936: Бетон используется для завершения могучей плотины Гувера, самая большая бетонная конструкция, когда-либо построенная до этого момента.
• 1956–1959: американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт строит культовую Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке из бетона.
• 1962: финский архитектор Ээро Саринен строит знаменитая, напоминающая птицу бетонную крышу Полетного центра Trans World Airlines (TWA) в нью-йоркском аэропорту имени Джона Ф.Кеннеди. Три года спустя он проектирует культовый бетонный небоскреб Нью-Йорка — CBS Building.
• 1970-е годы: изобретен железобетон на основе пластиковых волокон.
• 2010s-: Влияние бетона на окружающую среду вызывает все большую озабоченность. Ученые и инженеры начинают обращать внимание на то, как изменение климата может драматически сократить срок службы бетонных зданий.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги.Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Инженерное дело

Архитектура

• Ээро Сааринен: формирование будущего Ээро Сааринен и др. Yale University Press, 2006. Фотогид по строениям и зданиям, созданный одним из пионеров железобетонной архитектуры 20-го века.
• Бетонная архитектура Кэтрин Крофт.Гиббс Смит, 2004. Журнальный столик «Праздник бетона», включающий историю материала и фото-гид по знаковым бетонным зданиям и сооружениям.
• Бетонная архитектура: тон, текстура, форма Дэвида Беннета. Birkhäuser, 2001. Подробный обзор 25 известных бетонных конструкций с акцентом на недавние проекты.

Статьи

• Бетон, материал многовековой давности, получил новый рецепт Джейн Марголис, The New York Times, 11 августа 2020 г.Обзор усилий по разработке более устойчивых форм бетона.
• Guardian Concrete Week: увлекательный сборник статей об экологических и социальных проблемах жизни в мире из бетона.
• Битва за обуздание нашего аппетита к бетону, Тим Боулер. BBC News, 24 октября 2018 г. Каково реальное воздействие бетона на окружающую среду и как его уменьшить?
• Мэтт МакГрат объясняет, почему в Древнем Риме был бетон долговечности. BBC News, 4 июля 2017 г.Минеральный алюминиевый тоберморит, кажется, сделал римский бетон более прочным, чем наш современный аналог.
Эксперты
• предлагают приоритеты исследований для повышения «экологичности» бетона: NIST Tech Beat, 3 апреля 2013 г. Как мы можем сократить выбросы углекислого газа при производстве бетона?
• Вековой рецепт бетона — вода, цемент, песок и камни, автор Сьюзан Хасслер. IEEE Spectrum, 18 июля 2011 г. Могут ли инженеры разработать более экологически чистый бетон?
• Бетонная альтернатива может сделать здания более прочными. Автор Александр Джордж.Wired, 12 августа 2011 года. В связи с разрушительным землетрясением 2011 года японские инженеры разработали новый прочный строительный материал, названный структурой CO2.
• Ученые разрабатывают экобетон из рисовой шелухи: BBC News, 13 апреля 2010 г. Исследует новый тип экологически чистого бетона, который производит меньше выбросов углекислого газа при производстве.
• Кто несет ответственность за все бетонные карбункулы ?: BBC News, 19 февраля 2009 г. Архитектор Ле Корбюзье предпочитал бетонные здания; В этой статье Гай Бут размышляет, следует ли нам любить или ненавидеть его работы.
• Сканер, чтобы «заглянуть внутрь» бетона: BBC News, 25 октября 2005 г. Как обнаружить признаки коррозии глубоко внутри гигантских бетонных конструкций?

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2020) Бетон. Получено с https://www.explainthatstuff.com/steelconcrete.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Бетон и железобетон — Объясните, что заполняйте

Бетон и железобетон — Объясните, что заполните

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 2 ноября 2020 г.

Стоунхендж в Англии, Великая пирамида в Гизе, перуанская цитадель в Мачу-Пикчу — три чудесных примера того, как камень конструкции могут прослужить сотни и даже тысячи лет.Но хотя камень — один из самых старых и прочных строительных материалов, он не работать с ним очень просто. Это тяжело, тяжело транспортировать и обычно поставляется гигантскими кусками, которые должны быть кропотливо вырезано по форме. Было бы здорово, если бы существовал рецепт камня — вид липкой смеси для торта, которую мы могли сложить в любом месте, просто нажав ее в формы для изготовления зданий и сооружений любой формы и размера? Что ж, такой «жидкий камень» действительно существует: мы его называем бетон .Хотя иногда он получает плохую репутацию, потому что многие люди связывают это с брутальной городской архитектурой середины 20-х гг. века, бетон — великий, незамеченный герой современности, материал Мир. От плотины Гувера до Сиднейского оперного театра вы найдете это в самых высоких небоскребах в мире, самый большой мосты, самые длинные шоссе, самые глубокие туннели и, вполне возможно, даже под полом в ваш собственный скромный маленький дом. Бетон — штука замечательная, но что это и как именно работает? Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Бетон — сила практически любого современного здания и основная структура — но это не так уродливо, как многие думают.Это 12-арочный виадук Калсток, по которому проходит железная дорога через реку Тамар в Корнуолле, Англия. Хотя он выглядит элегантно, как старый камень, на самом деле он сделан из бетона. блоки, которые были собраны на месте и были завершены в 1908 году.

Что такое бетон?

Таблица: Бетонный рецепт: ингредиенты типичной смеси.

Слово «бетон» происходит от латинского слова concretus , означает расти вместе — и это именно то, что он делает, когда вы объедините три его ингредиента, а именно:

1. Смесь крупных и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, более крупные куски щебня, переработанное стекло, кусочки старого переработанного бетона и многое другое. ничего эквивалентного) — обычно 60–75 процентов.
2. Цемент (обычное название силикатов и алюминатов кальция) — обычно 10–15 процентов.
3. Вода — обычно 15–20 процентов.

Сложенные вместе и хорошо перемешанные, эти простые ингредиенты образуют композит — так мы называем гибрид материал, который в каком-то важном смысле лучше, чем материалы из что это сделано. В случае с бетоном «важно» то, что он прочный, жесткий и долговечный. Думая о бетоне как о композитный материал, цемент гидрат — фон, связующий материал (технически называемый «матрицей»), к которому добавляют песок и гравий дополнительная прочность («арматура»).

Фото: Бетонный композит: присмотритесь к этому бетону, и вы сможете ясно увидеть, как он работает: заполнитель более светлого цвета (камни различной формы и размера, который действует как арматура) скреплен цементом более темного цвета (матрица) . Однако не весь бетон выглядит таким грубым; Мне пришлось довольно тяжело осмотреться, чтобы найти этот пример на бетонном столбе недалеко от моего дома.

Как образуется бетон из ингредиентов, которые не имеют ничего общего с конечным продуктом? Когда вы добавляете воду в цемент, кристаллы гидрата цемента (технически кальций-кремнезем-гидрат) начинают расти, которые плотно связывают песок и гравий.Это постепенное образование кристаллов, которое придает бетону прочность, а не простой факт, что он сохнет. Действительно, причина, по которой вы должны смачивание бетона в течение нескольких дней по мере его схватывания должно «привести в действие» химические реакции, гидратирующие цемент. Мягкая слякоть, которая стекает с вашего бетономешалка постепенно получается намного тверже, чем материалы из который он сформирован. «Жидкий камень» становится камнем по-настоящему — ну, искусственный камень, как минимум. И под «постепенно» я действительно имею в виду постепенно: бетон затвердевает в течение нескольких часов, затвердевает примерно через в месяц, но продолжает затвердевать и укрепляться не менее пяти лет после этого.

Интересный факт, от Недавние научные исследования бетона показали, что «кристаллы» внутри него на самом деле вовсе не кристаллы: они неупорядочены и совершенно правильные, как и положено кристаллам, но на самом деле имеют некоторая случайная структура, которую вы можете найти в таких материалах, как стекло (с научной точки зрения известные как аморфные твердые тела). Бетон содержит довольно много немного захваченного воздуха (до 5–10 процентов), потому что есть пространство вокруг открытой трехмерной структуры гидрата цемента кристаллы и застрявшие между ними песок и гравий.И это в поворачивает, объясняет, почему бетон может гнуться и сгибаться, растягиваться и сжиматься (во всяком случае, немного).

Как и любой рецепт, вы можете несколько разнообразить смесь для бетона (подробнее вода, возможно, больше агрегатов, или даже химикаты разных видов) для производства бетона, который течет быстрее, тверже или больше быстро, погодостойкость, особый цвет или внешний вид. Например, добавление пигмента, называемого диоксидом титана, является простым способ сделать бетон ярким и белым — в миллионе миль от тускло-серая штука, из-за которой у бетонных парковок плохая репутация. Другой вариант — газобетон, немного похожий на очень твердый губка с массой крошечных воздушных карманов внутри. Это позволяет бетон расширяться и сжиматься в жаркую и холодную погоду без смертельно трескается, а также делает его отличной теплоизоляцией материал.

