В какой из стран древнего мира бетон использовался наиболее широко

Обновлено: 15.05.2024

Это очень распространённая версия, которая одновременно верна и неверна.

На землях, некогда принадлежавших Древнему Риму, найдено множество отлично сохранившихся построек из монолитного бетона. Римляне столь искусно владели этой технологией, что выводили из бетона не только массивные блоки, но и колонны, стены, своды и даже купола.

Способ возведения подобных куполов, между прочим, до сих пор вызывает у учёных множество вопросов. Из бетона выстроен и Рынок Траяна (2 в. н. э.) – многоэтажный древнеримский торговый комплекс, неплохо сохранившийся до наших дней.

Или вот, скажем, Колизей (конец 1 в. н. э.) – один из величайших цирков Древнего Рима. Возведённый из бетона и облицованный поверх мрамором и кирпичом, после падения Рима он столетиями использовался как крепость – и простоял практически целеньким до середины 14 века, когда сильное землетрясение, наконец, его заметно повредило. Предприимчивые горожане растащили обломки и обколупали облицовку: из колизейского камня построено немало известных зданий более позднего Рима. Но основная конструкция сохранилась, потому что залитый в опалубку монолитный бетон попробуй-ка, разбери на куски!

Но на самом деле, как и многое другое, идею бетона (смеси цемента с наполнителем из мелких камней) и самого цемента древние римляне заимствовали у ещё более древних греков. Известен, например, неплохо сохранившийся водопроводный резервуар в древнегреческом городе Мегара, конструкции которого были обмазаны слоем материала, уже очень похожего на цемент.

Резервуар фонтана Феагена в Мегаре (ок. 600 г. до н. э): первое известное применение «протоцемента» и бетона на его основе

И самое главное – покопавшись в этом цементе, мы уже можем обнаружить тот самый таинственный ингредиент, который впоследствии сделал древнеримские постройки настолько крепкими. В состав греческого цемента входил вулканический пепел, имеющий в наши дни своё особое название — «пуццолан». Добывали его тогда в холмах у города Путеолы (сейчас – Поццуоли) в районе вулкана Везувий.

В Древнем Риме бетон с вулканическим пеплом начали использовать примерно со 2 века до н. э., и весьма успешно. В состав смесей входили известь, пуццолан, вулканический туф, пемза, песок и камни. Древние римляне называли свой материал rudus (лат.) или emplekton (греч.), а связующий раствор - оpus caementum (французское слово «бетон» вошло в обиход только в 18 веке).

Несколько лет назад американские учёные прицельно исследовали древнеримский оpus caementum , сравнили с современным составом и выяснили, в чём секрет. Оказывается, пуццолан содержит много силиката алюминия (спойлер: а современный бетон – нет!) . Морская вода, на которой замешивали бетон, вызывала в растворе горячую химическую реакцию – здесь мы опустим долгие химические подробности – но в итоге внутри смеси образовывался особый минерал под названием алюминий-тоберморит, придававший бетону особую прочность.

Особенно интересно наблюдать этот химический процесс на морских постройках. Например, вот созданная при помощи римских строительных технологий гавань Ирода Великого в Кесарии (1 век до н.э.) – порт и комплекс защитных морских сооружений, материал которых стал предметом исследования. Бетонные молы и пирсы Кесарии почти две тысячи лет непрерывно омывались морскими волнами, частично уходя под воду. Реакция шла и шла, образование Al-тоберморита в бетонном монолите неторопливо продолжалось годами, десятками, сотнями лет… Может быть, идёт и сейчас. Бетон портовых сооружений становился всё прочнее, и теперь только наши далёкие потомки смогут сказать, сколько ещё тысячелетий простоят эти руины.

Учёные подсчитали, что при строительстве морских сооружений гавани Ирода Великого в Кесарии было использовано примерно 35 тыс. кубометров бетона!

Римские строители знали множество способов применения бетона, однако ими же была введена и стандартизация состава бетонных смесей – римляне, со свойственной им педантичностью, нормировали множество технологий, что сделало многие достижения римской цивилизации весьма долговечными, но это отдельная интересная история.

Так вот, благодаря удачному химическому составу и соблюдению нормативов древнеримский бетон оказался более прочным и надёжным, чем современный. Прочность бетона в зданиях, построенных в наши дни, рассчитана примерно на 100-120 лет. А вот римские постройки уже продержались две тысячи лет – и переживут ещё нас с вами.

