Перспективы развития бетона в 21 веке
С самого начала изобретения бетон становится одним из основных строительных материалов, используемых в строительстве. Эжен Фрисинне, изобретя его, дал толчок развитию науки бетоноведения, которая развивается и по сей день. Являясь по истине главным строительным материалом XX века, бетон, а тем более его разновидность — железобетон, благодаря уникальным свойствам занимает лидирующую позицию на строительном рынке и постоянно расширяет свое присутствие в различных видах строительных конструкций. Благодаря своим свойствам он в состоянии заменить во многих конструкциях собой не только дорогой металл, но также и другие материалы.
Например, для производства одной тонны стали необходимо переработать 20 тонн первичных ресурсов, из них 19 тонн — в виде отходов — возвращается в окружающую среду. В свою очередь производство бетона может быть полностью безотходным, а в большинстве случаев служить способом утилизации отходов других отраслей. При этом исследования показали, что некоторые экологически опасные промышленные отходы в бетоне нейтрализуются, что является немаловажным обстоятельством [2].
Во всем мире именно наука о бетоне переживает инновационный импульс. Изначально бетон представлял собой пятикомпонентную систему. Постепенно она превратилась в 6-компонентную: цемент, наполнители (песок и щебень), вода, добавки и воздух. Нам требуется контролировать все параметры, а особенно — две стихии: воздух и воду. За каждым из вышеперечисленных компонентов стоят целые отрасли. Являясь композитом, бетон вобрал и вбирает из каждой из этих отраслей что-то новое и инновационное по мере их развития. Понятно, если отрасли не развиваются, то проигрывает и конечный продукт — бетон.
В настоящее время на строительных площадках мира используется порядка 5 млрд куб. м как товарного бетона, так и железобетона, и данные объемы растут постоянно. В данный момент времени рынок испытывает некоторую стагнацию. Прежде всего это связано с экономическим кризисом. Тем не менее бетон остается лидером использования, и это связано с его доступностью как материала и наличием целого ряда факторов:
— хорошие физико-механические свойства, которые удовлетворяют как конструкционный материал при строительстве самых разнообразных зданий и сооружений — от гражданского назначения до плотин и гидротехнических сооружений;
— неограниченные архитектурные возможности, особенно в последнее время, с появлением самоуплотняющихся бетонов и бетонов с новыми видами армирования;
— в качестве сырья для приготовления бетонов могут использоваться материалы вторичного происхождения и рециклинга, также могут использоваться материалы местного, локального производства;
— достаточно низкая энергоемкость исходных материалов, что касается как новой технологии производства цемента, так и общей технологии производства в целом;
— высокие эколого-экономические показатели производства и применения бетона и железобетона (по сравнению с другими взаимозаменяемыми материалами).
Благодаря всем перечисленным преимуществам именно бетон, с точки зрения долговечности и эксплуатационной надежности, должен заменить нам природный камень, дерево и сталь.
Для этого нужны не только благоприятные условия эксплуатации, но также и правильное использование определенных видов бетонов в соответствующих конструкциях, и тогда бетон будет служить нам вечно.
Вышесказанное доказывает и то, что в прошлом, ХХ веке, только в России было использовано более 21 млрд куб. м бетона и железобетона. На его производство ушло более 70% всего выпущенного цемента и 30% нерудных строительных материалов.
В стоимостном выражении на бетон и железобетон приходится около 60% от стоимости всех применяемых в строительстве материалов. В этой отрасли занято примерно 400 тыс. работников, а доля продукции составляет 2% от общего валового продукта Российской Федерации (вся промышленность стройматериалов — 3%).Таким образом, эффективность функционирования отрасли производства бетона и железобетона в значительной мере определяет уровень всей промышленности стройматериалов [1].
В сегодняшней ситуации налицо отставание данной отрасли, как и страны в целом, от развитых стран на 30 лет. Российское бетоноведение в настоящее время находится на низком, слабом уровне. Только за счет старых данных, знаний наших корифеев и энтузиастов мы имеем многие решения и изобретения. К сожалению, к вопросам производства и изготовления бетона пытаются прикоснуться и некомпетентные люди, действия которых вызывают определенные сомнения, но, тем не менее, даже у них можно найти здравое зерно, способное послужить прогрессу.
Тем не менее, в нашей стране по уровню технических и экономических показателей в ближайшее время именно бетон и железобетон по-прежнему останутся основными конструкционными материалами, занимая приоритетные места в общей структуре мирового производства строительной продукции. Дальнейшее использование бетона и железобетона позволит возводить долговечные, грандиозные и уникальные объекты и сооружения. По мнению специалистов, железобетон сохранит свою лидирующую роль в строительстве и в текущем столетии.
К сожалению, именно к качеству бетона у нас и возникает ряд многочисленных вопросов. По моему субъективному мнению, надо наладить просто правильное производство товарного бетона. В так называемые «жирные», «углеводородные» годы, у нас расплодилось множество бетонных заводов. Качество их продукции можно было постоянно подвергать сомнению, в производимом ими бетоне было трудно найти то щебень, то цемент…
Именно в девяностые годы, когда наша цементная промышленность перешла на рыночные условия, должны были бы упасть цены, ужесточиться конкуренция, вырасти качество, однако все это стало иметь обратный эффект. В некоторых регионах произошла узурпация рынка, а качество отечественных цементов сильно уступает качеству цементов, производимых в Германии и Финляндии, так сказать, технологически развитых странах.
Принципиально все параметры срока службы и долговечности бетонов закладываются на первом технологическом этапе изготовления. Как подобран состав, соблюдены ли все нормы подготовки и хранения инертных материалов и цемента — все это, в конечном счете, окажет влияние на конечный продукт.
