Historia betonu sięga wielu lat, materiał ten był używany do prac remontowo-budowlanych w starożytnym Egipcie, Indiach, Rzymie. A zbudowane tysiące lat temu budynki stoją do dziś, choć niektóre z nich są częściowo zniszczone. Wytrzymałość i niezawodność, trwałość betonu sprawiają, że jest on dziś niezbędnym materiałem do różnego rodzaju prac.
Beton jest rodzajem sztucznego materiału budowlanego, który otrzymuje się przez zmieszanie w określonych proporcjach różnych składników.
Podstawą betonu jest Cement jako spoiwo, piasek i kruszony kamień / żwir, które działają jak wypełniacze, a także woda potrzebna do ugniatania mieszanki i rozpoczęcia reakcji hydratacji. Do kompozycji betonu można również wprowadzić różne dodatki, które poprawiają lub zmieniają określone właściwości materiału.
Cement otrzymuje się przez dokładne zmielenie gipsu i klinkieru. Klinkier jest produktem równomiernego wypalania w wysokiej temperaturze do stanu spiekania surowcowej jednorodnej masy, która składa się z gliny (z przewagą krzemianów wapnia), wapienia. Sam cement, podobnie jak beton wytwarzany na jego bazie, może odpowiadać różnym markom pod względem wytrzymałości, zdolności do wytrzymywania obciążeń, wpływu temperatur itp.
W zakresie zastosowania beton jest prosty i specjalny, co wiąże się ze wzmocnieniem pewnych cech (mrozoodporność, odporność na ciepło, izolacja termiczna). W niektórych przypadkach jako spoiwo nie stosuje się cementu, ale inne składniki (w ten sposób betony dzieli się na gips, ekspandowaną glinę, krzemian itp.). Różne mogą być wypełniacz (na bazie kruszonego kamienia, żwiru itp.), struktura materiału, jego gęstość, cechy twardnienia itp.
Pochodzenie betonu
Trudno jest jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie, kiedy pojawił się Beton. Podobnie jak inne materiały budowlane, droga rozwoju mieszanka betonowa przeszła dość długą drogę. Tak więc podczas wykopalisk na brzegu Dunaju uczestnicy ekspedycji archeologicznej znaleźli pozostałości mieszkania sprzed 5000 lat z podłogami o grubości 25 centymetrów z prehistorycznego betonu: czerwona glina była lepka w roztworze, ale drobny piasek rzeczny wzmocnił konstrukcję.
Niektóre przykłady skutecznego wiązania małych / dużych kamieni różnymi roztworami znane są od czasów Egipcjan, Fenicjan, Babilończyków, Kartagińczyków. Najwcześniejsze użycie betonu pochodzi z 1950 roku p. n. e. – do tego czasu należy materiał znaleziony w grobie Tebesa (teve) w Egipcie. Na długo przed naszą erą beton był używany do budowy monolitycznego sklepienia piramidy Neem, galerii egipskiego labiryntu(3600 lat p. n. e.).
Egipcjanie używali wapna i gipsu jako spoiwa. A 25 lat temu świat był zaskoczony raportem szwajcarskiego profesora chemika Josepha Davydowitza, że piramida Cheopsa została wykonana z bloków betonu geopolimerowego. W masie jednego z wapiennych bloków profesor znalazł ludzkie włosy i mógł się tam dostać tylko przez ugniatanie roztworu.
Uczony szukał dalej i znalazł na ścianie napis z okresu III dynastii. Kiedy hieroglify zostały rozszyfrowane, znaleziono przepis na przygotowanie starożytnej wersji betonu i do tego okresu można przypisać pochodzenie betonu. W procesie niezależnych badań okazało się, że podstawa wielkich piramid wykonana jest z naturalnych wapieni, ale górne rzędy powstały z betonu wykonanego na bazie okruchów piaskowca, popiołu palmowego, sody z wody Nilu.
