Что такое бетон? Краткая историческая справка.
На сегодняшний день более-менее точно определить, когда и где впервые начал применяться бетон, невозможно. Известно только, что началось это очень давно. История использования бетона исчисляется даже не столетиями, а тысячелетиями. Конечно же, в древности бетон не имел такого названия и для его изготовления использовались самые различные компоненты, не всегда применяемые сегодня, тем не менее сущность бетона, как строительного материала, за последние тысячелетия изменилась мало, вот только расширились сферы применения бетона и появилась такая важная разновидность, как железобетон, без которой трудно представить современное строительство.
Что такое бетон? Это материал, обладающий частично свойствами жидкости при приготовлении (некий жидкий камень) и потому позволяющий заполнять объемы практически любой формы, а по прошествии некоторого времени обладающий прочностью камня. А достигается такая метаморфоза за счет схватывания вяжущего. И в принципе самый главный компонент бетона - это вяжущее. Поиск оптимального вяжущего, доступного и недорогого - это и есть по большому счету история бетона.
Определение "жидкий камень" было бы для бетона не совсем точным, но очень показательным. Попытки создать "жидкий камень" (точнее, найти оптимальное вяжущее) предпринимались с самого начала развития цивилизации. Не буду слишком уж углубляться в возможные источники такого стремления, просто приведу выдержку из выступления известного физиолога И.П. Павлова:
"...Теперь я примусь за Келера и за наших обезьян. Как раз то, что забраковал для своего внимания господин Келер, то, наоборот, нас специально занимает. Ему неинтересно было ознакомление обезьяны с окружающей средой. Он это пренебрежительно отставил в сторону, а мы на этом сосредоточились. Когда обезьяна сидит и ничего не делает, она может быть, отдыхает, а не думает, как кажется Келеру. Перед нами происходит ознакомление «Рафаэля» с окружающей средой для своих целей. Под влиянием пищевого возбуждения он знакомится С условиями окружающей среды.
Тут позволю себе ненадолго перебить светило отечественной науки. Думаю, что академик Павлов немного перегнул палку, ругая Келера. На мой взгляд именно спокойное размышление и способность делать выводы из проделанной работы (а не только физически тяжелый метод проб и ошибок) позволили нашим предкам взойти на самую высокую ступень развития и этим качеством человек отличается даже от человекоподобных обезьян.
Теперь «Рафаэль» изучал задачу довольно сложную - нагромождение ящиков разной величины с тем, чтобы достать пищу. Ящики разных размеров, они отличаются друг от друга по величине в 16 раз. Ящики нужно расположить устойчиво и лестницеобразно. Высота постройки значительна — 3 1/2 метра. Он их собрал На наших глазах. Он пришел к тому, что они должны совмещаться своими поверхностями возможно больше, а не то, чтобы поставить один ящик на краю или на одном углу. Он их собирал путем проб. Весь опыт длился около 2 месяцев. Теперь он строит в наилучшем виде. Нужно было строить на месте, где висит плод. Теперь он делает постройку под грушей и все ящики ставит в правильном порядке: первый, второй и т. д. Ящики разбросаны, «Рафаэль» их собирает и ставит в надлежащем порядке. Какой тут может быть разговор? Это есть наше мышление, а Келер на все махнул рукой."
Как видим даже обезьяна может построить нечто типа стены или пирамиды из блоков, притом очень разных по размерам, а для этого составить в уме технологический план и выполнить необходимые работы для достижения цели. На этом фоне достижения человека, потратившего несколько тысяч лет на поиск оптимального состава бетона, не кажутся такими уж впечатляющими, хотя следует признать, что перед человеком стояла намного более сложная задача.
Прототипами современного вяжущего, применяющегося при изготовлении бетона можно считать глину и верхний плодородный слой почвы. Это самые доступные и дешевые строительные материалы и по сей день. Глинобитные полы в глубинке хотя и редкость, но все еще встречаются. После добавления воды глина и жирная земля становятся пластичными, а после высыхания относительно твердыми. Главный недостаток этих материалов в том, что процесс затворения водой можно повторять бесконечно, потому как ни глина ни земля в химическую реакцию с водой не вступают. Считается, что глина и земля при строительстве домов используется около 12 тысяч лет. Но с учетом того, что глинобитные и землебитные сооружения недолговечны, то эта цифра может быть явно заниженной.