Если вам понравилась эта статья — поставьте лайк. Это сильно поможет развитию нашего канала, а также новые статьи из нашего канала будут чаще показываться в вашей ленте. Также будем рады, если вы подпишетесь на наш канал.

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

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

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

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

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

Происхождение бетона

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

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

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

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

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

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

Римский бетон

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Использование армирования

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

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

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

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

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

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

Армирование пола

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

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

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

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

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

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

Монолитная рамная конструкция

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

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

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

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

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

Бетонные купола и своды

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

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

Дальнейшее использование бетона в современной архитектуре

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

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

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

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

Высокопрочный бетон и высотные здания

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

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

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

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

История цемента как строительного материала насчитывает много лет, в течение которых менялись его структура, состав и технические характеристики с целью улучшения качеств и определения самого удачного варианта. Сегодня цемент является одним из основных строительных материалов, ведь представить осуществление каких-либо работ без бетона очень сложно.

Цемент представляет собой неорганическое гидравлическое вяжущее искусственного происхождения, которое в процессе взаимодействия с водой и другими жидкостями создает пластичную массу, способную затвердевать и превращаться в каменный монолит с высокими прочностными характеристиками. Особенность цемента – способность набирать прочность в условиях влажности, что не могут делать другие минеральные вяжущие (воздушная известь, гипс и т.д.).

Основным показателем свойств цемента является его марка: буква М и цифры рядом обозначают уровень прочности на сжатие и другие сопутствующие характеристики (М200, М500). Производят цемент посредством тонкого помола гипса и клинкера (продукт равномерного обжига до состояния спекания однородного сырья из глины и известняка). В процессе измельчения в состав могут вводиться разные добавки для изменения свойств.

Чаще всего используют портландцемент, который производят путем нагрева глины и известняка до +1450-1480 градусов. Смесь плавится, формируя гранулы клинкера, который потом смалывают с гипсом.

Немного предыстории о материале

На вопрос о том, когда изобрели цемент, ответить трудно. Принято считать, что основные способы производства вяжущих нашли в 3-4 тысячелетии до н.э. Случилось это при обжиге горных пород и измельчении того, что получилось. Самые первые созданные искусственно вяжущие – это строительный гипс и известь.

Именно их использовали в строительстве бетонной галереи лабиринта (Египет, 3600 год до н.э.), Великой Китайской стены, Римского Пантеона, давних домов в Мексике.

Ввиду того, что глина и гипс могут затвердевать лишь на воздухе, их называют воздушными. Прочность материалы демонстрируют сравнительно невысокую. По мере изучения свойств материалов их водостойкость начали повышать добавлением мелкосмолотой обожженной глины, вулканических пород (это «пуццоланы» — название пошло от места залегания пород в городе Поццуолли, древний Рим).

С 1584 года в Москве начал действовать «Каменный приказ», направленный на производство кирпича, заготовку камня для строительных целей, а также производство извести. В течение многих лет гипс и известь оставались основными видами вяжущего. В 18 столетии в России начала интенсивно развиваться промышленность, были попытки систематизировать знания про вяжущие вещества, создавать новые виды.

Цемент был изобретен в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев смешал глину с известью и получил материал, обладающий вяжущими свойствами. Через несколько лет он издал книгу, где полностью описал процесс приготовления не только цементных материалов, но и бетон, а также рассмотрел достоинства их применения в кладке кирпичей, возведении зданий и набережных.

В 1824 году Джозеф Аспдин смог придумать современный портландцемент, который после смешивания с щебнем, песком и водой можно было применять в качестве бетона. Материал прекрасно выдерживал сжатие, но боялся растяжений. Тогда же начали изучать другие материалы и знали, что железные балки хорошо выдерживают растяжение, но боятся сжатия.

Практически одновременно несколько людей решили соединить свойства двух материалов для лучшего результата. На юге Франции в 1850 году Жан-Луи Ламбо построил несколько лодок из армированного железной сеткой бетона. В 1854 году британец Уильям Уилкинсон первым использовал бетонные панели, армированные железными балками, в возведении 2-этажного дома в Ньюкасле.

