О бетоне

Первые строительные растворы, обладающие связывающими свойствами появились еще до нашей эры. 
Историки и исследователи говорят, что в эпоху металлов (3200–1500 гг. до н. э.) известковый раствор уже использовался в строительстве. А за 100 лет до н. э. римляне применяли цемент из извести и каменных заполнителей. 

Четверть века назад мир облетело предположение швейцарского профессора-химика Джозефа Давидовица об искусственном изготовлении блоков, из которых сложена пирамида Хеопса. Обследуя известняковые блоки, он в каменной массе одного из них нашел человеческий волос. Внутри камня волос мог оказаться лишь в одном случае: если при замешивании раствора он упал в смесь с головы рабочего. 

Гипотеза Давидовица снимает многие неразрешимые иным способом противоречия. В частности, если получалось отливать блоки из бетона, на стройплощадке могло находиться всего полторы тысячи рабочих, а не десятки тысяч. 
Самым решительным противником Давидовица оказался итальянский египтолог Серджио Донадони. Он напомнил об обнаруженных на многих известняковых блоках пирамиды специальных метках — то ли фирменных клеймах их изготовителя, то ли значках, технологически необходимых для того, чтобы облегчить укладку блоков. Эта маркировка оправдана только в случае, если ее оставляют камнерезы. Будь блоки отлиты из бетона, клейма утратили бы всякий смысл. Но Давидовиц не сдавался. Результатом его дальнейших поисков стала надпись на стеле периода III династии. Расшифрованные иероглифы содержали рецепт приготовления древнего бетона. Швейцарский профессор выявил 13 компонентов древнеегипетского рецепта, запатентовал "новый старый” бетон и начал его коммерческое производство. 

Российский путешественник Виталий Сундаков считает, что известняковая пыль и песок, смоченные водой, вполне могли образовать твердую массу. Заведующий лабораторией химических добавок и модифицированных бетонов НИИЖБ, заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Батраков прокомментировал данную ситуацию следующим образом: в сооружениях древнего мира можно было встретить грунт, глину, известняк, а вяжущим веществом часто была так называемая кипелка — неводостойкая известь. Зато в Италии нашли кремнезем, по виду напоминающий песок, но более рыхлый, вот он-то как раз и придает извести водостойкость. По мысли профессора Батракова, нельзя исключить, что в составе песчаника — камня, из которого построены пирамиды, — содержалась известь, а из поймы Нила привозили рыхлый песок. Эта смесь могла быть основой для аналога бетона. 

В 1881 г. классик египтологии сэр Уильям Питри Флиндерс исследовал облицовочные плиты, ранее покрывавшие грани больших пирамид. Тогда у подножия Великой пирамиды было еще достаточно много этих плит, сброшенных с высоты землетрясением 1301 г. Ученый обнаружил, что зазоры между плитами шириной всего полмиллиметра заполнены цементом. То есть материалом, которого, по данным существующей истории техники, в Древнем Египте просто не могло быть: цемент изобретен только в XIX веке. 

Предположение профессора Батракова о гипсоизвестковых смесях, нестойких к воде, также нашло подтверждение в практической египтологии. О принципиальной возможности применения египтянами гипсоизвестковых смесей указывал в своих работах известный материаловед Владимир Юнг: в составе каменных блоков пирамиды Хефрена, Сфинкса и гробницы Сахура он отмечал наличие извести, серного ангидрида и углекислоты. 

Виталий Сундаков утверждает, что выше пятидесяти метров на боковых поверхностях известняковых блоков сохранились отпечатки тростниковых циновок. При натягивании циновки на деревянный каркас получался щит опалубки. По мысли Сундакова, древние египтяне готовили бетон таким образом: растирали известняк до состояния пудры (недаром при раскопках в лагере ремесленников нашли жернова, которые, как видно, и применяли для размола камня). Затем в качестве связующего использовали речной ил. В литературе о Древнем Египте упоминается, что высохший нильский ил оставляет цементообразную корку. Объясняется это высоким содержанием в иловой массе окиси алюминия. 

Итак, состав древнеегипетского бетона путешественник Сундаков считает следующим: известняковый щебень с добавлением 5% известняковой же пудры и 5% речного ила. 

Один из межплиточных швов пирамиды дугообразный. Выпуклость одной плиты в точности соответствует вогнутости другой. Будь это гранит, в такой дуге не было бы никакого смысла: она увеличила бы трудозатраты при обработке и подгонке камней. Но если предположить, что на стенах не гранитные, а бетонные изделия, вполне правдоподобной представляется версия прогиба циновочной опалубки. 

О врезанных рельефах Карнака, Луксора и других знаменитых храмов Сундаков говорит, что в пастообразную массу бетона вдавливали штамп, — и получался четкий оттиск. Во всех книгах по искусству Древнего Египта написано, что рельефы вырезались. 

Но с помощью резца вряд ли можно было выполнить линии с малым радиусом кривизны, причем порой они так близко подступают одна к другой, что непременно возникли бы сколы. А сколов нигде не видно. 
Еще более убедительным доводом представляется факт тиражирования дефектов рельефов — если это результат дефекта штампа, все становится на свои места. 

