Как и когда изобрели железобетон
История создания железобетона
Изобретению железобетона предшествовало открытие цемента — особого вяжущего вещества, способного затвердевать после добавления к нему воды. В 1796 году англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент — первую в истории марку цемента. В последующие годы были открыты новые рецепты получения цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон. Благодаря своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, которая потом сохранялась после застывания) бетон в первой половине XIX века широко вошел в употребление при строительных работах. Конструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и долговечностью. Но они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на растяжение, поэтому их использование было достаточно ограниченным. Бетон применяли в основном для сооружения тонких перегородок и балок пролетом до 4 м. Основным материалом для несущих конструкций служило железо в виде разного рода кованых стержней и полос. В отличие от бетонных, железные конструкции прекрасно выдерживали нагрузку на сжатие, растяжение и изгиб, но на открытом воздухе они быстро теряли эти качества из-за коррозии. К тому же было замечено, что при нагревании свыше пятисот градусов железо становится текучим и теряет свою прочность. В результате, при сильных пожарах высотные дома, где несущая нагрузка была возложена на железные части, разрушались. К концу XIX века стала ощущаться сильная потребность в новом строительном материале, который сочетал бы в себе достоинства железа и бетона, но не имел бы их недостатков. Именно таким материалом и стал железобетон. Применяя по отдельности бетон и железо, строители долго не задумывались над тем, что их можно соединить вместе. К этому пришли опытным путем. Между тем положенная в опалубку арматура легко обволакивалась бетоном и оказывалась включенной в его массу. Вследствие большой силы сцепления железа с бетоном оба материала начинали работать как одно целое (очень важно, что бетон и железо имеют одинаковый коэффициент температурного расширения).
Впервые патент на использование железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. В дальнейшем он широко применял железобетон при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ньюкастле-на-Тайне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций Из железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и дымовая труба. По всей видимости, это был первый в истории железобетонный дом. Однако открытие Уилкинсона не получило широкого распространения и осталось незамеченным. Одновременно с Уилкинсоном свои опыты с железобетоном начал во Франции строительный подрядчик Куанье. Он построил с использованием этого материала несколько зданий, а в 1861 году опубликовал небольшую брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», в которой, в частности, писал, что железные стержни, включенные в бетон, увеличивают несущую способность бетона. Но открытие Куанье тоже не имело продолжения. Его фирма разорилась.
Честь открытия железобетона связывается поэтому с именем другого француза — Жозефа Монье. Есть какая-то странная ирония в том, что два профессиональных строителя, несмотря на все усилия, не смогли внедрить в строительную практику железобетон, но зато это удалось сделать человеку, весьма далекому от строительства, который и изобретение свое сделал совершенно случайно. Монье работал садовником в садоводческой фирме «Братья Флер» в Версале. С 1861 года он начал проводить опыты по изготовлению из песка и цемента садовых кадок. Вскоре ему удалось сделать бетонную кадку, в которой было посажено апельсиновое дерево. Спустя некоторое время Монье обнаружил трещины в стенках этой кадки. Тогда он укрепил ее железными обручами из проволоки. Железо вскоре стало ржаветь, образуя грязно-бурые пятна и подтеки на поверхности кадки. Чтобы улучшить ее внешний вид, Монье обмазал ее сверху цементным раствором. Получившаяся таким образом железоцементная кадка оказалась настолько хороша, что Монье пришел к мысли и впредь делать кадки подобным образом.