Фото: Когда бетон распыляется из шланга на высокой скорости, вместо того, чтобы медленно укладываться из шланга. бетономешалка, она называется торкрет-бетоном. Здесь вы можете увидеть тонкий слой торкретбетона, покрывающий стальная сетка из арматурных стержней (арматура).Изображение Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE / NREL).

Почему бетон — такой популярный строительный материал?

По крайней мере, в городах бетон везде, куда ни глянь — и это нетрудно понять почему. Легко сделать из дешевых и легкодоступных ингредиенты, легко разливать по формам и превращать во все виды формы (потому что он начинает жизнь очень вязкой жидкостью), и оба огнестойкие и (относительно) водонепроницаемые.Но главная причина, по которой это так широко используется в зданиях, потому что он чрезвычайно прочен в сжатие: вы можете сжать его или выдержать большой вес Это. Широко используется в стенах и фундаментах (вертикальные другими словами), потому что он отлично подходит для сопротивления весу, наложенному сверху. К несчастью, очень большой недостаток бетона в том, что он примерно в 10 раз слабее на растяжение чем в сжатии. Он легко трескается или ломается, если вы его согнете или растянете, если вы не укрепить его сталью внутри, так что это не много толку в горизонтальных балках.Хотя бетон выглядит тяжелым и монолитным, он на самом деле намного легче, чем вы могли подумать: он примерно в пятую часть плотности свинец, третий как плотный, как сталь, на 10 процентов менее плотный, чем алюминий, и только немного плотнее стекла.

Хотя бетон часто смешивают на месте и формуют во что-нибудь формы необходимы в то время, он также может поставляться в сборном «модули»; блоки, балки, секции стен, тротуары и облицовка все можно сделать таким образом. Гигантский, современный сегментные мосты, для например, часто быстро и недорого собираются из идентичных бетонные секции, которые были собраны на заводе и отправлены на окончательную расположение.Это делает их более быстрыми и легкими в изготовлении, чем если бы весь мост пришлось отлить на месте, что намного сложнее сделать в например, посреди реки или в неблагоприятных погодных условиях. Другой вариант — сделать бетонные конструкции, сочетающие в себе сборные профили с другими профилями, сформированными на месте.

Иллюстрации: Конкретные идеи: Томас Эдисон сразу понял блеск бетона как материала для создания «мгновенных» построек. В первые годы 20-го века он разработал этот метод изготовления бетонных домов с одинарной заливкой, которые можно было выпускать серийно с небольшими затратами и в очень больших количествах.Бетон из пары смесителей (синий) подается в резервуар (красный), перемешивается (зеленый), а затем переносится шнеком (оранжевый) на вершину огромной трехмерной формы. Вылитый через форму, он формирует стены, пол и крышу здания — и даже некоторые детали (например, ванны) внутри! К сожалению, идея так и не прижилась. Иллюстрация из патента США 1 219 272: Процесс строительства бетонных зданий, автор Томас Эдисон, 13 марта 1917 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Железобетон

Как мы уже видели, бетон — это композитный материал — цементная матрица с заполнителями. для армирования — это хорошо работает на сжатие, но не на напряжение.Мы можем решить эту проблему, залив бетон вокруг прочной стали. арматурные стержни (связанные друг с другом в клетку). Когда бетон схватывается и затвердевает вокруг стержней, получаем новый композитный материал железобетон (также называемый железобетонным бетоном или RCC), который хорошо работает в либо растяжение, либо сжатие: бетон сопротивляется сжатию (обеспечивает прочность на сжатие), а сталь сопротивляется изгибу и растяжение (обеспечивает прочность на разрыв). По сути, усиленный бетон использует один композитный материал внутри другого: бетон становится матрицей, в то время как стальные стержни или проволока обеспечивают армирование.

Стальные стержни (известные как арматура , сокращение от арматурный стержень) обычно изготавливаются из скрученных прядей с благородными или выступы на них, которые прочно закрепляют их внутри бетона без любой риск поскользнуться внутри него. Теоретически мы могли бы использовать все виды материалов для армирования бетона. Обычно мы используем сталь потому что он расширяется и сжимается от жары и холода примерно на столько же сам бетон, что означает, что он не потрескает бетон, который окружает его, как мог бы другой материал, если бы он более или менее расширился.Однако иногда используются и другие материалы, в том числе разные. пластиков.

Фото: «Жидкий камень» на вынос — заливка бетона из автобетоносмесителя. Строители из ВМС США укладывают мокрый бетон. с грузовика на арматуру (сетку из стальной арматуры). Когда бетон схватится, стальные стержни придадут ему дополнительную прочность: бетон плюс сталь равняется железобетону. Изображение лейтенанта Эдварда Миллера, любезно предоставлено ВМС США.

Предварительно напряженный бетон

Хотя железобетон, как правило, лучшая конструкция материал, чем обычный материал, он по-прежнему хрупкий и склонен к трещина: при растяжении железобетон может разрушиться, несмотря на стальная арматура, пропускающая воду, которая затем заставляет бетон выйти из строя, а арматура заржаветь.Решение — поставить армированный бетон постоянно находится в сжатии с предварительным напряжением (также называется предварительным натяжением). Поэтому вместо того, чтобы класть стальные прутья во влажную бетонные, как они есть, сначала натягиваем (натягиваем) их. Как бетон схватывается, тугие стержни тянутся внутрь, сжимая бетон и делая его более прочным. В качестве альтернативы арматура из железобетона может подвергаться стрессу после того, как он начинает затвердевать, что известно как poststressing (последующее натяжение). В любом случае, удержание бетона в сжатии — это хитрый трюк, который помогает остановить растрескивание (и останавливает трещины от распространение, если они все же образуются).Еще одно преимущество в том, что можно использовать менее предварительно напряженный или предварительно напряженный бетон или меньше, более тонкие предметы для переноски того же груза по сравнению с обычными, железобетон.

Фото: Наука проходит сквозь бетон — как он затвердевает, почему он прочен и почему мы его используем. Это конкретное слово — одна из деталей военного мемориала округа Онондага в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

«Бетонный рак»

Трещины — последнее, что вы хотите видеть в здании или мосте, особенно относительно новый из бетона. Но если у нас есть бетонные конструкции, относящиеся к римским временам, почему некоторые из бетонных мостов, небоскребов и других построек всего несколько десятилетия назад, в конце 20 века, уже разваливались? Есть несколько объяснений. Старый, римского типа, пуццолановый бетон, сделанный из вулканического пепла, имеет тенденцию к растрескиванию меньше, чем больше современные формы бетона, и он использовался в основном при сжатии, поэтому даже если бы у трещин была возможность образоваться, они с меньшей вероятностью распространение.Железобетон, скорее всего, будет использоваться на растяжение, которое Вот почему в нем есть стальная арматура «арматура». Но, как мы уже видно, он все еще может треснуть, если он не был предварительно напряжен.

Современный бетон не проходит через то, что неофициально известно как рак бетона или конкретная болезнь , которая включает три взаимосвязанные проблемы. Во-первых, щелочи из цемента вступают в реакцию с кремнеземом. заполнители, из которых изготовлен бетон. Это делает новые кристаллы очень медленно растут внутри бетона, занимая больше комнаты, чем оригинальные «кристаллы», поэтому бетонная трещина отдельно от изнанки или отслаивание («скол») с поверхности, впуская воду извне. На что-то вроде автомобильного моста любая вода, попадающая в также может быть щелочным из-за используемых солей обработать дорогу зимой. Вторая проблема в том, что вода который попадает внутрь, в конечном итоге соприкасается со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая они ржавеют и разлагаются, возможно, расширяются и вызывают смертельный исход. слабые места в конструкции. Грязные коричневые пятна, которые вы видите на бетон с «раком» часто возникает из-за просачивания ржавой воды через трещины. Третья проблема заключается в том, что вода, просочившаяся внутрь бетон сквозь трещины зимой может промерзать, а значит, расширяться и вызывать дальнейшие трещины, через которые будет проходить еще больше воды. проникают, вызывая порочный круг вырождения и разложения.

Рисунок: Как железобетон разрушается: (1) Щелочи из цемента вступают в реакцию с кремнеземом в заполнителях, формирование более крупных кристаллов, которые раскалывают бетон отдельно от внутренней части (2). Вода течет по трещинам (3), ржавчину арматурного стержня (4), которая может сломаться и вызвать еще большее растрескивание или «скалывание» по краям (5). В холодную погоду вода, попавшая в трещины, будет расширяться при замерзании (6), вызывая появление новых трещин (7). Трещины нет обязательно большие: у некоторых очень тонкие капилляры, что означает, что вода может перемещаться по ним вверх по простое капиллярное действие, а также дренаж через них под действием силы тяжести.