Wiele napisano o budynkach z okresu Cesarstwa Rzymskiego, wzniesionych z użyciem „betonu” jako głównego materiału konstrukcyjnego. Naukowcy uważają, że po raz pierwszy zaczęli stosować prawdziwe spoiwa cementowe (nie wapno, jak w przypadku starożytnych budowli) w południowych Włoszech w II wieku p. n. e.
Wielu przypisuje Rzymianom właśnie wynalezienie cementu, ponieważ nawet niektóre nazwy są stąd zapożyczone. Tak więc specjalny rodzaj popiołu wulkanicznego o nazwie” pucolan ” został użyty po raz pierwszy w pobliżu miasta Pozzuoli w Zatoce Neapolitańskiej, a także był szeroko stosowany w cemencie. Od miasta wzięła się nazwa samego rodzaju spoiwa, zwanego dziś cementem pucolanowym.
Budowa portu Aemelia (dużej konstrukcji z 193 rpne) wykorzystywała pucolan w celu skutecznego wiązania kamieni w celu uzyskania betonu. Jest to niezwykły rodzaj popiołu, który rozpoczyna reakcję chemiczną z wodą i wapnem, a następnie wzmacnia się w stałą masę (podobną właściwościami do skały), która nie boi się nawet zanurzenia w wodzie. Cement ten był używany przez Rzymian do budowy doków, mostów, wodociągów, kanalizacji burzowej, budynków.
Beton rzymski
Beton rzymski układano warstwami w formie mieszanki, z którą pracowano ręcznie. Zwykle betonem wylewano kamienie o różnej wielkości, układając je po obu stronach kamieniami glinianymi (jeśli jest to dolna część budynku). Ściany powstały z betonu i kamieni, które działały jako forma zaprawy. Cegły te miały nie tyle znaczenie konstrukcyjne, ile były używane w celu ułatwienia procesu budowy, a także w postaci elementów dekoracyjnych.
Ten typ konstrukcji umożliwił ten sam materiał „pucolan”, który był często używany w Rzymie, okolicach Neapolu, ale nigdy w północnej części kraju lub innych regionach Imperium Rzymskiego.
Wiele budynków użyteczności publicznej, w tym modne rezydencje w Rzymie i dobrze znany Panteon, zostało wykonanych z betonowych cegieł używanych do budowy sklepień i ścian. Kopuła Panteonu, która została wzniesiona w II wieku n. e., jest nadal uważana za jedno z najbardziej uderzających arcydzieł budowlanych wszechczasów.
Niezwykle złożona konstrukcja z dużą liczbą pustych przestrzeni i nisz zmniejszających masę, a także małymi sklepionymi sufitami. Budowniczowie Panteonu mieli wystarczającą wiedzę, aby zastosować ciężkie elementy na poziomie gruntu, zmniejszyć gęstość konstrukcji w ścianach powyżej, a w samej kopule zmniejszyć obciążenie do wartości, która pozwala Panteonowi stać do dziś bez zniszczenia.
Duża rozpiętość Panteonu o wielkości 142 stóp przyćmiła swoim blaskiem małe wstępne przęsła, tworząc żywy i niezwykły efekt, który można uznać za prawdziwą rewolucję architektoniczną tamtych czasów, zwłaszcza jeśli chodzi o postrzeganie całej przestrzeni wewnętrznej.
Najprawdopodobniej z powodu niedostępności i braku pucolanu na świecie ten rodzaj betonu nie był używany w innych miejscach, a głównym materiałem budowlanym były kamienie-cegła. Większość znaczących budynków na świecie przez wiele stuleci była budowana przy użyciu tej metody.
W XVIII wieku. we Francji zastosowano inny rodzaj betonu: tutaj ściany z gruzu pokrytego tynkiem wykonano w postaci muru, który w tamtych czasach był uważany za modny. Tak więc murarz z Lyonu, François Kuantero, szukał ekonomicznej metody tworzenia ścian ogniotrwałych za pomocą zaprawy cementowej, połączonej ze starożytną techniką Adobe lub „sprasowaną ziemią”.
