Железобетон в архитектуре

Реферат на тему:

Залізобетон

Винаходу залізобетону передувало відкриття цементу - особливої в'яжучої речовини, здатної тверднути після додавання до неї води. У 1796 році англієць Паркер шляхом випалення суміші глини та вапна отримав романцемент - першу в історії марку цементу. У подальші роки були відкриті нові рецепти отримання цементу. Змішаний в певних пропорціях з гравієм, піском і водою, цемент утворював бетон. Завдяки своїм пластичним властивостям (сирій його масі можна надати будь-яку форму, яка потім зберігалася після застигання) бетон у першій половині XIX століття широко увійшов у вжиток при будівельних роботах. Конструкції з бетону мали високу міцність на стиск, вогнестійкість, водостійкість, жорсткість і довговічність. Але вони, як і будь-який камінь, погано витримували навантаження на розтяг, тому їх використання було достатньо обмеженим. Бетон застосовували в основному для спорудження тонких перегородок і балок прольотом до 4 м. За основний матеріал для несучих конструкцій правило залізо у вигляді різного роду кованих стрижнів і смуг. На відміну від бетонних, залізні конструкції чудово витримували навантаження на стиск, розтяг і вигин, але на відкритому повітрі вони швидко втрачали ці якості через корозію. До того ж, було помічено, що при нагріванні понад п'ятсот градусів залізо стає текучим і втрачає свою міцність. В результаті при сильних пожежах висотні будинки, де несуче навантаження було покладене на залізні частини, руйнувалися. До кінця XIX століття почала відчуватися сильна потреба в новому будівельному матеріалі, який поєднував би в собі переваги заліза і бетону. Застосовуючи окремо бетон і залізо, будівники довго не замислювалися над тим, що їх можна з'єднати разом. Цього дійшли дослідним шляхом. Тим часом покладена в опалубку арматура легко обволікалася бетоном і виявлялася включеною в його масу. Унаслідок великої сили зчеплення заліза з бетоном обидва матеріали починали працювати як одне ціле (дуже важливо, що бетон і залізо мають однаковий коефіцієнт температурного розширення).

Вперше патент на використання залізобетону взяв 1854 року англійський штукатур Вільям Уїлкинсон. Надалі він широко застосовував залізобетон під час будівництва перекриттів, а в 1865 році звів в Ньюкастлі-на-Тайні невеликий будиночок, повністю із залізобетонних конструкцій. Із залізобетону тут були виконані не тільки стіни й перекриття, але й сходи, ступені і димар. Вочевидь, це був перший в історії залізобетонний будинок. Проте відкриття Уїлкинсона не набуло широкого поширення і залишилося непоміченим. Одночасно з Уїлкинсоном свої досліди із залізобетоном розпочав у Франції будівельний підрядник Куаньє. Він побудував з використанням цього матеріалу декілька будівель, а 1861 року опублікував невеличку брошуру «Застосування бетону в будівельному мистецтві», в якій, зокрема, писав, що залізні стрижні, включені до бетону, збільшують несучу здатність бетону. Та відкриття Куаньє теж не мало продовження. Його фірма збанкрутувала.

Тому честь відкриття залізобетону пов'язується з ім'ям іншого француза – Жозефа Моньє. Є якась дивна іронія в тому, що два професійні будівельники, попри всі зусилля, не змогли впровадити в будівельну практику залізобетон, але це вдалося зробити людині, вельми далекій від будівництва, котра і винахід свій зробила абсолютно випадково. Моньє працював садівником в садівничій фірмі «Брати Флер» у Версалі. З 1861 року він почав проводити досліди з виготовлення з піску і цементу садових кадовбів. Незабаром йому вдалося зробити бетонний кадівб, у якому було посаджено апельсинове дерево. Через деякий час Моньє виявив тріщини в стінках цього кадовба. Тоді він зміцнив його залізними обручами з дроту. Залізо незабаром почало іржавіти, утворюючи брудно-бурі плями і патьоки на поверхні кадовба. Щоб поліпшити його зовнішній вигляд, Моньє обмазав його зверху цементним розчином. Железоцементная кадівб, що вийшов таким чином, виявився настільки добрий, що Моньє дійшов думки і надалі робити кадовби так само.