Существует мнение, что Монье действовал не только опытным путем, но был знаком с работой Куанье и заимствовал его идею. Но, как бы то ни было, ему повезло больше. Монье не только заслужил официальную славу создателя железобетона, но и сумел извлечь из своего изобретения некоторые материальные выгоды. В 1867 году он взял свой первый патент на переносные садовые кадки из железа и цементного раствора. Не успокоившись на этом, он начал производить с этим материалом новые эксперименты. В 1868 г. Монье построил в Майсонс-Алфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году взял патент на железоцементный резервуар и трубы. В 1869 г он сделал патентную заявку на железоцементные плиты и перегородки и построил железоцементное перекрытие над своей мастерской. Строго говоря, с современной точки зрения, все эти изобретения еще не были железобетоном. Монье, не будучи профессиональным строителем, имел весьма смутные понятия о том, как взаимодействуют между собой бетон и железо. Он, к примеру, рекомендовал укладывать проволочную сетку в плите строго посередине ее сечения, в то время как рациональнее всего было располагать ее в нижней части конструкции. Однако это ни в коей мере не принижает его славы как первооткрывателя одного из самых замечательных и широко используемых строительных материалов XX века. Действительно — до Монье над созданием железобетона работало несколько изобретателей, но именно ему принадлежит заслуга его разностороннего практического применения. Раз добившись успеха, Монье в дальнейшем постоянно думал над расширением сферы применения своего изобретения. В 1873 году он получил патент на железобетонный мост, а в 1875 году представил экспертной комиссии его модель, которая выдержала испытание нагрузкой. В том же году изобретатель построил по этой модели пешеходный мостик с пролетом 16 м и шириной 4 м. В 1878 году ему был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году — объединенный патент на все заявленные им ранее конструкции. Тогда же он сделал заявки на свои изобретения в Германии и России.
Нельзя, впрочем, сказать, что новый материал сразу получил повсеместное признание. Крупномасштабное применение железобетона началось только в следующем веке, когда железобетонные конструкции Монье были усовершенствованы другими инженерами и когда было разработано фундаментальное учение о железобетоне, раскрывшее его замечательные свойства. В XIX веке к этому был сделан только первый шаг. В 1879 году немецкий инженер Вайс, имевший свою строительную фирму, заинтересовался железобетоном и купил у Монье патентное право на применение его системы в Германии. Вслед за тем он скупил и все остальные его патенты. Именно благодаря Вайсу новый материал стал широко известен. В 1886 году по указанию Вайса были проведены научные опыты по исследованию свойств железобетона, давшие самые блестящие результаты. Однако действительно самостоятельным и новым строительным материалом железобетон стал лишь после того, как Вайс в 1887 году перенес арматуру из середины сечения, куда ее укладывал Монье, в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение. Известно, что Монье, увидев изготовление плиты на одной из берлинских строек, запротестовал против новой технологии, сердито спросив: «Скажите, кто изобретатель этой конструкции — вы или я?» На это Вайс спокойно ответил: «Вы первый соединили железо с бетоном, и поэтому я называю эту конструкцию системой Монье, но я первый правильно расположил железо и бетон, хотя, к сожалению, я не мог получить на это патента». Благодаря новшеству Вайса пролет железобетонной плиты был увеличен до 5 м. С этого времени железобетонные плиты стали получать все более многогранное применение в строительстве.
Железобетон, например, произвел настоящую революцию в мостостроении, позволив разрешить множество затруднений, до этого казавшихся непреодолимыми. Раньше для сооружения мостов применяли тесаные камни точных размеров и железо специальных марок. Для укладки на место тяжелых камней и элементов металлических конструкций требовались мощные подъемные механизмы и особые транспортные приспособления. Между тем применение железобетонных конструкций не требовало крупных средств, так как большую часть их компонентов составляли широко распространенные в природе песок и гравий, которые можно было добывать на месте строительства. Укрытое в бетон железо не ржавело и сохраняло свою прочность намного дольше. Вместе с тем железобетон показал высокую огнестойкость. В то время как железные балки быстро разрушались при сильном пожаре, железобетонные конструкции выдерживали действие сильного огня в течение 4-5 часов. Огромный интерес к железобетону появился после грандиозного пожара в Балтиморе в 1904 году, когда сгорело и разрушилось около 300 больших зданий, построенных с применением открытых железных конструкций. С этого времени все несущие конструкции делали только из железобетона. Широчайшее применение получил железобетон и в фортификации, поскольку показал вчетверо большую прочность по сравнению с обычным бетоном.
История железобетона (кратко)
История создания, возникновения железобетона начинается с середины XIX столетия. Развитие технологии железобетона, о которой пойдет речь в нашей статье, шло как в теоретическом, так и в практическом направлении. Применению железобетона в строительстве предшествовали научные исследования, разработки и эксперименты.