Воздействие бетона на окружающую среду

Фото: Кто-то любит бетон, кто-то его ненавидит. Мнения резко расходятся по поводу таких «бруталистских» городских зданий, как эта, Xerox Tower в Рочестере, штат Нью-Йорк, которая была построена в середине 20 века. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Растущая озабоченность по поводу окружающей среды и изменения климата в В частности, выделили еще одну серьезную проблему с бетоном: после транспорта и энергетики производство цемента занимает третье место крупнейший источник выбросов углекислого газа. Отчасти потому, что процесс производства цемента выделяет много углекислого газа, но также, очень важно из-за огромного количества цемента и бетон, используемый во всем мире. Углекислый газ выделяется двумя способами. разными способами (разделить между ними примерно пополам): во-первых, из-за энергии ископаемого топлива, используемой при производстве цемент; во-вторых, потому что цемент производится, когда карбонат кальция превращается в оксид кальция, выделяя при этом диоксид углерода. Бетон полагается на цемент, поэтому он не является экологически безопасным. материал, который беспокоит архитекторов, в частности, потому что они быть очень экологически сознательным.

Фото: Ранний образец более зеленого бетона 1953 года: плотина Hungry Horse на реке Флэтхед, штат Монтана, США, был построен с использованием 120 000 метрических тонн переработанной летучей золы из мусоросжигательных заводов. Фотография любезно предоставлена ​​Бюро мелиорации США.

Поскольку при цементировании двуокись углерода выделяется двумя путями производства, из этого следует, что есть два способа сделать больше экологически чистый бетон. Исторически сложилось так, что с тех пор, как Революция, человечество получает большую часть энергии от сжигания угля, который выделяет больше парниковых газов, чем другие виды топлива, и Традиционно цементные печи тоже работали на угле.Переключение их с уголь в природный газ является одним из решений, поскольку газ выделяет меньше углерода диоксид для заданного количества энергии. Изготовление цементных печей подробнее эффективный снижает общую потребность в энергии, что также снижает их выбросы углекислого газа. Другое решение — уменьшить количество цемента в бетонной смеси при использовании переработанных материалов, например летучая зола от мусоросжигательных заводов. Еще одна интересная перспектива — это разработка бетона без карбоната кальция. Вместо этого карбонат получают путем барботирования углекислого газа из электростанция через морскую воду. Это общая экологическая выгода, так как он сокращает выбросы вредных отходов CO2 от энергии растения и вместо этого превращает их в очень полезный бетон. Это вид улавливания и хранения углерода (CCS).

Еще один экологический недостаток бетона — использование в нем заполнители, которые должны быть добыты, часто из экологически чистых чувствительные районы, такие как долины рек. Использование переработанных заполнителей (включая переработанный бетон из старых снесенных зданий) возможное решение здесь.

Краткая история бетона

Ранняя история

• ~ 7000 г. до н.э .: поселение эпохи неолита в В Ифтахеле в Галилее, Израиль, есть сырой «бетонный» пол, сделанный из обожженной известковой штукатурки.
• ~ 5600 гг. До н.э .: материал, похожий на бетон, используется в полах Мезолит (средний каменный век) сербские жилища на Лепенски Вир, в Сербии, на берегу реки Дунай.
• ~ 3000 г. до н.э .: египтяне используют неочищенные формы цемента и бетона в пирамиды.
• ~ 200 гг. До н. Э .: римляне использовали тип бетона, называемый пуццоланой (иногда называемый пуццолановым цементом) на основе вулканического пепла, полученного из Поццуоли, Неаполь.Он используется в знаковых римских постройках, таких как Колизей и Пантеон в Риме.
• 400AD– ~ 1750CE: Фактически, конкретное средневековье: знание бетона полностью утрачен после падения Римской империи.

Повторное открытие

• 1750-е годы: Джон Смитон, английский инженер, заново открывает искусство изготовление «гидравлического» цемента (затвердевающего с водой) с использованием Blue Камень лиас, глина и пуццолана, первоначально для Маяк Эддистон недалеко от Плимута, Англия.
• 1824: англичанин Джозеф Аспидин разрабатывает портландцемент, который напоминает натуральный камень, добытый в Портленде в Дорсете, Англия. Портландцементу суждено стать ключевым ингредиентом бетона.
• 1832–1834: Уильям Рейнджер патентует сборный железобетон.
• 1867: француз Джозеф Монье патенты на железобетон для использования в садовых цветочных горшках, демонстрируя их на Парижской выставке тот же год.
• ~ 1850-е годы: французский строитель Франсуа Куанье начинает повсеместное использование бетон в зданиях, в том числе первый железобетонный дом в Париж, Франция.
• 1884: англичанин, архитектор из Америки. Эрнест Лесли Рэнсом патентует скрученную арматуру, которая обеспечивает лучшее сцепление с бетоном, поэтому делая его сильнее.
• 1870: француз Франсуа Хеннебик разрабатывает новый эффективный процесс строительства зданий из железобетона, ведущий к его широкому распространению.
• 1880-е: Предварительно напряженный бетон изобретен в Германии, но не коммерчески развита.

Современная эпоха

Фото: Запоминающееся современное использование железобетона.Это знаменитая Великая Мастерская Штаб-квартиры Джонсона архитектора Фрэнка Ллойда Райта в Расин, Висконсин. Крышу поддерживают удивительно тонкие железобетонные колонны. которые сужаются с 5,5 м (18 футов) вверху до всего 23 см (9 дюймов) внизу. В соответствии с Книга Джонатана Липмана о здании, Райт Идея пришла в голову после того, как увидел официанта, несущего поднос на руке. Фотография любезно предоставлена ​​архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

• 1891: первая улица в США с бетонным покрытием. находится в Беллефонтене, штат Огайо. Часть его остается на месте, чтобы этот день.
• 1917: Томас Эдисон, плодовитый американский изобретатель, патентует идею для серийного бетонного дома, но идея не прижилась.
• 1913: Первая партия товарного бетона доставлена ​​грузовиком. на сайт в Балтиморе, штат Мэриленд.
• 1915: цветной бетон изобретен инженером Линн из Чикаго. Мейсон Скофилд.
• 1920-е годы: француз Эжен Фрейзенне превращает предварительно напряженный бетон в коммерчески успешный строительный материал.
• 1936: Бетон используется для завершения могучей плотины Гувера, самая большая бетонная конструкция, когда-либо построенная до этого момента.
• 1956–1959: американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт строит культовую Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке из бетона.
• 1962: финский архитектор Ээро Саринен строит знаменитая, напоминающая птицу бетонную крышу Полетного центра Trans World Airlines (TWA) в нью-йоркском аэропорту имени Джона Ф.Кеннеди. Три года спустя он проектирует культовый бетонный небоскреб Нью-Йорка — CBS Building.
• 1970-е годы: изобретен железобетон на основе пластиковых волокон.
• 2010s-: Влияние бетона на окружающую среду вызывает все большую озабоченность. Ученые и инженеры начинают обращать внимание на то, как изменение климата может драматически сократить срок службы бетонных зданий.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги.Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Инженерное дело

Архитектура

• Ээро Сааринен: формирование будущего Ээро Сааринен и др. Yale University Press, 2006. Фотогид по строениям и зданиям, созданный одним из пионеров железобетонной архитектуры 20-го века.
• Бетонная архитектура Кэтрин Крофт.Гиббс Смит, 2004. Журнальный столик «Праздник бетона», включающий историю материала и фото-гид по знаковым бетонным зданиям и сооружениям.
• Бетонная архитектура: тон, текстура, форма Дэвида Беннета. Birkhäuser, 2001. Подробный обзор 25 известных бетонных конструкций с акцентом на недавние проекты.