Громкие заявления некоторых собственников о перевооружении оказались фарсом, тут и кризис подоспел. Не хочу сказать, что вообще ничего не делается, но, может, ощущается нехватка инвестиций, может, идут долгие согласования, но мы действительно сильно отстали в данной отрасли. Но некоторые предприниматели верят в светлое будущее и продолжают инвестиции в строительство новых заводов, несмотря на сложную экономическую ситуацию.
В настоящее время в России преобладает энергоемкий «мокрый» способ производства, доля которого в выпуске цементного клинкера составляет 87%, а в производстве цемента — 85,6%. Данный вид производства не позволяет нам производить именно тот новый сегмент бетонов, который будет отвечать всем современным требованиям как высотного, так и простого строительства.
В цементной промышленности США доля «мокрого» производства составляет около 40%, а в Германии, Испании, Италии, Японии и других странах с развитой цементной промышленностью производство осуществляется исключительно энергосберегающим «сухим» способом, при котором удельный расход топлива составляет 100–115 кг у. т. на тонну клинкера, в то время как использование «мокрого» способа на российских предприятиях требует 218,7 кг у. т. на тонну клинкера. Согласитесь, в условиях роста цен на энергоносители и в преддверии вхождения России в ВТО это достаточно актуально.
Ранее цементные предприятия испытывали большие трудности в связи со значительными сезонными колебаниями в объеме поставок цемента потребителям. Благодаря смягчению климата и глобальному потеплению, а также применению современных технологий производства сбыт цемента в осенне-зимний период фактически не сокращается, а, наоборот, в некоторых регионах даже увеличивается, хотя в прежние годы наблюдалось сезонное сокращение потребления в 2–3 раза.
Многие российские производства действительно сильно устарели, из-за постоянного спроса даже они не могут своевременно производить профилактические работы по своевременному ремонту, не говоря о тотальной модернизации.
Ярким примером может служить остановка на профилактические работы завода в г. Пикалево Ленинградской области в летний период (в 2006 г.). Производители бетона фактически задохнулись от нехватки цемента. Крупнейшие предприятия строительной отрасли Петербурга стали отпускать бетон «в час по чайной ложке», объемы резко упали, цены поползли вверх. Активизировались мелкие производители бетонов. Благо, в последнее время рынок стал насыщаться новыми растворными узлами. Но, простите, качество производимых ими бетонов иногда просто не соответствовало не то что визуальному контролю, а просто не входило ни в какие рамки. И возникает вопрос: насколько будут долговечны возведенные конструкции из такого бетона?
Решение этой проблемы требует государственной поддержки. Перспективное развитие цементной промышленности должно планироваться по таким основным направлениям, как:
— техническое перевооружение и реконструкция заводов с целью обновления основных фондов, доведение доли «сухого» способа производства цемента до 80–85%;
— разработка и внедрение высокоэффективных энергосберегающих технологий, удовлетворение потребностей строительного комплекса в ассортименте и строительно-технических свойствах цемента;
— широкое вовлечение в хозяйственный оборот отходов производства смежных отраслей промышленности;
— подготовка и повышение квалификации производственных и научных кадров;
— уменьшение вредных выбросов в атмосферу и улучшение условий труда;
— укрепление экспортного потенциала;
— подготовка предприятий к переходу на использование в качестве топлива угля и содержащих топливо отходов промышленности;
— переоснащение машиностроительной базы страны и организация массового выпуска цементного оборудования нового поколения;
— совершенствование размещения производства цемента по субъектам РФ.
Возвращаясь к вопросу развития строительной науки и бетоноведения в частности, хочется сказать о том, что недостаток инвестиций несопоставим, к сожалению, с достижениями в других областях науки и техники. Основным барьером инноваций в строительстве являются слишком высокие риски вложений в строительную науку и технологии. Данная проблема актуальна не только для России. По некоторым данным (Ф. Ятымович, США), среднемировые расходы на исследования и разработки составляют (в процентах от продаж в этих областях).
Данные таблицы подтверждают закономерность заметного отставания достижений в строительстве от разительных, буквально, революционных достижений во многих других областях, например, биотехнологии, нанотехнологии, информационной технологии и т. д. Эти данные являются усредненными, и развитие западной науки, конечно, находится на другом уровне. Но не может вызывать удивление и тот факт, что современное сверхвысокое и сверхдорогое здание или мост с невиданным доселе пролетом, от нормального функционирования которых зачастую зависит жизнь огромного количества людей, в ходе строительства и эксплуатации управляются сравнительно примитивными единичными системами контроля и мониторинга, стоимость которых несопоставимо мала по сравнению со стоимостью контролируемых ими объектов и жизней людей, а современный автомобиль, который обеспечивает комфортную и безопасную жизнь всего одного или нескольких человек, напичкан управляющими системами, стоимость которых сопоставима со стоимостью самого автомобиля.
Поэтому, несомненно, говоря о сроке службы конструкций из железобетона, нельзя не упомянуть о сложности и многогранности проблемы, которая, по мнению некоторых известных зарубежных специалистов, зачастую решается не совсем корректно. В данном материале я сконцентрировался на проблеме производства цементного вяжущего. Но многие западные ученые (такие, как С. Ростам из Дани) полагают, что поиск путей по продлению срока службы железобетона только исследованием и усовершенствованием свойств бетона и арматурной стали мало продуктивен, хотя и представляет определенный интерес. Проблему следует решать комплексно. Усовершенствование свойств обоих материалов и их оптимизация должны осуществляться с учетом их свойств в динамике и с учетом существа происходящих в конструкции процессов под воздействием окружающей среды.
Многие научные центры России в настоящее время занимаются вопросами бетоноведения. В Санкт-Петербурге ГАСУ и ПГУПС, в последнее время к ним подключился СПб ГПУ. Выпускники данных вузов с успехом работают на многих предприятиях отрасли, в тесном контакте осваивая новые разновидности бетонов.