Тогда же примерно еще один строитель, Франсуа Куанье, во Франции решил поэкспериментировать – он первым связал стеновые панели со стальной арматурой перекрытий. Правда, в массы это не пошло. А вот ввел в практику железобетон человек, далекий от строительства. Создание железобетона стало одним из самых важных событий за всю историю строительства.

В 1846 году Джозеф Монье был назначен садовником оранжереи в известном саду Тюильри, что возле Лувра. Ему понадобились прочные садовые кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев. Монье создал несколько кадок из смеси цемента, песка, молотого кирпича, золы (бетон), но конструкция постоянно покрывалась трещинами. И тогда Монье решил укрепить их железными стержнями.

Тогда принято было считать, что железо разрушает бетон при перепадах температур, но за 3 года все кадки остались целы. Тогда Монье сделал таким же образом емкости для воды, элементы украшения ландшафта, а в 1867 году представил железобетон миру в Париже, запатентовав его использование в искусственных водоемах. Дальше были оформлены и другие патенты – на бассейны и трубы, строительные панели, конструкции мостов, шпалы и балки.

Изобретенный Монье материал в 1875 году под его же руководством был использован в строительстве небольшого моста в замке Шазелье. А потом, в 1879 году, инженер-строитель из Германии по имени Густав Вайс выкупил все патенты у Монье и усовершенствовал конструкцию, передвинув арматуру в бок максимальной нагрузки на растяжение (ведь Монье инженером не был, такие нюансы не учитывал).

Таким образом, Густав Вайс завершил работы по созданию современного железобетона. Цемент с самого момента появления был очень высоко оценен. Сегодня без него не обходится практически никакое грандиозное строительство, материал используется во всех сферах, разных изделиях, конструкциях, зданиях.

Цемент – это не какой-то отдельный строительный материал, этот термин обозначает группу веществ с определенными физическими характеристиками: порошкообразность, вязкость, способность создавать пластичную массу с водой, а после высыхания становиться монолитом. Процесс всегда односторонний, обратно вернуть ничего нельзя.

Затвердевший цемент никогда не вернется в исходное состояние. Главные компоненты цемента – маргелистые, глинистые, известковые породы, разные добавки (бокситы, шлак и т.д.). После высокотехнологичной и высокотемпературной обработки сырье сплавляется (частично или полностью), создавая алюминаты/силикаты кальция, что делает его прочным. Видов цемента много.

Добавки в цементе обозначаются буквой Д и указывают процент (Д20 – 20% модифицирующих добавок). Если цемент чистый, стоит Д0. Благодаря добавкам удается повысить такие показатели, как стойкость к воде и коррозии, морозу и солнцу, упругость и пластичность, а также другие.

Характеристики и области применения наиболее востребованных марок

Рассматривая цемент и его характеристики, нужно понимать, какой функционал возложен на материал. Главная задача вяжущего – связывание всех компонентов конструкции/изделия в монолитное целое. Существует всего 2 типа вяжущих: воздушные (твердеющие на воздухе) и те, на свойства которых оказывает воздействие вода. Воздушные вяжущие – это гипс, глина, воздушная известь, гидравлические – цемент и гидравлическая известь.

Цемент – самый часто используемый вяжущий материал, который дает возможность создавать изделия/конструкции высокой прочности. В соответствии с типом исходного сырья и добавок есть два типа цемента – портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцемент делится на быстротвердеющий материал и вяжущее с минеральными добавками.

Бетонные конструкции, в производстве которых используют цемент, могут обладать самыми разными техническими характеристиками. Добавки позволяют повышать свойства стойкости к морозу, влаге, агрессивным средам, погодным условиям, нагрузкам и т.д. Так, бетон используют для возведения домов и зданий, изделий и конструкций, даже ракетно-стартовых площадок и аэродромов.

Для обозначения максимальных показателей прочности используют понятие «марка» и цифры. Так, марка М400 указывает, что в лабораторных испытаниях затвердевший кубик из цемента с ребром 10 сантиметров при раздавливании под прессом выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Самые распространенные марки – от М200 до М500. Есть цемент М600 и выше, но он актуален для возведения военных объектов, конструкций особого назначения.

Все цементы твердеют достаточно быстро – первоначальное схватывание начинается через 40-50 минут после затворения водой, конец твердения – через 12 часов. Полную прочность цемент набирает в течение 28 суток.

Несмотря на большое количество новых строительных материалов, популярность бетонных конструкций не уменьшается. Бетон имеет повышенную прочность и надежность, поэтому он остается востребованным при строительстве как жилых комплексов, так и хозяйственных построек.