Статьи

• Бетон, материал многовековой давности, получил новый рецепт Джейн Марголис, The New York Times, 11 августа 2020 г.Обзор усилий по разработке более устойчивых форм бетона.
• Guardian Concrete Week: увлекательный сборник статей об экологических и социальных проблемах жизни в мире из бетона.
• Битва за обуздание нашего аппетита к бетону, Тим Боулер. BBC News, 24 октября 2018 г. Каково реальное воздействие бетона на окружающую среду и как его уменьшить?
• Мэтт МакГрат объясняет, почему в Древнем Риме был бетон долговечности. BBC News, 4 июля 2017 г.Минеральный алюминиевый тоберморит, кажется, сделал римский бетон более прочным, чем наш современный аналог.
Эксперты
• предлагают приоритеты исследований для повышения «экологичности» бетона: NIST Tech Beat, 3 апреля 2013 г. Как мы можем сократить выбросы углекислого газа при производстве бетона?
• Вековой рецепт бетона — вода, цемент, песок и камни, автор Сьюзан Хасслер. IEEE Spectrum, 18 июля 2011 г. Могут ли инженеры разработать более экологически чистый бетон?
• Бетонная альтернатива может сделать здания более прочными. Автор Александр Джордж.Wired, 12 августа 2011 года. В связи с разрушительным землетрясением 2011 года японские инженеры разработали новый прочный строительный материал, названный структурой CO2.
• Ученые разрабатывают экобетон из рисовой шелухи: BBC News, 13 апреля 2010 г. Исследует новый тип экологически чистого бетона, который производит меньше выбросов углекислого газа при производстве.
• Кто несет ответственность за все бетонные карбункулы ?: BBC News, 19 февраля 2009 г. Архитектор Ле Корбюзье предпочитал бетонные здания; В этой статье Гай Бут размышляет, следует ли нам любить или ненавидеть его работы.
• Сканер, чтобы «заглянуть внутрь» бетона: BBC News, 25 октября 2005 г. Как обнаружить признаки коррозии глубоко внутри гигантских бетонных конструкций?

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2020) Бетон. Получено с https://www.explainthatstuff.com/steelconcrete.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Бетон и железобетон — Объясните, что заполняйте

Бетон и железобетон — Объясните, что заполните

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 2 ноября 2020 г.

Стоунхендж в Англии, Великая пирамида в Гизе, перуанская цитадель в Мачу-Пикчу — три чудесных примера того, как камень конструкции могут прослужить сотни и даже тысячи лет.Но хотя камень — один из самых старых и прочных строительных материалов, он не работать с ним очень просто. Это тяжело, тяжело транспортировать и обычно поставляется гигантскими кусками, которые должны быть кропотливо вырезано по форме. Было бы здорово, если бы существовал рецепт камня — вид липкой смеси для торта, которую мы могли сложить в любом месте, просто нажав ее в формы для изготовления зданий и сооружений любой формы и размера? Что ж, такой «жидкий камень» действительно существует: мы его называем бетон .Хотя иногда он получает плохую репутацию, потому что многие люди связывают это с брутальной городской архитектурой середины 20-х гг. века, бетон — великий, незамеченный герой современности, материал Мир. От плотины Гувера до Сиднейского оперного театра вы найдете это в самых высоких небоскребах в мире, самый большой мосты, самые длинные шоссе, самые глубокие туннели и, вполне возможно, даже под полом в ваш собственный скромный маленький дом. Бетон — штука замечательная, но что это и как именно работает? Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Бетон — сила практически любого современного здания и основная структура — но это не так уродливо, как многие думают.Это 12-арочный виадук Калсток, по которому проходит железная дорога через реку Тамар в Корнуолле, Англия. Хотя он выглядит элегантно, как старый камень, на самом деле он сделан из бетона. блоки, которые были собраны на месте и были завершены в 1908 году.

Что такое бетон?

Таблица: Бетонный рецепт: ингредиенты типичной смеси.

Слово «бетон» происходит от латинского слова concretus , означает расти вместе — и это именно то, что он делает, когда вы объедините три его ингредиента, а именно:

1. Смесь крупных и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, более крупные куски щебня, переработанное стекло, кусочки старого переработанного бетона и многое другое. ничего эквивалентного) — обычно 60–75 процентов.
2. Цемент (обычное название силикатов и алюминатов кальция) — обычно 10–15 процентов.
3. Вода — обычно 15–20 процентов.

Сложенные вместе и хорошо перемешанные, эти простые ингредиенты образуют композит — так мы называем гибрид материал, который в каком-то важном смысле лучше, чем материалы из что это сделано. В случае с бетоном «важно» то, что он прочный, жесткий и долговечный. Думая о бетоне как о композитный материал, цемент гидрат — фон, связующий материал (технически называемый «матрицей»), к которому добавляют песок и гравий дополнительная прочность («арматура»).

Фото: Бетонный композит: присмотритесь к этому бетону, и вы сможете ясно увидеть, как он работает: заполнитель более светлого цвета (камни различной формы и размера, который действует как арматура) скреплен цементом более темного цвета (матрица) . Однако не весь бетон выглядит таким грубым; Мне пришлось довольно тяжело осмотреться, чтобы найти этот пример на бетонном столбе недалеко от моего дома.

Как образуется бетон из ингредиентов, которые не имеют ничего общего с конечным продуктом? Когда вы добавляете воду в цемент, кристаллы гидрата цемента (технически кальций-кремнезем-гидрат) начинают расти, которые плотно связывают песок и гравий.Это постепенное образование кристаллов, которое придает бетону прочность, а не простой факт, что он сохнет. Действительно, причина, по которой вы должны смачивание бетона в течение нескольких дней по мере его схватывания должно «привести в действие» химические реакции, гидратирующие цемент. Мягкая слякоть, которая стекает с вашего бетономешалка постепенно получается намного тверже, чем материалы из который он сформирован. «Жидкий камень» становится камнем по-настоящему — ну, искусственный камень, как минимум. И под «постепенно» я действительно имею в виду постепенно: бетон затвердевает в течение нескольких часов, затвердевает примерно через в месяц, но продолжает затвердевать и укрепляться не менее пяти лет после этого.

Интересный факт, от Недавние научные исследования бетона показали, что «кристаллы» внутри него на самом деле вовсе не кристаллы: они неупорядочены и совершенно правильные, как и положено кристаллам, но на самом деле имеют некоторая случайная структура, которую вы можете найти в таких материалах, как стекло (с научной точки зрения известные как аморфные твердые тела). Бетон содержит довольно много немного захваченного воздуха (до 5–10 процентов), потому что есть пространство вокруг открытой трехмерной структуры гидрата цемента кристаллы и застрявшие между ними песок и гравий.И это в поворачивает, объясняет, почему бетон может гнуться и сгибаться, растягиваться и сжиматься (во всяком случае, немного).

Как и любой рецепт, вы можете несколько разнообразить смесь для бетона (подробнее вода, возможно, больше агрегатов, или даже химикаты разных видов) для производства бетона, который течет быстрее, тверже или больше быстро, погодостойкость, особый цвет или внешний вид. Например, добавление пигмента, называемого диоксидом титана, является простым способ сделать бетон ярким и белым — в миллионе миль от тускло-серая штука, из-за которой у бетонных парковок плохая репутация. Другой вариант — газобетон, немного похожий на очень твердый губка с массой крошечных воздушных карманов внутри. Это позволяет бетон расширяться и сжиматься в жаркую и холодную погоду без смертельно трескается, а также делает его отличной теплоизоляцией материал.

Фото: Когда бетон распыляется из шланга на высокой скорости, вместо того, чтобы медленно укладываться из шланга. бетономешалка, она называется торкрет-бетоном. Здесь вы можете увидеть тонкий слой торкретбетона, покрывающий стальная сетка из арматурных стержней (арматура).Изображение Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE / NREL).

Почему бетон — такой популярный строительный материал?

По крайней мере, в городах бетон везде, куда ни глянь — и это нетрудно понять почему. Легко сделать из дешевых и легкодоступных ингредиенты, легко разливать по формам и превращать во все виды формы (потому что он начинает жизнь очень вязкой жидкостью), и оба огнестойкие и (относительно) водонепроницаемые.Но главная причина, по которой это так широко используется в зданиях, потому что он чрезвычайно прочен в сжатие: вы можете сжать его или выдержать большой вес Это. Широко используется в стенах и фундаментах (вертикальные другими словами), потому что он отлично подходит для сопротивления весу, наложенному сверху. К несчастью, очень большой недостаток бетона в том, что он примерно в 10 раз слабее на растяжение чем в сжатии. Он легко трескается или ломается, если вы его согнете или растянете, если вы не укрепить его сталью внутри, так что это не много толку в горизонтальных балках.Хотя бетон выглядит тяжелым и монолитным, он на самом деле намного легче, чем вы могли подумать: он примерно в пятую часть плотности свинец, третий как плотный, как сталь, на 10 процентов менее плотный, чем алюминий, и только немного плотнее стекла.

Хотя бетон часто смешивают на месте и формуют во что-нибудь формы необходимы в то время, он также может поставляться в сборном «модули»; блоки, балки, секции стен, тротуары и облицовка все можно сделать таким образом. Гигантский, современный сегментные мосты, для например, часто быстро и недорого собираются из идентичных бетонные секции, которые были собраны на заводе и отправлены на окончательную расположение.Это делает их более быстрыми и легкими в изготовлении, чем если бы весь мост пришлось отлить на месте, что намного сложнее сделать в например, посреди реки или в неблагоприятных погодных условиях. Другой вариант — сделать бетонные конструкции, сочетающие в себе сборные профили с другими профилями, сформированными на месте.