В нашей стране одной из таких перспективных разработок можно назвать СУБ (самоуплотняющийся бетон) или High Perfomance Concrete, хотя на Западе за последние 15–20 лет специалисты-бетоноведы посвятили ему большой объем работ. Обратиться к развитию этой тематики пришлось прежде всего из-за вопросов высотного строительства, так называемых бетонов высокой технологии (High Perfomance Concrete), отличающихся высокой плотностью и низкой проницаемостью. Их применение принесло заметный эффект в повышении долговечности бетона, однако в плане защиты от коррозии у таких бетонов выявился другой недостаток — уменьшение количества гидроокислов кальция, которые связываются пуццолановыми добавками.
Применение современных, самоуплотняющихся бетонов, которые помимо своей основной роли защиты арматуры от коррозии играют и определенную экологическую роль защиты работающего персонала и окружающих от вибрации, а окружающей среды — от шума и пыли. Благодаря своим свойствам исключается применение на строительной площадке глубинных вибраторов и опалубочных виброблоков.
Однако в обоих случаях рецептура бетонов существенно усложняется, и для изготовления долговечных конструкций без изъянов требуются более совершенная техника и квалифицированные кадры. Но при этом возрастает вероятность технологических ошибок с непредсказуемыми последствиями. И в этом случае роль качества цемента играет не последнюю роль.
Кроме того, одним из основных предназначений бетона является защита арматуры от коррозии, поэтому непроницаемый и долговечный бетон целесообразно применять, с технической и экономической точек зрения, только в защитном слое бетона.
Подытоживая все вышесказанное, в общем случае проектные концепции по долговечности могут быть предписывающего и эксплуатационного характера. Первые основаны на спецификациях материалов (технических условиях), вторые — на количественных прогнозах по долговечности, полученных из натурных испытаний и измеренных фактических характеристик материалов.
В Европе действующий стандарт на бетон EN 206 и переработанный на его основе немецкий стандарт DIN 1045-1 имеют предписывающий характер. Проектирование на долговечность заключается в правильном определении класса или области применения и правильном подборе материалов, соответствующих этим требованиям (толщина защитного слоя и обработка бетона). В редких случаях для индивидуальных проектов, требуется доказательство морозостойкости бетона в присутствии солей-антиобледенителей, иногда подтверждения его водо- или газонепроницаемости. Рядом европейских стран разработаны свои эксплуатационные характеристики, используемые в дополнение к требованиям, изложенным в EN 206.
У нас и во многих странах для повышения долговечности железобетонных конструкций применяют некоторые дополнительные меры, в том числе вторичную защиту бетона, ингибиторы коррозии, катодную защиту, коррозионно-стойкие и нержавеющие стали, неметаллическую арматуру и т. д.
В РФ в качестве первоочередных мер требуется наладить выпуск обыкновенного, но качественного товарного бетона. Вилка, в которой действуют производители, должна быть сужена до уровня стандартов. Именно обыкновенный товарный бетон будет основным строительным материалом, и его доля в общей массе производства будет составлять 70–80%.
В качестве перспективного направления и, наверное, как обязательного для увеличения долговечности бетонов следует применять волокна (фибру). Именно за счет применения волокон можно увеличить трещиностойкость и надежность бетонных конструкций. Данные волокна могут быть как из базальта, полипропилена, хлопка, так и из других материалов. Несомненно, в качестве конструкционной в бетоне будет применяться стальная стержневая арматура, но с определенной долей вероятности — в разного рода плоскостных конструкциях. В частности, в полах, дорогах и перекрытиях вместе или без арматуры может быть использована стальная фибра.
Последние исследования и ряд работ убедительно подтвердили эту теорию практикой. В дальнейшем и в этом направлении должны вестись разработки. Благо, база уже подготовлена. Выпущен ряд РТМ для каждого из производителей на территории РФ: это ВСН 56-97, РТМ-17-01-2002, РТМ-17-02-2003, РТМ-17-03-2005, ВНП-001-01 Банка России. Данная нормативная база позволяет проектировать и применять строительные конструкции из сталефибробетона и стеклофибробетона. Также выпущен и Свод правил (СП). Но на фибру других видов, выпускаемую по другим техническим условиям, СП 52-104-2006 не распространяется. Это относится и к зарубежной фибре, и аналогам из ближнего зарубежья. Дальнейшим расширением нормативной базы применения сталефибробетона явятся разрабатываемые НИИЖБ временные нормы и правила проектирования многофункциональных зданий и зданий-комплексов в Москве (МГСН 4.19) и временные рекомендации по технологии и организации строительства многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в Москве (МДС 12-23).
Указанные временные нормы впервые содержат положения о применении сталефибробетона в элементах и узлах конструкций каркаса и ограждения зданий.
Нормы МДС 12-23 (по технологии) содержат конкретные указания по оптимальной технологии заводского изготовления и применения сталефибробетона (в том числе по составам, режимам укладки и уплотнения, и проч.).
Не отстают и дорожники, и мостовики. Ведь они в числе основных заказчиков бетона. На сегодняшний день они применяют также много и сталефибробетона — как в плитах покрытий мостов, так и в других конструкциях.
Совершенно не разработанным полем является приготовление составов для торкрет-бетонов. Их использование в нашей стране сведено к минимому.
Также перспективным является и развитие технологии литых бетонов.
Именно СУБы и литые бетоны будут серийно использоваться в ближайшее время и станут превалировать на строительных площадках РФ.
Литература
1. Звездов А. И. «Железобетон в современном строительстве».
2. Звездов А. И. «Основной строительный материал настоящего и будущего».
