Як виник залізобетон

 Залізобетон

Залізобетон, як відомо, складається з бетону і залізних вкладишів – зазвичай круглих стрижнів. Бетон – це не що інше, як штучний камінь. Як всякий камінь, він володіє значною міцністю на стиснення і невеликою міцністю на розтяг. Але в багатьох конструктивних елементах з’являються одночасно два види напруг. Тут-то і допомагає залізо, приймаючи на себе розтягуючі зусилля, підвищуючи тим самим міцність елементу.

З використанням залізобетону побудовані галереї єгипетського лабіринту (3600 років до н.е.), частина Великої Китайської стіни (III століття до н.е.), ряд споруд на території Індії, Стародавнього Риму та в інших місцях. Проте використання залізобетону для масового будівництва почалося тільки в другій половині XIX століття, після отримання та організації промислового випуску портландцементу, що став основним в’язкою речовиною для бетонних і залізобетонних конструкцій. Спочатку залізобетон використовувався для зведення монолітних конструкцій і споруд. Застосовувалися жорсткі і малорухомі бетонні суміші, ущільнюється трамбуванням. З появою залізобетону, армованого каркасами, пов’язаними зі сталевих стрижнів, починають застосовувати більш рухливі і навіть литі бетонні суміші, щоб забезпечити їх належне розподіл і ущільнення в бетонованої конструкції. Однак застосування подібних сумішей ускладнювало отримання бетону високої міцності, вимагало підвищеної витрати цементу.

Батьківщиною залізобетону по праву вважається Франція. Історія його появи дуже цікава і незвичайна. У той час квіткові горщики робили з деревини, але вони були недовговічні і паризький садівник Жозеф Моньє (1823-1906) вирішив застосовувати бетон. Але виявилося, що і бетонні горщики не відповідали необхідним вимогам: вони руйнувалися під впливом коренів великих рослин. Моньє став зміцнювати бетонні діжки залізними вкладишами, збільшуючи тим самим і міцність на розтяг. Таким чином, Моньє став винахідником нового, надзвичайно важливого в сучасному будівництві матеріалу – залізобетону.

На роль батьківщини залізобетону претендували Англія та США, але пріоритет віддано Франції. Французи підкреслили цей факт, відсвяткувавши в 1949 році столітню річницю створення цього матеріалу. Підставою послужив увійшов у багато будівельних підручники епізод: в 1849 році Жозеф Моньє виготовив діжку для садових рослин, обмазавши дротяний каркас цементним розчином. Саме поєднання таких двох матеріалів стало називатися залізобетоном. Якщо ж підходити суворіше до історії, то виявляється, що ще в 1848 році адвокат Жан Луї Ламбо першим спорудив човен із залізобетону. Показана в 1855 році на Паризькій виставці човен Ламбо здійснила справжню сенсацію. Історія залізобетону розпочала свій відлік. Але саме Жозеф Моньє вважався в Росії винахідником залізобетону.

Штукатур з Ньюкасла Вільям Уілкінсон в 1854 році отримав патент на конструкцію вогнестійкого перекриття, що складається із залізних смуг, що укладаються на відстані двох футів один від одного і заливаються бетоном. Причому для підвищення міцності перекриття смуги слід укладати в нижній частині перетину, а над опорами відгинають їх у верхню частину. Безсумнівно, Уілкінсон був першим, хто зрозумів принцип раціонального армування залізобетону. Ідеї ​​його, як не дивно, у самій Англії на особливу увагу в цей час не залучили, але в елементах конструкції, що працюють на стиск, застосування бетону продовжувало розширюватися.

У 1864 році Франсуа Куан у Франції побудував першу церкву із залізобетону. Через майже 20 років із залізобетону з’явилася перша церква в Лондоні. Вклад Куан у розвиток залізобетону величезний. У 1855 році він отримав патент, фактично повторював патент Уїлкінсона, а в 1861-му він опублікував брошуру «Застосування бетону в будівельному мистецтві», де вперше вказав на те, що бетон і сталеві стрижні в ньому працюють спільно. Близько 20 років Куан будував залізобетонні споруди у Франції та інших країнах.