Technika Adobe polega na zastosowaniu szalunku drzewnego, który został wypełniony mieszaniną gliny z ziemią lub słomą, a następnie ubijaniem. Ale potem proces ubijania stał się nieistotny z powodu zastosowania mocnych i nowych cementów. W 1824 roku brytyjski Murarz Joseph Aspdin opatentował ulepszony cement, któremu nadał nazwę Portland ze względu na podobieństwo do kamienia naturalnego wydobywanego na sąsiedniej wyspie Portland.
Powszechnie uważa się, że to Aspdin jako pierwszy zastosował wysokie temperatury w celu podgrzania tlenku glinu, a także materiałów kwarcowych do punktu zeszklenia, co doprowadziło do stopienia materiałów. Cement jest dziś wytwarzany w ten sam sposób. W XIX wieku. beton był używany w Europie do budowy budynków, najczęściej przemysłowych, ponieważ materiał ten był trwały, niedrogi, co pozwala przyspieszyć proces budowy.
Zastosowanie zbrojenia
Istnieje wiele kontrowersji dotyczących odpowiedzi na pytanie, Kto wynalazł beton i samą zasadę zbrojenia. Większość badaczy zgadza się, że pierwszym udanym przykładem wzmocnienia betonowego monolitu była praca Wielkiego właściciela ziemskiego z południa Francji, Pana Lambeau.
Na początku lat pięćdziesiątych XIX wieku, podczas budowy kilku łodzi wiosłowych, Jean-Louis Lambeau wzmocnił je drucianą siatką i żelaznymi prętami. Widział, że wynalazek przyniósł rezultaty i chciał wykorzystać materiał w różnych dziedzinach budownictwa. W tym celu Jean-Louis złożył wniosek w 1856 r.o patent w Belgii i Francji, opisując Beton.
Opis brzmiał następująco: jest to ulepszony materiał budowlany, który można stosować zamiast drewna w konstrukcjach architektonicznych i morskich, a także do realizacji różnych celów domowych, w których bardzo ważne jest unikanie wilgoci.
Już w 1856 roku tynkarz William B. Williamson zbudował mały dwupiętrowy domek, wzmacniając betonową podłogę i dach żelaznymi prętami i liną. Otrzymał brytyjski patent na beton zbrojony i udało mu się wymyślić, zbudować kilka podobnych konstrukcji, działając jako protoplasta pierwszych budynków z żelbetu.
W 1867 roku francuski ogrodnik Joseph Monier otrzymał patent na wzmocnienie wanien ogrodowych, a następnie był w stanie wydać patent na wzmocnione belki, Pale, które są stosowane do wykonywania ogrodzenia dla kolei i dróg.
Następnie udowodniono, że Monierowi udało się wymyślić sposób na wzmocnienie betonu, ponieważ nigdy nie wiedział, w jaki sposób Wilkinson wykonał swoje wzmocnienie w celu wzmocnienia.
Wzmocnienie podłogi
Po raz pierwszy szeroko stosowano cement portlandzki w budowie budynków pod kierunkiem francuskiego budowniczego François Coignier. W latach 1850-1880 rozpoczął budowę kilku dużych betonowych domów we Francji i Wielkiej Brytanii. W tych domach po raz pierwszy zastosowano żelazne pręty do wylewania podłogi, aby wyeliminować ryzyko rozchodzenia się ścian. Później François użył zbrojenia jako elementów giętych w różnych konstrukcjach.
Pierwszym etapem zastosowania żelbetu w budownictwie była budowa konstrukcji przez amerykańskiego inżyniera mechanika Williama E. Warda. Było to w latach 1871-1875. Zbudowany wówczas dom stoi do dziś, można go znaleźć w Port Chester (w stanie Nowy Jork). Budynek stał się znany dzięki staranności i uważności, z jaką Pan Ward prowadził wszystkie swoje sprawy, starannie badając i dokładnie dokumentując każdy krok.
