Анатолий Томилин - Хочу всё знать [1970]

Много позднее, уже в XIX веке, бетон был усовершенствован и снова стал распространяться в строительной практике.

В конце первой четверти XIX века англичанин Джозеф Аспдин и русский учёный Е. Челиев почти одновременно и независимо друг от друга изобрели новый вид связующего вещества. Аспдин назвал его «портланд-цементом», так как получавшийся из него бетон был похож на хорошо известный англичанам прочный известняк, добывающийся на острове Портланд, у южного берега Англии. С конца прошлого века портланд-цемент стал самым распространённым видом вяжущего материала, но теперь строители обычно называют его просто цементом.

Портланд-цемент изготавливается из особо подобранной смеси глины и известняка. Эту смесь обжигают в специальных печах, а затем размалывают в очень мелкий порошок. Этот серовато-зелёный порошок и называется цементом.

Однако для изготовления цемента не обязательно смешивать глину и известняк. Благодетельница-природа уже сама заранее «позаботилась» об этом, заготовив (и притом в больших количествах) необходимую смесь минералов в виде особой горной породы — мергелей. Состав мергелей таков, что, обжигая их, можно получить цемент. В СССР огромные залежи мергелей находятся около Новороссийска.

Цемент обладает замечательным свойством: если его смешать с водой, то полученная жидкая смесь через несколько часов превращается в прочный камень. И этот процесс необратим: затвердевший цементный камень в воде не размокает.

Бетон, применяемый современными строителями, изготавливается из смеси цемента, воды, песка и щебня. Песчинки заполняют пространство между частицами щебня и вместе с ними образуют своего рода «скелет», каркас, склеенный, омоноличенный затвердевшим цементным раствором. Бетон — это искусственный камень. Он долговечен, прочен, огнестоек. Чем старше бетон, тем больше его прочность: в этом отношении бетон отличается от всех других строительных материалов, ибо, как известно, и дерево, и железо, и кирпич, и гранит со временем стареют, их прочность постепенно уменьшается.

От природного камня бетон отличается и ещё одним ценным свойством. Обработка камня — довольно трудоёмкое дело, а изделиям из бетона нетрудно придать любые очертания. Жидкий бетон легко заполняет всю опалубку — так строители называют те формы, в которых изготавливается, отливается бетонная конструкция. Утрамбовывая бетон, строители добиваются того, что он заполняет все детали даже самой сложной по форме опалубки. Из бетона можно изготовить и колонну, и свод, и фундамент, и вазу, и даже статую. Это свойство бетона было умело использовано авторами огромного мемориального комплекса на Мамаевом кургане в Волгограде — скульптором Е. В. Вучетичем, архитектором Я. Б. Белопольским и их помощниками. И монументальная, словно вырастающая из скалы скульптура воина с гранатой, и суровые пропилеи с отпечатками израненных снарядами стен города-героя, и статуя скорбящей матери — всё это было отлито из бетона.

Как и всякий камень, бетон хорошо воспринимает сжимающие напряжения, но при этом очень боится растягивающих напряжений: в тех местах конструкции, где появляется растяжение, бетон может легко растрескаться. Чтобы этого не произошло, бетон надо укрепить в соответствующих местах железными стержнями — «арматурой». Железные стержни примут на себя возникающие в конструкции растягивающие напряжения и не позволят бетону растрескаться.

Рассмотрим, например, как «работает» под нагрузкой самая простая железобетонная конструкция — однопролётная балка.

Под воздействием нагрузки балка прогибается вниз. При этом в верхней зоне возникают сжимающие напряжения, а в нижней — растягивающие [5] Подробнее об изгибе балок см. статью А. Л. Пунина в сборнике «Хочу всё знать!», выпуск 1968 года. .

И дерево, и железо одинаково хорошо сопротивляются как сжатию, так и растяжению.

А бетон, хорошо «работая» на сжатие, в то же время почти не способен воспринимать растягивающих напряжений. Поэтому в середине пролёта бетонная балка может легко треснуть. Эти трещины в бетоне начнут появляться у нижнего края балки — там, где действуют растягивающие напряжения.

Из обычного бетона балку сделать нельзя: она едва выдержит свой собственный вес. Необходимо её усилить, «вооружить» железной арматурой. Конечно, арматуру надо ставить не где попало, а именно там, где бетон может растрескаться — то есть вблизи нижнего края балки. Когда такая армированная балка начнёт прогибаться под воздействием нагрузки, то возникающие при этом в её верхней зоне сжимающие напряжения будут восприниматься бетоном, а растягивающие напряжения примет на себя железная арматура.

Иначе надо расположить арматуру в консоли — так называется балка, закреплённая одним концом в стене. Под действием силы тяжести консоль стремится отогнуться вниз, при этом растяжение возникает в её верхней зоне, и арматуру надо, соответственно, расположить наверху.

На наших рисунках мы показали лишь схему размещения главной арматуры. В действительности даже в самой простой однопролётной балке располагается много арматурных стержней. Помимо толстых стержней главной арматуры устанавливаются монтажные стержни, «хомуты» и т. д. Они необходимы для того, чтобы обезопасить балку от всяких случайностей, избежать трещин от изменения температуры, от так называемых «косых» напряжений, возникающих вблизи опор.

Одно из главных достоинств железобетона заключается в том, что из него можно сооружать самые разнообразные конструкции: балки, арки, плиты, колонны, своды, купола и т. д. Достаточно изготовить опалубку соответствующей формы, поставить в нужных местах железную арматуру, а затем заполнить опалубку бетоном и плотно утрамбовать. Через некоторое время, когда бетон затвердеет и наберёт достаточную прочность, опалубку можно снять — и железобетонная конструкция будет готова.

Союз железа и бетона оказался удивительно удачным и плодотворным. Оба «союзника» великолепно дополняют друг друга. Железо, воспринимая растягивающие напряжения, оберегает бетон от трещин. Бетон, покрывающий со всех сторон арматуру, защищает её от ржавчины.