Иллюстрации: Конкретные идеи: Томас Эдисон сразу понял блеск бетона как материала для создания «мгновенных» построек. В первые годы 20-го века он разработал этот метод изготовления бетонных домов с одинарной заливкой, которые можно было выпускать серийно с небольшими затратами и в очень больших количествах.Бетон из пары смесителей (синий) подается в резервуар (красный), перемешивается (зеленый), а затем переносится шнеком (оранжевый) на вершину огромной трехмерной формы. Вылитый через форму, он формирует стены, пол и крышу здания — и даже некоторые детали (например, ванны) внутри! К сожалению, идея так и не прижилась. Иллюстрация из патента США 1 219 272: Процесс строительства бетонных зданий, автор Томас Эдисон, 13 марта 1917 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Железобетон

Как мы уже видели, бетон — это композитный материал — цементная матрица с заполнителями. для армирования — это хорошо работает на сжатие, но не на напряжение.Мы можем решить эту проблему, залив бетон вокруг прочной стали. арматурные стержни (связанные друг с другом в клетку). Когда бетон схватывается и затвердевает вокруг стержней, получаем новый композитный материал железобетон (также называемый железобетонным бетоном или RCC), который хорошо работает в либо растяжение, либо сжатие: бетон сопротивляется сжатию (обеспечивает прочность на сжатие), а сталь сопротивляется изгибу и растяжение (обеспечивает прочность на разрыв). По сути, усиленный бетон использует один композитный материал внутри другого: бетон становится матрицей, в то время как стальные стержни или проволока обеспечивают армирование.

Стальные стержни (известные как арматура , сокращение от арматурный стержень) обычно изготавливаются из скрученных прядей с благородными или выступы на них, которые прочно закрепляют их внутри бетона без любой риск поскользнуться внутри него. Теоретически мы могли бы использовать все виды материалов для армирования бетона. Обычно мы используем сталь потому что он расширяется и сжимается от жары и холода примерно на столько же сам бетон, что означает, что он не потрескает бетон, который окружает его, как мог бы другой материал, если бы он более или менее расширился.Однако иногда используются и другие материалы, в том числе разные. пластиков.

Фото: «Жидкий камень» на вынос — заливка бетона из автобетоносмесителя. Строители из ВМС США укладывают мокрый бетон. с грузовика на арматуру (сетку из стальной арматуры). Когда бетон схватится, стальные стержни придадут ему дополнительную прочность: бетон плюс сталь равняется железобетону. Изображение лейтенанта Эдварда Миллера, любезно предоставлено ВМС США.

Предварительно напряженный бетон

Хотя железобетон, как правило, лучшая конструкция материал, чем обычный материал, он по-прежнему хрупкий и склонен к трещина: при растяжении железобетон может разрушиться, несмотря на стальная арматура, пропускающая воду, которая затем заставляет бетон выйти из строя, а арматура заржаветь.Решение — поставить армированный бетон постоянно находится в сжатии с предварительным напряжением (также называется предварительным натяжением). Поэтому вместо того, чтобы класть стальные прутья во влажную бетонные, как они есть, сначала натягиваем (натягиваем) их. Как бетон схватывается, тугие стержни тянутся внутрь, сжимая бетон и делая его более прочным. В качестве альтернативы арматура из железобетона может подвергаться стрессу после того, как он начинает затвердевать, что известно как poststressing (последующее натяжение). В любом случае, удержание бетона в сжатии — это хитрый трюк, который помогает остановить растрескивание (и останавливает трещины от распространение, если они все же образуются).Еще одно преимущество в том, что можно использовать менее предварительно напряженный или предварительно напряженный бетон или меньше, более тонкие предметы для переноски того же груза по сравнению с обычными, железобетон.

Фото: Наука проходит сквозь бетон — как он затвердевает, почему он прочен и почему мы его используем. Это конкретное слово — одна из деталей военного мемориала округа Онондага в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

«Бетонный рак»

Трещины — последнее, что вы хотите видеть в здании или мосте, особенно относительно новый из бетона. Но если у нас есть бетонные конструкции, относящиеся к римским временам, почему некоторые из бетонных мостов, небоскребов и других построек всего несколько десятилетия назад, в конце 20 века, уже разваливались? Есть несколько объяснений. Старый, римского типа, пуццолановый бетон, сделанный из вулканического пепла, имеет тенденцию к растрескиванию меньше, чем больше современные формы бетона, и он использовался в основном при сжатии, поэтому даже если бы у трещин была возможность образоваться, они с меньшей вероятностью распространение.Железобетон, скорее всего, будет использоваться на растяжение, которое Вот почему в нем есть стальная арматура «арматура». Но, как мы уже видно, он все еще может треснуть, если он не был предварительно напряжен.

Современный бетон не проходит через то, что неофициально известно как рак бетона или конкретная болезнь , которая включает три взаимосвязанные проблемы. Во-первых, щелочи из цемента вступают в реакцию с кремнеземом. заполнители, из которых изготовлен бетон. Это делает новые кристаллы очень медленно растут внутри бетона, занимая больше комнаты, чем оригинальные «кристаллы», поэтому бетонная трещина отдельно от изнанки или отслаивание («скол») с поверхности, впуская воду извне. На что-то вроде автомобильного моста любая вода, попадающая в также может быть щелочным из-за используемых солей обработать дорогу зимой. Вторая проблема в том, что вода который попадает внутрь, в конечном итоге соприкасается со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая они ржавеют и разлагаются, возможно, расширяются и вызывают смертельный исход. слабые места в конструкции. Грязные коричневые пятна, которые вы видите на бетон с «раком» часто возникает из-за просачивания ржавой воды через трещины. Третья проблема заключается в том, что вода, просочившаяся внутрь бетон сквозь трещины зимой может промерзать, а значит, расширяться и вызывать дальнейшие трещины, через которые будет проходить еще больше воды. проникают, вызывая порочный круг вырождения и разложения.

Рисунок: Как железобетон разрушается: (1) Щелочи из цемента вступают в реакцию с кремнеземом в заполнителях, формирование более крупных кристаллов, которые раскалывают бетон отдельно от внутренней части (2). Вода течет по трещинам (3), ржавчину арматурного стержня (4), которая может сломаться и вызвать еще большее растрескивание или «скалывание» по краям (5). В холодную погоду вода, попавшая в трещины, будет расширяться при замерзании (6), вызывая появление новых трещин (7). Трещины нет обязательно большие: у некоторых очень тонкие капилляры, что означает, что вода может перемещаться по ним вверх по простое капиллярное действие, а также дренаж через них под действием силы тяжести.

Воздействие бетона на окружающую среду

Фото: Кто-то любит бетон, кто-то его ненавидит. Мнения резко расходятся по поводу таких «бруталистских» городских зданий, как эта, Xerox Tower в Рочестере, штат Нью-Йорк, которая была построена в середине 20 века. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Растущая озабоченность по поводу окружающей среды и изменения климата в В частности, выделили еще одну серьезную проблему с бетоном: после транспорта и энергетики производство цемента занимает третье место крупнейший источник выбросов углекислого газа. Отчасти потому, что процесс производства цемента выделяет много углекислого газа, но также, очень важно из-за огромного количества цемента и бетон, используемый во всем мире. Углекислый газ выделяется двумя способами. разными способами (разделить между ними примерно пополам): во-первых, из-за энергии ископаемого топлива, используемой при производстве цемент; во-вторых, потому что цемент производится, когда карбонат кальция превращается в оксид кальция, выделяя при этом диоксид углерода. Бетон полагается на цемент, поэтому он не является экологически безопасным. материал, который беспокоит архитекторов, в частности, потому что они быть очень экологически сознательным.

Фото: Ранний образец более зеленого бетона 1953 года: плотина Hungry Horse на реке Флэтхед, штат Монтана, США, был построен с использованием 120 000 метрических тонн переработанной летучей золы из мусоросжигательных заводов. Фотография любезно предоставлена ​​Бюро мелиорации США.

Поскольку при цементировании двуокись углерода выделяется двумя путями производства, из этого следует, что есть два способа сделать больше экологически чистый бетон. Исторически сложилось так, что с тех пор, как Революция, человечество получает большую часть энергии от сжигания угля, который выделяет больше парниковых газов, чем другие виды топлива, и Традиционно цементные печи тоже работали на угле.Переключение их с уголь в природный газ является одним из решений, поскольку газ выделяет меньше углерода диоксид для заданного количества энергии. Изготовление цементных печей подробнее эффективный снижает общую потребность в энергии, что также снижает их выбросы углекислого газа. Другое решение — уменьшить количество цемента в бетонной смеси при использовании переработанных материалов, например летучая зола от мусоросжигательных заводов. Еще одна интересная перспектива — это разработка бетона без карбоната кальция. Вместо этого карбонат получают путем барботирования углекислого газа из электростанция через морскую воду. Это общая экологическая выгода, так как он сокращает выбросы вредных отходов CO2 от энергии растения и вместо этого превращает их в очень полезный бетон. Это вид улавливания и хранения углерода (CCS).