3. Войлоков И. А. «Фибробетон — история вопроса. Нормативная база, проблемы и решения».// «Алитинформ», №2/2009.
4. Войлоков И. А. «Долговечность бетонных и железобетонных конструкций: пути решения проблем цементной отрасли»; экспозиция 5/Б (71), 2008 г.
источник
Бетон является хрупким материалом, не возможно использовать прочность бетона при растяжении. Материал, позволяющий повысить сопротивляемость растянутых зон бетонных балок, явл стальная арматура, хорошо сопротивляющаяся растяжению и сжатию. Ж.б. называют комплексный строительный материал, в котором бетон и стальная арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. При этом бетон предназначается для восприятия сжимающих усилий, а стальная арматура — растягивающих.
Перспектива развития: Железобетонные конструкции, особенно предварительно напряженные, получили массовое использование в строительстве и имеют широкую перспективу для дальнейшего развития.
Основными направлениями в совершенствовании железобетонных конструкций (снижение стоимости при одновременном повышении качества) являются:- удовлетворение требований по экономному расходованию строительных материалов; — разработка и применение эффективных и крупноразмерных ж.б.к. и изделий; — применение высокопрочных и предварительно напряженных бетонов; — более широкое использование легких бетонов и тонкостенных пространственных конструкций; — уменьшение типоразмеров и стоимости изделий; -повышение качества, упрочнение и удешевление стыков сборных и сборно-монолитных конструкций;
— повышение сейсмической и динамической стойкости конструкций;
— увеличение долговечности конструкций в зданиях с агрессивными средами, а также при эксплуатации в низких и высоких температурах.
Основным направлением в области строительства являются снижение его стоимости, энергоемкости и трудоемкости при высокой долговечности и надежности зданий, повышение технологичности как отдельных элементов, так и конструкций в целом. К настоящему времени наибольшее распространение в жилищно-гражданском строительстве получили полносборные каркасные и бескаркасные многоэтажные здания и здания из объемных элементов.
В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной деформации бетона ν=0,2 (коэффициент Пуассона). Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки и при многократно повторном действии нагрузки.
Б. – это искусственный композитный материал с определёнными (заданными) характеристиками. Бетон содержит инертные и активные компоненты.
Классиф. б. Физико-механические свойства бетона зависят от состава смеси, вида вяжущего и заполнителей, водовяжущего отношения, способов приготовления, укладки и обработки бетонной смеси, условий твердения и т. д. Бетоны классифицируют по следующим признакам: по структуре — плотной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя полностью заполнено затвердевшим вяжущим; крупнопористые с частично заполненным пространством между зернами заполнителя; поризованные, в которых вяжущее между зернами заполнителя поризовано с помощью специальных добавок; ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами; по объемной массе—особо тяжелые с массой более 2500 кг/м 3 , тяжелые с массой более 2200 и до 2500 кг/м 3 включительно; облегченные с массой более 1800 и до 2200 кг/м 3 ; легкие .с массой более 500 и до 1800 кг/м 3 ; особо легкие с массой до 500 кг/м 3 включительно; по виду вяжущих — цементные; на известковое вяжущем (силикатные); гипсовом вяжущем; смешанных и специальных вяжущих; по виду заполнителей—на плотных заполнителях; пористых заполнителях; специальных заполнителях, удовлетворяющих требованиям биологической защиты, жаростойкости, химической стойкости и др.; по зерновому составу—крупнозернистые; по условиям твердения — естественного твердения; подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении; подвергнутые автоклавной обработке при высоком давлении. Область применения лёгких бетонов-наружные стены и покрытия зданий, где требуются низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный лёгкий бетон используется в несущих конструкциях промышленных и гражданских зданий. К лёгким бетонам относятся также конструктивно-теплоизоляционные и конс-ные ячеистые бетоны с объёмной массой от 500 до 1200 кг/м3.
источник
По нижеописанным рекомендациям можно сделать стяжку в любом помещении или на улице, а не только в гараже. …
Для того чтобы подстраховаться от протекания к соседям излишней воды от укладки стяжки, необходимо изолировать отдельные примыкания пола и стен …
Эпоксидные полы — сравнительно новый строительный материал, предназначенный для установки напольных покрытий в закрытых помещениях. …
Жители крупных российских мегаполисов в последнее время сильно озадачены возникающими проблемами с парковкой своего автомобиля в городе. …
Можно с уверенностью сказать, что технологии сегодняшнего дня способны на многое, если не на всё. …
Наливные полы сейчас переживают пик своей популярности. …
Наливные полы можно по праву назвать новинкой на рынке нашей страны. …
Ремонт стяжки пола — довольно распространённая проблема. Особенно в том случае, если есть необходимость в восстановлении сильно изношенных и старых полов из бетона. …
Будьте в курсе всех наших акций и скидок.
Перетягиваем на нашу сторону
Заказать расчет стоимости
Отправить заявку или чертежи на расчет.
Группа компаний СТРОЙПОЛИМЕРСЕРВИС создана в 1997 г.
Мы производим работы по устройству промышленных бетонных полов и стяжек, а также полимерных наливных и окрасочных полов. индивидуальное обслуживание мененеджером компании, выезд специалиста по гарантии для осмотра повреждений и принятия решения о ремонте в течении 2-х дней после получения заявки
Россия, г. Москва,
ул Верхние Поля д. 35, корп. 5
Звоните.: +7 495 545 21 51
+7 925 545 21 51
источник
История развития бетона и его будущее Текст научной статьи по специальности « Строительство. Архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Коротченко И.А., Пахомова А.Ю.
В статье рассмотрены этапы становления бетона , дана историческая справка, показано изменение состава бетона со временем. Также автор постарался «заглянуть в будущее» и оценить возможность использования бетона в будущем.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Коротченко И.А., Пахомова А.Ю.,
The article describes the stages of concrete development, given the historical background, shows the changes in the composition of the concrete over time. Author also tried to «look into the future» and evaluate the possibility of using concrete in the future.