Бетон — что из себя представляет и для чего нужен?

Бетон — это искусственно созданный строительный монолит, или, как его чаще называют, искусственный строительный камень. Изготавливают его из вяжущего вещества, воды, наполнителей и различных добавок, с помощью которых можно изменять свойства бетонной массы, повышая морозостойкость, снижая истираемость, делая ее водонепроницаемой, жаростойкой и т.п.

В классический состав бетона входят:

цемент;
песок;
гравий или щебень;
вода.

В зависимости от производственной необходимости состав бетонной смеси может меняться. Так, широко используемый в строительстве и ремонтах цементный раствор (смесь цемента, песка и воды) является одной из разновидностей бетона, т.н. пескобетоном. Смеси с использованием полуводного гипса или ангидрида называются гипсобетонами.

Существует и силикатный бетон, изготавливающийся на основе извести. Шлакобетон изготавливают из измельченных шлаков с добавлением в состав цемента, извести, гипса или других активаторов затвердения.

С развитием строительной индустрии в состав бетонных смесей начали добавлять новые материалы, чтобы придать искусственному камню нужные характеристики. Например, после введения в его состав стальных опилок появился сталебетон, обладающий повышенной прочностью. Использование в качестве наполнителей пемзы и туфа привело к появлению пемзо- и туфобетона — материалов, отличающихся от классического строительного материала более легким весом и лучшими теплоизоляционными свойствами.

Добавив в состав железную арматуру, можно получить железобетон, а добавив деревянную арматуру — деревобетон. Одна из последних разновидностей — полимербетон, в состав которого добавлены синтетические смолы (карбамидные, эпоксидные и т.д.).

Применение бетона

Область применения бетона обширна — от строительства атомных электростанций до внутренних отделочных работ. Используют бетон в строительстве жилья, качественного и долговечного дорожного полотна, молов, волнорезов и причалов. Характеристики используемого для различных целей материала существенно разнятся.

Например, в строительстве атомных электростанций используют особо тяжелый бетон. 1 м³ этого вещества весит 2,5 т. При строительстве фундаментов многоэтажных домов, а также при изготовлении прочных железобетонных плит используют тяжелый бетон, 1 м³ которого весит от 1,8 до 2,5 т.

Легкий бетон, вес которого находится в диапазоне от 0,5 до 1,8 т/м³, используется для изготовления стеновых панелей, блоков и перекрытий. Существует и особо легкий бетон, который предназначен преимущественно для наружной теплоизоляции зданий и сооружений. Его вес не превышает 0,5 т/м³.

Состав бетона — основные компоненты

Чтобы быть уверенным в качестве бетонной смеси, ее изготовление лучше всего заказать на специальном заводе. Но при строительстве частных домов и небольших хозяйственных построек их хозяева нередко изготавливают бетон самостоятельно. Преимущественно в таких случаях изготавливается классический вариант бетона, состоящий из песка и щебня в качестве наполнителей, цемента и воды.

Чтобы изготовленный своими руками бетон получился прочным и долговечным, надо знать и соблюдать основные требования, предъявляемые к его компонентам.

должен быть средней или крупной фракции — песчинки от 1,2 до 3,5 мм в диаметре. Мелкие фракции песка для изготовления бетона не подходят, их трудно связать в единый монолит. Поэтому бетонные конструкции с использования песка мелких фракций быстро раскрошатся.

Помимо фракции для прочности бетона важное значение имеет и чистота песка. В теории песок должен быть чистым, без примесей, но в реальности это пока неосуществимо. Поэтому допускается наличие в его составе небольшого количества глины или ила, но общее количество таких примесей не должно превышать 5%.

Другой материал, используемый для приготовления бетона, —

. К ним тоже есть свои требования: размеры используемых для наполнения бетона материалов должны быть в диапазоне от 1 до 8 см. Наполнителями могут быть не только эти материалы, но и керамзит, а для обустройства бетонного фундамента часто используют битый кирпич.

Чем мельче фракция наполнителя, тем прочнее будет искусственный камень. При его самостоятельном изготовлении лучше использовать наполнитель размером не более 2-3 см, максимально очищенный от глины и других примесей.

тоже должна быть максимально чистой. Чем больше в ней будет растворенных солей и посторонних примесей, тем хуже будет качество искусственного камня.