Еще один экологический недостаток бетона — использование в нем заполнители, которые должны быть добыты, часто из экологически чистых чувствительные районы, такие как долины рек. Использование переработанных заполнителей (включая переработанный бетон из старых снесенных зданий) возможное решение здесь.

Краткая история бетона

Ранняя история

• ~ 7000 г. до н.э .: поселение эпохи неолита в В Ифтахеле в Галилее, Израиль, есть сырой «бетонный» пол, сделанный из обожженной известковой штукатурки.
• ~ 5600 гг. До н.э .: материал, похожий на бетон, используется в полах Мезолит (средний каменный век) сербские жилища на Лепенски Вир, в Сербии, на берегу реки Дунай.
• ~ 3000 г. до н.э .: египтяне используют неочищенные формы цемента и бетона в пирамиды.
• ~ 200 гг. До н. Э .: римляне использовали тип бетона, называемый пуццоланой (иногда называемый пуццолановым цементом) на основе вулканического пепла, полученного из Поццуоли, Неаполь.Он используется в знаковых римских постройках, таких как Колизей и Пантеон в Риме.
• 400AD– ~ 1750CE: Фактически, конкретное средневековье: знание бетона полностью утрачен после падения Римской империи.

Повторное открытие

• 1750-е годы: Джон Смитон, английский инженер, заново открывает искусство изготовление «гидравлического» цемента (затвердевающего с водой) с использованием Blue Камень лиас, глина и пуццолана, первоначально для Маяк Эддистон недалеко от Плимута, Англия.
• 1824: англичанин Джозеф Аспидин разрабатывает портландцемент, который напоминает натуральный камень, добытый в Портленде в Дорсете, Англия. Портландцементу суждено стать ключевым ингредиентом бетона.
• 1832–1834: Уильям Рейнджер патентует сборный железобетон.
• 1867: француз Джозеф Монье патенты на железобетон для использования в садовых цветочных горшках, демонстрируя их на Парижской выставке тот же год.
• ~ 1850-е годы: французский строитель Франсуа Куанье начинает повсеместное использование бетон в зданиях, в том числе первый железобетонный дом в Париж, Франция.
• 1884: англичанин, архитектор из Америки. Эрнест Лесли Рэнсом патентует скрученную арматуру, которая обеспечивает лучшее сцепление с бетоном, поэтому делая его сильнее.
• 1870: француз Франсуа Хеннебик разрабатывает новый эффективный процесс строительства зданий из железобетона, ведущий к его широкому распространению.
• 1880-е: Предварительно напряженный бетон изобретен в Германии, но не коммерчески развита.

Современная эпоха

Фото: Запоминающееся современное использование железобетона.Это знаменитая Великая Мастерская Штаб-квартиры Джонсона архитектора Фрэнка Ллойда Райта в Расин, Висконсин. Крышу поддерживают удивительно тонкие железобетонные колонны. которые сужаются с 5,5 м (18 футов) вверху до всего 23 см (9 дюймов) внизу. В соответствии с Книга Джонатана Липмана о здании, Райт Идея пришла в голову после того, как увидел официанта, несущего поднос на руке. Фотография любезно предоставлена ​​архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

• 1891: первая улица в США с бетонным покрытием. находится в Беллефонтене, штат Огайо. Часть его остается на месте, чтобы этот день.
• 1917: Томас Эдисон, плодовитый американский изобретатель, патентует идею для серийного бетонного дома, но идея не прижилась.
• 1913: Первая партия товарного бетона доставлена ​​грузовиком. на сайт в Балтиморе, штат Мэриленд.
• 1915: цветной бетон изобретен инженером Линн из Чикаго. Мейсон Скофилд.
• 1920-е годы: француз Эжен Фрейзенне превращает предварительно напряженный бетон в коммерчески успешный строительный материал.
• 1936: Бетон используется для завершения могучей плотины Гувера, самая большая бетонная конструкция, когда-либо построенная до этого момента.
• 1956–1959: американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт строит культовую Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке из бетона.
• 1962: финский архитектор Ээро Саринен строит знаменитая, напоминающая птицу бетонную крышу Полетного центра Trans World Airlines (TWA) в нью-йоркском аэропорту имени Джона Ф.Кеннеди. Три года спустя он проектирует культовый бетонный небоскреб Нью-Йорка — CBS Building.
• 1970-е годы: изобретен железобетон на основе пластиковых волокон.
• 2010s-: Влияние бетона на окружающую среду вызывает все большую озабоченность. Ученые и инженеры начинают обращать внимание на то, как изменение климата может драматически сократить срок службы бетонных зданий.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги.Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Инженерное дело

Архитектура

• Ээро Сааринен: формирование будущего Ээро Сааринен и др. Yale University Press, 2006. Фотогид по строениям и зданиям, созданный одним из пионеров железобетонной архитектуры 20-го века.
• Бетонная архитектура Кэтрин Крофт.Гиббс Смит, 2004. Журнальный столик «Праздник бетона», включающий историю материала и фото-гид по знаковым бетонным зданиям и сооружениям.
• Бетонная архитектура: тон, текстура, форма Дэвида Беннета. Birkhäuser, 2001. Подробный обзор 25 известных бетонных конструкций с акцентом на недавние проекты.

Статьи

• Бетон, материал многовековой давности, получил новый рецепт Джейн Марголис, The New York Times, 11 августа 2020 г.Обзор усилий по разработке более устойчивых форм бетона.
• Guardian Concrete Week: увлекательный сборник статей об экологических и социальных проблемах жизни в мире из бетона.
• Битва за обуздание нашего аппетита к бетону, Тим Боулер. BBC News, 24 октября 2018 г. Каково реальное воздействие бетона на окружающую среду и как его уменьшить?
• Мэтт МакГрат объясняет, почему в Древнем Риме был бетон долговечности. BBC News, 4 июля 2017 г.Минеральный алюминиевый тоберморит, кажется, сделал римский бетон более прочным, чем наш современный аналог.
Эксперты
• предлагают приоритеты исследований для повышения «экологичности» бетона: NIST Tech Beat, 3 апреля 2013 г. Как мы можем сократить выбросы углекислого газа при производстве бетона?
• Вековой рецепт бетона — вода, цемент, песок и камни, автор Сьюзан Хасслер. IEEE Spectrum, 18 июля 2011 г. Могут ли инженеры разработать более экологически чистый бетон?
• Бетонная альтернатива может сделать здания более прочными. Автор Александр Джордж.Wired, 12 августа 2011 года. В связи с разрушительным землетрясением 2011 года японские инженеры разработали новый прочный строительный материал, названный структурой CO2.
• Ученые разрабатывают экобетон из рисовой шелухи: BBC News, 13 апреля 2010 г. Исследует новый тип экологически чистого бетона, который производит меньше выбросов углекислого газа при производстве.
• Кто несет ответственность за все бетонные карбункулы ?: BBC News, 19 февраля 2009 г. Архитектор Ле Корбюзье предпочитал бетонные здания; В этой статье Гай Бут размышляет, следует ли нам любить или ненавидеть его работы.
• Сканер, чтобы «заглянуть внутрь» бетона: BBC News, 25 октября 2005 г. Как обнаружить признаки коррозии глубоко внутри гигантских бетонных конструкций?

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2020) Бетон. Получено с https://www.explainthatstuff.com/steelconcrete.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

В чем разница между простым и железобетонным?

Бетон является основой большей части инфраструктуры Civilization и большей части ее физического развития. Во всем мире используется почти в два раза больше бетона, чем всех других строительных материалов комбинированного использования.

Разница между PCC и RCC:

ОБЫЧНЫЙ ЦЕМЕНТНЫЙ БЕТОН (PCC): — Его также называют цементным бетоном (CC) или вяжущим бетоном.

Это строительный материал, состоящий из цемента, песка, заполнителя (крупного и мелкого), воды и добавок.

· Используется для обеспечения жесткого, ровного и непроницаемого основания для ПКК в фундаменте.

· Используется также под напольными покрытиями (камень, плитка, деревянные полы и т. Д.).

· Хорошо сопротивляется сжатию.

· Может использоваться на плоских загрязнениях Brick или без плоских загрязнений Brick.

· Он также используется в качестве наполнителя, например, кускового бетона, который является смесителем Боулдера и РСС.

