Чтение онлайн

Усадка — это весьма неприятное свойство. Открытые поверхности, особенно в случае крупногабаритных элементов, в стремлении сжаться растрескиваются, в результате чего уменьшается прочность бетона на растяжение. Но если даже дело не доходит до появления трещин, налицо начальные растягивающие напряжения, которые вскоре увеличиваются под влиянием какого-либо другого фактора. Таким фактором может быть, например, изменение температуры.

В отличие от дерева бетон, так же как и сталь, имеет довольно большой коэффициент температурного расширения — 0,001%. Это значит, что при изменении температуры на 1°С деформации материала составляют 0,01 мм на 1 м его длины. При понижении температуры, когда тела стремятся сжаться, а этому что-либо препятствует, в элементах снова возникают опасные растягивающие напряжения.

Усадка и температурные деформации по ряду причин сильнее всего отражаются на длине элементов или конструкций. Но если природа температурных деформаций более или менее ясна, то с усадкой дело обстоит гораздо сложнее. Она наиболее сильно проявляется в первые дни и месяцы после укладывания бетона и постепенно ослабевает приблизительно в течение года. Об общем характере этого явления дает представление средняя величина деформаций (при средней влажности воздуха и средней температуре), равная приблизительно 0,03%. Если бы подобное свойство имела сталь, оно привело бы к возникновению начальных напряжений в 630 кг/см2! А эта величина составляет 1/3 расчетного сопротивления арматурной стали класса А-I! К счастью (или к сожалению), модуль «упругости» (почему здесь кавычки, мы увидим позже) у бетона значительно меньше и соответственно меньше напряжения усадки. Но во всяком случае этих напряжений достаточно, чтобы бетон растрескался. Предельная деформация бетона при растяжении (в среднем 0,015%) вдвое меньше, чем при усадке, и очевидно, что образование трещин, как правило, неизбежно.

Разнообразие видов бетона огромно. Начав со сверхтяжелых бетонов, применяемых для противорадиационной защиты, мы перейдем к обычным тяжелым (в 2,5 раза тяжелее воды) и наконец достигнем области легких бетонов. Последние благодаря легким естественным (туф, пемза) и искусственным (керамзит, перлит, алгопорит, термозит) заполнителям имеют относительно небольшую массу, а некоторые из них даже легче воды. Именно к ним обращаются апологеты железобетона, когда их упрекают, что бетон как строительный материал слишком тяжел. Поскольку легкие бетоны изучены еще довольно слабо и сравнительно мало применяются, подобные упреки вполне обоснованы, но, вероятно, в недалеком будущем они уже не будут столь справедливы. Чтобы закончить разговор о массе бетона, добавим, что существуют и сверхлегкие его разновидности (до 500 кг/м3), которые, однако, не представляют интереса как конструкционные материалы.

Весьма разнообразны бетоны и с точки зрения специальных требований к ним. Они могут отличаться повышенной водонепроницаемостью, морозостойкостью или стойкостью к воздействию агрессивных сред. Подобной гаммы качественных характеристик нет ни у сталей, ни у пород древесины. Бетон принципиально отличается от стали и дерева значительной пожароустойчивостью. Некоторые специальные марки бетона могут длительное время выдерживать температуры свыше 1000°С!

В последние годы начали применяться так называемые полимербетоны, для которых в качестве добавок используются различные виды термопластов — поливинилхлорид, поливинилацетат и др. Благодаря этому значительно повышается антикоррозионная стойкость бетона, его ударная прочность и сопротивление истиранию, что значительно расширяет область применения этого строительного материала, который и без того наиболее распространен. Со всей определенностью можно сказать, что бетон, и прежде всего армированный бетон (железобетон), — это материал XX в.

