Использовать бетон, в самом простом виде и без единой устоявшейся рецептуры, начали ещё древние римляне; их эстафету переняли римляне, создавшие при помощи прочного и сравнительно недорогого материала склады Эмилиев, Пантеон с огромным куполом и другие шедевры архитектуры. К счастью, на этом инженерная мысль не остановилась; на смену обычному бетону пришёл состав, армированный железом. Об истории изобретения и применения железобетона расскажет «Моспроекткомплекс».
Бетон: «за» и «против»
Развитие рецептуры цемента (известково-глинистого состава) и бетона (цемента с добавлением наполнителей, в частности, песка и гравия) пришлось на конец XVIII и начало XIX века. Значительно усовершенствованный со времён Древнего Рима материал имел следующие преимущества:
- Пластичность. До высыхания из бетона можно было изготавливать изделия любой геометрии — а это не в пример проще и быстрее, чем обтёсывать природный камень.
- Высокая устойчивость к сжимающим нагрузкам. По этому показателю бетонные конструкции практически не уступали каменным.
- Огнестойкость. В отличие от дерева, всё ещё остававшегося популярнейшим строительным материалом, бетон не боится высоких температур и открытого огня.
Вместе с тем бетон, как и природный камень, крайне плохо справляется с растягивающими нагрузками. Именно поэтому большая часть несущих конструкций до середины XIX века производилась из железа — которое, в свою очередь, быстро корродирует на воздухе и не способно сохранять несущие свойства при температуре, превышающей 450°C.
Назревал естественный вопрос: нельзя ли соединить лучшие качества бетона и железа, нивелируя таким образом недостатки обоих материалов. В дальнейшем так и случилось — правда, до открытия дошли эмпирическим, а не научно обоснованным путём.
Опыты с железобетоном: начало
Невозможно точно сказать, кто первым догадался добавить в бетон армирующие, то есть повышающие прочностные показатели, стальные прутья. Использование прототипа железобетона зафиксировано, в частности, в 1802 году, при строительстве дворца в расположенном под Петербургом Царском Селе. Бетонные перекрытия, армированные металлом, более чем оправдали ожидания зодчих — но новая технология так и не нашла широкого применения.
Опыт российского строительства был повторён в 1829 году инженером из Великобритании Фоксом, также использовавшим армированный железом бетон для создания перекрытия. Спустя ещё двадцать лет аналогичный эксперимент провёл французский учёный Ламбо, построивший лодку из железобетона — нового материала, значительно лучше дерева переносящего повышенную влажность.
В 1854 и 1855 годах были получены первые патенты на использование железобетона: английским штукатуром Уилкинсоном, открывшим повышенную огнестойкость материала, и всё тем же Ламбо, настаивавшем на замечательной водостойкости армированного бетона. Железобетон как явление был запатентован несколькими годами позже садовником из Франции Монье, догадавшимся производить из нового материала цветочные горшки.
Окончательно армированный бетон вошёл в жизнь человека в 1864 году, когда французским архитектором Франсуа Куанье была построена целая железобетонная церковь. Кстати, именно Куанье принадлежит идея использовать армирующие стальные стержни в современном виде — разумеется, своевременно запатентованная.
Продолжение истории железобетона
Использование армированного бетона активно набирало обороты. Так, в 1865 году уже известным нам англичанином Уилкинсоном был спроектирован и построен жилой дом, целиком состоящий из железобетонных конструкций. Новый материал использовался для создания не только несущих стен и перекрытий, но даже ступенек лестниц и дымовой трубы.
К сожалению, ни Уилкинсон, ни Куанье при жизни не добились существенного признания. Их дело с существенно большим успехом продолжал Монье, постепенно перешедший от цветочных кадок к полномасштабному строительству:
- В 1869 году Монье запатентовал перегородки и плиты из железобетона (правда, в силу используемой изобретателем технологии материал было бы правильнее называть железоцементом). Не являясь профессиональным инженером, Монье не только не предложил обоснованной рецептуры железобетона, но и предлагал располагать армирующую сетку строго посередине — видимо, из общих представлений о гармонии.
- В 1873 году изобретатель получил новый патент, теперь уже на железобетонный мост.
- В 1875 году модель моста с успехом выдержала «полевые» испытания, после чего Монье был возведён во французском городе Шазле реальный мостик для пешеходного передвижения — 4 метра в ширину и 16 — в длину.
- В 1880 году Монье был выдан объединённый патент на все его изобретения — от горшочков для цветов до железобетонных плит и балок.
Развитие железобетона, разумеется, не ограничивается усилиями одного Монье. С конца 1870-х годов в США и Германии выходят книги, посвящённые новому материалу. Начиная с 1886 года инженеры из США, Германии, Австрии и Норвегии получают патенты на преднапряжение железобетона — технологию, выводящую надёжность материала на новый уровень. Кроме того, в 1887 году немецким инженером Матиасом Кёненом были проведены первые прочностные расчёты железобетонных конструкций. В этом же году другим немецким изобретателем по фамилии Вайс было принято историческое решение разместить армирующую сетку не по центру, а внизу бетонной плиты — что сразу же позволило увеличить длину мостовых пролётов на 5 метров.
Расцвет железобетонных технологий
Начиная с 1892 года и вплоть до конца века французским инженером и архитектором Геннебиком было построено свыше 300 объектов из железобетона. В 1899 году удобный в изготовлении, прочный, огне- и водостойкий материал наконец получает официальное признание в России, а ещё несколько лет спустя появляются нормы проектирования и эксплуатации железобетонных конструкций:
- В 1904 году — в Швеции и Германии.
- В 1906 году — во Франции.
- В 1908 году — в России.
В 1904 году по проекту инженеров Пятницкого и Барышникова в городе Николаеве строится цельный железобетонный маяк высотой более 40 метров; толщина его стен составляла от 100 (у основания) до 75 (у вершины) миллиметров.
В 1908 году в Ливерпуле стартовало строительство первой железобетонной высотки — 98-метрового административного здания «Роял-Лайвер», до начала 1960-х остававшегося самым высоким в городе.
Первая Мировая война и Октябрьская революция лишь ускорили развитие железобетонных технологий в России:
- В 1920–1930-х годах советскими инженерами под руководством Келдыша и Лолейта были выработаны общие методы расчёта сложных конструкций из железобетона, позволившие спроектировать и построить Центральный телеграф, ленинградский Дом Советов, харьковский Дом промышленности и множество других крупных зданий.
- Начиная с 1921 железобетон используется для строительства гидроэлектростанций: Волховской, Днепропетровской, Нижне-Свирской и прочих.
В дальнейшем железобетон, новых, ещё более прочных марок, использовали для возведения небоскрёбов, памятников (вспомним хотя бы 85-метровую статую «Родина-мать зовёт!»), телерадиовышек (в частности, 540-метровой Останкинской башни) — и множества других видов зданий и сооружений.
Сейчас, несмотря на появление новых строительных материалов, железобетон в силу перечисленных положительных характеристик не сдаёт позиций — вероятно, со временем он будет становиться лишь экологичнее и надёжнее.