Впрочем, немало вопросов в данной связи остается и по сей день. В частности, если строители пирамид владели ремеслом бетонирования, для чего им были нужны метровые блоки, которые они устанавливали по 200—250 глыб в ряд? Сундаков считает: во избежание растрескивания бетона при температурных перепадах. Но в качестве так называемых температурно-деформационных швов хватило бы всего нескольких зазоров на всю грань пирамиды. 
Можно надеяться, что вопросы эти будут постепенно сниматься по мере интенсификации совместной деятельности археологов и технологов, в частности, специалистов по неразрушающему контролю. 

Цветочный горшок или рождение железобетона. 

Родиной железобетона по праву считается Франция. История появления железобетона очень интересна и необычно. В то время цветочные горшки делали из древесины, но они были не долговечны и парижский садовод Жозеф Монье (1823-1906) решил применять бетон. Но оказалось, что и бетонные горшки не отвечали необходимым требованиям: они разрушались под воздействием корней крупных растений. Монье стал укреплять бетонные кадки железными вкладышами, увеличивая тем самым и прочность на растяжение. Таким образом, Монье стал изобретателем нового, необыкновенно важного в современном строительстве материала — железобетона. 
Материал, как известно, состоит из бетона и железных вкладышей — как правило, круглых стержней. Бетон — это, собственно говоря, не что иное, как искусственный камень. Как всякий камень, он обладает значительной прочностью на сжатие и небольшой прочностью на растяжение. Но во многих конструктивных элементах появляются одновременно два вида напряжений. Тут-то и помогает железо, принимая на себя растягивающие усилия, повышая тем самым прочность элемента. Железо и бетон обладают примерно одинаковым коэффициентом температурного расширения. Поэтому температуры не оказывают влияние на совместную работу обоих материалов. 

В 1867 г. Монье получил первый патент на "кадки и резервуары из железной сетки, покрытой цементом". В последующие годы он получил следующие патенты: в 1877 г. — на железобетонные железнодорожные шпалы, в 1880-83 гг. — на железобетонные перекрытия, здания, балки, своды и мосты, в 1885 г. — на железобетонные водопроводные и газовые трубы, в 1886 г. — на "новую систему возведения железобетонных стационарных и переносных домов, гигиеничных и экономичных". Первыми крупными объектами, возведенными по системе Монье, были резервуары для хранения воды емкостью до 250 м3. Первый железобетонный мост пролетом 16 м и шириной проезжей части 4 м был построен в 1875 г. 

Становление железобетона. 

Соотечественник Монье Эжен Леон Фрейсине (1879-1962) считался специалистом по железобетонным конструкциям. Фрейсине построил первые большепролетные железобетонные мосты, из которых наиболее известен трехпролетный арочный мост Элорн в Плугастель, построенный в 1928-1929 гг. Пролеты этого крупнейшего по тому времени моста имели 180 м длины. Знаменитый инженер работал над усовершенствованием материала, из которого он возводил свои оригинальные конструкции. 

В 1917 г. он предложил увеличить несущую способность бетона путем уплотнения его механической вибрацией, а потом и вибропрессованием. Но самым большим достижением Фрейсине следует считать изобретение предварительно напряженного бетона. В 1928 г. он предложил и осуществил изготовление сборных струно-бетонных преднапряженных элементов. Замысел и идея этого материала необыкновенно просты. Натянутые еще до укладки бетона стальные струны в готовом элементе возвращаются к своей первоначальной длине и вызывают в бетоне значительные сжимающие напряжения. Находясь в конструкции под соответствующей нагрузкой, такой элемент работает в некоторых местах на сжатие, а в других — на растяжение. В тех местах, где под нагрузкой появляется сжатие, оно суммируется со сжатием от предварительного напряжения, и это не страшно. В тех же местах, где появляются растягивающие усилия, то есть напряжение с обратным знаком, растяжение значительно уменьшается по сравнению с тем случаем, если бы преднапряжения не было. 

Величина напряжения уменьшается за счет величины сжатия, возникшего при предварительном напряжении. Способ, предложенный Фрейсине, значительно увеличил несущую способность элементов. 
Современные преднапряженные бетоны — это и так называемый струнобетон, и бетон, предварительно напряженный пучками (в которых вместо многих тонких струн применен стальной канат). 
При возведении преднапряженных конструкций большое значение имеет анкеровка натягиваемой арматуры. Сегодня повсеместно применяется конусная анкеровка, изобретенная Фрейсине. 

Наше время. 

Сегодняшняя жизнь без бетона немыслима. Его можно встретить повсюду, но часто он служит нам даже незримо. Мосты, тоннели, улицы, дома обязаны ему своими достоинствами. Особенно ценными являются такие его специфические качества как прочность, гибкость, влаго и шумонепроницаемость и пожаростойкость. Развитее строительства не стоит на месте, появляются новые проекты, новые требования к материалам и методике их обработки. Бетон – материал с тысячелетней историй останется востребованным во все времена и будет продолжать свое развитие в зависимости от возложенных на него задач.