Во второй половине XIX века появляется потребность в новом строительном материале, связанная с необходимостью возведения новых крупных капитальных сооружений промышленного и гражданского назначения. Опыт применения бетона, камня и дерева в строительстве к этому времени насчитывал уже много веков, а в течение последних двух столетий также активно применялся металл. Необходимая промышленность, включающая производство цемента и черную металлургию, для создания железобетона была уже развита в достаточной степени.
Первое изделие из железобетона появилось в середине XIX века. А к концу столетия во Франции были предложено использование монолитных железобетонных перекрытий с ребрами жесткости. В нашей стране железобетон стал применяться с 1886 года. Этот новый материал стали использовать для изготовления конструкции перекрытий, выполняемых по металлическим балкам.
Конец XIX столетия ознаменовался исследованиями железобетона. Новый материал проверялся на прочность и огнестойкость, выяснялось поведения металла в бетоне и сцепление арматуры с бетоном. Тогда стало ясно, что арматура наилучшим образом работает на растяжение и располагать ее в бетоне нужно именно в тех местах, где конструкция испытывает растягивающие усилия. Тогда же появляются первые методы расчета железобетонных конструкций. По сути это был первый этап развития железобетона.
В нашей стране сооружения из железобетона появляются в начале XX столетия, когда был построен маяк высотой 36 метров, а при строительстве склада были применены безбалочные перекрытия.
Спустя два десятилетия развитие железобетона идет по пути применения напряженной арматуры. Это был важный этап, с которого в строительстве начинают применяться предварительно напряженные железобетонные конструкции.
Наука и практика железобетонных конструкций начинает активно развиваться в России в прошлом столетии с начала двадцатых годов. Тогда появляются научно-исследовательские институты и лаборатории. В них ведутся теоретические и экспериментальные исследования свойств железобетона, который начинает все шире применяться в жилищном строительстве и гидротехнических сооружениях. Железобетон благодаря появлению методик расчета начинает применяться для возведения арок и рам, гидроэлектростанций, складов, шатров, куполов и сводов.
Второй этап развития железобетона связан с применением рамных пространственных систем, в основе которых была заложена их монолитность и жесткость.
В начале тридцатых годов создается теория расчета железобетона по разрушающим усилиям. Появляются нормы для расчета конструкций для применения в промышленном и гражданском строительстве.
Наиболее точно все факторы, влияющие на работу железобетонных конструкций под нагрузкой, стал учитывать появившейся метод расчета по предельным состояниям. Это был третий этап развития железобетона, связанный с широкой индустриализацией строительства из железобетона.
В дальнейшем десятки российских ученых и инженеров продолжали исследования теории и практики железобетона. Разрабатывались вопросы механического сопротивления железобетона, рассматривалось сопротивление железобетонных конструкций при силовом сложном напряженном состоянии, разрабатывались методы оптимального проектирования, методы статического и динамического расчета конструкций, заглубленных в грунт. Издаются журналы и учебники по железобетону, систематизирующие знания и пропагандирующие железобетонные конструкции.
Кто изобрел железобетон
Когда-то давно мне рассказывали про одного человека. Тот себе дом построил. Не из привычных нам материалов, а из простого стекла. Потом хлопнул по забывчивости дверью — дом и вдребезги разлетелся: ведь стекло такое хрупкое.
Этот человек другой дом построил себе: не из стекла, не из традиционных материалов,— слепил из воска. По жарче пригрело солнышко — и потёк дом, растаял, в лепешку превратился: воск мягкий и он легко плавится.
Человек этот сделал тогда — склеил из бумаги. Ветер подул посильней, легкий домик из бумаги взлетел в воздух и улетел. И никто не знает, где он теперь.
Вот смешной был человек! Он о свойствах разных материалов и не думал: хрупкие они или прочные, мягкие или твердые, легкие или тяжелые. Не задумывался: что из чего делать? Может, он даже стеклянным молотком забивал железные гвозди. Но скорее всего, такого человека на свете не было. Это, похоже, просто сказка.
А вот это не сказка уже, а правда. Больше ста лет назад жил во Франции садовник, которого звали Монье. Он выращивал цветы и продавал их.