William chciał zbudować bezpieczny dom, ponieważ jego żona bardzo bała się ognia. Wykonanie projektu i inżynierii powierzono architektowi Robertowi Muckowi, który rozpoczął pracę w 1870 roku. Budynek ten miał z wyglądu przypominać kamieniarstwo, stać się społecznie akceptowalnym rozwiązaniem wielu zadań.
Wszystkie problemy techniczne i budowlane Ward rozwiązał samodzielnie, spędzając dużo czasu na przeprowadzaniu testów obciążenia, różnych eksperymentów. W odniesieniu do mieszanki budowlanej użyto słowa pochodzenia francuskiego beton. W 1883 roku Ward wygłosił przemówienie do American Society of Mechanical Engineers, które dotyczyło łączenia betonu z żelaznymi prętami.
Publiczność nie była zbyt uważna, ponieważ bardziej zainteresowała się unikalnymi systemami ogrzewania i zaopatrzenia w wodę niż żelbetem, nie rozumiejąc znaczenia odkrycia i rozwoju.
W 1879 roku niemiecki budowniczy Ga Weiss nabył prawa do patentu na system Monier, rozpoczynając stosowanie konstrukcji żelbetowych w Austrii i Niemczech, gdzie reklamowano je pod nazwą „System Weiss-Monier”. Wiele budynków zostało później zbudowanych również we Francji.
Monolityczna konstrukcja ramy
Pod koniec XIX wieku równolegle rozwijała się technologia tworzenia szkieletowych konstrukcji żelbetowych. W Niemczech i Austrii pracował G. A. Weiss, w USA Ernest L. Ransom, we Francji François Ennibeck. Pod koniec lat siedemdziesiątych XIX wieku L. Ransom został kierownikiem odnoszącej sukcesy firmy zajmującej się produkcją bloków betonowych z kamienia sztucznego w San Francisco.
To tutaj po raz pierwszy zastosowano zbrojenie w 1877 roku, aw 1884 roku system został opatentowany. System ten przewidywał obecność skręconych kwadratowych prętów w konstrukcji, które miały zwiększyć przyczepność między zbrojeniem a betonem. Największe dzieło tamtych czasów-Leland Stanford (mieszczące się w Muzeum Uniwersytetu Stanforda) – jest pierwszym budynkiem, w którym zastosowano technologię odsłoniętego Na Zewnątrz betonowego wypełniacza.
Ransom był również odpowiedzialny za kilka budynków produkcyjnych w New Jersey (stan Pensylwania) tak, w latach 1903-1904 zbudowano warsztat mechaniczny Kelly ’ ego i Jonesa (USA, Miasto Greensburg). System Ransom został wykorzystany do budowy budynku Ingalls w Cincinnati w 1904 roku. Był to pierwszy 16-piętrowy betonowy wieżowiec (wysokość 210 stóp) zaprojektowany przez firmę Elsner i Henderson.
W międzyczasie Murarz François Ennibeck po drugiej stronie Atlantyku stał się odnoszącym sukcesy wykonawcą w Paryżu, gdzie uzyskał patenty w Belgii i Francji na system budowlany Ennibeck i zaczął zakładać swoje przedstawicielstwa w większości dużych miast. Francois rozwinął nowy sposób poprzez organizowanie konferencji, tworzenie standardów w ramach swojej sieci firm. Większość jego budynków należała do budynków przemysłowych.
Kiedy firma Ennibecka przeżywała ożywienie, tworzył rocznie około pół tysiąca kontraktów i tym samym przyczynił się do szybkiego wzrostu liczby konstrukcji żelbetowych w całej Europie.
Betonowe kopuły i sklepienia
Dzięki pojawieniu się żelbetu możliwe stało się budowanie nowego typu budynków o cienkich ścianach. W 1930 roku genialny Hiszpański inżynier Eduardo Torroja stworzył niską kopułę o grubości 3.5 i szerokości 150 stóp na rynek w Algeciras. Do rozciągania używał lin stalowych. Ponadto Torroja był autorem eleganckiego wspornikowego dachu stadionu znajdującego się na madryckim hipodromie, który powstał w 1935 roku.