УДК 691.328.1, 691.328.2, 691.328.43
студент, кафедра «Гоажданское строительство и прикладная экология» ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
ассистент, кафедра «Гражданское строительство и прикладная экология» ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БЕТОНА И ЕГО БУДУЩЕЕ
Аннотация. В статье рассмотрены этапы становления бетона, дана историческая справка, показано изменение состава бетона со временем. Также автор постарался «заглянуть в будущее» и оценить возможность использования бетона в будущем.
Ключевые слова: строительные материалы, бетон, железобетон, нанобетон.
I.A. Korotchenko, Saint-Petersburg Federal Polytechnical University
A.Yu. Pakhomova, Saint-Petersburg Federal Polytechnical University
HISTORY OF CONCRETE AND ITS FUTURE
Abstract. The article describes the stages of concrete development, given the historical background, shows the changes in the composition of the concrete over time. Author also tried to «look into the future» and evaluate the possibility of using concrete in the future.
Keywords: building materials, concrete, reinforce concrete, nanoconcrete.
Введение. Объект нашего исследования — процесс становления и этапы развития бетона. Сегодня бетон является одним из самых востребованных строительных материалов. Мировой объём его применения составляет более 2 миллиардов куб. м. в год [1]. Ни одно современное строительство не обходится без бетона, а всё потому, что, в зависимости от технологии производства и состава, его характеристики могут соответствовать любому требованию застройщика. Если посмотреть вокруг, то можно увидеть, что практически всё, что нас окружает, сделано из бетона — это жилые и промышленные здания, всевозможные технологические площадки, дороги, мосты. В экспериментальном порядке изготавливались детали для самолетов, железнодорожные вагоны, батискафы, подводные лодки [2] и даже музыкальные инструменты [3]. Трудно найти сооружения, где хотя бы при закладке фундамента не используется бетонный раствор или плиты. То тут, то там вырастают малопривлекательные громадины высотных домов. Серый цвет, привычные формы — эти ассоциации возникают у нас с бетонными зданиями, люди стали считать бетон чисто утилитарным материалом.
Освоение и развитие бетона на протяжении веков является наглядным примером реализации достижений человека в создании разнообразных архитектурных форм и композиций [4]. Перспективность развития материала также очень велика — разрабатываются различные добавки для увеличения подвижности смеси, а также для ускорения твердения, внедряются новые методы укладки смеси, её прогрева [5]. Перспективы бетона в будущем очень велики. Сейчас ученые всего мира ведут разработки в области новых видов бетонов — нанобетонов, которые по своим характеристикам в разы превосходят современные бетоны. Также идут исследования в области предварительно напряженного железобетона, самоуплотняющегося железобетона и высокопрочных бетонов. О перспективности материала также можно судить по большому количеству защищенных диссертаций в совершенно разных сферах бетонной отрасли.
Обзор литературы. При написании данной статьи были использованы научная и учебно-методическая литература, статьи в периодических изданиях Российской Федерации. Основными источниками, раскрывающими этапы развития и процесс становления бетона, являются работы Баженова Ю.М., Суздальцевой А.Я., Кочетова В.А. Как можно увидеть по годам издания, эти работы пришлись на этапы расцвета в применении бетона, его постепенного совершенствования и внедрения в массовое строительство. Авторы рассматривают историю бетона и его применение. В наше время работ по данной проблематике крайне мало, поэтому мы постарались систематизировать накопленный материал и упорядочить его хронологически. Что же касается источников по перспективам применения данного строительного материала, то это, в основном, статьи и профессиональная литература. Сейчас идут процессы развития данного материала, во многих проектных институтах мира ведутся разработки по совершенствованию бетонов, поэтому литературы по данной проблематике достаточно много.
Постановка проблемы. Бетон — очень полезный и широко используемый строительный материал, который прошел долгий путь в своем развитии, продолжая развиваться и по настоящее время. Мы хотим показать, как его состав менялся с течением времени, а также систематизировать этапы его развития и свести их к наглядной таблице, чего прежде не встречали. Также будет проанализирована применимость бетона в будущем с учетом перспектив его развития. Научная новизна работы состоит в освещении истории данного материала, анализе изменений в составе бетона и в отношении к нему людей. Также нами будут представлены шедевры бетонной архитектуры, которые не часто встречаются.
Описание исследования. Согласно раскопкам, древние строители применяли не только природные камни, но и искусственные — предки современного бетона. Как оказалось, их строение напоминает современный бетон. Однако такой материал нужно было искать для постройки жилищ далеко от места залегания этих «блоков», приходилось прилагать много усилий по его транспортировке, следовательно, в древности такой материал могли позволить себе далеко не многие, так как он был элитным [6].
Наиболее древнее бетонное сооружение относят к 5600 г. до н.э. Оно найдено в Югославии. Это пол толщиной 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой извести, доставлявшейся по течению реки за 400 км от места добычи.
Древнейшими вяжущими веществами для приготовления бетонных смесей являлись глина и жирная земля, которые после их смешивания с водой и высыхания приобретали прочность. На основе этих материалов приготавливались смеси типа бетонов, которые тогда широко применялись при строительстве различных построек — от глинобитных домов до громадных храмов — Зиккуратов.
Примеры использование раствора с крупным заполнителем были известны у египтян. Наиболее раннее применение бетона в Египте, обнаруженное в гробнице, датируется 1950 г. до н.э. По некоторым сведениям, бетон применяли при строительстве галерей египетского лабиринта и монолитного свода пирамид задолго до нашей эры. Это как раз и говорит о том, что тогда бетон был элитным материалом, так как из него строили лишь значимые объекты.