Весь дом у него был заставлен глиняными горшочками с цветами. Когда цветок вырастал и корням становилось тесно в горшочке, Монье пересаживал его в деревянную кадку. Но деревянные кадки быстро сгнивали от воды. И Монье начал делать кадки из прочного цементного раствора, которым скрепляют кирпичи в домах.
Он уже решил, что нашел подходящий материал, и вдруг одна кадка треснула сбоку, и тут же из трещины вылез корешок. «Эти корни такие упорные, когда растут: даже твердый как камень цемент пробивают! — рассердился Монье и замазал трещину раствором. — Теперь не вылезет…» Но через какое-то время корень снова вырвался наружу. Монье снова заправил его внутрь и обмазал цементным раствором всю кадку вокруг. «Если для всех моих кадок придется делать такие толстые стенки, я разорюсь на цементе», — встревожился садовник. А корень и в третий раз пробил стенку…
Тогда Монье обвязал кадку железной проволокой, чтобы толстая проволока не давала трещине расползаться. А чтобы кадка все же была красивой, гладкой, он и поверх проволоки обмазал ее раствором. Цементный раствор затвердел, «схватился» с железной проволокой, и больше эта кадка не трескалась.
С тех пор садовник Монье все свои кадки стал изготовлять так: сплетет проволочную корзину и обмажет ее цементом изнутри и снаружи. И хотя стенки у новых кадушек были гораздо тоньше, чем у прежних, ни одна из них ни разу не треснула. Почему?
Цемент очень крепок лишь до тех пор, пока его сжимают, давят на него с разных сторон. Можно построить огромный десятиэтажный дом, который будет стоять на цементных столбиках, как на прочных ногах. И под этим домом люди не будут бояться ходить: столбики выдержат! А если перекинуть через овраг мостик, сделанный только из цемента, он, пожалуй, даже под тяжестью одного трактора треснет. Тяжесть давит на мостик сверху, а снизу его ничто не поддерживает, не подпирает. А ведь цемент почти не гнется и почти не растягивается: прогнется чуть-чуть — сразу сломается.
Зато железную проволоку согнуть легко, а разорвать куда труднее! На тонких стальных канатах подвешивают мосты даже через глубокие пропасти. По этим мостам ходят люди, ездят машины, а канатам хоть бы что, выдерживают.
Цемент прочен, когда его сжимают, железная проволока — когда растягивают. А вместе получается такой материал, который прочнее того и другого в отдельности. Железо не позволяет цементу ломаться, а цемент не дает железу гнуться.
Вот почему кадки Монье оказались такими прочными.
Монье заботился только о своих кадках и, совсем случайно, изобрел железобетон, новый, по сути, материал. А люди подумали: почему бы не воспользоваться этим открытием для себя.
В цемент добавляют песок и мелкие камешки, щебень. Получается бетон. А если внутри, в бетоне, проложена сетка из железной проволоки, то это железобетон.
Железобетон — очень прочный строительный материал. Какие уж там цветочные кадки — из него строят самые высокие здания на земле и самые длинные мосты.
Но почему железная проволока только гнется, а цемент сразу ломается? Почему стекло хрупкое, а воск мягкий? Почему у разных веществ разные свойства? Это уже другая тема.
Из истории железобетона
В отличие от бетона, железобетон — относительно новое изобретение. Его первые прообразы появились еще в начале XIX века, но официальной датой рождения считается 1867 год, когда француз Жозеф Монье запатентовал новый стройматериал. Любопытно, что Монье никогда не был связан с архитектурой и инженерией. По этой причине существует мнение, что железобетон он изобрел случайно.
Первенство в разработке этого материала также оспаривают и другие страны, в том числе, Британия, США и Россия (например, в 1802 г. при строительстве Царскосельского дворца российские зодчие использовали металлические стержни для армирования перекрытия, выполненного из известкового бетона). Однако, официальный патент принадлежит именно Монье.
Работая садоводом в Версале, Монье постоянно сталкивался с одной и той же проблемой: разрастающиеся корни крупных растений деформировали кадки и пускали по ним трещины. Усилить кадки он пытался разными способами: сначала увеличивал их толщину, затем вместо глины использовал обычный бетон. Но во всех случаях природа одерживала победу, пока Монье не додумался использовать металлические обручи в качестве внешнего каркаса.