Prawdziwym mistrzem konstrukcji panelowych był matematyk, architekt i inżynier Felix Candela. W większości praktykował w Meksyku: stworzył laboratorium promieniowania kosmicznego dla Uniwersytetu w Meksyku, z dachem o grubości 5/8 cala. Paraboloidalna forma sklepienia stała się prawdziwym znakiem towarowym architekta, w swoim czasie udało mu się skorzystać z taniej siły roboczej, dlatego stworzył wiele kościołów i fabryk wokół Mexico City o tej samej formie konstrukcji.
Najbardziej uderzającą i znaną konstrukcją kandeli był budynek restauracji w Hochimilko, który został zbudowany w 1958 roku i zawierał sześć paraboloidalnych sklepień o tej samej konstrukcji.
Dalsze wykorzystanie betonu we współczesnej architekturze
Jednym ze słynnych architektów pracujących z betonem był Le Corbusier. Bardzo nie zgadzał się z pracodawcami, odmawiając zastosowania klasycznej bazy projektowej w projektowaniu. Później, stając się szanowanym architektem, Le Corbusier całkowicie przeszedł na żelbet.
Najbardziej znane prace architekta: zbudowana z paneli płaskiej konstrukcji Villa Savoy (1931), kamienice przy ul pilotes w Marsylii i Nantes (koniec lat 40.), wzniesiona ze ścianami z betonowego muru kaplica Ronchamp (1957), Klasztor La Tourette (1959), kompleks rządowy przy Chandigarh (Indie, 1961).
Le Corbusier aktywnie interesował się grą naturalnego światła, wykorzystując je jako element projektu, w czym pomagał mu beton z całą różnorodnością jego tekstury i odcienia.
W 1919 roku Mies van der Rohe przedstawił ideę konstrukcyjnej podstawy w budynkach o dużej wysokości, wykonanej z wspornikowej płyty stropowej. Wright zrealizował ten pomysł w Johnson Towers (Wisconsin). Kompleks został uznany za najlepsze dzieło Wrighta, w którym wszystkie jego pomysły zostały zrealizowane.
Beton o wysokiej wytrzymałości i wysokie budynki
Rozwój budowy wieżowców z betonu był powolny, ale pewny, od czasu wzniesienia w 1904 roku budynku Ingalls. Gigantyczne i średnie wieżowce z lat trzydziestych XX wieku zostały całkowicie stworzone z konstrukcji żelbetowych. Pierwotnie była to Johnson Wax Tower, a następnie zbudowano bliźniacze wieże w Chicago kompleksu Marina City.
Wieżowiec w Chicago został zbudowany w 1962 roku, To właśnie on symbolizował początek stosowania żelazbetonu w budowie nowoczesnych wieżowców, stając się konkurentem dla budynków na stalowej ramie. Tak, zbudowany w Montrealu w 1964 roku wieżowiec osiągnął wysokość 624 stóp.
Wzmocniony beton stał się kluczem do zwiększenia wysokości budynków wraz z zachowaniem rozsądnej wielkości kolumn na niższych piętrach. Wieżowiec Shell Plaza, wzniesiony w 1970 roku w Houston, osiągnął wysokość 714 stóp. Największe stężenie wieżowców z utwardzonego betonu zrodziło Chicago z dużymi zapasami wysokiej jakości popiołu lotnego (który również przyczynia się do zwiększenia wytrzymałości mieszanki cementowej).
Zbudowany w Toronto w 1989 roku wieżowiec osiągnął wysokość 907 stóp, aw 1990 roku dwie wieże w Chicago osiągnęły wysokość 900 stóp, co stało się niespotykane w architekturze tamtych lat. Od tego czasu żelbet jest aktywnie wykorzystywany w budowie małych i dużych budynków, materiał jest istotny w Moskwie i zaginionych wioskach, w naprawach i wielu innych rodzajach prac.