Одним из наиболее древних образцов бетона можно считать напольное покрытие толщиной около 25 см в одном из зданий поселения Лепенски Вир (Винчанская культура) на территории современной Сербии. Охотники эпохи мезолита (возможно предки славян?), обитавшие на берегу Дуная 9-7 тысяч лет назад, достигли высокой ступени развития и помимо зачатков письменности, разнообразных статуэток и архитектурных особенностей поселения об этом свидетельствует и применение бетона. В состав бетона, использованного для устройства пола, входили: вода, гравий - крупный заполнитель, и вяжущее - известь с примесями, добываемая в более чем 400 километрах от поселения. Был ли в составе бетона мелкий заполнитель - песок, археологи умалчивают. Радиоуглеродный метод позволил приблизительно определить дату производства бетонных работ - это ~ 5400 год до н.э. В данном случае примечательно не только то, что был обнаружен один из древнейших образцов бетона, но и то что этот бетон сохранился в течение более 7 тысяч лет. Современные здания из бетона, построенные по самым последним технологиям, редко рассчитаны на срок службы более 100 лет.
Бетон, изготовлявшийся с применением известкового вяжущего, использовали и в Индии и в Египте и в древней Греции. А в Китае известковый бетон при строительстве стен использовался вплоть до 20 годов ХХ века. Сейчас для приготовления бетона известь прямо не используется, а вяжущим является цемент, но в состав всех цементов неизменно входит известь. Римлян, использовавших смесь вулканического пепла с известковым раствором, можно считать родоначальниками современного бетона. А пуццолановый цемент, получивший название от горы Поццолане, и сейчас изготавливается с использованием вулканического пепла.
Период использования римлянами бетона включает около 800 лет, приблизительно с V века до н.э. до III века н.э., а Колизей, Пантеон и другие творения древнеримских архитекторов, отлично сохранившиеся до наших дней, удивляют своим совершенством даже современных инженеров. Вот только с появлением новой христианской религии, слишком безжалостно проповедовавшей любовь к ближнему, не только закончились античные времена, но и прервалась история развития бетона на добрых полторы тысячи лет.
На смену феодализму с его крестовыми походами, 30-летними, 100-летними и другими войнами во имя Христа пришел капитализм - не менее жестокий и несправедливый общественный строй, тем не менее позволяющий отдельной личности иметь свое мнение. А историю современного бетона можно отсчитывать с 1796 года, когда Джеймсом Паркером был получен патент на "римский цемент". В 1824 году Джозефом Аспдином был получен патент на портландцемент. Но наиболее важным этапом в развитии бетона стало изобретение железобетона. Патент на изобретение нового материала был выдан французскому садовнику Монье в 1867 году. Арматура дала бетону новое очень важное свойство - выдерживать растягивающие напряжения, в то время как неармированный бетон хорошо работает только на сжимающие напряжения. Это позволило создавать из железобетона практически любые строительные конструкции. За последние 150 лет появились бетоны на пористых заполнителях, пенобетоны и газобетоны, на смену стальной идет стекловолоконная арматура и процесс этот будет только развиваться, так что теперь разобраться во всех существующих видах бетона - не так уж и просто.
Виды бетона.
Ныне существующие и используемые виды бетона регламентируются ГОСТом 25192-82 "Бетоны. Классификация и общие технические требования". Согласно указанному ГОСТу классификация бетонов осуществляется по следующим основным признакам:
1. По основному назначению
бетоны делятся на конструкционные и специальные. Конструкционные бетоны используются при возведении основных строительных конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений. Такие бетоны должны иметь требуемую расчетами прочность. Специальные бетоны бывают теплоизоляционными, декоративными, радиационно-защитными, жаростойкими, химически стойкими и др., однако в малоэтажном строительстве из всего разнообразия специальных бетонов используются как правило только теплоизоляционные бетоны и иногда декоративные.