В роли вяжущего при производстве классического бетона используют

портландцемент;
шлакопортландцемент;
пуццолановый цемент.

Портландцемент является основным видом при изготовлении строительных конструкций и заливке фундамента. Шлакопортландцемент обладает пониженной морозостойкостью, а пуццолановый цемент — высокой влагостойкостью. Последний используют для приготовления бетонных конструкций, предназначенных для подземных и подводных сооружений.

Пропорции бетона

Правильно подобранные пропорции компонентов бетонной смеси важны для получения качественного искусственного монолита. Зависят они от марки изготовляемого бетона и используемого для его приготовления цемента.

Например, при использовании для приготовления бетона цемента марки М-400 пропорции для различных марок бетона будут такими:

М100 — 1 кг цемента, 7 кг щебня, 4,6 кг песка;
М200 — 1 кг цемента, 4,8 кг щебня, 2,8 кг песка;
М300 — 1 кг цемента, 3,7 кг щебня, 1,9 кг песка;
М450 — 1 кг цемента, 2,5 кг щебня, 1,1 кг песка.

С повышением марки бетона расход наполнителей — песка и бетона — уменьшается, а количество расхода цемента остается одинаковым. Эта тенденция сохраняется и при использовании других марок цемента, хотя пропорции компонентов бетонной смеси будут другими. Чем выше марка цемента, тем большую массу наполнителей он может связать.

Добавки для бетона

Чтобы улучшить качество бетона без существенного увеличения себестоимости его производства, производители используют различные добавки и примеси. Все эти добавки принято разделять на несколько больших групп:

пластификаторы;
модификаторы;
ускорители набора прочности;
добавки для подвижности;
самоуплотняющиеся добавки;
морозостойкие добавки;
комплексные добавки.

Пластификаторы используются для улучшения подвижности изготавливаемой смеси. Улучшенная подвижность позволяет вяжущему веществу плотно и надежно охватывать каждый кусочек наполнителя.

При застывании искусственного камня они делают его прочнее, одновременно уменьшая расход вяжущего вещества. Также применение пластификаторов позволяет увеличить плотность и улучшить водонепроницаемость смеси.

Модификаторы улучшают производственные характеристики, позволяя получать высокопрочную бетонную смесь при использовании цемента низших марок. Ускорители набора прочности позволяют существенно ускорить эту важную техническую характеристику искусственного камня, сократив время набора до 3-4 дней.

Добавки для сохранения подвижности смеси увеличивают время схватывания и используются при необходимости перевозки бетонной смеси на дальние расстояния в летнее время. Самоуплотняющиеся добавки используются при изготовлении тонкостенных и армированных блоков или других конструкций, где использование для уплотнения бетонной массы традиционных виброинструментов затруднено или невозможно. Морозостойкие добавки позволяют существенно повысить морозостойкость бетона.

Разновидности пигментов и их свойства

Пигменты используют для изменения цвета бетонных конструкций. В промышленном производстве для этих целей используются:

технический углерод;
двуокись титана;
окись хрома;
умбра.

Все пигменты действуют на бетонную смесь одинаково: они поглощают часть световых волн, волны с другой длиной отражают. Такие пигментные добавки обладают повышенной стойкостью к ультрафиолету, не выгорают на солнце, не смываются дождем и обладают стойкостью к воздействию агрессивной химической среды.

Классификация бетона

В строительстве виды бетона классифицируются по нескольким параметрам. Чаще всего искусственный камень классифицируют:

по прочности;
по плотности;
по типу вяжущего;
по морозостойкости;
по водонепроницаемости;
по истираемости;
по скорости набора прочности.

Такое большое количество разновидностей бетонной смеси может создавать некоторые трудности с правильным выбором материала.

По прочности

Прочность бетона, как и его марка, зависит от количества входящего в его состав цемента или другого вяжущего вещества. Чем больше его объем, тем выше будет показатель прочности. Показатель выражается в кг/см². Определить его можно по марке искусственного камня — чем она выше, тем выше будет показатель прочности.

Плотность

Плотность — показатель, отвечающий за устойчивость искусственного камня к сжатию, его водостойкость, морозостойкость и другие технические характеристики. По этому показателю материал делится на:

Особо тяжелые бетонные конструкции производят, добавляя в состав смеси стальную стружку или железную руду. Для приготовления тяжелых бетонных смесей в качестве наполнителей используют природные минералы: гранит, известняк, диабаз и т.п.

