Бетон как материал прошлого, настоящего и будущего

Ключевые слова: цемент, бетон, железобетон, фибробетон.

Annotation: The article discusses the history of the emergence of Portland cement, its use in the preparation of concrete solutions. Also considered various types of concrete reinforcement.

Key words: cement, concrete, reinforced concrete, fiber concrete.

Цементами называют искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело - цементный камень.

Однако цементом, хотя правильным названием будет портландцемент, люди начали пользоваться сравнительно недавно - в XIX веке. В 1824 году Джозеф Аспдин, британский каменщик, получил патент на "Усовершенствованный способ производства искусственного камня", который он создал на собственной кухне. Изобретатель нагрел смесь хорошо подробленного известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Материал получил название по имени острова Портленд в Англии, так как получаемый с его добавками искусственный камень (бетон) по цвету похож на добываемый там природный камень [1].

Древние строители в качестве цементирующих вяжущих веществ при возведении крупных сооружений применяли преимущественно строительные растворы, полученные на основе гипса, обожженного при сравнительно низкой температуре, порядка 120--200° или воздушной извести, изготовляемой обжигом чистых или доломитизированных известняков при 1000--1200°С.

Эти вещества относятся к категории воздушных вяжущих. Такие известково-гипсовые вяжущие, в частности, использовались при строительстве пирамид в Египте. Применение измельченной вулканической породы - пуццолан - для получений водоустойчивого известково- пуццоланового цемента было известно еще древним римлянам, создавшим ряд выдающихся гидротехнических сооружений. Исследование древних сооружений Грузии и Армении также показало наличие в составе строительных растворов вулканических пеплов и пемзы. Древнерусские строители из-за отсутствия на территории древней Руси вулканических горных пород, обладающих пуццоланическими свойствами, практиковали добавление к известковым растворам тонкоизмельченного боя недожженного строительного красного кирпича [2].

Цемент сам по себе не является каким-то конкретным строительным материалом. Это общее название для определённой группы веществ, основными физическими характеристиками которых являются порошкообразность, вязкость и способность при смешивании с водой (в некоторых случаях с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, которая при высыхании принимает камневидное состояние. Важно отметить, что процесс это односторонний, т. е. раз затвердев, цемент уже не сможет вернуться в своё первоначальное состояние. Основными составляющими компонентами цемента являются известковые, маргелистые, глинистые породы и всевозможные добавки (бокситы, шлак и т. д.). Этот сырьевой материал подвергают высокотехнологичной и высокотемпературной обработке, в процессе которой начальное сырьё доходит до стадии полного или частичного плавления. Так образуются силикаты и алюминаты кальция, благодаря которым цемент и приобретает своё главное качество - высокую прочность [3].

Основное использование цемента в современной промышленности - это приготовление бетонных растворов, или просто бетона. Однако бетон обладает высокой прочности только на сжатие. При воздействии нагрузки на растяжение, и особенно на изгиб, он быстро разрушается. Это проблема была решена применением армирующих материалов.

Сначала для армирования бетона стали использовать металлические прутья или арматуру. Материал получил название железобетон и до сих пор является основным при возведении стен зданий, получении плит перекрытия и многого другого. Выделяют сборный железобетон (ж/б конструкции изготавливаются в заводских условиях, затем монтируются в готовое сооружение) и монолитный железобетон (бетонирование выполняется непосредственно на строительной площадке), а также сборно-монолитный (сборные конструкции используются как оставляемая опалубка - сочетаются преимущества монолитных и сборных конструкций).

Одним из современных видов бетона является фибробетон. Фибробетон - это новый мелкозернистый материал, который появился на рынке сравнительно недавно, но благодаря своим эксплуатационным характеристикам уже успел завоевать популярность. Фибробетон - это бетон, имеющий в составе не только все составляющие раствора, такие как цемент, песок, вода и добавки, но и армирующее фиброколокно [4].

Свойства фибробетона напрямую зависят от материала, используемого в качестве фиброволокна. Стеклянное волокно - имеет высокий модуль упругости, такое свойство добавляет бетону пластичности. Однако стекло малоустойчиво к щелочной среде. Для повышения химической стойкости применяется пропитка бетона полимерами, добавляются в раствор вещества, связывающие щелочи, используется глиноземистый цементный раствор.

Полученный в результате материал характеризуется высокой ударной прочностью, термоустойчивостью, водонепроницаемостью, стойкостью к химическому воздействию и истиранию.

Асбестовое волокно придает бетону долговечность, прочность, устойчивость к щелочам и высокой температуре. Бетон, с добавлением асбеста, также получил название асбестоцемента.

Базальтовая фибра обладает повышенной прочностью. Характерными свойствами фибробетона с добавлением базальтового волокна, являются высокая ударопрочность, устойчивость к деформации и образованию трещин. армирование бетон портландцемент

Полипропиленовые, полиэтиленовые и другие синтетические волокна наделяют фибробетон такими свойствами, как устойчивость к химическим веществам, высокая прочность на растяжение, стойкость к критическим температурам и неэлектропроводность. Синтетическая фибра значительно снижает вес бетонных конструкций, что особенно важно для некоторых видов строительных работ.

Одним из возможных вариантов развития цементной и бетонной промышленностей в будущем является создание самовосстанавливающегося бетона. В настоящее время работы по такому бетону ведутся, и ученые добились уже некоторых успехов.

Хенк Джонкерс разработал инкапсулированные биологические объекты, которые вводятся в обычный бетон с особым "коктейлем" из азота, фосфора и минеральных веществ. Именно благодаря ему, они могут храниться в состоянии покоя в надежном бетонном теле около 200 лет.

Bacillus alsudofirmus и B. Cohnii - именно эти бактерии способны выжить в щелочной среде, такой как бетон, без дополнительных питательных веществ. Они как бы "засыпают" в своих капсулах ровно до момента контакта с водой. Влага активизирует эти бактерии, которые в свою очередь, вырабатывают известковое вещество, которое и играет роль "латки" на бетонном теле.

Использованные источники