Перший бетонний міст прольотом 16,5 метра в 1870 році був побудований в графстві Суффолк. Міст перебував в експлуатації сто років. Двома роками раніше в селі Свау була споруджена вежа висотою 66 метрів – найвища споруда в світі з бетону в цей час. Цікаво, що вона була побудована таким собі Петерсоном тільки для того, щоб зайняти безробітних місцевої округи.

Мистецтво будівництва бетонних споруд швидко прогресувало. Побудований в 1897 році залізничний віадук з бетону довжиною 300 метрів мав 21 проліт. Висота окремих опор перевищувала 30 метрів. Віадук знаходиться в експлуатації до цього часу при суттєво збільшених поїзних навантаженнях. Перша залізобетонна оболонка в 1910 році споруджена в Парижі над вокзалом Де Берсі. За виявлення естетичних властивостей залізобетону першим взявся французький архітектор О. Перре. У житловому будинку в Парижі, побудованому в 1903 році з застосуванням залізобетонного каркасу, зовнішній фасад був виконаний з виступами, що дають відчуття розвитку архітектурного об’єму.

Француз Леон Фрейсине (1879-1962) вважався фахівцем по залізобетонних конструкцій. Фрейсине побудував перші великопролітні залізобетонні мости, з яких найбільш відомий трипрольотні арочний міст Елорн в Плугастель, побудований в 1928-1929 рр.. Прольоти цього найбільшого на той час мосту мали 180 м довжини. Знаменитий інженер працював над удосконаленням матеріалу, з якого він зводив свої оригінальні конструкції. У 1917 році він запропонував збільшити несучу здатність бетону шляхом ущільнення його механічною вібрацією, а потім і вібропресування. Але найбільшим досягненням Фрейсине слід вважати винахід попередньо напруженого бетону. У 1928 році він запропонував і здійснив виготовлення збірних струнно-бетонних попередньо напружених елементів. Задум та ідея цього матеріалу надзвичайно прості. Натягнуті ще до укладання бетону сталеві струни в готовому елементі повертаються до своєї первинної довжини і викликають в бетоні значні стискаючі напруги. Перебуваючи в конструкції під відповідним навантаженням, такий елемент працює в деяких місцях на стискування, а в інших – на розтягнення. У тих місцях, де під навантаженням з’являється стискування, воно підсумовується із стисненням від попередньої напруги. У тих же місцях, де з’являються розтягуючі зусилля, тобто напруження зі зворотнім знаком, розтягнення значно зменшується в порівнянні з тим випадком, якби напруження не було. Величина напруги зменшується за рахунок величини стискування, що виникло при попередньому напруженні. Спосіб, запропонований Фрейсине, значно збільшив несучу здатність елементів.

З початком Першої світової війни спостерігається пожвавлення морського будівництва. Серед найбільш амбітних споруд цього періоду слід згадати проект будівництва англійцями протичовнових кесонів у протоці Ла-Манш, де глибина води становила 55 метрів, діаметр основи кожного з них – 60 метрів, висота – 61 метр. Американське залізобетонне судно «Фейт» було першим, що перетнуло Атлантику в 1919 році.

Під час Другої світової війни англійці, побоюючись висадки німецьких військ, побудували вздовж узбережжя кілька сот залізобетонних дотів, деякі збереглися до сьогоднішніх днів.

Після Другої світової війни потреба в новому будівництві колосально зросла. Положення залізобетону серед інших будівельних матеріалів стало абсолютно домінуючим. За залізобетон ратували всі видатні архітектори ХХ століття. Ле Корбюзьє (Франція) широко почав застосовувати у своїх проектах збірний залізобетон. Оскар Німейер (Бразилія) збудував з залізобетону нову столицю країни – Бразиліа. П’єтро Луїджі Нерви (Італія) побудував цілий ряд об’єктів, рекордних за своїми будівельними характеристиками. Всього кілька років тому прокладений транспортний тунель під Ла-Маншем, який з’єднав Англію і Францію. Три «нитки» загальною протяжністю 150 кілометрів облицьовані тюбінгами зі збірного залізобетону. Як відомо, залізобетон з середини 1950-х років став провідним будівельним матеріалом в Україну і залишається таким донині.