Такая конструкция оказались гораздо прочнее, однако потеряла эстетическую привлекательность, учитывая, что металл достаточно быстро начинал ржаветь, и стенки горшков покрывались бурыми пятнами и потеками. Тогда Монье Монье решил покрыть металлические прутья наружным слоем бетона, создав железобетонную конструкцию.
В 1867 году он получил первый патент на переносные садовые кадки из металлических обручей и цементного раствора. Затем она занялся экспериментами более активно. В 1868 г. Монье построил в Майсонс-Алфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году взял патент на железоцементный резервуар и трубы. В 1869 г он сделал патентную заявку на железоцементные плиты, м перегородки, а также построил железобетонное перекрытие над своей мастерской.
Сам Монье имел весьма смутные понятия о том, как взаимодействуют между собой бетон и металл. Он, к примеру, рекомендовал укладывать проволочную сетку в плите строго посередине ее сечения.
Тем не менее, 1873 году он получил патент на железобетонный мост, а в 1875 году представил экспертной комиссии его модель, которая выдержала испытание нагрузкой. В том же году пешеходный мост с пролетом 16 м и шириной 4 м был построен во Франции. В 1878 году ему был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году — объединенный патент на все заявленные им ранее конструкции.
В 1879 году немецкий инженер Вайс, имевший свою строительную фирму, заинтересовался железобетоном и купил у Монье патентное право на применение его системы в Германии. Вслед за тем он скупил и все остальные его патенты. Именно благодаря Вайсу новый материал стал широко известен. В 1886 году по указанию Вайса были проведены научные опыты по исследованию свойств железобетона, давшие самые блестящие результаты. Однако действительно самостоятельным и новым строительным материалом железобетон стал лишь после того, как Вайс в 1887 году перенес арматуру из середины сечения, куда ее укладывал Монье, в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение.
Кто изобрёл железобетон
Сегодня железобетон является незаменимым в строительстве материалом. Найти его можно, набрав в поисковике «бетон Балашиха». А как же появился этот материал, и когда его стали использовать?
Происхождение железобетона
В XIX веке в знаменитом Версальском дворце работал садовник Жозеф Моньер. Он выращивал в оранжерее пальмы и апельсиновые деревья. Дела у Моньера шли отлично, и предприимчивый садовник наладил продажу саженцев англичанам.
Прочные дубовые бочонки, в которых Моньер продавал свои саженцы, делались бондарем вручную. В итоге кадка получалась дороже пальмы, и садовник получал за работу копейки. И тогда Моньер решил заменить бочонок на глиняный горшок.
Глиняные горшки оказались на порядок дешевле, но однажды садовник, перенося горшок с пальмой, споткнулся об мешок с цементом, который оставили рабочие. Моньер упал, а горшок пальмой разбился, ударившись о землю. И тут в ушибленной голове садовника родилась мысль: «А не попробовать ли сделать горшок из цемента?»
Тогда Моньер взял деревянную бочку, а внутрь неё вставил вторую — поменьше. Промежуток между ними заполнил раствором цемента, песка и воды. После того как бетон застыл, Моньер снял деревянные бочки сверху и снизу, и получился бетонный горшок. Казалось бы, проблема решена! Но не тут-то было. У пальм оказались такие крепкие корни, что, разрастаясь, они разламывали даже бетонные стенки.
Тогда садовник предпринял ещё одну попытку. Он снова изготовил горшок, но на этот раз надел на него железные ободы, как у деревянной бочки, и на всякий случай скрепил их поперечными прутьями.
Получившаяся бочка оказалась крепкой, но выглядела страшновато. Чтобы добавить изделию эстетики, Моньер залил железный каркас ещё одним слоем раствора. Так получился принципиально новый материал — железобетон. И как ни старались пальмы, разрушить новую кадку им так и не удалось.
В 1867 году Жозеф Моньер получил патент на своё суперкрепкое изделие. А вскоре его изобретением заинтересовались строители. По конструкции, придуманной садовником, стали возводить дома, тоннели, мосты.
Первое здание в России, построенное с применением железобетона — церковь Спаса нерукотворного в Клязьме. А произошло это в 1899 году.