Одними из первых начали применять бетон народы Индии и Китая. Народы, жившие на островах Эгейского моря, начиная с У!!-У! вв. до н.э. уже применяли растворы на жирной извести с гидравлическими добавками. Искусство производства бетона распространялось в Восточном Средиземноморье и к 500 г. до н.э. достигло Древней Греции, где для покрытия стен использовался мелкозернистый известковый бетон.
Применение бетона в древнеримском государстве началось с конца IV в. до н.э. За это время он стал материалом для строительства дорог, жилых и храмовых построек во всей Империи. Римский бетон был водоупорным и состоял из известкового раствора, вулканического пепла и щебня из обожженного туфа. Этот материал сохранялся века, о чём говорит римский
Пантеон, построенный во II века н.э. Покрытие римских бань-терм тоже сделано из известкового бетона [4]. Однако в первоначальном римском бетоне (1У-Ш вв. до н.э.) в качестве вяжущего материала использовалась воздушная известь, а заполнителями были песок и камни, а также большое количество грунта. Начиная со II в. до н.э., бетон уже использовали в строительстве фундаментов жилых домов и храмов.
Примерно с I в. до н.э. состав бетона меняется: уменьшается размер заполнителей и количество земли, но вместе с тем растет прочность бетона. Во времена Юлия Цезаря начинают использоваться пуццоланы вместо песка. Пример их использования — сохранившийся волнолом близ Неаполя. К концу I в. до н.э. бетон уже занял лидирующее положение среди конструкционных материалов. Из него строят крупные общественные постройки с монолитными бетонными фундаментами и стенами. Уже тогда строители стандартизировали состав смеси -величина заполнителей уменьшилась, песок тщательно просеивался и разделялся по происхождению для разных работ.
В I в. н.э. возводятся огромные здания, где бетон применяется при строительстве фундаментов, стен и сводов куполов (Колизей, Золотой дом Нерона и др.). Со II в. н.э. бетон применяется в инженерных сооружениях, жилых и общественных зданиях. Бетон широко использовали до IV в. н.э., но в дальнейшем строительство из бетона постепенно исчезает, а после падения Римской империи рецепт его изготовления был забыт [2]. Стоит заметить, что из древности до нашего времени дошли только храмы, общественные здания, но ни одного жилого дома. Значит, в те далекие времена бетон считали особо ценным материалом, которого достойны лишь люди высшего света.
С конца XVIII века для фундаментов и балок начинают использовать монолитный бетон и до середины XIX века есть примеры строительства зданий из бетона, однако его тогда использовали как дешевый материал, без выявления декоративный свойств. После получения портландцемента в XIX веке началось применение бетона в массовом строительстве, так как молодые капиталистические страны нуждались в дешевом и доступном строительном материале. Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений [1]. Строились крытые павильоны и выставочные центры. Интерес к данному материалу сохранялся, поскольку он мог дать особое свойство — огнестойкость. Попытки же сочетать конструкционные и декоративные характеристики бетона были единичными [4].
С появлением железобетона, начинают применять подвижные смеси, но их применение затрудняло получение бетона высокой прочности и требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением стало появление особого способа уплотнения бетонной смеси вибрированием. В эти же годы был предложен способ предварительного напряжения арматуры в бетоне, способствовавший снижению расхода арматуры в конструкциях и повышению долговечности. Среди первых построек, выявлявших пластические характеристики бетона, была церковь Иоанна Евангелиста в Париже. Её большие железобетонные арки, поддерживающие купол, выражали своеобразие нового материала. Изящество нервюр из железобетона выявляло пластическую гибкость материала, при этом стоимость строительства была снижена вдвое, нежели с использованием традиционных материалов [4].
Дальнейшее появление сборного железобетона ускорило темпы строительства и сопровождалось созданием новых вяжущих веществ и бетонов, улучшением методов проектирования состава бетона. Начинается массовое жилищное строительство, а простота и экономичность использования бетона ставят его как строительный материал на первое место. Однако это уже был не тот материал, который необходимо «тащить» издалека, так как он буквально «лежит под ногами». Поэтому из него строят и общественно-деловые постройки, и музеи, и жилые дома. Из разряда элитного материала он переходит в разряд повсеместно используемого при строительстве различных сооружений.
Что касается шедевров бетонной архитектуры, то к ним можно отнести Виллу Савой, построенную архитектором Ле Корбюзье. В этом здании он сочетает конструкционные качества бетона и его декоративные характеристики. Также интересен проект архитектора Фрэнка Райта «Дом у водопада», который был одним из первых бетонных особняков. Уже упомянутый Пантеон со своим куполом, частично сделанным из бетона, можно отнести к шедеврам, ибо его пролёт уже в то время перекрывал целых 43 метра. Нельзя забывать «Дом с Химерами» в Киеве, построенный архитектором Владиславом Городецким. Этот дом — первый в Киеве, построенный с использованием бетона. И каков размах — от фасада глаз не отвести! Всё декорирование выполнено с помощью бетона. Все эти шедевры, кроме Пантеона, выстроены примерно в одно время — в конце 19, начале 20 веков. Они выходят за рамки «серых, монотонных громадин» и доставляют большое эстетическое удовольствие, показывая, в противоположность современности, какие творения можно сделать из бетона и как можно извлечь его выразительность.
Каковы же перспективы использования бетона и железобетона в будущем? Мы считаем, что в ближайшее время бетон будет продолжать лидировать и, прежде всего, потому, что он в достаточной степени обеспечен сырьевой базой, в то время как другие источники сырья могут иссякнуть. Поэтому география железобетона будет расширяться за счет тех стран, где сегодня еще строят преимущественно из металла и дерева (Канада, Норвегия, Финляндия). Важным аргументом в пользу бетона является и рост населения в развивающихся странах (и соответственно рост потребности в жилье) в сочетании с такими факторами, как индустриализация и урбанизация, концентрация населения в крупных городах, экономия земли и рост этажности зданий. Для развивающихся стран насущной необходимостью становится индустриализация строительства, что также потребует развития бетона.