Толщина: PCC обычно составляет от 50 до 75 мм

Соотношение бетона: Обычно используются пропорции 1: 2: 4, 1: 3: 6, 1: 4: 8

Единица: Кубический метр (Cum)

АРМИРОВАННЫЙ ЦЕМЕНТНЫЙ БЕТОН (ПКК): —

Бетон — это материал, содержащий смесь цемента, песка, заполнителя и воды, который подходит для сжатия, а не при растяжении….

Решить эту критическую проблему путем армирования стали, заливки влажного бетона вокруг прочных стальных стержней.Когда бетон схватывается и затвердевает вокруг стержней, мы получаем новый композитный материал АРМИРОВАННЫЙ БЕТОН (RCC) . Так что это хороший материал, который хорошо работает как на сжатие, так и на растяжение.

Бетон сопротивляется сжатию из-за прочности на сжатие, а сталь противостоит изгибу и растяжению из-за прочности на растяжение. Это увеличивает пластичность, уменьшает длительные прогибы или увеличивает изгибную способность балок.

Железобетон действует как композитный материал внутри другого, где стальные стержни обеспечивают армирование бетона.

Обычно используются стальные стержни TMT, которые надежно закреплены внутри бетона без риска поскользнуться. Мы используем сталь, потому что она предотвращает чрезмерное растрескивание в результате усадки или колебаний температуры (горячая и холодная температура). Боковое армирование в виде стяжек и хомутов используется для обеспечения сопротивления основным растягивающим напряжениям, возникающим в результате сопротивления сдвигу.

Толщина: Толщина RCC зависит от проектных требований.

Пропорция бетона: Это может быть номинальная смесь или расчетная смесь, в зависимости от требований площадки.

Единица: Кубический метр (Cum)

Что такое железобетон? | Программное обеспечение SkyCiv Cloud для структурного анализа

Что такое железобетон?

Железобетон — это общий термин, обозначающий бетонный элемент (или плиту), который содержит стальную арматуру (обычно в виде стальных стержней) для увеличения прочности конструкции. Материал, полученный в результате комбинации бетона и арматурных стержней, называется железобетонным (ЖБИ).Во время строительства арматурная сталь сначала помещается в опалубку либо в виде сборного стального каркаса, либо в виде стальных арматурных стержней, которые скрепляются между собой и подключаются на месте. Затем бетон заливается в опалубку и подвергается вибрации с помощью соответствующих устройств, чтобы гарантировать высокий уровень взаимодействия между двумя материалами.

Рис. 1. Прямоугольная бетонная балка со стальной арматурой является примером железобетонного элемента.

Почему важно армирование бетона?

Одним из основных недостатков бетона является его очень низкая прочность на растяжение, которая практически превышается при малых нагрузках.Это приводит к растрескиванию бетонных поверхностей, что, в свою очередь, приводит к эстетическим проблемам (большой прогиб балок или плит) для предельного состояния эксплуатационной пригодности, а также к проблемам структурной целостности в предельном состоянии. С другой стороны, арматурная сталь имеет довольно высокий предел прочности на разрыв и симметричный закон материи при растяжении и сжатии. Однако арматурный стержень, который подвергается сжатию, преждевременно выходит из строя из-за потери устойчивости. По этим причинам использование арматуры в секции RC приводит к эффективному поведению конструкции, так как арматурные стальные конструкции эффективно работают при растяжении, а бетон эффективно работает при сжатии и ограничивает сжатие арматуры.На рисунке 1 показана диаграмма изгибающего момента неразрезной балки при вертикальных нагрузках, а также места, где должна быть размещена арматурная сталь.

Рисунок 2: Трехпролетная неразрезная балка при равномерной нагрузке: (a) Диаграмма изгибающего момента и (b) Места расположения основной арматуры.

Важно отметить, что сотрудничество между бетоном и арматурной сталью облегчается тем фактом, что оба материала имеют одинаковый коэффициент теплового расширения, а это означает, что изменение температуры не вызывает дополнительных внутренних напряжений на границе раздела бетон-арматура.

Где используется железобетон?

В настоящее время железобетон широко используется в современном строительстве, в основном для зданий и мостов. Такие проекты могут включать в себя большое количество участников, например:

• Пластинчатые элементы: горизонтальные пластины (плиты, плиты настила мостов и фундаментные плиты плота) или вертикальные (например, стены с поперечным срезом и основные стены вокруг лестниц или лифтов)
• Элементы линейного типа: , например балки, колонны или сваи.

При вертикальной нагрузке элементы пластинчатого типа обеспечивают жесткость и прочность более чем в одном направлении в плане элемента, в то время как элементы линейного типа придают прочность и жесткость в основном в одном направлении.

Какие примеры (сечения) ЖБИ?

Поперечные сечения вертикальных линейных элементов, таких как колонны и опоры, имеют довольно простую геометрию (чаще всего квадратную, прямоугольную или круглую — см. Рисунок 2), продиктованную тем фактом, что эти элементы должны обеспечивать равное или подобное сопротивление во всех горизонтальных направлениях.Кроме того, такие геометрические конфигурации приводят к снижению затрат на опалубку. Поперечные сечения балок, используемых в строительных проектах, имеют обычную прямоугольную форму, в то время как поперечные сечения мостовых балок имеют в основном двутавровую форму, чтобы уменьшить вес и обеспечить размещение арматуры после натяжения.

Рисунок 3: Типовые железобетонные секции

Программное обеспечение SkyCiv для проектирования железобетона

SkyCiv предлагает простое в использовании программное обеспечение для проектирования железобетонных конструкций, которое помогает анализировать и проектировать железобетонные элементы.Используя программное обеспечение SkyCiv Beam, вы можете проанализировать нагрузки на элемент, а затем спроектировать свой бетонный элемент с помощью нашего программного обеспечения для проектирования железобетонных конструкций.

Программное обеспечение для железобетона

Зачем бетону армирование? — Практическая инженерия

В прошлом видео мы говорили о бетоне 101 и о том, почему бетон является таким прекрасным строительным материалом. Но я не упомянул о его самой большой слабости.

Чтобы понять самую большую слабость бетона, во-первых, нам нужно немного узнать о механике материалов, что является причудливым способом сказать: «Как материалы ведут себя под нагрузкой.«Под стрессом в данном случае подразумевается не тревога или экзистенциальный страх, а скорее внутренние силы материала. Существует три основных типа напряжения: сжатие (сдвигание), растяжение (растяжение) и сдвиг (скольжение по линии или плоскости). И не все материалы могут одинаково противостоять каждому типу нагрузки. Оказывается, бетон очень силен на сжатие, но очень слаб на растяжение. Но не верьте мне на слово. Вот демонстрация:

Эти два бетонных цилиндра были отлиты из одной партии, и мы посмотрим, какую нагрузку они могут выдержать до разрушения.Во-первых, испытание на сжатие. (Кляп для ручного насоса). При сжатии цилиндр сломался при нагрузке около 1000 фунтов (то есть 450 кг). Для бетона это довольно мало, потому что я добавил в эту смесь много воды. Причина в том, что моя установка для проверки прочности на разрыв не такая сложная. Я забросил в этот образец несколько болтов с проушиной и теперь вешаю его на стропила в магазине. Я наполнил это ведро гравием, но его веса не хватило для того, чтобы образец не выдержал. Итак, я добавил еще одну гантель, чтобы подтолкнуть ее к краю.Вес этого ковша составлял всего около 80 фунтов или 36 кг — это менее 10% прочности на сжатие.

Все это говорит о том, что веревку из бетона делать не надо. Фактически, без какого-либо способа исправить эту слабость, связанную с растягивающим напряжением, вам не следует делать какой-либо конструктивный элемент из бетона, потому что редко какой-либо элемент конструкции испытывает только сжатие. В действительности почти все конструкции испытывают разные нагрузки. Это не яснее, чем в классическом луче. Эта классическая балка сделана мной из чистого бетона в моем гараже.Приложение силы к этой балке вызывает развитие внутренних напряжений, и вот как они выглядят: верхняя часть балки испытывает сжимающее напряжение. А нижняя часть балки испытывает растягивающее напряжение. Вы, наверное, догадались, где произойдет разрушение этой бетонной балки, поскольку я продолжаю увеличивать нагрузку. Это происходит почти мгновенно, но вы можете видеть, что трещина образуется в нижней части балки, где растягивающее напряжение является наибольшим, и распространяется вверх, пока балка не выйдет из строя.

Вы видите, к чему я клоню: бетон сам по себе не может быть хорошим конструкционным материалом.Существует слишком много источников напряжения, которым он не может противостоять в одиночку. Итак, в большинстве ситуаций мы добавляем усиление, чтобы повысить его прочность. Армирование в бетоне создает композитный материал, при этом бетон обеспечивает прочность против напряжения сжатия, в то время как арматура обеспечивает прочность против напряжения растяжения. И наиболее распространенным типом арматуры, используемой в бетоне, является деформированная сталь, более известная как арматура.