Існує думка, що Моньє діяв не тільки дослідним шляхом, але був знайомий з працею Куаньє і запозичив його ідею. Але, як би там не було, йому пощастило більше. Моньє не тільки зажив офіційної слави творця залізобетону, але й зумів отримати з його винаходу деякі матеріальні вигоди. У 1867 році він узяв свій перший патент на переносні садові кадовби із заліза і цементного розчину. Не заспокоївшись на цьому, він почав проводити з цим матеріалом нові експерименти. У 1868 році Моньє побудував в Майсонс-Алфорте невеликий залізоцементний басейн і того ж року взяв патент на залізоцементний резервуар і труби. У 1869 році він зробив патентну заявку на залізоцементні плити й перегородки і побудував залізоцементне перекриття над своєю майстернею. Власне кажучи, з сучасної точки зору, всі ці винаходи ще не були залізобетоном. Моньє, не будучи професійним будівельником, мав вельми приблизні поняття про те, як взаємодіють між собою бетон і залізо. Він, наприклад, рекомендував укладати дротяну сітку в плиті строго посередині її перетину, тоді як найбільш раціонально було розташовувати її в нижній частині конструкції. Проте це жодною мірою не принижує його слави як першовідкривача одного з найчудовіших і широко використовуваних будівельних матеріалів XX століття. Дійсно – до Моньє над створенням залізобетону працювало декілька винахідників, але саме йому належить заслуга його різнобічного практичного застосування.

Раз досягнувши успіху, Моньє і надалі постійно думав над розширенням сфери застосування свого винаходу. У 1873 році він одержав патент на залізобетонний міст, а 1875 року представив експертній комісії його модель, яка витримала випробування навантаженням. Цього ж року винахідник побудував за цією моделлю пішохідний місток з прольотом 16 м і шириною 4 м. У 1878 році йому був виданий патент на залізобетонні балки і шпали, а 1880 року – об'єднаний патент на всі заявлені ним раніше конструкції. Тоді ж він зробив заявки на свої винаходи в Німеччині і Росії.

Не можна, втім, сказати, що новий матеріал відразу дістав повсюдне визнання. Великомасштабне застосування залізобетону почалося тільки в наступному столітті, коли залізобетонні конструкції Моньє були вдосконалені іншими інженерами і коли було розроблено фундаментальне вчення про залізобетон, що розкрило його чудові властивості. У 1879 році німецький інженер Вайс, котрий мав свою будівельну фірму, зацікавився залізобетоном і купив у Моньє патентне право на застосування його системи в Німеччині. Услід за тим він скуповував і решту його патентів. Саме завдяки Вайсу новий матеріал став широко відомий. У 1886 році за вказівкою Вайса були проведені наукові досліди з дослідження властивостей залізобетону, що дали чудові результати. Проте дійсно самостійним і новим будівельним матеріалом залізобетон став лише після того, як Вайс 1887 року переніс арматуру з середини перетину, куди її укладав Моньє, в нижню зону балки або плити, що зазнавали в цій частині найбільшого навантаження на розтяг. Відомо, що Моньє, побачивши виготовлення плити на одному з берлінських будівництв, запротестував проти нової технології, сердито запитавши: «Скажіть, хто винахідник цієї конструкції – ви чи я?» На це Вайс спокійно відповів: «Ви перший з'єднали залізо з бетоном, і тому я називаю цю конструкцію системою Моньє, але я перший правильно розташував залізо і бетон, хоча, на жаль, я не міг одержати на це патенту». Завдяки новаторству Вайса проліт залізобетонної плити був збільшений до 5 м. З того часу залізобетонні плити почали одержувати дедалі багатогранніше застосування в будівництві.

Залізобетон, наприклад, справив справжню революцію в мостобудування, давши змогу вирішити безліч утруднень, що до цього здавалися непереборними. Раніше для спорудження мостів застосовували тесані камені точних розмірів і залізо спеціальних марок. Для укладання на місце важких каменів і елементів металевих конструкцій були потрібні могутні підйомні механізми і особливі транспортні пристосування. Тим часом застосування залізобетонних конструкцій не вимагало крупних засобів, оскільки більшу частину їх компонентів складали широко поширені в природі пісок і гравій, які можна було видобувати на місці будівництва. Укрите в бетон залізо не іржавіло і зберігало свою міцність набагато довше. Разом з тим залізобетон показав високу вогнестійкість. Тоді як залізні балки швидко руйнувалися при великій пожежі, залізобетонні конструкції витримували дію сильного вогню протягом 4-5 годин. Чималий інтерес до залізобетону з'явився після грандіозної пожежі в Балтіморі 1904 року, коли згоріло і зруйнувалося близько 300 великих будівель, побудованих із застосуванням відкритих залізних конструкцій. Відтоді всі несучі конструкції робили тільки із залізобетону. Щонайширше застосування одержав залізобетон і у фортифікації, оскільки показав учетверо більшу міцність порівняно із звичайним бетоном.