Имеются и внутренние факторы, свидетельствующие о перспективности бетона в архитектуре. Происходит непрерывное совершенствование технических свойств и технологии производства материала, которое ведет к повышению его прочности, снижению массы, внедрению эффективных методов и конструкций. Сейчас разрабатываются различные добавки в бетонную смесь — противоморозные, пластифицирующие (супер и гиперпластификаторы), гидрофобизи-рующие [7]. Постоянно совершенствуется состав бетонной смеси. Ведутся также исследования в области совершенно новых видов бетонов — нанобетонов, которые по своим характеристикам превосходят современные бетоны.
Нанобетон обладает рядом уникальных свойств [8]: высокая прочность; морозостойкость; высокая огнестойкость; низкое водопоглощение; низкая плотность. Особенно эти свойства важны при использовании нанобетона в несущих элементах зданий. Если говорить об армированном нанобетоне, то его преимущества перед железобетоном неоспоримы — снижение собственного веса конструкции, благодаря низкой плотности бетона, уменьшение количества арматуры, повышение пожарной безопасности зданий, удешевление и ускорение работ по строительству монолитных зданий [9]. Также такой бетон — это очень перспективный материал в сейсмоопасных зонах.
Особый интерес представляют собой самоуплотняющиеся бетоны (СУБ). СУБ повышает производительность в бетонном строительстве, он вносит значительные преимущества в отношении экологического аспекта строительства. Главным отличием СУБ от обычного бетона является его исключительная способность к деформации без механического вмешательства. Высокая деформативность и устойчивость позволяет СУБ свободно проходить через густое армирование и заполнять формы под собственным весом без вибраций. Считают, что физико-механические свойства затвердевшего СУБ такие же, как и у обычного бетона, с тем же водо-вяжущим отношением, но при этом СУБ обладает более высокими характеристиками, такими как прочность и долговечность. Улучшение производственных условий, ускорение процесса строительства, снижение необходимости в ремонте бетонных конструкций, повышение заво-
дской готовности железобетонных изделий и увеличение общей производительности труда являются неотъемлемыми преимуществами технологии самоуплотняющегося бетона [10].
Также совершенствуются и технологии высокопрочных бетонов. Если раньше бетон марки 400 считался высокопрочным, то в скором времени, с повышением активности цемента и наращиванием объемов его производства, на смену ему придут более прочные бетоны марки 800 и выше. Значительная часть несущих конструкций промышленных и транспортных сооружений выполняется из сборного железобетона. Применение высокопрочных бетонов позволяет сократить расход материалов, снизить вес и стоимость конструкций, одновременно с этим и уменьшить трудоемкость их изготовления и монтажа. Использование высокопрочных бетонов даст возможность значительно увеличить производительность заводских стендов без существенных изменений технологии работ. Применение высокопрочных бетонов открывает пути к созданию новых, более экономичных конструктивных решений (особенно перекрытий больших пролетов), позволяющих снизить вес конструкции за счет более полного использования материала [11].
Не стоит забывать и о предварительно напряженном железобетоне. Области применения предварительного напряжения — резервуаростроение, центрифугированные конструкции (колонны, сваи), несущие конструкции каркасных зданий. Зарубежный опыт показывает значительную эффективность применения предварительного напряжения в монолитных плитных фундаментах большой протяженности, безбалочных монолитных перекрытиях, опорных устройствах под тяжелое оборудование. К чемпионату мира по футболу в 2018 г. по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных дорог, что потребует возведения большого количества мостов. Международный опыт говорит, что автодорожные мосты целесообразно строить из преднапряженного железобетона. Увеличение этажности и размера сеток колонн многоэтажных производственных зданий потребует более широкого использования предварительного напряжения в конструкциях колонн, ригелей и большепролетных плитах перекрытий [12]. Большое количество защищенных диссертаций и научных работ по этой теме также говорит о том, что бетон является материалом с высоким потенциалом [13]. Интерес к данному материалу крайне высок, о чём говорит проводимая уже в третий раз международная конференция «Бетон и железобетон — взгляд в будущее» [14].
В настоящее время даже разрабатывается технология 3й печати из бетона, с помощью которой в будущем будет возможно создавать полноразмерные строительные компоненты, что даст архитекторам полную свободу, поскольку компоненты создаются непосредственно по цифровым моделям. Для такой печати был разработан специальный вид бетона, прочность которого составила 95% от прочности обыкновенного бетона, также была показана опытная модель скамьи [15].
Интересна разработка венгерского архитектора Аарона Лосконши — прозрачный бетон. Этот материал способен пропускать свет, при этом его несущая способность остаётся на уровне обычного бетона. Секрет кроется в сочетании компонентов обычного бетона и стекловолокна. С помощью него можно осуществлять различные замыслы дизайнеров. Однако пока стоимость такого материала слишком высока [16].
Специалисты института монолитного строительства при Дрезденском техническом университете разработали новый строительный материал — углебетон. По сути дела, это аналог железобетона, но он более легкий и прочный за счет использования углеволоконной арматуры, вместо стальной. Арматурой служит особый текстильный материал, именуемый углетканью, хотя на самом деле это нетканое полотно, производимое на вязально-прошивных машинах. Помимо легкости и прочности, к важным достоинствам углебетона относится его долговечность, значительно превышающая долговечность традиционного железобетона, в котором уже мельчайшие трещины чреваты коррозией арматуры. Огромное преимущество углебетона и в том, что он не ржавеет, и можно сэкономить много бетонной смеси. При стальной арматуре
требуется наружный защитный слой бетона толщиной не менее двух сантиметров, а углеволо-конная арматура позволяет обойтись гораздо более тонким слоем. Области применения такого бетона: укрепление имеющихся старых строений, которые иначе пришлось бы сносить, а также новое строительство. Так, удалось возвести необычный павильон высотой более четырех метров из изогнутых углебетонных элементов толщиной всего в четыре сантиметра. Построить подобное здание из железобетона было бы крайне сложно и дорого [17].