Однако сразу же в противовес сказанному выше отметим недостатки бетона как материала для строительных конструкций. Так, например, при выполнении монолитных железобетонных конструкций для опалубки требуется большое количество лесоматериалов, строительство не только удорожается, но и удлиняются его сроки. Этот недостаток преодолевается при строительстве из сборного железобетона. Однако такая форма строительства, естественная и неизбежная для стали и дерева, для железобетона не столь естественна. Вообще говоря, «шлягером» бетона являются классические монолитные конструкции.

Производство бетона является не таким простым, как может показаться на первый взгляд; оно включает изготовление опалубки, армирование, укладку бетонной смеси (с вибрированием), вообще весь процесс строительства здания или сооружения. Кроме того, чтобы получаемые результаты отвечали требованиям сегодняшнего дня, необходимы квалифицированные кадры — бетонщики, плотники-опалубщики, арматурщики, сварщики. И все это ради материала, отличающегося низкой шумо- и теплоизоляционной способностью. Ремонт и усиление железобетонных конструкций в случае их повреждения или аварий в процессе эксплуатации связаны со значительными трудностями и довольно большими затратами времени.

Но есть нечто особенно неприятное. Речь идет о малой прочности самого бетона на растяжение, которая почти в 10 раз ниже, чем его прочность на сжатие. Вследствие этого бетон склонен к трещинообразованию, представляющему большую сложность для человечества. С одной из причин образования трещин — усадкой — мы уже познакомились. Но, к сожалению, это еще не все. Обычный железобетон, как мы потом убедимся, нормально работает при наличии трещин; они (к сожалению) неизбежны при напряжениях и деформациях в бетоне. Но трещины крайне негативно отражаются на общей жесткости элемента и конструкции в целом, не говоря уже о том, что существует опасность коррозии находящейся в бетоне стали.

Из этого положения есть выход, который называется «предварительно напряженный железобетон» (о нем мы узнаем немного позже). Можно сказать, что ни один из недостатков бетона и железобетона нельзя назвать вечным и неустранимым, что само по себе большой плюс этого материала. В сущности, нам уже пора перейти к его плюсам.

Сама технология укладки бетона обусловлена его исключительными архитектурными и конструктивными возможностями: он принимает такую форму, какую мы только пожелаем. Пластичность бетонной смеси позволяет сравнительно легко облечь в плоть наиболее рациональные конструктивные решения, самые эффективные архитектурные замыслы. В этом отношении он единственный, бесценный, незаменимый.

Одна приятная особенность — с годами прочность бетона при благоприятных условиях не только не уменьшается, но даже возрастает. Это свойство делает железобетонные конструкции самыми долговечными, рассчитанными чуть ли не на века. При этом для бетона (за исключением сборных конструкций) не существует проблемы соединений, которая так важна для стали и дерева. Конструкция изготовляется целиком, монолитно и, по существу, представляет собой единый искусственный камень сложной формы с большой несущей способностью. Монолитность обеспечивает значительную жесткость и высокое общее сопротивление опасным горизонтальным усилиям при землетрясениях и ураганах.

Но важно, какой ценой покупаются все эти заманчивые качества. К радости человечества и славе бетона — весьма низкой. Хотя его механические характеристики значительно хуже, чем у стали, но ведь и их стоимость несопоставима. Здесь бетон «берет верх» во многих отношениях. Прежде всего понятие «дефицитность» к нему просто неприменимо: в его состав входят те материалы, которые имеются везде. Что же касается наиболее тонкого и качественного компонента — цемента, то его производство во много раз проще и дешевле, чем производство стали.

После такого «коктейля» из физических, механических, технологических и экономических показателей бетона не может не возникнуть вопрос: что же такое в конце концов бетон?

Если ответ должен быть кратким и ясным, он будет звучать так: самое грубое и неоднородное тело, созданное человеком.

Разные по величине зерна песка и гравия, связанные в произвольную структуру цементным камнем, совершенно хаотично расположенные крупные и мелкие частицы, поры и пустоты, заполненные водой и воздухом, микротрещины и капилляры — вот что такое бетон.