Я сделал новую балку с парой стальных стержней с резьбой, залитых в нижнюю часть бетона.Эти резьбы должны действовать так же, как деформированные выступы в обычном арматурном стержне, чтобы создать некоторое сцепление между бетоном и сталью. Под прессом первое, что замечаешь, это то, что этот луч намного прочнее предыдущего. Мы уже намного выше силы, которая провалила неармированный образец. Но второе, что вы замечаете, это то, что сбой происходит немного медленнее. Вы можете легко увидеть образование и распространение трещины до того, как балка выйдет из строя. На самом деле это очень важная часть армирования бетона сталью.Он изменяет тип разрушения с хрупкого режима, когда нет предупреждения о том, что что-то не так, на вязкий, когда вы видите образование трещин до полной потери прочности. Это дает вам возможность распознать потенциальную катастрофу и, надеюсь, устранить ее до того, как она произойдет.

Арматура отлично подходит для большинства ситуаций с армированием. Это относительно дешево, хорошо протестировано и понятно. Но у него есть несколько недостатков, одним из основных является то, что это пассивное подкрепление.Сталь удлиняется под действием напряжения, поэтому арматурный стержень не может начать работать, чтобы помочь противостоять растяжению, до тех пор, пока у него не появится возможность растянуться. Часто это означает, что бетон должен треснуть, прежде чем арматурный стержень сможет принять на себя какое-либо растягивающее напряжение элемента. Растрескивание бетона не обязательно плохо — в конце концов, мы просим бетон только противостоять сжимающим силам, с которыми он прекрасно справляется с трещинами. Но в некоторых случаях нужно избежать трещин или чрезмерного прогиба, который может возникнуть из-за пассивной арматуры.В таких случаях вы можете рассмотреть возможность использования активного армирования, также известного как предварительно напряженный бетон.

Предварительное напряжение означает приложение напряжения к арматуре перед вводом бетона в эксплуатацию. Один из способов сделать это — натянуть стальные арматурные стержни во время заливки бетона. Когда бетон затвердеет, напряжение останется внутри, передавая сжимающее напряжение на бетон через трение с арматурой. Таким образом происходит предварительное напряжение большинства бетонных мостовых балок.Обратите внимание на усиление внизу этой балки. Другой способ предварительного напряжения армирования называется последующим напряжением. В этом методе напряжение в арматуре создается после затвердевания бетона. В следующем примере я залил в бетон пластиковые втулки. Стальные стержни могут плавно скользить в этих втулках. Когда балка затвердела, я затянул гайки на стержнях, чтобы натянуть их. Под прессом эта балка была не прочнее, чем обычно армированная балка, но потребовалось большее давление, прежде чем образовались трещины.Кроме того, это было не так драматично, потому что вместо настоящих стальных стержней сначала вышла из строя резьба на гайках.

Я надеюсь, что эти демонстрации помогли показать, почему армирование необходимо для большинства применений бетона — для увеличения прочности на растяжение и для изменения режима разрушения с хрупкого на пластичный. Как и в предыдущем видео, я лишь поверхностно касаюсь очень сложной и подробной темы. Многие инженеры всю свою карьеру занимаются изучением и проектированием железобетонных конструкций.Но я получаю удовольствие, играя с бетоном, и надеюсь, вам это интересно. Я хотел бы продолжить эту серию статей о бетоне, поэтому, если у вас есть вопросы по этой теме, задавайте их в комментариях ниже. Возможно, я смогу ответить на них в следующем видео. Спасибо за просмотр и дайте мне знать, что вы думаете!

Армированный цементный бетон (RCC) | Простое объяснение | Значение

Определение армированного цементного бетона

Армированный цементный бетон (RCC) — это композитный строительный материал, состоящий из конструкционного бетона, армированного армирующим материалом, таким как сталь.Чаще всего используется стальная арматура из-за ее дополнительных свойств , и ее называют стальным цементным бетоном или просто армированным цементным бетоном.

Стальные стержни, залитые в бетон, называются «арматурными стержнями или арматурой». Что делает сталь пригодной для железобетона, читайте здесь. Арматурные стержни доступны двух основных марок: низкоуглеродистой стали и стали с высоким пределом текучести. Стальная ткань из холоднотянутой стальной проволоки, сваренная в сетку, также используется в качестве арматуры в RCC.Фибробетон также популярен в строительстве.

Бетон:

Конструкционный бетон — это наиболее часто используемый строительный материал, расход которого составляет около одной тонны на каждого живого человека. В таких огромных количествах человек не использует ничего, кроме воды. Бетон — самый важный строительный материал, который играет важную роль во всех инфраструктурных проектах. С помощью подходящей опалубки ему можно придать различную форму.

Износ и выкрашивание бетонной плиты на стоянке — EngineeringCivil.org

Бетон — это неоднородная смесь цемента, мелкого заполнителя (песок), крупного заполнителя (валуны или гравий) и воды, которая затвердевает в прочную массу из-за гидратации цемента. Помимо этих компонентов, большое количество добавок, называемых добавками, также добавляется для улучшения таких свойств бетона, как удобоукладываемость, долговечность, время схватывания и т. Д.

Почему железобетон лучше, чем бетон?

Обычный бетон прочен на сжатие, но слаб на изгиб.Слишком слабый, чтобы его прочность на разрыв составляла примерно одну десятую его прочности на сжатие. Когда простой бетонный элемент подвергается изгибу, на нем появляются трещины и разрывы. По той же причине не используется обычный бетон там, где может произойти изгиб. Прочность на растяжение определяется как способность противостоять изгибающим силам. Изгибающие силы вызывают растягивающие напряжения в изгибаемых элементах, таких как балки и колонны. Обычный бетон, армированный сталью, которая более чем в сто раз прочнее бетона на растяжение, увеличивает общую способность простого бетона к изгибу.

Стальные стержни компенсируют неспособность бетона к сопротивлению растяжению, эффективно принимая на себя все напряжения, действуя монолитно с бетоном. Таким образом, когда бетон и стальные стержни действуют против сил, получается хорошая прочность. Подобно тому, как человеческие кости укрепляют плоть и массу вокруг нее.

Рассмотрим балку с простой опорой, несущую равномерно распределенную нагрузку по всему пролету. При приложении нагрузки в первую очередь возникает режим прогиба — изгиб.В результате будет сжатие в верхней части балки и растяжение в нижней части. Поскольку бетон является слабым при растяжении, в нижней части балок будут предусмотрены арматурные стержни, чтобы избежать растрескивания бетона в зоне растяжения.

Для чего используется железобетон?

Железобетон применяется для всех элементов конструкции, подверженных изгибу. От простых строительных компонентов, таких как балки, колонны, плиты, стены с поперечным сдвигом и фундаменты, до тяжелых конструкций, таких как опоры мостов, балки и плотины, построенные из железобетона.Железобетонный бетон может быть бетонным или сборным.

В чем преимущества железобетона?

Бетон и стальные стержни : Поскольку RCC имеет оба элемента, обладающие свойствами бетона, устойчивого на сжатие, и стали, хорошо растягивающей, это дает преимущество обоим.

Отливка любой формы : Свежий бетон будет иметь форму жидкости, поэтому его можно заливать и отливать в любую форму. Это позволяет инженеру легко определять форму конструкции на основе архитектурных аспектов.

Устойчивость к огню и погодным условиям : RCC с надлежащим покрытием выдержит воздействие огня в течение примерно 3-4 часов. RCC также выдержит любую погоду при надлежащем контроле качества и надежности.

Техническое обслуживание: После завершения работ бетонные конструкции требуют меньших затрат на техническое обслуживание по сравнению с другими (стальными и деревянными) конструкциями.

Наличие: Сталь и бетон — широко используемый строительный материал, поэтому он легко доступен для приготовления железобетонного бетона.

Экономичный: Он экономичен по сравнению с другими материалами, такими как стальная конструкция.

Жесткость: Железобетонные элементы обладают хорошей жесткостью благодаря своей жесткости.

Выкрашивание армированного цементного бетона — EngineeringCivil.org

Проблемы использования RCC

Время: Для этого типа строительства требуется больше времени. Железобетонные (ЖБИ) конструкции достигают максимальной прочности только через 28 дней. Следовательно, это медленный процесс, и его нельзя использовать для немедленных работ.Хотя прирост прочности можно ускорить с помощью добавок.

Требуются опалубочные работы: Процесс формования включает в себя строительство и снятие опалубки. надлежащие формы должны быть построены по размеру и форме, после чего выполняется заливка бетона. После застывания бетона формы снимаются.