Наполнителями для легких смесей служат пористые материалы: туф, керамзит, пемза и им подобные. К этому классу относятся газобетон и пенобетон — набирающие популярность строительные материалы.

Классификация по типу вяжущего

По типу вяжущего бетонные смеси подразделяются на 2 большие группы — смеси на неорганических вяжущих материалах и смеси на органических вяжущих материалах.

К первой группе относятся:

цементные;
силикатные;
гипсовые;
шлаковые;
синтетические смолы;
специальные кислостойкие смеси.

Во вторую группу входят такие материалы, как асфальтобетон и пластбетон.

Морозостойкость

Показатель морозостойкости определяет количество циклов замерзания и оттаивания бетонной смеси без потери материалом своих качественных характеристик. Обозначают морозостойкость буквой F. Существуют бетонные смеси с показателем морозостойкости от F15 до F1000, где цифры являются показателем количества циклов замерзания и оттаивания.

Марки с показателем от F15 до F50 считаются марками с низкой морозостойкостью. Показатели от F51 до F300 считаются марками со средней морозоустойчивостью. Смеси с показателем F301 и выше считаются марками с высокой морозостойкостью.

Водонепроницаемость

Водонепроницаемость обозначается буквой W и цифрами, показывающими максимально возможное давление воды, которое выдерживает бетонная конструкция. По этому показателю все бетонные материалы делятся на:

низкие (маркировка менее W4);
средние (маркировка от W4 до W12);
высокие (маркировка выше W12).

Истираемость

Истираемость — показатель, определяющий изменение в объеме и массе материала под воздействием истирающих усилий. Истираемость бетонных конструкций обозначается буквой G и имеет 3 разновидности:

низкая (G1);
средняя (G2);
высокая (G3).

Истираемость прямо зависит от прочности материала: чем выше прочность, тем ниже истираемость.

Скорость набора прочности

— важный показатель бетонных конструкций, от которого зависит время их введения в эксплуатацию или время проведения отделочных работ. Происходит набор прочности скачкообразно: в первые 5-7 дней после заливки или изготовления показатель твердения достигает 70%, к концу 28 дня он приближается к 100% (при условии соблюдения влажности и температурного режима). После этого срока набор прочности бетонными конструкциями продолжается и может длиться несколько лет.

быстротвердеющие и медленнотвердеющие. Для определения скорости набора прочности % прочности 2-дневной бетонной конструкции делят на % прочности этой же конструкции по истечении 28 дней. При показателе больше 0,4 конструкция относится к быстротвердеющим. Показатель меньше 0,4 свидетельствует о медленном твердении.

Условия твердения

На скорость набора бетонными конструкциями прочности большое влияние оказывают условия, в которых происходит твердение материала. Оптимальными условиями для его твердения считаются температурный коридор в +18…+22ºС и относительная влажность окружающей среды не менее 90%.

Чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее будет происходить твердение бетонных конструкций. При 0ºС процесс твердения полностью прекращается. Высокая температура приводит к обезвоживанию бетона, что тоже становится причиной замедления или полного прекращения твердения бетонной конструкции и недобору ее прочности.

От прочности и надежности бетонных конструкций напрямую зависят сроки эксплуатации построенного здания или сооружения. Поэтому еще до начала строительства нужно определиться, какая марка и какие технические характеристики материала лучше всего подходят для решения поставленных задач.

В рейтинге современных строительных материалов лидером, по праву, считается бетон. История его существования, по различным данным, насчитывает от 5 до 10 тысячелетий. Подтверждением тому может служить множество фактов. Вот один из них: в 1965 году археологической партией профессора Белградского университета Драгослава Срейовича на Среднем Дунае в Сербии недалеко от границы с Румынией у городка Лепенски Вир были обнаружены следы древнего поселения каменного века, которое датируется 7-м тысячелетием(!) до нашей эры.

Кроме керамических фигурок ритуального назначения в одной из хижин древних европейцев археологи обнаружили… бетонный пол 25 сантиметровой толщины. Анализы материала показали, что бетон был сделан из смеси гравия, глины и извести…

Бетон использовали древние вавилоняне и египтяне, греки и римляне, китайцы и обитатели Индостана. В Древнем Египте бетон применяли еще в 1950 году до н.э. при строительстве гробницы Тебесе (Теве). По описаниям древнеримского историка, писателя-энциклопедиста Плиния Старшего, здесь из бетона были возведены галереи лабиринта и своды пирамиды Нима, а в качестве одного из компонентов того бетона применялся нильский ил.