2. По виду вяжущего
Для приготовления бетона могут использоваться цементные, известковые, шлаковые, гипсовые или специальные вяжущие. Асфальтобетоны, приготовляющиеся с использованием битума, пластобетоны, изготавливающиеся с применением эпоксидной смолы и мелкодисперсного наполнителя, отдельно в указанном ГОСТе не упоминаются и таким образом могут быть отнесены к бетонам на специальных вяжущих. Наиболее часто в гражданском и промышленном строительстве в качестве вяжущих используются: портландцемент, быстро твердеющий портландцемент, пластифицированный портландцемент, гидрофобный портландцемент, сульфатостойкий портландцемент, цементы с поверхностно-активными добавками, белый портландцемент, цветные портландцементы, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, известково шлаковый портландцемент, глиноземистый цемент и различные виды расширяющихся цементов. Также при приготовлении бетонных смесей могут использоваться различные минеральные добавки, улучшающие те или иные свойства бетона. В малоэтажном строительстве используются чаще всего бетоны на портландцементе иногда на шлакопортландцементе.
3. По виду заполнителей
бетоны бывают на плотных, пористых и специальных заполнителях. Кроме того, заполнители делятся на крупный и на мелкий. Так песок является мелким плотным заполнителем, щебень и гравий - крупным плотным заполнителем, керамзит - крупным пористым заполнителем. Заполнители составляют до 80-85% от объема бетона, поэтому прочностные характеристики заполнителей непосредственно влияют на прочность бетона. Чем больше плотность заполнителя, тем более крепким будет бетон, однако и тепло- звукоизоляционные свойства у такого бетона будут наихудшими. Поэтому когда на первом месте стоит прочность, то используются плотные заполнители, для стеновых конструкций часто используется керамзитобетон, если это обосновано расчетом. Однако заполнители далеко не всегда входят в состав бетонов, поэтому не менее важной является классификация бетонов по следующему признаку:
4. По структуре
принято различать бетоны плотной структуры, изготавливаемые на основе плотных заполнителей, поризованной структуры, изготавливаемые на основе пористых заполнителей, ячеистой и крупнозернистой (крупнопористой) структуры, к таким бетонам относятся пено- и газобетоны. Как правило в домашних условиях делаются только бетоны плотной или поризованной структуры. Пено- и газобетоны изготавливаются в заводских условиях.
После затворения водой портландцемента начинается химическая реакция, продолжающаяся в естественных условиях (при температуре 15-20°С и обычном атмосферном давлении) очень долго, считается, что бетон набирает проектную прочность около 28 дней. С точки зрения современного человека - это очень долго, поэтому помимо быстро твердеющего портландцемента придуманы еще и различные методы обработки бетонной смеси, позволяющие ускорить процесс твердения бетона:
5. По условиям твердения
различают бетоны, набирающие прочность в естественных условиях - абсолютное большинство бетонов, при атмосферном давлении в условиях тепловлажностной обработки - бетоны, подвергаемые нагреву в заводских условиях или на стройплощадке, и при давлении выше атмосферного в условиях тепловлажностной обработки - бетоны автоклавного твердения, получаемые только в заводских условиях.
Дополнительно к определяемой ГОСТ 25192-82 классификации может использоваться следующая:
6. По объёмному весу
(в зависимости от заполнителя или структуры) бетоны делятся на: особо тяжёлые, с плотностью > 2500 кг/м³ тяжёлые, с плотностью 2200—2500 кг/м³ - конструкционные бетоны с твердыми заполнителями - песком и щебнем или гравием; облегченные, с плотностью 1800—2200 кг/м³ легкие, с плотностью 500—1800 кг/м³ - керамзитобетоны, вермикулитовый и перлитовый бетоны, пено- и газобетоны; особо лёгкие, с плотностью < 500 кг/м³ - пенобетоны и газобетоны.
С учетом всего вышесказанного очень важным становится наименование бетонов. Настолько важным, что это внесено в ГОСТ 25192-82. Так как признаков, определяющих тот или иной вид бетона, достаточно много, то некоторые признаки, не являющиеся определяющими для данного вида, в наименование бетона можно не включать. Например, для конструкционных бетонов может быть опущено определение "конструкционный". Для уточнения характеристики бетона в его наименование могут добавляться определения вида вяжущих, заполнителя или условий твердения. Наименование бетона может включать только главный признак, характеризующий данный вид бетона, например: "тяжелый бетон", "легкий бетон", "ячеистый бетон", "силикатный бетон".
Таким образом " бетон конструкционный, на цементных вяжущих, на плотных заполнителях, плотной структуры, естественных условий твердения" может называться "бетон конструкционный тяжелый" или даже "бетон тяжелый". Более того, именно этот бетон чаще всего и называют просто "бетон". |
