Как появился железобетон

Залізобетон

Железобетон, как известно, состоит из бетона и железных вкладышей — обычно круглых стержней. Бетон — это 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.

С использованием железобетона построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н.э.), часть Великой Китайской стены (III век до н.э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах. Однако использование железобетона для массового строительства началось только во второй половине XIX века, после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Сначала железобетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента.

Родиной железобетона по праву считается Франция. История его появления очень интересна и необычна. В то время цветочные горшки делали из древесины, но они были недолговечны 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.

На роль родины железобетона претендовали Англия и США, но приоритет отдан Франции. Французы подчеркнули этот факт, отпраздновав в 1949 году столетнюю годовщину создания этого материала. Основанием послужил вошедший во многие строительные учебники эпизод: в 1849 году Жозеф Монье изготовил кадку для садовых растений, обмазав проволочный каркас цементным раствором. Именно сочетание таких двух материалов стало называться железобетоном. Если же подходить строже к истории, то оказывается, что еще в 1848 году адвокат Жан Луи Ламбо первым соорудил лодку из железобетона. Показанная в 1855 году на Парижской выставке лодка Ламбо произвела настоящую сенсацию. История железобетона начала свой отсчет. Но именно Жозеф Монье считался в России изобретателем железобетона.

Штукатур из Ньюкасла Вильям Уилкинсон в 1854 году получил патент на конструкцию огнестойкого перекрытия, состоящего из железных полос, укладываемых на расстоянии двух футов друг от друга и заливаемых бетоном. Причем для повышения прочности перекрытия полосы следует укладывать в нижней части сечения, а над опорами отгибать их в верхнюю часть. Несомненно, Уилкинсон был первым, кто понял принцип рационального армирования железобетона. Идеи его, как ни странно, в самой Англии особого внимания в это время не привлекли, но в элементах конструкции, работающих на сжатие, применение бетона продолжало расширяться.

В 1864 году Франсуа Куанье во Франции построил первую церковь из железобетона. Спустя почти 20 лет из железобетона появилась первая церковь в Лондоне. Вклад Куанье в развитие железобетона огромен. В 1855 году он получил патент, фактически повторявший патент Уилкинсона, а в 1861-м он опубликовал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. Около 20 лет Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и других странах.

Первый бетонный мост пролетом 16,5 метра в 1870 году был построен в графстве Суффолк. Мост находился в эксплуатации сто лет. Двумя годами раньше в деревне Свау была воздвигнута башня высотой 66 метров — самое высокое сооружение в мире из бетона в это время. Любопытно, что она была построена неким Петерсоном только для того, чтобы занять безработных местной округи.

Искусство строительства бетонных сооружений быстро прогрессировало. Построенный в 1897 году железнодорожный виадук из бетона длиной 300 метров имел 21 пролет. Высота отдельных опор превышала 30 метров. Виадук находится в эксплуатации до сего времени при существенно возросших поездных нагрузках. Первая железобетонная оболочка в 1910 году воздвигнута в Париже над вокзалом Де Берси. За выявление эстетических свойств железобетона первым взялся французский архитектор О. Перре. В жилом доме в Париже, построенном в 1903 году с применением железобетонного каркаса, наружный фасад был выполнен с выступами, дающими ощущение развития архитектурного объема.

Француз 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 году 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 году 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. 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.

С началом Первой мировой войны наблюдается оживление морского строительства. Среди наиболее амбициозных сооружений этого периода следует упомянуть проект строительства англичанами противолодочных кессонов в проливе Ла-Манш, где глубина воды составляла 55 метров, диаметр основания каждого из них — 60 метров, высота — 61 метр. Американское железобетонное судно «Фейт» было первым, которое пересекло Атлантику в 1919 году.

Во время Второй мировой войны англичане, опасаясь высадки немецких войск, построили вдоль побережья несколько сот железобетонных дотов, некоторые сохранились до сегодняшних дней.

После Второй мировой войны потребность в новом строительстве колоссально возросла. Положение железобетона среди других строительных материалов стало абсолютно доминирующим. За железобетон ратовали все выдающиеся архитекторы ХХ века. Ле Корбюзье (Франция) широко начал применять в своих проектах сборный железобетон. Оскар Нимейер (Бразилия) выстроил из железобетона новую столицу страны — Бразилиа. Пьетро Луиджи Нерви (Италия) построил целый ряд объектов, рекордных по своим строительным характеристикам. Всего несколько лет назад проложен транспортный тоннель под Ла-Маншем, который соединил Англию и Францию. Три «нитки» общей протяженностью 150 километров облицованы тюбингами из сборного железобетона. Как известно, железобетон с середины 1950-х годов стал ведущим строительным материалом в Украине и остается таковым по сей день.