Таблица 1 — Периоды использования бетона и изменение его состава
Упоминание в истории Место Состав Применение Отношение к материалу
5600 г. до н.э. Югославия Гравий, красноватая известь Бетонный пол —
1950 г. до н.э. Египет Глина, жирная земля, крупный заполнитель Галлереи египетского лабиринта, Зиккураты Элитный, строятся значимые объекты
У!!-У! в. до н.э. Индия, Китай Жирная известь с гидравлическими добавками, крупный заполнитель Элементы зданий и сооружений То же
IV-. в. до н.э. Древний Рим Воздушная известь, песок, камни, большое количество грунта Фундаменты, стены
. в. до н.э. -! в. н.э. Известковый раствор, вулканический пепел, щебень из обоженного туфа, пуццоланы Фундаменты, стены, купол Пантеона, сооружения
! в. н.э. — XV!! в. н.э. Бетон не используется
XV!! в. — сер. Х!Х в. Крупные государства Известковый раствор, песок, щебень Фундаменты, балки, столбы Значимость уменьшается
Сер. Х!Х в. -по н.в. Повсюду Портландцемент, песок, крупный заполнитель, добавки Здания и сооружения Массовое строительство, это недорогой, доступный материал
Заключение. Более ста лет бетон и железобетон сопутствуют развитию архитектуры. За это время они прошли стадии повторения в традиционных формах использования в разных по значимости конструктивных элементах и в соединениях с другими строительными материалами. По мере их освоения менялось отношение к их конструкционным и декоративным свойствам. В ходе работы мы выяснили, что бетон был известен еще в глубокой древности, однако потом его рецепт был утерян.
Стало также ясно, что в древности люди использовали его исключительно как дорогой и особо ценный материал. Из него возводили только значимые постройки, но после своего «возрождения», он стал использоваться, в основном, как утилитарный, легкодоступный и недорогой материал, хотя всё-таки примеры его первоклассного применения можно также найти.
Что же касается его будущего, то этот материал очень перспективен и методы его совершенствования могут быть различными, что делает его только «могущественней». Уникальность достоинств бетона — практически повсеместная доступность компонентов, экономичность, долговечность, возможность повторного использования и легкая перерабатываемость — сделали его наиболее широко применяемым строительным материалом в мире. И в ближайшем будущем, по прогнозам, он будет превалировать среди материалов, идущих на создание новой и поддержание существующей мировой инфраструктуры [18].
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. — М.: АСВ, 2002. — 500 с.
2. Кочетов В.А. Римский бетон — из истории строительства и строительных технологий Древнего Рима. — М.: Стройиздат, 1991. — 111 с.
3. Wearing J. Edison’s concrete piano and 12 other flops from great inventors-2009.
4. Суздальцева А.Я. Бетон в архитектуре ХХ века. — М.: Стройиздат, 1981. — 208 с.
5. Дорофеев В. Возможности бетона // Техника молодежи. — 2003. — № 4. — С. 9
6. Пирожников Л.Б. Занимательно о бетоне. — М.: Стройиздат, 1986. — 104 с.
7. Младова М.В. Катехизис по бетону. — М.: ФГУП «ПИК Винити», 2005. — 127 с.
8. Кишиневская Е.В. Перспективы применения нанобетона в монолитных большепролетных ребристых перекрытиях с постнапряжением / Е.В. Кишиневская, Н.И. Ватин, В.Д. Кузнецов // Инженерно-строительный журнал. — 2009. — № 2. — С. 54-58.
9. Пономарев А.Н. Высококачественные бетоны. Анализ возможностей и практика использования методов нанотехнологии // Инженерно-строительный журнал. — 2009. — № 6. -С. 5-33.
10. Весь бетон: материалы сайта http://www.allbeton.ru/article/279/13.html
11. Берг О.Я. Высокопрочный бетон. — М.: Стройиздат, 1971. — 209 с.
12. Звездов А.И. Предварительно напряженный железобетон: состояние и перспективы развития / А.И. Звездов, К.В. Михайлов, Ю.С. Волков // Бетон и железобетон. — 2000. — № 5. -С. 2-7.
13. Электронная библиотека диссертаций. — 2014 [Электронный ресурс]. -URL: http://www.dissercat.com/search/бетон (дата обращения: 10.05.2014).
14. Конференция «Бетон и железобетон-взгляд в будущее», 2014 [Электронный ресурс]. — URL: http://concrete2014.mgsu.ru/ (дата обращения: 21.04.2014).
15. Онлайн журнал «Progrinding» [Электронный ресурс]. 2014. -URL: http://progrinding.ru/2012/08/16/3d-pechat-budushhee-betona (дата обращения: 25.04.2014).
16. Каталог строительных организаций [Электронный ресурс]. — 2014. -URL: http://stroitelstvo.org/interesno/prozrachnyy_beton (дата обращения: 12.03.2014).
17. Сайт союза производителей бетона [Электронный ресурс]. — 2014. -URL: http://www.concrete-union.ru/articles/index.php?ELEMENT_ >
18. Трамбовецкий В.П. Новые подходы к технологии бетона и перспективы её развития // Технологии бетонов. — 2013. — № 4. — С. 37.
источник
19 Авг 2019 admin 10