Так что версия, будто бетон изобрели в Древнем Риме, не совсем верна. Бетон (как мы теперь называем подобный материал) разных эпох и народов отличался не только составом (что диктовалось наличием местных природных ископаемых на той или иной территории), но и технологиями его изготовления. Совокупность этих факторов и определяла его свойства.

Например, некоторые фрагменты Великой Китайской стены, построенные еще в III веке до н.э., были возведены из прочных блоков, в состав которых входили песок, глина, известь и… рисовый отвар в качестве связующего материала.

В Древнем Риме же при строительстве не только жилых домов, но и величественнейших сооружений – амфитеатров, храмов, дворцов, терм, акведуков, дорог и морских пристаней – использовался бетон собственной рецептуры.

Смесь песка с наполнителем из щебня, гальки, камня, вулканической пемзы скреплялась раствором, приготовленным из гашеной извести, вулканического пепла и воды. Смесь трамбовалась, раствор проникал в пространство между камнями, щебнем, что после схватывания делало сооружения столь прочными, словно они возведены из натурального камня.

Пантеон, Храм всех Богов. Рим. На фото, которые вы можете посмотреть, нажимая правую стрелку, увидите, что скрывалось под культурным слоем. Фото автора статьи.

Деревянная опалубка снималась, кирпичная же или каменная оставалась на месте, образуя облицовочную внешнюю сторону, выполняя декоративные функции. Несущую нагрузку брал на себя бетон. Одни виды бетона служили для возведения зданий различного назначения, другие использовались при возведении дамб, молов и пристаней.

Но в те времена слова «бетон» для обозначения этого строительного материала не существовало. Вяжущее многокомпонентное вещество именовалось и благозвучным «эмплектоном», и брутальным «рудусом», и изящным словосочетанием «опус цементитум». А вот название «бетон» пришло из французского языка в XVIII веке. Впрочем, вернемся к Древнему Риму…

Следует особо упомянуть о «пуццолане» - пепле, добывавшемся в окрестностях города Путеолы (позднее -Поццуоли) на юге Италии недалеко от Везувия.

Этот материал использовался в качестве добавки к известковым растворам и цементам. О нем писал в своем трактате «Десять книг об архитектуре» сподвижник Гая Юлия Цезаря древнеримский архитектор, механик, ученый- энциклопедист Марк Ветрувий Поллион (80 -15 г.г. до н.э.): «Есть еще род пыли, производящей естественным образом удивительные вещи. Месторождение – в… окрестностях горы Везувия. В соединении с известкой и бутом она не только сообщает крепость зданиям вообще, но даже когда при помощи нее выкладывают дамбы в море, то и они приобретают прочность, под водою».

Особенность пуццолана в том, что он катализирует химические реакции при смешивании извести с водой. При изготовлении бетона с применением пуццоланового цемента он приобретает прочность скалы, устойчив к воздействию морской воды и перепадам температур. Долговечность его такова, что сотни сооружений из такого бетона неплохо сохранились до нашего времени, не потеряв своих качеств.

Сочетание различных компонентов и их пропорций позволяло получать бетоны различного назначения. Применение «римского бетона» широко распространилось на территории Апеннинского полуострова. Однако отсутствие пуццолана в других регионах мира не позволило широко развить применение бетона, поэтому строительство на иных территориях по-прежнему велось с использованием природного камня и кирпича, как обожженного, так и сырца. После падения Рима в результате завоевания его племенами варваров технологии изготовления римского бетона были утрачены на тысячелетие.

И лишь в конце XVIII века, а именно в 1796 году, английским священником Джеймсом Паркером, довольно предприимчивым человеком, был запатентован «римский цемент». Это вяжущее открыло путь возрождению бетона как «королю» строительных конструкционных материалов.

Сегодня бетон открыл для потребителя и свою иную сторону - декоративную. Казалось бы, ну что может быть красивого в бетонной текстуре? Но многие дизайнерские школы мира разрабатывают новые и новые коллекции керамогранитной плитки "под бетон".

Читайте также: