Железобетон

DjVu

      ВВЕДЕНИЕ

      Железобетон является одним из наиболее широко применяемых строительных материалов нашего времени.
      В военном строительстве из железобетона возводят различные огневые сооружения (пулеметные, орудийные), наблюдательные пункты, различного вида противотанковые препятствия, убежища, склады под боеприпасы, для хранения горючего и продуктов питания, медицинские помещения, разные укрытия и т. д.
      В отличие ют других строительных материалов, изготовленных на минеральных вяжущих веществах, бетон способен хорошо затвердевать в воде. Это замечательное свойство бетона позволяет применять его для сооружений Военно-Морского Флота: строить причальные устройства, молы, доки, маяки.
      Бетон и железобетон нашли себе применение и в аэродромном строительстве. Из них возводят ангары, строят взлетно-посадочные площадки, склады и другие сооружения, предназначенные для обслуживания Военно-Воздушного Флота.
      В настоящее время почти нет такой области строительства, где бы не применялись эти материалы. Из бетона и железобетона создают фундаменты под доменные и мартеновские печи, прокатные станы и механические молоты, прессы и станки. Бетон и железобетон применяют при строительстве водонапорных башен, пассажирских и товарных платформ, эстакад и мостов, стадионов и плавательных бассейнов. Фундаменты зданий, сваи, колонны, балки, лестничные площадки, балконы, подоконники, ограды, опоры и мачты линий электропередач и связи — все это делается теперь в основном из железобетона.
      Нет нужды говорить о том, насколько важны хорошие дороги для нашей страны с ее огромными пространствами.
      Нам надо развивать строительство цементнобетонных дорог. Это самые лучшие дороги. Асфальтовая дорога — это дорога на десять лет, цементнобетонная дорога — это дорога на сотню лет. Как говорится, мы не так богаты, чтобы дешево строить. Дорого, то есть добротно, капитально построишь, как говорил Никита Сергеевич Хрущев, забудешь, когда строил!
      Применение сборных железобетонных плит в строительстве дорог уменьшает зависимость строителей-дорожников от условий погоды, позволяет получить покрытие, пригодное для движения транспорта сразу же после укладки плит.
      В Москве и в ряде других городов нашей страны в фундаменты под многоэтажные здания уложено десятки тысяч кубометров железобетона. Стальной каркас в этих зданиях окружен со всех сторон бетоном.
      Глубоко под Москвой проложены десятки километров тоннелей метро. В тоннелях и станциях метро уложено много бетона и железобетона. В транспортном строительстве применяются конструкции сборных железобетонных мостов, трубы, столбы, шпалы и т. д.
      Тысячи километров железобетонных труб уложено в земле для водопровода и канализации. В огромных железобетонных трубах в ряде городов спрятаны русла рек.
      Железобетон применяется и в шахтном строительстве: для обделки горизонтальных и вертикальных горных выработок, устройства подъемных копров над стволами шахт и в качестве стоек и прогонов для крепления забоев.
      В настоящее время из железобетона сооружаются даже баржи и различного типа суда. Опоры под мосты и нефтеносные морские вышки прямо в воде (на глубине даже десятков метров) строятся также из бетона и железобетона.
      Особенно велико значение бетона в строительстве гидроэлектростанций. Большим достижением послевоенного времени является строительство грандиозных гидроэлектростанций на Волге — в районе Куйбышева и Сталинграда — и на реках Сибири. Мощность строящихся сейчас в стране гидроэлектростанций почти втрое превысит мощность всех гидроэлектростанций, действовавших к началу 1954 года.
      Для создания гидроэлектростанций требуется много бетона. На строительстве одной только Куйбышевской ГЭС будет уложено свыше 6 миллионов кубических метров этого материала. Каждый час там укладывается около тысячи кубометров бетона. Это почти 700 килограммов в секунду — настоящая «река бетона»!
      Мы должны строить быстро, прочно, экономично. Для этого необходимо коренным образом улучшить строительное дело, повысить производительность труда, повсеместно перейти на индустриальные методы строительства с применением сборных конструкций и деталей, изготовленных в заводских условиях, превратить стройки в сборочно-монтажные площадки, строить по типовым проектам. Именно железобетон, как наиболее универсальный и долговечный строительный материал, лучше всего подходит для этих целей.
      Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР в целях улучшения строительного дела обязали нас широко применять в строительстве зданий и сооружений сборные железобетонные конструкции, детали и стеновые блоки. Сборный железобетон — основа индустриализации строительства. Внедрение сборных железобетонных конструкций и деталей заводского изготовления является одним из основных мероприятий, обеспечивающих подъем строительной промышленности. Нашим долгом является скорейшее выполнение этого указания Партии и Правительства.
      На особых заводах, расположенных в Москве, Ленинграде, Киеве, Свердловске, Новосибирске, Караганде и других больших и быстро растущих городах, из сборного железобетона в настоящее время начинают изготовлять целые части зданий: фундаменты, колонны, балки, прогоны, стеновые панели, перекрытия, готовые лестницы. На строительной площадке остается лишь соединить эти части, и дом готов!
      Замена металлических конструкций железобетонными дает возможность высвободить большое количество металла, необходимого для нужд машиностроения и других целей. Применение сборного железобетона не только позволяет экономить металл, но и обеспечивает значительное повышение производительности труда строительных рабочих и ускоряет темпы строительства.
      Сборное строительство открывает перед нами большие возможности в части экономии средств, материалов, повышения выработки, а следовательно, и роста заработной платы строителей. Так, например, при замене стальных конструкций железобетонными расход металла в одноэтажных промышленных зданиях уменьшается не менее чем в два раза. По сравнению с монолитным бетоном трудоемкость работ снижается примерно в три раза. Потребность в лесоматериалах в жилищном строительстве сокращается на 20—25 процентов. Кроме того, железобетонные конструкции значительно более долговечны, стойки против коррозии и огнестойки чем металлические.
      Стоимость крупноблочного строительства по сравнению со строительством из кирпича снижается на 12 процентов, а сборность повышается с 38 процентов до 85 процентов. При крупноблочном строительстве резко повышается производительность труда. За 8 часов два каменщика выкладывают кирпичную стену объемом в 3,5 кубических метра. За это же время два монтажника монтируют стену из крупных блоков объемом в 25 кубических метров.
      Передовой опыт строителей Ленинградского городского строительного управления, треста «Ростовстрой» и других организаций показывает, что один блок, на укладку которого монтажник тратит 15 минут, заменяет примерно 800 кирпичей, что составляет среднюю дневную выработку каменщика. Трест «Магнитострой» строит четырехэтажные жилые дома из крупных панелей около четырех месяцев. В Москве управление «Москультстрой» на строительстве здания школы из крупных блоков снизило на 30 процентов трудовые затраты на кубический метр здания по сравнению с затратами при строительстве школьных зданий из кирпича.
      В жилищном строительстве сборный железобетон, обеспечивая большую долговечность и огнестойкость зданий, позволяет также значительно снизить расход лесоматериалов, обычно затрачиваемых в монолитном железобетоне на подмости (леса) и опалубку.
      После известного постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 года широко развернулось строительство заводов и полигонов по изготовлению сборного железобетона. По существу заново создается важнейшая отрасль современной строительной индустрии — промышленность сборного железобетона.
      В 1955 году Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О мерах по дальнейшей индустриализации, улучшению качества и снижению стоимости строительства».
      Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР в своем постановлении отметили, что решающим условием коренного улучшения строительного дела являются непрерывный технический прогресс и дальнейшая индустриализация строительства. Путем широкого развития производства и применения сборных конструкций и деталей надлежит до конца искоренить кустарные методы ведения строительных работ. Строительные площадки должны быть превращены в монтажно-сборочные. Массовое применение сборных конструкций и деталей, и в первую очередь железобетонных, в сочетании с комплексной механизацией работ — основной путь к сокращению сроков строительства, резкому повышению производительности труда и снижению стоимости строительства.
      В соответствии с этим утвержден план производства сборных железобетонных конструкций и деталей: в 1956 году — 9 млн. кубических метров и в 1957 году — 13,8 млн. кубических метров.
      Применение сборных железобетонных конструкций, как уже говорилось, позволяет значительно экономить металл и лесоматериалы, сократить трудовые затраты и сроки строительства. Между тем в практике промышленного, гидротехнического, транспортного, а также жилищно-гражданского строительства до сих пор преобладают монолитный железобетон, металлические и деревянные конструкции, а сборные железобетонные конструкции применяются недостаточно.
      Современная техника и положительный опыт, накопленный передовыми строительными и проектными организациями, позволяют широко применять в строительстве сборные железобетонные конструкции, в том числе конструкции с предварительно напряженной арматурой. Нам необходимо как можно скорее перейти на широкое применение сборных железобетонных каркасов, ферм, балок и других конструкций зданий взамен металлических. Следует смелее применять крупноразмерные железобетонные панели для перекрытия жилых, культурно-бытовых и промышленных зданий, крупные панели из легких бетонов для покрытий зданий, лестницы из сборных железобетонных офактуренных маршей и площадок.
      В строительстве промышленных и жилых зданий необходимо внедрять сборные бетонные и железобетонные конструкции фундаментов и стен подвалов. Опыт работы строительных организаций Москвы, Ленинграда и ряда других городов показывает, что применение сборных фундаментов в жилищном строительстве взамен бутовых и бутобетонных значительно уменьшает трудоемкость и снижает их стоимость.
      Необходимо широко внедрять в практику строительства крупные офактуренные стеновые блоки и панели. Их применение позволяет значительно ускорить сроки строительства зданий.
      Коммунистическая партия и Советское правительство поставили перед партийными, советскими, сельскохозяйственными органами, колхозами, совхозами и МТС, перед всем советским народом ответственную задачу — добиться крутого подъема всех отраслей социалистического сельского хозяйства.
      В колхозах, совхозах, МТС развернулось большое строительство. Механические мастерские, помещения для скота, силосные башни и траншеи, теплицы, парники — все это может быть построено и уже начинает строиться из сборных бетонных и железобетонных элементов: камней, балок, арок-рам, стеновых и перегородочных панелей, покрытий и перекрытий. Только в 1956—1957 годах на основании решений Партии и Правительства из сборного железобетона предусмотрено построить миллионы квадратных метров площади сельскохозяйственных зданий.
      Бетон и железобетон находят применение и на строительстве межколхозных гидроэлектростанций.
      В настоящее время установлено, что различного вида здания и сооружения, выполненные из железобетона, более устойчивы при взрывах атомных бомб, чем строения из кирпича, из естественных каменных строительных материалов, не говоря уже о деревянных сооружениях. Бетон значительно ослабляет проникающую радиацию, возникающую в результате ядерных реакций при атомных взрывах, и хорошо защищает людей от ударной волны и светового излучения.
      Бетон применяют также в качестве «биологической защиты» в ядерных реакторах (в ядерных котлах) при промышленном использовании ядерной энергии.
      Что же представляют собой бетон и железобетон, каковы их свойства, как они изготовляются — об этом мы и расскажем в этой книжке.
      Вначале мы расскажем о том, что представляет собой бетон, из чего его изготовляют, о свойствах бетона, о том, какие бывают бетоны. Затем мы перейдем к изложению истории возникновения и развития железобетона, к его свойствам, к его применению и к тому, как восстанавливают поврежденные железобетонные конструкции. Далее мы расскажем об изготовлении бетона и железобетона, о работе бетонных заводов, о производстве сборного железобетона, о возведении монолитных железобетонных конструкций, а также о бетонировании под водой. В заключение мы расскажем о применении бетона и железобетона как одного из средств противоатомной защиты.
     
     
      1. ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ БЕТОН?
     
      1. Искусственный камень
     
      Бетон — это искусственный камень. Он получается в результате отвердевания смеси из вяжущего вещества, воды и различного размера каменных частиц-заполнителей (песка, гравия или щебня), взятых в определенных соотношениях. Вяжущее вещество, смешанное с водой, образует тесто, способное склеивать каменные частицы между собой, создавая из них бетон. До затвердевания смесь каменных частиц с вяжущим веществом и водой носит название бетонной смеси, и лишь когда она окаменеет, ее называют бетоном.
      Бетон в наши дни в основном изготовляют на искусственном минеральном вяжущем веществе — цементе. Однако, кроме цемента, для производства бетона пользуются и другими минеральными вяжущими: известью, гипсом и глиной. Для приготовления бетонов пользуются и органическими вяжущими (битумом, дегтем, различными смолами), применяемыми обычно для производства асфальтового бетона, известного чаще всего под названием асфальта.
      Иногда зимой, в особенности в северных районах нашей страны, при устройстве сооружений применяется так называемый ледяной бетон, в котором роль связующего выполняет замерзшая вода — лед. Этот вид бетона называется «бетоном» условно (в нем нет вяжущего, он существует лишь зимой), поэтому в дальнейшем в книге он нами не рассматривается.
      Для изготовления железобетона применяется цементный бетон, то есть бетон, полученный на основе цемента.
      Сходное с бетоном строение имеют некоторые природные камни. Таковы, например, песчаники, конгломераты, брекчии.
      Песчаник состоит в основном из мелких зерен песка, конгломерат — из более крупных округленных каменных частиц — гравия и гальки, а брекчия — из обломочных каменных частиц. Все эти частицы склеены, сцементированы различными природными вяжущими — глиной, известью, гипсом, кремнеземом и др.
      Миллионы лет уходят на образование естественных камней в природных условиях. Бетон же на цементе изготовляют в течение всего нескольких дней, а иногда, в пропарочных камерах или автоклавах, даже за 12—16 часов!
      Цемент, при помощи которого в настоящее время приготовляют современный цементный бетон, изобретен сравнительно недавно — в начале XIX века.
      Бетон же, как искусственный каменный строительный материал, на других минеральных вяжущих известен с глубокой древности. Почти 6000 лет назад в Египте из искусственных камней была построена пирамида Нимуса. Сохранились остатки вавилонских бетонных сооружений. Бетон на известковом растворе применялся древними греками и карфагенянами. Из него в те времена выполнялись стены крепостей и зданий, резервуары для воды, водоводы и дороги.
      Значительная часть Великой Китайской стены, сооруженная в III веке до нашей эры, воздвигнута также из искусственных каменных материалов.
      Применялся бетон и в древнем Риме. Знаменитый храм Пантеон, воздвигнутый римлянами в начале нашей эры, был перекрыт бетонным куполом диаметром в 40 метров. Римлянами бетон использовался также в подводных частях сооружений. Некоторые из них частично сохранились до настоящего времени: мол в Поццуоли близ Неаполя, так называемый мост Калигулы и другие. В Мексике найдены бетонные фундаменты зданий, построенных несколько тысяч лет назад.
      Так же давно началось применение бетона на территории нашей Родины. В древнем государстве Урарту еще в VIII веке до нашей эры бетон был применен при постройке города Аргиштихинили (ныне город Армавир). Различного вида бетоны применялись также и в древнерусских городах: Новгороде, Киеве, Москве, Владимире и других.
      Чем же строители в древности склеивали камни?
      Вначале они для приготовления бетона применяли глину, а затем, с развитием строительной техники, гипс и известь.
      Еще в древности строители, смешивая глину с травой или соломой, заметили, что из такой массы удобно делать камни: высушенные на солнце, они были достаточно прочны для постройки жилищ. Так был создан простейший вид бетона — глинобетон. Еще и сейчас в степных районах нашей страны — на Украине, в Средней Азии — этот строительный материал находит применение. Примешивая к глине соломенную резку, получают массу, из которой приготовляют камни различного размера — саман.
      Еще до нашей эры вяжущие материалы стали получать искусственно, путем обжига. Первым таким вяжущим был гипс, получаемый из гипсового камня. Бетон с таким вяжущим называют гипсобетоном.
      Гипсобетон применяют в строительстве и сейчас. Из него делают различные архитектурные детали (карнизы, розетки), огнезащитные плитки для обделки стальных конструкций, плиты и доски для перегородок и в качестве сухой штукатурки, камни для несущих стен в районах, где имеется много гипсового камня и длительное время сохраняется сухая погода.
      Позднее, когда научились обжигать известняк и изготовлять из него известь, последнюю стали применять в качестве вяжущего материала для создания нового вида бетона — известкового. Из известкового бетона сейчас делают главным образом подготовки под полы.
      Однако все эти вяжущие — глина, гипс, известь — обладают существенными недостатками. Глина быстро разбухает под дождем, и глинобетонные камни разрушаются. Не лучше в этом отношении и другие вяжущие — гипс и известь. Гипсобетон твердеет, упрочняется только на воздухе; воды он боится, под дождем постепенно разрушается. Таким же недостатком обладает и известковый бетон.
      Вот почему бетон как строительный материал, изготовляемый на основе глины, гипса и извести, не получил в прошлом широкого распространения.
      Правда, уже в древности умели получать и водостойкие вяжущие вещества, то есть вещества, способные склеивать камни в воде. Одним из первых материалов, который дал возможность получать такие вяжущие, была слабообожженная глина — цемянка, получавшаяся в качестве отхода гончарного производства (бой глиняной посуды, кирпича). Затем, в древнем Риме при строительстве гидротехнических сооружений в качестве каменного клея применяли смесь извести с рыхлой вулканической породой — «пуццоланой», добываемой около местечка Поццуоли вблизи Неаполя. Отсюда и возникло название для гидравлических добавок — «пуццоланические». Значительно позднее в Западной Европе началось применение других природных гидравлических добавок: трасса, туфа, пемзы, диатомита, трепела.
      Чтобы понять значение всех этих добавок, посмотрим, что происходит с известковым тестом в процессе его отвердевания.
      Известняк при обжиге превращается в обожженную известь. Если обожженный известняк облить водой, то камень вдруг «оживает»: он трескается и, словно начиная кипеть, с силой выбрасывает из себя струи горячего пара. Поэтому обожженный известняк называют известью-кипелкой, а иногда называют также «живой» известью.
      Происходит это вот отчего.
      Камень известняк — это иначе углекислый кальций (СаСО3) — химическое соединение трех элементов: кальция, углерода и кислорода. При обжиге (при температуре около 900 градусов) из него улетучивается углекислый газ (СО2), и мы получаем окись кальция (СаО) или известь-кипелку:
      СаСО3—СаО+СО2.
      Когда мы обливаем такую известь водой (или, как часто говорят, гасим ее), она химически соединяется с водой:
      СаО+Н2О—Са(ОН)2.
      Образуется белый мелкий порошок — известь-пушонка, или, если воды много, белое известковое тесто.
      При гашении извести-кипелки выделяется большое количество тепла. Вот почему при этом камень и начинает как бы кипеть.
      Известковое тесто на воздухе затвердевает. Поглощая из воздуха углекислый газ, Са (ОН)2 снова превращается в СаСО3:
      Са(ОН)2+СО2—СаСО3+Н2О.
      Вода при этом постепенно испаряется.
      Обратите внимание, с углекислым кальцием произошел как бы круговорот (см. рис.2).
      Однако в воздухе углекислого газа очень небольшое количество (не больше 0,04 процента по объему), и превращение Са(ОН) 2 в углекислый кальций — СаCO3 — происходит очень медленно. Поэтому известковый раствор, пролежавший даже длительное время на воздухе, в воде все же распадается, так как большая часть Са(ОН)2 остается неизменной. Вновь насыщаясь водой, гашеная известь теряет связность.
      Но когда мы добавляем к извести какую-либо гидравлическую добавку, например, диатомит, смесь этих веществ приобретает способность отвердевать в воде. Это происходит благодаря тому, что известь химически связывается с гидравлической добавкой, в результате образуется химическое соединение, нерастворимое в воде.
      Однако и известь-кипелка в смеси с цемянкой или с пуццоланической добавкой не давала достаточно прочного и долговечного бетона. Много пришлось потрудиться специалистам, пока они нашли вяжущее, способное создавать исключительно прочный и долговечный искусственный камень — современный бетон.
      Таким вяжущим явился цемент. Долгое время изобретателем цемента считался англичанин Аспдин. Однако это исторически неверно. Он был изобретен русским строителем Е. Челиевым в начале прошлого века.
      Что же представляет собой цемент? Как его производят? Каковы его свойства?
     
      2. Как изготовляют цемент?
     
      Цемент — главная часть бетона. Чем выше его вяжущая способность, чем сильнее он склеивается с поверхностью заполнителей, тем прочнее получается бетон.
      Что же представляет собой цемент? Каким образом он скрепляет заполнители в одно целое — в бетон?
      На протяжении многих веков для получения минерального вяжущего старались брать чистые известняки. Но в начале XVIII века русские строители установили, что примесь глины в известняке придает обожженной извести способность твердеть в воде. Водостойкое вяжущее, изготовленное из такого известняка, в XVIII веке называли «симентом», или цементом.
      Но это клеющее вещество мало чем было похоже на наш современный цемент, которым мы пользуемся в настоящее время.
      В конце XVIII века в России работами академика Василия Михайловича Севергина (1765—1826) были заложены научные основы изготовления минерального вяжущего из мергелей — горной породы, содержащей, кроме известняка, значительную часть глинистых примесей. Позднее, в 1818—1822 годах, группой преподавателей Петербургского института инженеров путей сообщения было доказано, что в состав минерального клея должны входить кремнезем (CiO2), окись алюминия, называемая иногда глиноземом (Al2O3), и окись железа (Fe2O3), химически соединенные с окисью кальция (СаО).
      В те же годы в районе Петербурга было налажено изготовление вяжущего из искусственно составленных смесей — известняка и глины.
      Подлинная революция в развитии вяжущих материалов была произведена русским строителем Е. Челиевым, который в начале 20-х годов прошлого века получил водостойкий каменный клей — цемент путем обжига смеси глины и извести до спекания — так, как это делают и в настоящее время.
      Позднее многое сделал для развития и усовершенствования производства цемента наш соотечественник проф. Александр Романович Шуляченко (1841—1903). Его справедливо считают отцом русского заводского цементного производства. Под руководством Шуляченко было построено много цементных заводов, в том числе и Вольский па Волге, который и сейчас является одним из крупнейших в нашей стране.
      Во второй половине XIX века, после усовершенствования способа производства и улучшения качества цемента, последний стал основным вяжущим для приготовления бетона. Цемент сделал бетон ценным строительным материалом.
      Вот как готовится в наши дни цемент.
      Для производства цемента берут смесь трех частей известняка с одной частью глины. Такие смеси встречаются иногда в природе. Это так называемые известковые мергели. В местах залегания таких пород — в районе Новороссийска, у станции Амвросиевка в Донбассе и в других районах — расположены наши крупнейшие цементные заводы.
      На большинстве цементных заводов пользуются искусственными смесями. Иногда вместо глины используют диатомит, трепел, глинистые сланцы, а также доменные шлаки или золу горючих сланцев, которые близки по своему химическому составу к глине.
      При подготовке смеси известняк и глина измельчаются и тщательно смешиваются. Затем эта смесь обжигается. Большей частью обжиг производится в огромной, медленно вращающейся обжиговой печи. Эта печь представляет собой металлический цилиндр длиной до 150 метров и около 4 метров в поперечнике. Цилиндр установлен с небольшим наклоном в сторону от входного отверстия. Мощной форсункой, действующей сжатым воздухом, в печь непрерывно подается топливо — нефть или угольная пыль.
      Благодаря наклону и вращению печи смесь известняка и глины под действием своей тяжести непрерывно движется навстречу огню, все больше нагреваясь. При этом, по мере продвижения вдоль печи, она претерпевает следующие изменения. При 100 градусах смесь теряет влагу. Когда смесь проходит через зону с температурой 450—500 градусов, в ней выгорают органические примеси — вещества животного или растительного происхождения, а также удаляется химически связанная вода, содержащаяся в глине. При температуре около 900 градусов начинается разложение известняка (СаСО3) на окись кальция (СаО) и углекислый газ (СО2); последний уходит вместе с топочными газами. Затем при температуре около 1200—1300 градусов начинается соединение окиси кальция с другими веществами, входящими в состав сырьевой смеси: с кремнеземом (CiO2), с окисью алюминия (Аl2O3), окисью железа (Fe2O3). Наконец, при 1400—1500 градусах начинается спекание, т. е. частичное плавление сырьевой смеси, а также заканчивается соединение СаО с CiO2, Аl2O3 и Fe2O3.
      По окончании обжига образуется спекшаяся твердая масса — так называемый клинкер1 — зерна зеленовато-серого или темносерого цвета величиной с орех или горошину.
      Исследования позволили установить, что клинкер состоит из нескольких минералов, образовавшихся в результате спекания известняка и глины. Основные из них это так называемые алит и белит — химические соединения окиси кальция с кремнеземом.
      В алите окись кальция соединена с кремнеземом в виде трехкальциевого силиката2 — ЗСаО x CiO2, а в белите — в виде двухкальциевого силиката — 2СаО x CiO2.
      1 В строительстве клинкером называется также особый вид кирпича большой прочности. Его применяют главным образом для мощения дорог, улиц и полов в цехах промышленных зданий.
      2 Силикаты — соли кремневой кислоты.
      Так как клинкер на 3/4 состоит из силикатных окислов кальция, полученный из него цемент называют силикатцементом. Строители силикатцемент называют также портландцементом. Это название возникло в начале прошлого века в Англии, в г. Портланде, в котором производился цемент.
      В природе минералы, подобные алиту и белиту, не встречаются, так как в естественных условиях они крайне неустойчивы и легко подвергаются разрушению.
      Соотношение этих минералов в клинкере может быть различным. От этого меняются свойства цемента. Так, например, высокое содержание алита в цементе способствует быстрому нарастанию прочности бетона. Такой цемент относительно хорошо твердеет при пониженных температурах. Поэтому алитовые цементы лучше применять в зимнее время.
      Но клинкер — это еще не цемент.
      Раскаленный клинкер вначале охлаждают. Для этого рядом с печами устанавливают особые вращающиеся барабаны — холодильники. В них клинкер, имеющий температуру от 900 до 1200 градусов, охлаждается встречной струей воздуха. Пройдя холодильники, клинкер поступает на склад, а оттуда через некоторое время — на мельницу, где он измельчается чугунными шарами в мелкий порошок. При помоле клинкера добавляют до 3 процентов гипса и до 15 процентов различных гидравлических (пуццоланических) добавок — диатомита, трепела, опоки. Эти добавки улучшают качество цемента и удешевляют его производство.
      Так получают цемент.
      Цемент — серый, очень мягкий на ощупь и очень мелкий порошок. Если его просеять через сито с 10 000 отверстий в одном квадратном сантиметре, то более 60 процентов его зерен (по весу) пройдет через это сито.
      Цемент обычно выпускается в бумажных многослойных мешках весом по 50 килограммов. На мешках указывается название цемента, каким заводом он изготовлен, какую он имеет клеющую способность (активность). Иногда цемент перевозят навалом в закрытых и соответствующим образом оборудованных вагонах, баржах, морских судах, автомашинах. При этом стараются применять все меры, предохраняющие цемент от распыления, а также от увлажнения и загрязнения.
     
      3. Клеющий порошок
     
      Цементный порошок очень чувствителен к действию влаги и углекислоты, содержащихся в воздухе, которые снижают его активность. Особенно велики потери активности цемента при перевозке его по воде или навалом в железнодорожных вагонах и в автомашинах.
      Чем тоньше измельчен цемент, тем он считается лучше, тем большей склеивающей способностью он обладает. Это понятно. Ведь чем больше поверхность частиц, тем полнее и энергичнее протекают физико-химические процессы между ними и внешней средой. Наглядный пример того, как увеличивается скорость реакции в зависимости от тонкости размола, можно видеть, сравнивая горение куска угля и каменноугольной пыли. Если для сгорания 500 граммов каменного угля в куске требуется 30 минут, то такое же количество граммов угля в виде пыли сгорает за 0,4 секунды — в 4500 раз быстрее!
      Поверхность твердого вещества при дроблении сильно увеличивается. Куб с величиной ребер в 1 сантиметр имеет площадь поверхности в 6 квадратных сантиметров. Но если его раздробить на 1000 частичек, то поверхность этих частичек будет уже 60, а при дроблении на миллион частичек — 600 квадратных сантиметров. Путем дальнейшего помола этот же кубический сантиметр вещества может быть доведен до такого измельченного состояния, что его поверхность будет измеряться тысячами и десятками тысяч квадратных сантиметров. При таком сверхтонком помоле химические реакции между цементом и водой многократно усиливаются. В одном кубическом сантиметре цементного порошка содержится несколько миллионов цементных зерен. Общая поверхность их измеряется тысячами квадратных сантиметров. Вот почему мелкоизмельченный цемент обладает большей склеивающей способностью.
      В чем же секрет склеивающей способности цемента?
      Смешав цементный порошок с водой, мы получим цементное тесто, густое и вязкое, как сметана. Если в такую «сметану» опустить иглу, она не встретит никакого препятствия. Но так будет только вначале. Часа через 2 или 3 цементное тесто становится более плотным. Такое состояние цементного теста называют началом схватывания цемента. Затем игла будет все меньше и меньше проникать в тесто. Часов через 8—10 оно затвердеет настолько, что игла в него пройдет уже всего на 1 миллиметр. Это — конец схватывания цемента. Цементное тесто превращается в цементный камень. Если цементный камень погрузить в воду, он не только не размокнет, а станет еще крепче.
      Когда мы смешиваем с водой глину, образуется смесь, в которой частицы глины покрыты толстыми оболочками воды. По мере высыхания такой смеси вода испаряется сначала из крупных пор, а затем из мелких — капилляров. Твердые частички сближаются между собой, и глина затвердевает. При этом она скрепляет и все те частицы, которые с ней смешаны. Однако если глину увлажнить, вода снова разъединит ее частицы, и искусственный камень из глины разрушится.
      Совсем другое происходит при твердении цемента.
      Когда цемент замешивают с водой, между минералами, входящими в состав цементных зерен, и водой начинается химическая реакция, химическое взаимодействие. При этом одни минералы, входящие в состав цемента (например, алит), распадаются на более простые химические соединения, которые присоединяют к себе воду, другие цементные минералы соединяются с водой без химического разложения. На границе соприкосновения воды и зерен цемента образуются растворимые продукты реакции. Переходя в раствор, они обнажают следующий слой цементного зерна. Этот слой в свою очередь взаимодействует с водой, а образующиеся соединения также растворяются в жидкости, окружающей цементное зерно. Так происходит до тех пор, пока жидкость превратится в насыщенный раствор. При этом вокруг каждого цементного зерна образуется так называемый гель (коллоид) — клеевидная масса, похожая на студень. Гель обладает склеивающей способностью, которая тем больше, чем он меньше разбавлен, разжижен водой. Образующийся гель начинает склеивать между собой зерна цемента, а в смеси с заполнителями — и зерна песка, гравия, щебня.
      На этом процесс не останавливается. Так как внутри цементных зерен продолжается химическое взаимодействие цементных минералов с водой студня, окружающего зерна, цементный студень постепенно обезвоживается. При этом цементный клей начинает густеть, терять подвижность, то есть начинает схватываться. В процессе этих превращений гидроокись кальция — Са(ОН)2 — и трехкальциевый гидроалюминат — ЗСаО x Аl2О3 x 6Н2О, образующиеся при взаимодействии цемента с водой, из неустойчивого коллоидного состояния переходят в более устойчивое — кристаллическое. Образующиеся в результате этого мельчайшие кристаллики, срастаясь и переплетаясь между собой, постепенно все больше пронизывают гель. Цементный клей становится все гуще, в нем образуется все больше кристаллов. Так цементный клей — студень — постепенно, претерпевая полную перекристаллизацию, превращается в прочный цементный камень. Если рассмотреть затвердевший цемент под электронным микроскопом, дающим увеличение в 25 000 раз, то можно обнаружить сложное переплетение кристаллов различных размеров и форм. Это срастание кристаллов и придает цементному камню монолитность и прочность. При изготовлении бетона цементный клей смешивается с заполнителями. Обволакивая зерна заполнителей, цементный клей при затвердевании связывает их в прочный монолит — в бетон.
      Цементный клей (а значит и бетон) с течением времени упрочняется, «наливается силой».
      Такова разгадка необыкновенного свойства цементного порошка превращаться в камень в воде!
      Описанная теория твердения цементов была разработана в 20-х годах нашего столетия академиком Александром Александровичем Байковым (1870—1946) и в дальнейшем развита проф. Владимиром Федоровичем Журавлевым (1907—1951) и другим советским ученым А. Е. Шейниным.
      Мы рассказали о наиболее распространенном силикатном цементе или портландцементе. Но, помимо него, известны и другие виды каменного клея.
     
      4. Какие бывают цементы?
     
      Известно несколько видов цементов.
      Для гидротехнических сооружений предназначается один вид цемента, для дорожного строительства — другой, для строительных растворов — третий; и все это разнообразие цементов зависит от того, в каком соотношении находятся в цементе составляющие его минералы.
      Чем дольше цемент взаимодействует с водой, тем выше становится прочность цементного камня. Однако при взаимодействии алита с водой выделяется свободная известь — Са(ОН)2.
      Если бетон будет находиться под водой, эта известь легко может быть вымыта проточной водой. Цементный камень от этого становится пористым, и прочность бетона нарушается. Чтобы этого не случилось, в цемент (при помоле клинкера на мельницах) вводят гидравлические добавки, о которых мы упоминали выше.
      Когда в состав цемента вводят больше 15 процентов гидравлических добавок, то такой цемент называют пуццолановым портландцементом.
      Каменный клей получают также из доменных шлаков, в состав которых обычно входят те же химические соединения, что и в состав обычного портландцемента.
      Чтобы шлак приобрел свойства каменного клея, его по выходе из домны быстро охлаждают водой или воздухом. При этом шлак застывает в виде зерен — гранул. Эти зерна после их помола с гипсом, обожженным доломитом, и дают цемент. Когда гранулы шлака измельчаются совместно с 30 процентами портландцементного клинкера, то получаемый цемент носит название шлакопортландцемента.
      Во время первой мировой войны немцы заметили, что французы в течение одной только ночи успевают восстанавливать свои крепостные бетонные сооружения, разрушенные дневной бомбардировкой. При наступлении французы очень быстро ремонтировали поврежденные железобетонные мосты. Было ясно, что применялся какой-то новый, чрезвычайно быстро твердеющий цемент. Производство этого цемента французы держали под большим секретом, и лишь впоследствии стало известно, что это за цемент. В настоящее время он известен под названием глиноземистого. В состав этого цемента входит 40—47 процентов глинозема, 40—46 процентов окиси кальция и всего 6—10 процентов кремнезема. Сырьем для производства глиноземистого цемента являются алюминиевая руда (боксит) и известняк. В нашей стране глиноземистый цемент научились изготовлять необычным способом — путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с добавкой известняка и металлического лома. При этом доменная печь одновременно дает чугун и шлак, представляющий собой цементный клинкер. Этот шлак нужно только помолоть — и глиноземистый цемент готов. Глиноземистый цемент получают также плавлением в электрических печах. Поэтому его иногда называют еще плавленым. Такой цемент уже через сутки способен давать такую же прочность, какую обычный портландцемент приобретает только через месяц!
      Глиноземистый цемент не выделяет свободной извести, поэтому водостойкость и солестойкость его весьма велики. При твердении он химически связывает большее количество воды, чем силикатный цемент. Поэтому при одинаковом расходе воды плотность и водонепроницаемость затвердевшего цементного камня из глиноземистого цемента более высоки, чем из обычных цементов. Стоимость глиноземистого цемента пока еще довольно высока. Поэтому в настоящее время он применяется главным образом при аварийных работах: при восстановлении плотин, доков, труб, при срочном ремонте мостов, дорог, в специальном строительстве и т. д.
      При превращении цементного клея из глиноземистого цемента в камень выделяется много тепла. Это затрудняло его применение в строительстве массивных конструкций. Академик П. П. Будников предложил вводить в состав глиноземистого цемента особую разновидность гипсового камня — ангидрит. В результате был получен АГ — цемент (ангидрито-глиноземистый) с нормальным тепловыделением. Добавка ангидрита позволила применять глиноземистый цемент в массивных конструкциях, а также для быстро твердеющих бетонных и железобетонных изделий с пропариванием.
      Портландцемент имеет серовато-грязный цвет. Поэтому для архитектурной отделки фасадов зданий и внутренних поверхностей помещений созданы особые, декоративные цементы — белые и цветные. Эти цементы получаются путем совместного помола клинкера с минеральными красителями.
      Советские ученые ведут большую работу по улучшению качества цементов.
      В строительной практике известны случаи, когда под действием воды, содержащей в растворе гипс CaSC4 и другие соли серной кислоты (сульфаты), бетон растрескивается. Причина этого явления заключается в том, что эти продукты образуют с одним из минералов, входящим в состав цемента, — ЗСаО х Al2O3 — особое вещество в
      виде тонких игл, напоминающих «бациллу». Его часто так и называют— «цементная бацилла». «Бацилла», зарождаясь, сильно, почти в 2,5 раза, увеличивается в объеме. Это расширение кончается для бетона самым роковым образом — бетон разрушается. Под действием воды «цементная бацилла» превращается в жидкую белую слизь, вытекающую из бетона. Наступает, по меткому выражению профессора В. П. Скрыльникова, «белая смерть» бетона. Такие явления наиболее часто происходят в бетоне, расположенном в морских сооружениях. Чтобы предохранить бетой от такого вида разрушений, был создан сульфатостойкий цемент. В этом цементе ограничивалось содержание ЗСаО х Аl2О3 пятью процентами, что уменьшало возможность образования «бациллы» до минимума.
      Неизбежным следствием процессов, связанных с превращением обычного цементного теста в камень, при твердении на воздухе является уменьшение объема цементного камня, его усадка1.
      1 Усадка обычно составляет 0,15 миллиметра на 1 метр длины бетонного сооружения.
      Это явление объясняется тем, что при отвердевании цементного теста происходит поглощение воды глубинными частями цементных зерен. При этом некоторая часть воды, примененной для изготовления бетона, испаряется. В результате образуются пустоты — поры. Поры частично заполнены водой, и стенки их под воздействием капиллярного натяжения стремятся сблизиться (сжаться). Поры в бесчисленном множестве имеются во всем объеме бетона, и он испытывает всестороннее сжатие. Благодаря этому происходит уменьшение его размеров, усадка. Усадка может вызвать трещины в бетоне, что ведет к нарушению его плотности и уменьшению долговечности. Десятки лет инженерная мысль работала над тем, как бы устранить это вредное явление, сопровождающее твердение цемента. И, наконец, совсем недавно, в 1942 году, эта задача была решена советскими специалистами — проф. В. В. Михайловым и другими, и решена была посредством «укрощения» вышеупомянутой «цементной бациллы». Изобретенный цемент назвали расширяющимся. Его изготовляют в настоящее время несколькими способами. По одному из них (по способу В. В. ААихайлова) он получается из смеси глиноземистого цемента, строительного гипса и извести-пушонки. В результате цемент как бы получает предохранительную прививку «бациллы» в раннем возрасте. «Переболев» в молодости, цемент становится невосприимчивым к «заразе». «Цементная бацилла» образуется в этом цементе в ранний период его твердения. Благодаря этому цементный камень, затвердевая, расширяется и самоуплотняется. При твердении на воздухе он не дает усадки, то есть не уменьшается в объеме.
      По способу П. П. Будникова расширяющийся цемент получают из смеси, состоящей из прокаленного каолина, извести и гипса, особо обработанной и смешанной с каким-либо обычным цементом: силикатным, шлакосиликатным, глиноземистым. С добавлением вышеуказанной смеси в количестве 5—10 процентов, например, к силикатному цементу, достигается медленное расширение — до 0,2 процента от первоначального объема. Однако более простым и более дешевым способом приготовления расширяющегося цемента является способ НИИ-Цемента, — из смеси мелкоизмельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и природного гипсового камня, взятых в определенных пропорциях.
      Впервые расширяющийся цемент был применен в 1943 году при восстановлении частично разрушенных и поврежденных гитлеровцами железобетонных конструкций. Поврежденный бетон в конструкциях удалялся, и пустоты заполнялись новым бетоном на расширяющемся цементе. Затвердевая, такой бетон плотно срастался со старой частью железобетонных конструкций. С 1948 года расширяющийся цемент стали применять в строительстве метро вместо свинца для зачеканки швов чугунных тюбингов тоннелей. Через 10—15 минут после его введения в эти места расширяющийся цемент обеспечивал тоннелю полную водонепроницаемость.
      Расширяющийся цемент с успехом используется также и для закрепления различных машин на фундаментах, при заделке трещин, пустот и отверстий в различных бетонных и железобетонных конструкциях. Он также может быть применен в производстве предварительно напряженных железобетонных конструкций, о которых более подробно будет рассказано ниже.
      Совсем недавно коллектив научных работников под руководством В. В. Михайлова создал новый вид вяжущего — напрягающий цемент. Если цементный камень из этого цемента подвергнуть непродолжительному пропариванию, то его структура претерпевает ряд изменений, сопровождающихся значительным увеличением объема. Если воспрепятствовать этому изменению объема, то в цементном камне может развиться давление до нескольких десятков атмосфер.
      Применение нового вида цемента в самонапряженных конструкциях (например, в железобетонных трубах) обеспечивает весьма значительное сокращение расхода металла.
      Как известно, при добыче нефти закладывают буровые скважины, глубина которых часто достигает нескольких тысяч метров. При этом кольцеобразное затрубное пространство, окружающее скважину, почти всегда наполняется водой. Вода тяжелее нефти. Стекая на дно буровой скважины, она сильно затрудняет вычерпывание нефти. Поэтому пространство, окружающее скважину, заполняют водонепроницаемой массой, изготовленной на особом тампонажном цементе.
      Несколько ранее нами говорилось о том, что цементный порошок теряет свою склеивающую способность при длительном хранении его на воздухе. Советские ученые М. И. Хигерович и Б. Г. Скрамтаев создали цемент, обладающий свойством защищаться от атмосферной влаги; он получил название гидрофобного, что означает «водоотталкивающий».
      Новый цемент получается помолом обычного клинкера совместно с особым веществом — гидрофобной добавкой, например с мылонафтом или с олеиновой кислотой. Эти вещества (их вводится ничтожное количество — 0,10—0,15 процента от веса цемента) покрывают поверхности цементных зерен тонкой пленкой и таким образом защищают зерна от увлажнения, подобно тому, как жировая смазка предохраняет оперение птиц от намокания. Эта пленка нисколько не мешает приготовлению бетона: при перемешивании бетонной смеси в бетономешалке она сдирается шероховатыми зернами песка, гравия, щебня.
      Гидрофобный цемент почти полностью сохраняет свою активность и при перевозках на дальние расстояния. Он не комкуется, не слипается даже тогда, когда попадает под дождь.
      Учитывая большую роль всех видов цемента в строительстве, в решениях Партии и Правительства указано на необходимость предусмотреть значительный рост производства цемента.
      В связи с решением ЦК КПСС и Совета Министров СССР о развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства с целью максимальной замены металла в строительстве перед работниками цементной промышленности поставлены новые ответственные задачи. В 1957 году производство цемента по сравнению с уровнем 1954 года должно быть увеличено в 1,6 раза. Только для обеспечения выпуска в 1957 году 13,8 миллиона кубических метров железобетонных изделий должно быть обеспечено производство многих миллионов тонн быстротвердеющего высокопрочного цемента.
     
      5. Свойства бетона
     
      В настоящее время существует много различных бетонов: тяжелых и легких, плотных и пористых. О них мы расскажем дальше. Вначале познакомимся со свойствами наиболее распространенного, обычного, или тяжелого, бетона, изготовляемого на природном песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород — гранита, известняка, песчаника.
      Бетон характеризуется чрезвычайно разнообразными свойствами: прочностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью, огнестойкостью и другими. Однако редко бывает так, чтобы от бетона для какого-либо сооружения требовались сразу все эти свойства. Так, например, от бетона обычных сооружений требуется определенная прочность, а для конструкций, находящихся на открытом воздухе, — еще и морозостойкость. От бетона, применяемого в гидротехнических сооружениях, требуется водостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, а также и прочность. Гидротехнический бетон должен иметь также небольшие усадку и набухание. У бетона для стен зданий должны быть малые теплопроводность и объемный вес. Бетон для дорожных и аэродромных покрытий должен быть трудноистираемым, морозостойким, хорошо сопротивляющимся изгибу. Бетоны же в фортификационных сооружениях должны хорошо сопротивляться удару и взрывам.
      Прежде всего поговорим о прочности бетона. Прочность, то есть способность сопротивляться внешним силам, не разрушаясь при этом, — основное свойство всех строительных материалов. Поэтому уметь измерять ее, выражать прочность какими-то числами, необходимо. Нельзя же, в самом деле, говорить просто так: этот материал прочный, а вот этот нет. А насколько прочнее? Как это узнать?
      Как измеряют прочность бетона? Чтобы определить прочность бетона, из него изготовляют кубики со стороной в 20 сантиметров. Через 28 дней после изготовления на грузки. Испытание доводят до разрушения кубика. Прочность бетона на сжатие определяют величиной разрушающей нагрузки, приходящейся на единицу площади поперечного сечения образца. Она измеряется в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см2). В зависимости от прочности на сжатие бетон делится на ряд марок. Например, марка бетона «100» означает, что его прочность должна быть не ниже 100 кг/см2. Другими словами, кубик со стороной в 20 сантиметров, изготовленный из бетона марки «100», должен выдержать, не разрушаясь, нагрузку 100X20X20 = 40000 килограммов, или 40 тонн. Это — вес двух железнодорожных вагонов.
      В строительстве применяют различные марки бетона — от «50» до «600» и выше.
      Некоторые из природных камней, например известняки, имеют примерно такую же прочность.
      В фундаментах зданий применяют бетоны прочностью от 50 до 100 кг/см2. При строительстве гидротехнических сооружений — плотин, шлюзов, причалов — используют 30
      бетон прочностью от 100 кг/см2 и выше, а для сборных железобетонных конструкций, конструкций, несущих большие нагрузки, и в особенности в фортификационных сооружениях, применяются наиболее прочные бетоны.
      От чего же зависит прочность бетона? Почему одни бетоны имеют очень большую прочность, скажем 500—600 кг/см2, а другие всего 50 кг/см2.
      Прочность бетона зависит главным образом от прочности цементного камня и заполнителей. Чем они прочнее, тем прочнее и сам бетон.
      И вот что интересно и важно. Если прочность кирпича, дерева, железа, природных камней со временем не меняется, то бетон в течение длительного времени способен упрочняться. Более подробно о прочности бетона будет рассказано в дальнейшем в специальной главе «Рецепт прочности».
      Свежеизготовленный бетон похож, на тяжелую жидкость. Ее даже можно перекачивать насосами. Поэтому только что приготовленный бетон называют не бетоном, а, как указывалось, бетонной смесью. Затем эта смесь затвердевает, превращается в камень. Это свойство бетона позволяет воздвигать из него сооружения и конструкции любой формы и любых очертаний. Это же свойство бетона является особенно ценным при производстве восстановительных работ или при переустройстве или расширении различных сооружений.
      Когда бетон еще «молодой», прочность его растет быстро; в дальнейшем, с его «возмужанием», скорость упрочнения замедляется, но не прекращается в течение ряда лет. Так, если принять месячную прочность бетона за 100 процентов, то через полгода она уже будет равна 150, через 2 года 200, а через 5 лет 225 процентам.
      Затвердевший бетон почти не боится действия воды и воздуха. Это — очень ценное свойство. Как известно, большинство строительных материалов сравнительно быстро разрушается под влиянием атмосферных условий. Древесина, например, загнивает и разрушается, железо под действием влажного воздуха ржавеет и т. д.
      Бетон можно изготовить очень плотным, почти без пустот и трещин, как бы отлитым из одного камня.
      Все эти качества бетона — его прочность, водостойкость, плотность — делают бетон весьма хорошим строительным материалом для гидротехнических сооружений (плотин, причалов, молов).
      Плотины из бетона воздвигают иногда очень высокими — в 200 метров и выше. Ясно, что бетон в таких плотинах должен быть прочным. Он должен выдерживать собственный вес сооружения и большое давление воды, расположенной в водохранилище. Помимо этого, на плотину действуют удары волн, давление и удары льда во время ледостава и ледохода.
      Вода из водохранилища под большим давлением (напором) всегда будет стремиться проникнуть, просочиться сквозь плотину. Это явление называется фильтрацией. Проникая сквозь бетон плотины, вода будет растворять и выносить из него частицы, входящие в состав цементного камня, прежде всего свободную известь Са(ОН)2. Это незаметное вначале явление может привести к катастрофическим последствиям вплоть до разрушения плотины.
      О том, как бетон делают водостойким, подробно рассказывается дальше.
      Еще одно ценное свойство имеет бетон — он морозостоек.
      Как известно, вода, замерзая, расширяется. Попадая в поры камней, она постепенно разрушает даже самые крепкие горные породы. Плотный бетон в этом отношении очень устойчив.
      Бетон — огнестойкий материал. При пожарах, когда температура часто достигает нескольких сот градусов, металл в значительной мере теряет свою несущую способность. Бетон же, обладая небольшой теплопроводностью (почти в 50 раз меньшей, чем сталь), нагревается только с поверхности и поэтому не скоро теряет свою механическую прочность.
      Чтобы заменить кладку из огнеупорного кирпича, применяемого для футеровки доменных печей или обмуровки котлов, применяют особый вид бетона — жаростойки й. В качестве вяжущих для его приготовления используют растворимое натриевое стекло, глиноземистый цемент, силикатный или шлакосиликатный цемент, и в качестве заполнителей — молотый шамот, щебень и песок из хромистого железняка.
      Бетон применяют также и для замены облицовок из свинца, естественного камня и специальной керамики в
      качестве кислотостойкого материала для резервуаров, труб, коллекторов, полов в химических, травильных, электролитных и других цехах.
      В кислотостойком бетоне вяжущим является жидкое стекло с добавкой ускорителя твердения — кремнефтористого натрия, а заполнителями — кислотостойкие горные породы: андезит, кварцит.
      Наконец, следует сказать и о том, что бетон хорошо поддается поверхностной обработке. Ему можно придать очень красивый внешний вид, не уступающий мрамору. Для этого используют мраморную крошку, различные красители и цветные вяжущие вещества.
      Таким образом, бетон по многим своим качествам лучше других строительных материалов. Это — действительно необыкновенный камень, самый замечательный строительный материал современности.
     
     
      II. КАКИЕ БЫВАЮТ БЕТОНЫ
     
      1. Тяжелый и легкий бетоны
     
      Главную массу бетона составляют заполнители. В один кубический метр бетона входит почти один кубический метр щебня или гравия. Чем тяжелее заполнители, тем больший вес имеет и сам бетон.
      В зависимости от веса бетоны подразделяются на две группы: тяжелые и легкие.
      Тяжелые, или обычные, бетоны, о которых говорилось выше, наиболее распространены в строительстве. Один кубический метр обычного бетона весит до 2,5 тонны и выше, то есть примерно столько, сколько весят и природные камни — гранит, известняк, доломит.
      Если при изготовлении бетона в качестве заполнителя применены тяжелый шпат (барит) или стальные опилки, получается особо тяжелый бетон с весом одного кубического метра выше 2,7 тонны.
      Бетон па баритовом заполнителе (баритобетон) при определенной толщине слоя является рентгенонепроницаемым и заменяет собою свинец. Более подробно о нем говорится в главе «Бетон и противоатомная защита».
      Бетон на стальных опилках (стальбетон) применяется там, где требуется большая сопротивляемость бетона истиранию: для бетонных полов, ступеней, на дорогах, для изготовления плит, применяемых для облицовки стенок каналов и бункеров.
      Обычный тяжелый бетон обладает, как мы уже говорили, многими ценными свойствами: высокой прочностью на сжатие, долговечностью, стойкостью против действия воды и холода, достаточной огнестойкостью. Его изготовляют в основном из материалов, которые встречаются почти повсеместно. Однако этот бетон имеет ряд недостатков. У него большой объемный вес (недаром его называют тяжелым), такой бетон плохо изолирует от звуков и слабо задерживает тепло.
      Эти недостатки можно уменьшить, если бетон изготовлять без песка или на легких, обладающих значительной пористостью, заполнителях. Бетон, изготовленный на одном лишь крупном заполнителе — гравии или щебне, без песка, известен под названием беспесчаного, или крупнопористого. В нем области, обычно занимаемые песком, заполнены воздухом.
      Крупнопористый бетон начали применять совсем недавно — в 1950 году — при строительстве санаториев и жилых зданий на Черноморском побережье. Стены из крупнопористого бетона обычно оштукатуриваются с наружной и внутренней сторон.
      Теплопроводность этого бетона меньше, чем у обычного, тяжелого. Поэтому стены, изготовленные из беспесчаного бетона, могут быть примерно в два раза тоньше, чем из обычного.
      Лучший по качеству беспесчаный бетон получается из зерен гравия или щебня диаметром в 1—2 сантиметра.
      Так как в этом виде бетона нет песка, его применение в строительстве позволяет экономить цемент — самую дорогую часть бетона. Если подсчитать поверхность всех зерен гравия или щебня, которые находятся в одном кубическом метре бетона, то она составит около 200 квадратных метров. Общая же поверхность песка в этом же объеме достигает 5000 квадратных метров, то есть в 25 раз больше. Отсюда понятно, почему для изготовления крупнопористого бетона требуется значительно меньше цемента, ведь вся поверхность заполнителей при изготовлении бетонов обычно должна быть покрыта цементным клеем.
      Для приготовления легкого бетона используют шлаки, битый кирпич и щебень из легких вулканических или осадочных горных пород, например, туфа или пемзы. Бетоны, изготовленные на туфе или пемзе, называют туфобетоном или пемзобетоном.
      Часто для получения легкого бетона искусственно изготовляют специальные заполнители: из вспученных глин — керамзит, из вспученных доменных шлаков — термозит, вспученных сланцев, спекаемых зол и топливных шлаков — агломерат.
      Керамзитобетон отличается от других видов легких бетонов большой огнестойкостью, пемзобетон — легкостью и другими качествами.
      Кубический метр легкого бетона весит почти в два раза меньше обычного.
      Легкие бетоны называют также теплыми, и вот почему. Заполнители, применяемые для изготовления этих бетонов, имеют большое количество пустот, наполненных воздухом, а воздух, как известно, является плохим проводником тепла. Поэтому бетоны, изготовленные из таких заполнителей, обладают большой теплозащитной способностью. Это свойство легких бетонов очень ценно, поэтому их обычно широко применяют в жилищном строительстве.
      Керамзитобетон преимущественно применяют в сборных железобетонных конструкциях, преимущественно в перекрытиях зданий. Эти части зданий облегчаются по сравнению с обычными на 25—40 процентов.
      Пемзобетон используют при возведении стен зданий и для легких железобетонных конструкций — арочных, сводчатых и других покрытий.
      Есть гидротехнические сооружения, возведенные из легких бетонов, например, в Армянской ССР — из туфобетона.
      Иногда легкие бетоны изготовляют из древесных опилок. Их называют обычно опилочными бетонами. Опилочные бетоны чаще всего изготовляют на магнезиальном цементе, реже на гипсовом вяжущем или на силикатном цементе. Так как опилки при увлажнении и высыхании меняют объем, что может вести к нарушению связности бетона и к его разрушению, опилки «минерализуют». Для этого их предварительно смешивают с цементным, реже с известковым, молоком, а затем дают обмазке зерен отвердеть. Опилочный бетон иногда получают смешиванием опилок с цементным тестом и песком. Полученную массу затем формуют прессованием или сильным трамбованием. Таким образом получают плитки для полов в сухих помещениях и термоизоляционные блоки.
      К бетонам относятся также и строительные растворы, не содержащие крупного заполнителя. Такие бетоны называются мелкозернистыми. Их применяют в строительстве и для возведения стен зданий, связывания кирпича или каменных блоков друг с другом и оштукатуривания внутренних поверхностей помещений и фасадов зданий. В том случае, когда сооружения из обычного бетона или дерева нуждаются в повышенной стойкости от воды или огня, их поверхность покрывают строительными растворами, обладающими повышенной плотностью, водонепроницаемостью и огнестойкостью. Для этого наносят растворы на защищаемую поверхность с помощью особого механизма — цементпушки, работающей посредством сжатого воздуха под давлением в 2—5 атмосфер. Раствор выбрасывается этим механизмом с большой скоростью — около 100 метров в секунду. Полученный таким образом мелкозернистый бетон — торкретбетон — не пропускает воду даже под давлением в 20 атмосфер. Прочность на сжатие такого раствора достигает 500 кг/см2.
      В заключение познакомимся с совершенно особыми бетонами — ячеистыми, в которых полностью отсутствуют камневидные заполнители. Эти бетоны до того легкие, что даже плавают в воде, поэтому их называют особо легкими. Они состоят из одного только цементного камня, сплошь наполненного пустотами, как губка. В настоящее время ячеистые бетоны, в зависимости от способов их получения, применяют двух видов: пенобетоны и газобетоны.
     
      2. Пенобетон
     
      Представьте, вам задали такую задачу: извлечь свинец из руды, перемолотой в песок. Нелегкая это задача, если на сто песчинок придется одна свинцовая крупинка! В плавильную печь такую руду загружать бесполезно — все равно, что забивать печь песком. Выход один — разобрать руду по песчинкам. Непосильная работа! Но в наши дни эта задача легко разрешается при помощи... пузырьков. Тех самых пузырьков, которые дети любят пускать из мыльной пены.
      Если руду, состоящую из ценных металлов и каменных пород, размолоть в порошок, а затем взболтать (мешал кой или струей сжатого воздуха) с водой и небольшими количествами какого-либо вещества, образующего пену, частицы руды равномерно перемешаются с пеной. Если теперь эту пенистую смесь оставить в покое, то каменистые частицы (известняк, кварцит) и металлические (свинцовый блеск) начинают вести себя по отношению к пене по-разному: к каменистым частицам вода лучше прилипает, чем пена, поэтому они осаждаются на дно. Металлические же частицы, наоборот, хорошо сцепляются с пеной, благодаря чему крупинки свинцового блеска прилипают к пузырькам и вместе с ними всплывают на поверхность. Снимая пену, вместе с ней снимают свинец.
      Процесс извлечения ценных металлов из руд при помощи пузырьков носит название флотации.
      Пузырьки — верные помощники человека. У каждого из нас, оказывается, по нескольку раз в день работает миниатюрная флотационная фабрика. Когда мы намыливаем руки, пузырьки, из которых состоит пена, вытаскивают из углублений кожи мельчайшие комочки грязи и уносят их.
      Чтобы пузырьки хорошо работали, они должны быть цепкими, прочными. Нагрузившись крупинками руды, пузырьки должны выдерживать их вес не разрушаясь. Много пришлось поработать химикам над прочностью пузырьков, чтобы повысить их работоспособность. И химики добились своего: пузырьки работают на фабриках Хибин, Урала, Кавказа, Алтая, Дальнего Востока.
      При помощи их не только ежегодно извлекают из руд многие тонны свинца, меди, цинка, но и тушат пожары.
      На пузырьки обратили внимание и строители, когда стали работать над облегчением веса зданий, улучшением их теплотехнических свойств, увеличением звукоизоляции стен и междуэтажных перекрытий. И вот почему.
      Как известно, теплота и звук передаются посредством колебательного движения молекул не только через твердое тело, но и через воздух. В твердом теле молекулы расположены друг к другу во много раз ближе, чем в газообразном, например, воздухе. Поэтому тепло и звук в твердом теле передается лучше, чем в газообразном. Например, теплопроводность воздуха в замкнутых порах в 2500 раз меньше, чем у стали, в 60 раз, чем у обычного, тяжелого, бетона, в 40 раз меньше, чем у кирпича. Следовательно, чем больше в материале мелких замкнутых пор, заполненных воздухом, тем меньше будет его объемный вес, теплопроводность, звукопроницаемость. Хорошо бы возводить стены зданий, состоящие в основном из воздуха, заключенного в мелкие ячейки, пузырьки! Вот, если бы использовать для этой цели пену? Что ж! Для этого надо только укрепить ее так, чтобы она существовала не минуты, а столько, сколько надо строителю. Стали исследовать свойства пены, распознавать, как увеличить ее стойкость, как закрепить ее. Наконец, исследования академика П. А. Ребиндера, профессоров А. А. Брюшкова и Н. А. Попова, доктора технических наук И. Т. Кудряшева и других советских ученых увенчались успехом. В настоящее время существует два способа получения ячеистых строительных материалов: механический и химический. Расскажем вначале о механическом способе.
      Если смешать водяной раствор пены с цементом, то на основе описанного выше явления пенистой флотации зерна цемента прилипнут к поверхностной оболочке пены. В результате получается подвижная пенистая сметанообразная масса, состоящая из пены и цементного клея. По мере превращения цементного клея в камень эта масса затвердевает, образуя ячеистый строительный материал — окаменевшую пену, или пенобетон, по строению похожий на закрытые со всех сторон пчелиные соты. В пенобетоне до 90 процентов от всего объема занимают воздушные ячейки (пузырьки). Поэтому пенобетон называют еще ячеистым бетоном.
      В настоящее время на основе пены, кроме пенобетона, изготовляют различные ячеистые бетоны. Если в пенобетоне в качестве вяжущего использован цемент, то в пеносиликате для этой же цели используется молотый кварцевый песок и известь, в пеногипсе — гипс, п е-но магнезите — магнезит.
      Для получения ячеистых бетонов применяют различные способы твердения: естественные условия, пропаривание при температуре в 80—90 градусов без давления, пропаривание под давлением в автоклавах (при температуре в 170 градусов и давлении в 8 атмосфер), карбонизацию, то есть обработку ячеистого бетона углекислым газом.
      Пенообразователь для получения наиболее легкого бетона — ячеистого бетона — должен давать возможно большее количество устойчивой мелкоячеистой пены, с пузырьками, равномерно распределенными по всей массе пены. Эти пузырьки не должны сливаться друг с другом. Пена должна быть прочной и стойкой, не разрушающейся при смешивании ее с молотым песком, золой, или с вяжущими: цементом, известью, гипсом. Кроме того, она не должна мешать процессам схватывания и отвердевания минерального вяжущего. Этим требованиям больше всего удовлетворяют клееканифольные, смолосапониновые и некоторые другие пенообразователи.
      Для того, чтобы пленки пены были как можно дольше устойчивыми, в пенобетон при его приготовлении вводят стабилизаторы (гидрофильные коллоиды, клей, крахмал, желатину или соли алюминия и железа), а для повышения прочности пленок — минерализаторы. В качестве минерализаторов применяют только мелкораздробленные добавки: молотый песок, золу, угольную пыль, глину, то есть твердые органические и неорганические вещества. Эти вещества, прилипая к пленкам пены, как бы бронируют их, повышая их прочность и несущую способность.
      Комбинация пенообразователя, стабилизатора и минерализатора обеспечивает получение наиболее стойкой пены. В результате пена приобретает способность удерживать твердые частицы минерального вяжущего, не разрушаясь до образования прочного скелета бетона из затвердевшего цементно-песчаного или известково-песчаного раствора с ячейками, наполненными воздухом.
      Процесс приготовления пенобетонов осуществляется в специальных пенобетономешалках, состоящих из трех барабанов с лопастями, насаженными на вращающиеся валы. Все валы приводятся в движение от одного электродвигателя. Один из барабанов служит для взбивания пены, другой — для приготовления цементного теста, третий — для смешивания пены с тестом. Готовая смесь разливается в формы, где она и затвердевает, образуя изделия из окаменевшей пены.
      Ячеистые бетоны несгораемы. Пенобетоны, изготовленные на золе-уносе, тонкомолотом песке или цемянке, являются жаростойкими материалами.
      Ячеистые бетоны в настоящее время находят довольно широкое применение для тепло и звукоизоляции перекрытий в стеновых панелях. Так как теплопроводность ячеистых бетонов почти в 10 раз меньше, чем у обычного, тяжелого, бетона, то их применяют при строительстве холодильников, заводов искусственного льда, для изоляции 40
      паровых камер, сушилок и теплоцентралей. При повышенной влажности окружающего воздуха ячеистые бетоны способны поглощать влагу, предохраняя стены от сырости. Поэтому ячеистый бетон применяют в заводских и фабричных цехах с повышенной влажностью, в текстильных и бумажных фабриках, пивоваренных заводах и т. п.
      Лучшим по качеству считается автоклавный пенобетон, в особенности — вакуумавтоклавный. В нем часть цемента заменяется молотым песком. Иногда для приготовления автоклавного ячеистого бетона вместо цемента применяется смесь молотой извести и песка. Такая смесь дает автоклавный пеносиликат. Молотая известь для получения этого материала должна иметь возможно более тонкий помол, что повышает прочность пеносиликата.
      Для изготовления пеносиликата может применяться как молотый, так и обыкновенный песок, но прочность изделий на молотом песке будет получаться большей, чем на обыкновенном. Взамен песка иногда применяют золу-унос электростанций, трепел и другие материалы.
      Пеносиликат применим для изготовления стеновых камней, плит для перегородок и для утепления наружных стен.
      Наиболее тяжелый автоклавный пеносиликат и пенобетон применяют для изготовления изделий, армированных сталью — армопенобетона. Армопенобетон применяют в утепленных покрытиях промышленных зданий, в качестве плит-панелей в стенах и т. п. Теперь перейдем к рассмотрению ячеистого бетона, получаемого химическим способом.
     
      3. Газобетон
     
      Химический способ получения ячеистого бетона (или газобетона) заключается в следующем. Чтобы придать бетону ячеистое строение, к минеральному вяжущему добавляют вещества, выделяющие при взаимодействии с раствором извести водород, кислород или другие газы, вспучивающие цементное или известковое тесто. Чаще всего для вспучивания вводят порошок алюминия (0,1—0,2 процента от всего веса цемента). При реакции между алюминием и водным раствором извести образуется газ — водород, вспучивающий тесто.
      При добавлении к цементному тесту углекислых или хлористых солей выделяется углекислый газ, также дающий вспученную высокопористую массу.
      При замедлении схватывания, что бывает при недостаточной густоте теста, часть газа улетучивается. С другой стороны, при излишне густом тесте схватывание может наступить раньше, чем оканчивается газовыделение. Образующийся при этом газ, встречая сопротивление смеси, уже начинающей затвердевать, прорываясь сквозь массу, разрывает ее и делает рыхлой, непрочной. Поэтому тесто во время вспучивания должно обладать определенной степенью вязкости, обеспечивающей необходимую газоудерживающую способность, а образование газа должно закончиться раньше, чем схватится цемент.
      Мылонафт, абиетат натрия и другие гидрофобизующие поверхностно-активные вещества, увеличивая вязкость цементного теста, повышают количество газовых пузырьков в газобетоне. От этого газобетон получается более легким, обладает лучшими теплоизоляционными свойствами, становится менее водопроницаемым.
      Газобетон в начале газовыделения разливают по формам. Там он вспучивается и затвердевает в теплой и влажной среде. Упрочнение газобетона можно ускорить запариванием в автоклаве. В случае применения такой обработки часть цемента заменяют молотым песком, шлаком и другими добавками.
      Газобетон, как и пенобетон, бывает теплоизоляционный и конструктивный. По своим свойствам он аналогичен пенобетону и применяется наравне с пенобетоном. Газобетон, как и пенобетон, легко пилится, обрабатывается топором, рубанком. В него без труда вбиваются гвозди.
      Фактура и цвет ячеистого бетона могут быть различными за счет введения в состав облицовки белого или цветного цемента, минерального красителя, молотой мраморной или известковой крошки.
      Внутренняя отделка стен из ячеистого бетона может быть произведена обычно применяемыми способами: затиркой, клеевой или масляной покраской, оклейкой обоями.
      Ячеистые бетоны очень легкие. Некоторые из них легче таких древесных пород, как пихта, кедр, ель, липа. Они плавают в воде.
     
     
      III. ЖЕЛЕЗОБЕТОН
     
      1. История возникновения
      и развития железобетона
     
      Изобретение цемента в начале 19-го столетия явилось сильным толчком к развитию бетонного строительства. Большое сопротивление цементного бетона сжатию, его огнестойкость, долговечность и другие ценные технические свойства обеспечивали ему большую будущность. Однако бетон, как и всякий каменный материал, в ряде конструкций не мог конкурировать с металлом. Бетон плохо работает на растяжение. Если, например, нагружать балку, сделанную из бетона в указанных на рис. 8 слева зонах растяжения, то быстро образуются трещины, вслед за чем произойдет мгновенное полное разрушение. Следовательно, бетонные балки применять нецелесообразно. Чтобы бетонные конструкции могли работать на изгиб, их надо делать массивными, с большими размерами сечений, что существенно ограничивает область применения бетона. Помочь делу можно, закладывая в бетон стальные стержни (см. рис. 8 справа). Поэтому вполне естественно, что вскоре после изобретения цемента и с расширением области применения бетона в строительстве могла уже возникнуть мысль о соединении бетона с металлом в единую конструкцию, в которой каждый материал выполнял бы свою роль наиболее целесообразно. Современный железобетон как раз и представляет собой такой строительный материал, а вернее конструкцию, в которой цементный бетон и стальные стержни, соединенные вместе силами сцепления, работают как единое монолитное тело.
      В настоящее время в железобетоне применяется преимущественно сталь, так что название «железобетон», а не «стальбетон» сохраняется лишь по традиции.
      Металлические стержни иначе называют арматурой. Слово арматура в переводе на русский язык означает вооружение. Из дальнейшего изложения будет ясно, как и почему стальная арматура «вооружает» бетон.
      создание железобетона — это классический пример соединения двух различных по свойствам материалов с образованием нового, вобравшего в себя лучшие свойства, имеющиеся в каждом из материалов.
      Изобретение железобетона обычно приписывают парижскому садовнику Монье, который в 1867 году взял свой первый патент на изготовление кадок из цементного раствора по металлической сетке, а в дальнейшем патенты на изготовление плит, сводов, труб.
      Представляется, однако, маловероятным, чтобы человек, ничего в сущности не имевший общего со строительным делом, мог изобрести столь хороший строительный материал, как железобетон. Очевидно, что это не так. Таких случайностей не бывает.
      Всякое важное событие или явление не возникает случайно, а бывает результатом всего предшествующего развития. Так, надо думать, было и с изобретением железобетона. Подтвердить эти доводы может краткое рассмотрение истории развития строительных конструкций.
      В глубокой древности, на первых ступенях развития строительного дела, основными материалами строительных конструкций были дерево и камень. Здания и сооружения, к которым предъявлялись повышенные требования капитальности (то есть требования долговечности и огнестойкости), возводились целиком из естественного камня. При этом перекрытия таких зданий изготовлялись также каменными.
      Последнее представляло большие трудности, так как получение каменных балок из естественных глыб было очень сложным и трудоемким, перевозка балок и их укладка на место при низком уровне техники того времени были также весьма затруднительны. Поэтому перекрывались каменными балками лишь небольшие пролеты, порядка 3—4, реже 5 метров. Таковы были конструкции древнегреческих храмов и дворцов вавилонян и египтян.
      Но уже в те времена выявилась необходимость в перекрытиях больших пролетов. Сначала это делалось постепенным напуском тех же больших естественных камней, в результате чего получались две сходящиеся с двух сторон консоли, образовывавшие подобие свода. При дальнейшем развитии строительного дела эта конструкция превратилась в арку и цилиндрический свод.
      Одновременно строители того времени стремились облегчить и упростить возведение зданий и сооружений путем применения более мелких естественных и искусственных камней. Эта задача была успешно решена после получения вяжущих веществ.
      В зданиях и сооружениях из крупных камней кладка выполнялась насухо, и камни могли держаться благодаря своему большому весу на одном лишь трении. В конструкциях из мелких камней для связи их и совместной работы, а следовательно, и хорошей работы всей конструкции, необходимо было вяжущее вещество. Еще до нашей эры были получены такие вяжущие вещества, как известь и гипс. В то же время были получены и искусственные камни, сначала в виде необожженного кирпича, а затем обожженного. С появлением вяжущих кирпичная кладка на растворе получает все более широкое применение.
      Арки и своды, первые наиболее интересные и сложные конструкции архитектуры рабовладельческого периода, в средние века получают дальнейшее развитие, в особенности для перекрытий значительных пролетов капитальных зданий и сооружений. Сохранившиеся архитектурные памятники Руси, в Средней Азии и зарубежные свидетельствуют о достижении строителями высокого совершенства в выполнении сводчатых конструкций.
      В период капитализма к сооружениям были предъявлены новые требования. Для достаточно развившейся промышленности требовались специальные здания и сооружения значительных пролетов и нередко многоэтажные. Сводчатые перекрытия оказались для этой цели во многих случаях нецелесообразными, так как они требуют большой высоты этажей и вместе с тем тяжелы и дороги. Кроме того, большая высота этажей создает и большие объемы помещений, что требует значительных расходов на отопление помещений.
      Необходимость создания долговечных, огнестойких и экономичных конструкций для перекрытий больших пролетов потребовала разработки новых типов конструкций.
      Уровень техники и строительного дела этого времени позволял создавать такие конструкции. С начала 18 века в строительстве перекрытий и покрытий, при постройке колонн и мостов в России начали применять конструкции из чугуна, а в XIX веке — из сварочного железа.
      В 1860-х годах в России после отмены крепостничества началось усиленное строительство фабрик и заводов, железных дорог, мостов, вокзалов. Опыт строительства из металла показал, что при неблагоприятных условиях эксплуатации сталь быстро ржавеет и требует, для повышения долговечности возведенных из нее конструкций, принятия особых мер защиты. Кроме того, этот же опыт строительства показал, что сталь не огнестойка. Для капитального же строительства требовались долговечные и огнестойкие конструкции. Поэтому в XIX веке как в России, так и в других странах начались настойчивые, усиленные поиски нового строительного материала, который соединил бы в себе долговечность, огнестойкость и хорошую работу конструкции на растяжение и сжатие. Эти поиски были облегчены значительным развитием металлургии и производства вяжущих веществ. Последнее послужило причиной постепенно возраставшего применения бетона и более уверенного применения железных связей в каменной кладке.
      Сохранившиеся многочисленные памятники Руси, республик, входящих в Советский Союз, а также и зарубежные свидетельствуют о широком применении металлических затяжек для восприятия распора в арках и сводах и о применении железных связей в каменных кладках в плоскости междуэтажных перекрытий.
      Неудивительно поэтому, что многие строители стали вносить предложения о применении конструкций, близких по идее железобетону. Такие предложения были сделаны еще до 1867 года, то есть ранее первого патента садовника Монье.
      Так, француз Ламбо в 1850 году построил из армированного железом цементного раствора челн, который он демонстрировал на всемирной выставке в Париже в 1855 году. Приблизительно в это же время американец Гюатт производил опыты с армированными балками. Поэтому можно думать, что благодаря своим недюжинным способностям и предприимчивости Монье в благоприятных для этой цели условиях запатентовал идеи, по существу не принадлежавшие ему.
      Так возник железобетон.
      В нашей стране в деле развития теории и практики железобетонного строительства многое было сделано Николаем Аполлоновичем Белелюбским (1845—1922), профессором Института инженеров путей сообщения. Под его руководством в 1891 году в Петербурге были произведены исследования, целью которых было — проверить возможность применения железобетона в разных областях строительства. Результаты этих работ были весьма убедительными: они показали большие преимущества железобетона перед рядом деревянных, металлических и каменных конструкций. Вскоре из железобетона был выполнен ряд заслуживающих внимания сооружений: в 1896 году на Нижегородской ярмарке — переход (мост) пролетом 45 метров, в 1904 году в г. Николаеве, при консультации Н. А. Белелюбского, — первый в мире железобетонный маяк и др.
      Сначала железобетонные конструкции лишь копировали конструктивные формы, присущие каменным, металлическим и деревянным конструкциям. По мере изучения свойств железобетона разрабатывались и уточнялись методы его расчета, совершенствовались формы его конструкций, увеличивались перекрываемые пролеты и высоты сооружений, облегчался вес перекрытий, уменьшалась трудоемкость возведения конструкций. В результате этого были предложены ребристые перекрытия и безбалочные перекрытия. Учет возможности создания жестких сопряжений элементов железобетонных конструкций привел к созданию новых конструктивных форм — железобетонных рам, а монолитность железобетона позволила применить в строительстве тонкостенные пространственные конструкции: куполы, своды, оболочки, шатры.
      После Великой Октябрьской социалистической революции железобетон в нашем строительстве стал занимать почетное место. Он применялся на Волховстрое, на строительстве Днепровской ГЭС имени В. И. Ленина, Свирской ГЭС, Верхневолжских гидроузлов и многих других строительствах.
      С 1929 года наряду с возведением железобетонных сооружений обычным монолитным способом в связи с быстрыми темпами огромного строительства значительное применение в промышленном строительстве получили сборные железобетонные конструкции (колонны, подкрановые балки, рамы и др.). Сборные железобетонные сооружения отличаются от монолитных тем, что части сборных железобетонных конструкций изготовляются на специальных заводах или строительных площадках (полигонах). На месте же строительства эти изделия лишь собираются, монтируются.
      К этому же времени относится у нас и начало развития промышленности по изготовлению железобетонных изделий (ступеней, подоконных досок, карнизных плит, труб). Для изготовления сборных конструкций и деталей в Москве, Ленинграде и других городах были построены строительные дворы (заводы).
      Применение сборного железобетона при выполнении пятилеток позволяло значительно экономить металл. Это же достигалось и применением сварки стыков арматуры. На устройство стыков, осуществляемых без сварки, расходуется металла значительно больше.
      Как известно, электросварка возникла на основе работ В. В. Петрова, Н. Н. Бенардоса, Н. Г. Славянова еще в XIX веке. Но в царские годы это изобретение не нашло себе достойного применения. Под названием «славяновской» электросварка была известна за границей. В настоящее время электросварка непрерывно совершенствуется. Благодаря работам Евгения Оскаровича Патона (1870— 1953) и других достигнута полная автоматизация сварки.
      Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР в целях улучшения строительного дела обязали широко применять в строительстве зданий и сооружений сборные железобетонные конструкции, детали и стеновые блоки.
      Согласно программе развития производства сборных железобетонных конструкций и деталей предусматривается значительное увеличение объема их производства: уже в 1957 году их будет произведено в пять с лишним раз больше, чем в 1954 году. Внедрение сборных железобетонных конструкций и деталей заводского и полигонного изготовления является одним из основных мероприятий, обеспечивающих подъем строительной индустрии. Наша задача состоит в том, чтобы быть на высоте требований, предъявляемых к строителям Коммунистической партией и Советским правительством. Мы должны повседневно выявлять и полностью использовать резервы, имеющиеся в строительных организациях и на предприятиях.
      С началом строительства метрополитена в Москве железобетон стал внедряться и в подземное строительство.
      Из последних достижений в области железобетонного строительства наиболее интересными и важными, имеющими наибольшее хозяйственно-экономическое значение, являются предварительно напряженные железобетонные конструкции. Французский инженер Э. Фрейсине появление предварительно напряженного бетона справедливо назвал «революцией в области техники бетонов». На сущности предварительно-напряженного железобетона мы остановимся несколько ниже.
      Еще не так давно основными недостатками монолитного железобетона считали его трудоемкость и большую затрату лесоматериалов для лесов (подмостей) и опалубки. В настоящее время возведение монолитных железобетонных конструкций все больше и больше индустриализируется. При их осуществлении применяются особые виды опалубок, для армирования используются сварные сетки и каркасы, укладка которых занимает немного времени; бетонная смесь подается либо передвижными кранами в бадьях, либо бетононасосами, автомобилями-самосвалами, уплотнение производится только с помощью механизмов вибрированием, вакуумированием.
      Как же проектируются железобетонные конструкции: плиты, балки, колонны, рамы, арки, оболочки и т. п.? Для того, чтобы узнать, какие усилия развиваются в конструкциях (изгибающие, срезывающие, крутящие или направленные вдоль продольной оси элементов) от действия задаваемых внешних нагрузок (веса людей, машин, самих конструкций, динамических воздействий), инженер-проектировщик использует формулы специальных наук: строительной механики, динамики сооружений и др. Узнав эти усилия и как они изменяются по длине элементов, проектировщик расчетом определяет необходимые размеры поперечного сечения конструкции и необходимое количество арматуры в различных местах ее. После этого составляется чертеж армирования конструкции с указанием количества и диаметров стержней арматуры, с установлением всех геометрических размеров каждого стержня.
      Необходимо также особо остановиться на плодотворных исследованиях советских специалистов по созданию новой, прогрессивной теории расчета железобетонных конструкций.
      Правильно учесть расчетом механические свойства бетона и арматуры при их совместной работе в железобетонных конструкциях представляет собой нелегкую задачу. В нашей стране ДО начала 30-х годов XX века (а за границей и до последнего времени) господствовала так называемая «классическая теория» железобетона, возникшая еще в XIX веке, методы расчета которой заимствованы из науки, называемой «сопротивление материалов». Классическая теория игнорировала ряд важных свойств бетона и железобетона, а потому обладала рядом недостатков. В связи с грандиозным размахом строительства в нашей стране с начала первой пятилетки (с 30-х годов) начался пересмотр классической теории. Рассчитанные по «классической теории» конструкции обладали избыточными запасами прочности, что было связано с перерасходом материалов. Советские строители стремились к экономии материалов — стали и бетона, к обоснованному снижению запасов прочности, а «классическая теория» не могла дать правильного ответа на вопрос: какой запас прочности имеет данная конструкция? Строители стремились к внедрению сталей и бетонов повышенной прочности, — это было экономически выгодно, — а «классическая теория» оказалась беспомощной и в этом важном вопросе.
      Было ясно, что «классическая теория» стала тормозом для дальнейшего развития железобетона.
      Задача пересмотра принципов расчета железобетонных конструкций была успешно решена в Советском Союзе.
      На основе глубокого изучения физико-механических свойств бетона и железобетона, после проведения обширных экспериментальных и теоретических исследований и обобщения данных практики коллективными усилиями специалистов в начале 30-х годов была создана новая теория расчета железобетона по разрушающим усилиям. Выдающуюся роль в создании новой теории сыграли труды проф. А. Ф. Лолейта и проф. А. А. Гвоздева. С 1938 года расчет железобетонных конструкций производится по новой теории разрушающих усилий. Экономия арматуры при расчете конструкций по этой теории достигает 30, а иногда и более процентов. Новая теория стимулирует применение высокопрочных бетонов и сталей. В настоящее время продолжается усовершенствование и развитие новых методов расчета. В основном закончена разработка нового метода расчета конструкций по предельным состояниям, учитывающего возможную перегрузку конструкций во время эксплуатации, возможное снижение качества материалов по сравнению с нормативными показателями и т. д. Это не значит, что создание теории железобетона уже закончено и больше нечего делать. Теория железобетона будет и дальше развиваться, помогая строительной практике, которая нередко, опережая теорию, ставит перед ней новые задачи.
     
      2. Свойства железобетона
     
      Бетон и сталь обладают весьма различными свойствами. Сталь прочна, упруга, она хорошо сопротивляется как растяжению, так и сжатию. Кроме того, сталь обладает большой деформативностью и вязкостью. Бетон же материал довольно хрупкий, он сопротивляется растяжению в 10—15 раз хуже, чем сжатию. Как же работают «рука об руку» эти два, столь непохожие друг на друга материала?
      Совместная их работа является возможной и выгодной благодаря следующим свойствам железобетона. Бетон при затвердевании прочно сцепляется со сталью. Цементный раствор, находясь в коллоидальном состоянии, как уже говорилось выше, обладает клеящей способностью и поэтому пристает к поверхности стали. После затвердевания бетона требуется значительное усилие, чтобы выдернуть металлический стержень из бетона. Чем больше склеивающая способность каменного клея, чем глубже стержень заделан в бетон, тем прочнее его сцепление с бетоном.
      На величину сцепления стержня с бетоном влияет также сила трения. Это трение получается вследствие неровностей поверхности арматуры и в результате давления бетона на стальные стержни, возникающего благодаря усадке бетона при его твердении. Силы склеивания и трения оцениваются суммарно как сила сцепления бетона с арматурой. Эта сила очень велика и может достигать 40 килограммов на каждый квадратный сантиметр поверхности сцепления. Стальной крюк диаметром в 3 сантиметра, заделанный в бетон на глубину в 30 сантиметров, может удержать подвешенный к нему автомобиль (см. рис. 10).
      Для увеличения сцепления на концах стержней обычно устраивают крюки или применяют стержни периодического профиля, имеющие большую поверхность сцепления с бетоном.
      В результате прочного сцепления бетона со сталью оба материала работают совместно. При этом сталь, как более прочный материал, на одну и ту же площадь сечения воспринимает большую величину усилий, чем бетон. Поэтому при относительно небольшом количестве стали, заключенной в бетон, она оказывает очень большое влияние на работоспособность конструкции.
      Бетон и сталь совместно хорошо работают не только потому, что имеют прочное сцепление, но и потому, что при изменении температуры изменяются по длине почти одинаково1.
      1 Коэффициент линейного расширения для бетона определяется величинами порядка 0,0000148—0,000010; для стали — 0,000012.
      Поэтому при изменении температуры в пределах нескольких десятков градусов усилия, стремящиеся сдвинуть арматуру по отношению к бетону, хотя и возникают, но они незначительны, так что силы сцепления между бетоном и сталью успешно им противостоят. Если бы этого не было, то сцепление между двумя материалами в железобетоне при нагревании было бы быстро нарушено.
      В то же время бетон, как сравнительно плохой проводник тепла, защищает сталь от резких изменений температуры. Это имеет особенно важное значение при пожарах. В огне металлические части зданий коробятся, изменяют свою первоначальную форму. При сильном нагревании сталь размягчается, теряет свою прочность и уже не в силах удержать не только нагрузку, которую она несет, но даже свой собственный вес.
      Бетон же благодаря его незначительной теплопроводности защищает арматуру железобетонных конструкций при пожаре.
      Бетон предохраняет заключенную в нем сталь и от ржавления (коррозии). Известны случаи, когда стальные стержни, защищенные цементом, не имели ржавчины, находясь в течение 50 лет на дне моря. Это наблюдается, однако, лишь в тех случаях, когда бетон достаточно плотен и окружает арматуру защитным слоем толщиной не меньше, чем в два сантиметра. Последнее объясняется не только тем, что плотная бетонная оболочка защищает сталь от доступа воздуха, но и щелочным характером химических реакций, происходящих при затворении цемента водой. А сталь, как известно, имеет свойство сопротивляться окислению в присутствии сильных щелочей.
      Однако, если в железобетоне образуются трещины шириною 0,25—0,30 и более миллиметров, то происходит разрыв защитной пленки и при увлажнении вследствие электрохимических явлений начнется коррозия арматуры.
      В гигиеническом отношении железобетонные сооружения также имеют преимущества по сравнению с обычными и, в особенности, с деревянными, вследствие отсутствия швов, отверстий, щелей, в которых могут гнездиться паразиты, скопляться пыль. Поэтому железобетонные конструкции, в частности, — перекрытия, особенно целесообразны в таких зданиях, как больницы, школы, ясли, гостиницы, общежития.
      Железобетонные строения безопасны при ударе молнии, так как железобетонный каркас прекрасно работает, как громоотвод.
      Железобетон позволяет делать строительные конструкции значительной высоты.
     
      3. Арматура
     
      Арматурой в железобетонных конструкциях обычно называют совокупность стальных стержней и хомутов, сваренных или связанных проволокой и заделанных в толщу бетона. В качестве арматуры нередко применяются целые сварные каркасы и сетки.
      Для того, чтобы ознакомиться с арматурой (ее видами и с применением), рассмотрим вначале армирование наиболее распространенных и в то же время наиболее простых видов железобетонных конструкций, а именно: колонн, балок, фундаментов.
      Фундаменты служат для передачи на грунт давления от колонн, столбов, стен, а также машин, станков, моторов, которые крепятся к фундаментам так называемыми анкерными болтами, глубоко заделываемыми в фундамент, чтобы препятствовать вредному действию сотрясений, вызываемых движущимися частями машин. Фундаменты имеют уширенное книзу (к подошве) сечение, так как большая площадь подошвы позволяет распределить действующие на фундамент нагрузки на большую площадь основания. Фундаменты из железобетона изготовляются монолитными и сборными.
      Колонны и столбы воспринимают нагрузку от перекрытий и передают их на фундаменты, а перекрытия, в свою очередь, воспринимают нагрузку от веса конструкций и веса различной «начинки» помещений: машин и механизмов, мебели, людей.
      Железобетонные колонны устраивают обычно квадратного или прямоугольного поперечного сечения, а иногда — в зданиях с безбалочными перекрытиями — круглого или многоугольного.
      Армируются колонны продольными стержнями (они имеют диаметр от 12 до 40 мм) и поперечными хомутами (диаметром 6—8 мм), которые привязываются или привариваются к продольным стержням. (В настоящее время на Московском и Люберецком заводах сборного железобетона имеются автоматизированные машины для сварки арматурных каркасов колонн). Продольные стержни усиливают сопротивляемость бетонного сечения сжатию; хомуты же создают надежную связь продольной арматуры с бетоном и предохраняют гибкие продольные стержни от выпучивания при сжатии. Поэтому постановка хомутов в железобетонных колоннах обязательна.
      Как и всякий сжатый элемент, железобетонная колонна под нагрузкой претерпевает укорочение в продольном направлении и расширение в поперечном. Если затруднить поперечные деформации колонны, то прочность бетона и несущая способность колонны увеличатся. Этого стеснения поперечных деформаций колонны удается достичь в круглых и многогранных колоннах путем частой установки по высоте колонны круглых хомутов или устройством спиральной обмотки.
      Железобетонные перекрытия бывают ребристые и безбалочные. Ребристое перекрытие состоит из железобетонной плиты и поддерживающих ее балок (ребер). Балки, если рассматривать план здания, идут обычно по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Одни из этих балок («второстепенные») отстоят друг от друга на небольших расстояниях (1,5—3,0 метра) и опираются на другие «главные» балки (прогоны). Главные балки воспринимают на себя всю нагрузку от второстепенных балок и плит и передают ее на колонны или стены.
      В безбалочном перекрытии плита опирается непосредственно на колонны, имеющие вверху грибовидные уширения, называемые капителями.
      Арматура балки более сложна, чем арматура колонны. В изображенной на рис.12 балке в растянутой нижней зоне, где бетон работает слабо, мы видим стальные стержни для воспринятая растягивающих напряжений и для усиления тем самым сопротивления бетонной балки изгибу. Во избежание появления наклонных трещин у опор балки ставят косые стержни, так называемую к о-с у ю арматуру. Хомуты, расположенные в поперечных сечениях балки, охватывают арматуру растянутой (нижней) зоны и закрепляются в сжатой (верхней) зоне, связывая обе зоны и обеспечивая их надежную совместную работу. Хомуты также препятствуют образованию и раскрытию косых трещин. Хомуты поэтому ставятся в железобетонных балках во всех случаях. Железобетонная балка, армированная продольными прямыми и отогнутыми стержнями, а также хомутами, представляет собой типичную железобетонную конструкцию; все стержни указанной арматуры являются рабочими стержнями. Во избежание сбивания хомутов при бетонировании балки в ее верхней, сжатой зоне ставят монтажные стержни для привязки к ним хомутов и создания жесткого каркаса. Эти стержни по расчету не воспринимают нагрузку и являются «нерабочими». Концы хомутов снабжаются крюками, захватывающими монтажные стержни. Привязка хомутов к стержням делается отожженной вязальной проволокой. В последнее время широко внедряется способ изготовления арматурных каркасов балок с помощью машин точечной сварки, который улучшает связь продольных и поперечных стержней между собой и ведет к снижению трудоемкости и стоимости арматурных работ.
      В значительной мере аналогично армированию железобетонных балок устраивается армирование железобетонных плит. В изображенной на рис. 13 многопролетной железобетонной плите для восприятия растягивающих усилий поставлены продольные прямые и отогнутые стержни.
      Для сохранения отогнутой арматурой проектного положения при бетонировании плиты в местах перегиба стержней поставлена монтажная арматура. Но, помимо указанных видов арматуры, в плитах поверх рабочей арматуры в направлении, перпендикулярном к последней, укладываются еще стержни, называемые распределительными. Эта арматура предназначена для распределения между рабочими стержнями усилий от сосредоточенных грузов (подобно тому, как рельс передает давление от нагрузки на несколько шпал), откуда она и получила свое название.
      Таким образом, по назначению арматуру разделяют на рабочую, распределительную и монтажную.
      В зависимости от размера и вида поперечного сечения арматуры она бывает гибкой, Составленной из стержней малого сечения, и жесткой — из двутавров, швеллеров и других сечений прокатного металла. Содержание арматуры в железобетоне определяется отношением общей площади поперечного сечения рабочих стержней к сечению бетона (коэффициентом армирования или процентом армирования). Значение процента армирования в зависимости от типа железобетонных конструкций обычно колеблется от 0,5 до 3 процентов для гибкой арматуры и более 3 процентов — для жесткой.
      Жесткая арматура уже до обетонивания сама способна нести значительную нагрузку, поэтому опалубку конструкций можно подвешивать прямо к арматуре и избегать устройства коренных лесов. Это является важным преимуществом железобетона с жесткой арматурой, позволяющим экономить лесоматериалы, сокращать сроки строительства и параллельно вести строительные и монтажные работы. Железобетон с жесткой арматурой выгодно применять в одноэтажных промышленных сооружениях с большой высотой этажа (более 7 метров), в многоэтажных зданиях большой высоты. Возведение зданий из железобетона с жесткой арматурой дает возможность достичь тех же темпов строительства, что и при стальных каркасах. Вместе с тем при жесткой арматуре металла расходуется значительно меньше (на 30—50 процентов) по сравнению со стальными конструкциями.
      Расход арматуры, применяемой в железобетонных конструкциях, составляет в среднем 100 килограммов на один кубический метр бетона. При большом объеме железобетонных работ каждый процент сокращения расхода стали высвобождает для народного хозяйства тысячи тонн металла. Сокращение расхода стали может быть достигнуто путем использования сталей с повышенными механическими свойствами. Поэтому, если еще сравнительно недавно арматурой обычного железобетона служила почти исключительно мягкая сталь с сравнительно небольшим пределом прочности, то с появлением высокосортного цемента и высокопрочных бетонов для арматуры начали применять стали повышенной прочности и специальные стали, получаемые обычно из мягкой стали путем холодной обработки.
      Гибкая арматура бывает различных видов: круглая, полосовая, квадратная, витая, крученая, периодического профиля. Круглое сечение стержней в виде прокатанных прутьев и проволоки получило наибольшее распространение. Изготовлять арматуру из круглых стержней удобнее, чем из стержней какого-либо другого сечения.
      Для увеличения силы сцепления с бетоном арматуру сравнительно недавно стали изготовлять с различными выступами, повторяющимися через определенный период. Поэтому арматура с такой поверхностью известна под названием арматуры периодического профиля. Эти выступы служат тем же целям, что и зубцы на заершенных штырях, которые, как известно, сильно препятствуют их выдергиванию. Для этой же цели употребляют крученую арматуру, а также витую, сплетенную из двух стержней. Арматура периодического профиля бывает двух видов: горячекатанная и холодно-сплющенная.
      Горячекатанная арматура имеет вид круглых стержней со спиральными и продольными выступами. При применении этой арматуры на концах стержней крюков не требуется.
      Холодносплющенная арматура периодического профиля изготовляется из мягкой стали на специальных станах конструкции А. И. Авакова. В этих станах имеются валки с подрезными зубьями. При прохождении стального стержня через эти валки он сплющивается в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В структуре металла после этой обработки происходят некоторые изменения в строении кристаллической решетки, известные под названием «наклепа», в результате чего повышаются механические свойства стержней. Для получения «наклепа» стальные стержни подвергают также предварительному вытягиванию при заранее заданных величинах напряжений, то есть их как бы «калибруют» по своим механическим свойствам. Это послужило основанием называть данный метод «силовой калибровкой» стали.
      Установка арматуры в опалубке отдельными стержнями — очень трудоемкая и кропотливая работа. В целях
      ускорения и удешевления арматурных работ применяют сварные каркасы, изготовленные заранее. На гидротехнических стройках, когда изготовляются каркасы весом до 10 тонн, или при строительстве фортификационных сооружений, арматуру монтируют с помощью различных мощных кранов. Сварные каркасы до затвердевания бетона обычно не могут самостоятельно нести сколько-нибудь значительную нагрузку. Однако при соответствующем проектировании сварной каркас может представлять собой конструкцию, способную воспринимать вес опалубки, сырого бетона, рабочих. Такие каркасы называют несущими. Жесткая арматура, о которой только что говорилось, является разновидностью несущей арматуры.
      В последнее время все большее распространение получает прогрессивный способ изготовления сварных арматурных сеток плит с помощью машин точечной сварки. Сетки делают шириной до 2,7 метра, а длиной (при диаметре проволоки до 5 миллиметров) несколько десятков метров. Такие сетки закатывают в рулоны и отправляют на строительства. Трудоемкость работ по армированию плиты перекрытия в этом случае сокращается в несколько раз (нужно лишь раскатать рулонную сетку и закрепить ее в проектном положении). Соответственно сокращаются сроки возведения перекрытий.
     
      4. Армирование железобетонных конструкций
     
      Возьмем обыкновенную ученическую резинку и проведем в середине ее высоты по боковой грани прямую линию (см. рис.16). Нажмем на резинку, поставленную краями на две опоры, — резинка сожмется в верхней части и растянется в нижней. В средней же части, там, где проведена линия, длина резинки не изменится. Поэтому слой, разделяющий резинку на две части — сжимаемую и растягиваемую, — называют нейтральным слоем.
      Явления, которые мы наблюдаем в резинке при ее изгибе, происходят в любом строительном материале, хотя они не всегда видны глазу. При этом сила растяжения, возникающая под нейтральным слоем, равна силе сжатия. Вследствие этого конструкции, сделанные из материала, прочность которого на растяжение невелика, при изгибе легко ломаются. Чтобы этого не случилось в железобетонной балке (или плите), опертой обоими концами, внизу растянутой части ставится арматура, хорошо работающая на растяжение. Если же балка (или плита) представляет собой «консоль», у которой один конец закреплен, а другой висит свободно, как, например, в балках и плитах балконов, карнизов, то она испытывает растяжение в верхней и сжатие в нижней части. Поэтому в них арматура располагается вверху.
      Так как бетон хорошо сопротивляется сжатию, а сталь — растяжению, то правильно армированная железобетонная балка или плита при изгибе будет хорошо сопротивляться как сжатию, так и растяжению.
      Возьмем, например, бетонную балку длиной 2 метра, высотой 25 и шириной 18 сантиметров. Ее вес равен примерно 200 килограммам. Если балка изготовлена из бетона марки «200», то по расчету она способна выдержать нагрузку примерно 900—1000 килограммов.
      Чтобы балка не разрушилась, нагрузка на нее должна быть еще в три-четыре раза меньше. Эта уменьшенная нагрузка называется допускаемой, а такое уменьшение нагрузки называют запасом прочности. Число, выражающее, во сколько раз разрушающая нагрузка больше допускаемой, — называется коэффициентом запаса прочности. Необходимость уменьшения допускаемой нагрузки по сравнению с разрушающей вызывается возможностью изготовления материала более низкого качества, чем предусмотрено в стандарте (в проекте), и возможностью перегрузки конструкции.
      Коэффициенты запаса для конструкций из разных материалов даются в Нормах.
      Для материалов заводского изготовления, где качество их проверяется в лабораториях, коэффициенты запаса имеют меньшую величину.
      Таким образом, нашу балку мы можем нагрузить всего 250—300 килограммами, то есть она может надежно выдержать вес всего четырех-пяти человек.
      Если же мы в нижнюю часть балки заложим четыре стержня арматурной стали диаметром 20 миллиметров каждый, то картина сразу резко изменится. Балка сможет выдержать нагрузку, уже в десять раз большую. Она выдержит вес нагруженной пятитонной автомашины, если ее подвесить в середине пролета. Таким образом, вводя в бетонную балку четыре стальных прутка общим весом около 20 килограммов, мы во много раз увеличиваем ее сопротивление изгибу.
      Секрет исключительной прочности железобетона состоит в умелом использовании хорошей работы бетона на сжатие и арматурной стали на растяжение. Вот почему железобетонные сооружения, подвергаемые действию изгиба, по сравнению с каменными и бетонными выглядят легкими и изящными.
      Чтобы предотвратить разрушение балки при возникновении в бетоне косой трещины, ставится, как мы уже творили, косая арматура и хомуты.
      Как уже говорилось выше, железобетон надежно работает тогда, когда арматура и бетон хорошо, плотно сцеплены друг с другом. Если это сцепление будет недостаточным, произойдет скольжение арматуры в бетоне, связь между ними нарушится, в железобетоне образуются трещины, что в последующем может вызвать полное разрушение железобетонной конструкции. Чтобы этого не случилось, необходимо обеспечить правильное армирование железобетонной конструкции. Для этого арматуру надо не только уложить точно согласно расчету по чертежу, но и не допустить ее смещения в процессе бетонирования.
      Важно также, чтобы арматура находилась на достаточном расстоянии от наружной поверхности бетонной конструкции. При этом условии она не будет ржаветь и будет предохранена от непосредственного действия огня в случае пожара. Слой бетона, отделяющий арматуру от наружной поверхности, называется защитным слоем. Его минимальные значения даются в Нормах на проектирование железобетонных конструкций. Для балок и колонн он должен быть не менее 25 миллиметров, для тонких плит и стенок толщиной до 10 сантиметров — не менее 10 миллиметров. При действии на сооружение вредных для арматуры паров и газов (например, в путепроводах — от дыма паровозов) толщина защитного слоя увеличивается до 35—40 миллиметров. Чтобы не допустить смещения арматуры в процессе укладки бетона, нижнюю арматуру укладывают на специальные подкладки из бетона («сухари»), а верхнюю — на специальные подставки из круглой стали, опирающейся на опалубку.
      Сопротивление скольжению арматуры в бетоне увеличивается не только устройством крюков на концах арматуры и применением стержней «периодического профиля», но также применением сварных арматурных сеток и каркасов.
      Арматуру в железобетоне обычно распределяют на определенном, указываемом в Нормах расстоянии, не меньшем 2,5 сантиметра. Просветы между стержнями нужны для обеспечения всестороннего обволакивания стержней и сцепления бетона с арматурой и для удобства производства работ.
      В цилиндрических железобетонных сооружениях (резервуарах, силосных башнях, трубах, маяках) обычно применяется кольцевая арматура, стержни которой располагаются на расстоянии 7—20 сантиметров друг от друга по высоте. Такая арматура в сооружениях выполняет примерно ту же роль, что и стальные обручи, которыми стягивают деревянные бочки.
      В фортификационных сооружениях арматура должна не только связывать все сооружение и заставлять его работать как одно целое, но так же, как и во всех других железобетонных сооружениях, должна уменьшать размеры конструкций и устранять возможность появления трещин, ослабляющих сооружение.
      При прямом попадании бомбы или снаряда в железобетонном перекрытии, если оно не пробивается насквозь, образуется конусообразная широкая воронка. Стержни вокруг воронки отрываются от бетона и под действием вытесняемого бетона выгибаются в направлении, обратном движению бомбы. Вытесненный же бетон разлетается на мелкие куски. Снаряд или бомба, попадая в бетон, действует, как клин. При этом частицы бетона испытывают сжатие не только по направлению удара, но также подвергаются боковому перемещению, вследствие чего наблюдаются раздробление бетона и сдвиг его в горизонтальном направлении. Мгновенность действия удара и взрыва вызывают колебательные движения конструкции. Когда размах колебательных движений (вибраций) частиц бетона превосходит известный предел, эти частицы отделяются от основной массы бетона — в результате происходит откол бетона от нижней поверхности покрытия и образуется откольная воронка. Точное распределение усилий, то есть их величину и направление, при весьма различных местах попадания снаряда или бомбы в фортификационное сооружение предугадать почти невозможно*. Поэтому арматуру в железобетонных сооружениях ставят вдоль, поперек и перпендикулярно к горизонтальным слоям. При таком армировании бетон становится как бы «прошитым» арматурными стержнями равномерно по всем направлениям.
      С внутренней стороны покрытия и стен может образоваться откольная воронка и выкрашивание бетона. Для предупреждения этого принимаются конструктивные меры в виде устройства противооткольного слоя.
      В противооткольном слое покрытий и стен гибкая арматура усиливается волнистым железом, кольчужной сеткой или тонким листовым железом.
      Для ускорения боевой готовности сооружений и большой прочности противооткольного слоя и для облегчения производства работ в противооткольном слое, кроме гибкой арматуры, применяют также жесткую арматуру: рельсы, двутавровые балки.
      В легких сооружениях полевой фортификации опалубку внутренних поверхностей ограждений не снимают, и она выполняет роль противооткольного слоя.
      Железобетонные колпаки армируют спиралью с вертикальными распределительными стержнями.
      Как мы уже говорили, бетон гораздо хуже работает на растяжение, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устранен введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости бетона уже при эксплуатационных нагрузках в растянутой зоне элемента возможно, и в большинстве случаев неизбежно, возникновение волосных трещин. Эти трещины при величине их, не превышающей 0,2 миллиметра, не являются опасными с точки зрения нарушения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры. Если ограничить ширину раскрытия трещин указанной величиной, то в случае применения сталей высоких марок прочностные свойства последних не смогут быть полностью использованы. Полное использование прочностных свойств этих сталей связано с неизбежным раскрытием трещин больше указанной величины (0,2 миллиметра) и опасно в отношении коррозии.
      Отсюда следует, что при обычных способах изготовления железобетонных конструкций применение высокопрочных сталей не может быть эффективным. Однако применение высокопрочных сталей и бетонов выгодно, так как их удорожание с повышением прочности возрастает гораздо в меньшей степени, чем их способность воспринимать и выдерживать более высокие нагрузки. Стремление устранить вышеуказанный недостаток (широкое раскрытие трещин) привело к созданию предварительно напряженного железобетона. Его сущность состоит в том, что еще до загрузки железобетонных конструкций в бетоне искусственно создается сжатие, а в арматуре— растяжение. Благодаря этому бетон при его работе сначала теряет то сжимающее напряжение, которое в нем было раньше создано, а затем уже начинает работать на растяжение.
      Идею предварительного сжатия элементов, работающих под нагрузкой на растяжение, впервые предложил русский ученый артиллерист академик Аксель Вильгельмович Гадолин (1828—1892) при изготовлении многослойных стволов пушек. При их производстве он рекомендовал на ствол орудия надевать нагретые цилиндры — «обручи». Стальные «обручи», охлаждаясь, сжимали ствол орудия, благодаря чему он выдерживал громадное давление газов, развивающееся при выстреле. Первое применение этой идеи к железобетону относится к 1888 году. В наши дни в области предварительно напряженного железобетона многое сделано В. В. Михайловым, А. А. Гвоздевым, И. Г. Ивановым-Дятловым.
      Проф. В. В. Михайловым предложен способ непрерывного напряженного армирования, нашедший у нас широкое применение.
      Для предварительно напряженного железобетона применяется в основном высокопрочный бетон (до 600 кг/см2) и арматура из высокопрочной стальной проволоки (семафорной или канатной), натягиваемой специальными приспособлениями. О прочности этой проволоки можно судить по тому, что одна ее нитка толщиной 5 миллиметров выдерживает груз до 2,5 тонны.
      В настоящее время применяют в основном два способа предварительного сжатия бетона. Один из них заключается в том, что сначала натягивают арматуру, а затем укладывают бетон. Когда бетон достаточно окрепнет, натяжные приспособления снимают. Искусственно растянутая арматура, сокращаясь, сжимает бетон. Этот способ основан на силе сцепления арматурной стали с бетоном.
      Вследствие того, что стальные прутья по этому способу в бетоне располагаются раздельно, как струны, такой предварительно напряженный железобетон называют также «струнобетоном».
      Другой способ напряженного железобетона состоит в том, что арматуру натягивают после того, как конструкция изготовлена и бетон в ней достаточно затвердел. В этом случае принимают меры, чтобы натягиваемая арматура не имела сцепления с бетоном. Один из приемов изготовления элементов по этому способу состоит в следующем. Оба конца арматуры выводят наружу и заделывают высокопрочным бетоном в особых стальных обоймах (стаканах), после чего арматуру натягивают. При этом между торцом бетонного элемента и стаканом образуются щели, в которые закладываются металлические шайбы. Как и в первом случае, после снятия натяжных приспособлений, бетон сжимается силой, равной силе натяжения арматуры.
      В настоящее время из предварительно напряженного железобетона изготовляются плиты, балки и прогоны перекрытий, покрытий и каркасов, подкрановые балки, сборные балки пролетных строений мостов, резервуары, напорные трубопроводы, решетчатые фермы, оболочки для ангаров и различные другие специальные конструкции.
      Кроме повышенной трещиноустойчивости и экономичности, к преимуществам предварительно напряженного железобетона относятся также повышенная жесткость (прогибы напряженно-армированных балок при эксплуатационных нагрузках значительно меньше, чем обычных железобетонных), меньший вес, возможность выгодного применения конструкций больших пролетов, что ведет к расширению области применения железобетона и замене им металлических конструкций. Наконец, вследствие повышенной трещиноустойчивости предварительно напряженного железобетона повышается удароустойчивость и долговечность железобетона, что особенно важно для конструкций, работающих под динамической нагрузкой.
     
      5. Где применяется железобетон
     
      Выше говорилось об основных областях применения железобетона, теперь расскажем об этом подробнее с изложением применяемых железобетонных конструкций.
      Устройство всякого рода резервуаров было одним из первых применений железобетона.
      По сравнению с металлическими, каменными или бетонными железобетонные резервуары гораздо проще и дешевле. По форме они разделяются на цилиндрические и прямоугольные. Резервуары бывают открытые и закрытые. В настоящее время железобетонные резервуары возводят на поверхности земли, под землей, а также на водонапорных башнях. Иногда они имеют чрезвычайно большую емкость— в несколько десятков тысяч кубометров. Железобетонные резервуары применяют не только для хранения воды для целей водоснабжения или в качестве бассейнов для плавания, но и для хранения вина, спирта, винного уксуса, для хранения горючих, смолы, разведенных кислот и прочих жидкостей. Когда жидкости, предназначаемые для хранения в резервуарах, вредно действуют на бетон, резервуары изнутри облицовывают керамикой, стеклом, фарфором, либо обрабатывают жидким стеклом, кремнеорганическими соединениями и др. Стенки и покрытия подземных резервуаров изолируют от грунтовых вод битумными материалами: асфальтом, рубероидом. Для достижения лучшей водонепроницаемости резервуаров их стенки покрывают жирной цементной штукатуркой.
      Для хранения угля, а также часто щебня, песка, гравия находят себе применение железобетонные бункеры. Для выпуска хранимых материалов самотеком днище бункеров устраивается в виде воронки.
      Для хранения зерна из железобетона устраиваются элеваторы. Для хранения цемента — силосы. Они обычно состоят из нескольких ячеек или банок.
      Из железобетона возводятся также мосты и дымовые трубы. Железобетонные трубы весят гораздо меньше, чем кирпичные. Так, если коническая железобетонная труба высотой в 150 метров весит, включая фундамент, 6000 тонн, то кирпичная— 15 000 тонн. Железобетонные дымовые трубы по сравнению с кирпичными более монолитны, требуют меньшей затраты труда на всеведение, обходятся гораздо дешевле.
      Сотни тысяч тонн чугуна и стали ежегодно затрачивается на изготовление труб. Под влиянием различных факторов, особенно блуждающих электрических токов, металлические трубы, как известно, снаружи и изнутри подвергаются коррозии. Некоторые водоводы, например, «Кипучая криница» в Донбассе, несмотря на дорогую гидроизоляцию, из-за большой коррозии понадобилось заменить через 10—15 лет эксплуатации. Но и в тех случаях, когда коррозия не разрушает трубопровода, внутренняя поверхность его становится настолько шероховатой, что для поддержания в трубопроводе необходимого напора требуется значительный перерасход электроэнергии. Например, в одном крупном городском водопроводе этот перерасход только за шесть лет его эксплуатации составил сумму, равную стоимости нового водовода.
      Железобетонные трубы свободны от всех этих недостатков. Известны случаи полной сохранности железобетонных труб, пролежавших в земле около 70 лет. Они долговечны даже в трудных производственных условиях. Так, например, в Магнитогорском и Кузнецком металлургических комбинатах вот уже около четверти века нормально эксплуатируются железобетонные производственные трубопроводы.
      Пропускная способность железобетонных труб не уменьшается в процессе эксплуатации, так как их внутренняя поверхность почти все время остается неизменной. На изготовление железобетонных труб требуется лишь 10 процентов металла, обычно расходуемого на металлические трубы. Песок же, гравий или щебень, составляющие о-коло 80 процентов от веса всего бетона, как известно, почти для любого района являются местными материалами. Этим и объясняется, что стоимость железобетонных труб в 2—2,5 раза меньше стальных труб. Из всего этого следует, что широкое внедрение железобетонных труб (в особенности предварительно напряженных с рабочим давлением в 15 и более атмосфер) имеет большое народнохозяйственное значение. Почти повсеместная замена металлических труб железобетонными даст нам возможность ежегодно экономить сотни тысяч тонн металла.
      Железобетонные трубы могут быть изготовлены крупных диаметров — в 2,5 метра и даже более. В такие трубы в крупных городах — в Москве, Ленинграде, Киеве — заключены небольшие речки.
      Посмотрите на старинные каменные здания в этих же городах. В них всего 2—3 этажа, а стены выложены толщиной чуть ли не в метр. Для чего такому невысокому зданию нужны такие толстые стены?
      Стены, как известно, являются главным несущим элементом зданий. Они воспринимают на себя нагрузку от междуэтажных перекрытий. Они же несут нагрузки от лестниц, балконов, чердачного перекрытия, крыши. Вес всего этого значителен, но не такой уж большой, чтобы строить каменные дома в 2—3 этажа со стенами толщиной в метр!
      В чем же тут дело? В том, что стены раньше возводились без расчета, с большим запасом прочности. Кроме того, такая толщина стенам придавалась не столько для восприятия нагрузок, сколько для защиты от холода зимой, а летом — от чрезмерного перегрева. Чем толще в каменных домах стены, тем дольше зимой сохраняется в них тепло от протопленных печей. Летом же, в жару, в таких домах всегда прохладно. Но стоит ли тратить большое количество строительного материала из-за теплоизоляционных задач, если его прочность не используется полностью? Постепенно строители пришли к мысли расчленить в конструкциях зданий несущие и теплозащитные функции, возлагавшиеся испокон веков только на одни стены. В результате появились каркасные конструкции из металла, железобетона, выполняющие в здании почти ту же роль, что и костный скелет в организме животного. Что же касается теплозащитных функций, то их переложили на элементы стен, вмонтированные в решетку каркаса.
      Здание каркасной конструкции по сравнению с бескаркасным, с массивными стенами из камня, имеет большую прочность и жесткость, меньшую стесненность опорами. Их возведение более индустриально*, так как допускает большую механизацию производства строительных работ.
      Каркасная конструкция особенно целесообразна для одноэтажных промышленных зданий с большими пролетами. В этих зданиях монтируются тяжелые краны для перевозки тяжестей. Такие же конструкции применяются также для многоэтажных жилых и промышленных зданий. Основной несущей конструкцией с чисто железобетонным каркасом являются рамы, связанные в продольном направлении прогонами.
      Железобетонный каркас по* сравнению со стальным имеет ряд преимуществ: большую огнестойкость и жесткость, значительно меньший расход стали.
      Стены каркасных зданий по возможности осуществляют из легких, наименее теплопроводных, строительных материалов: облегченного кирпича, ячеистых бетонов, пустотелой керамики, блоков из пемзы, туфа и др.
      Впервые в мировой строительной практике нами были применены сборные железобетонные каркасы для зданий большой этажности. Впервые также нашли применение и стеновые панели высотой в один—два этажа. Наша промышленность изготовляет панели перекрытий с «готовым потолком», не требующим штукатурки, лестничные марши с готовыми ступенями и лестничные площадки с мозаичными полами, облицованные глазированной плиткой панели санитарных узлов, в которых на заводе заключены элементы канализации, газопровода, водопровода, каналы для вентиляции, электропроводки, телефона и радио, сборные перегородки из гипсовых блоков, плиты гипсовой сухой штукатурки и другие строительные детали. Все это сейчас прочно входит в практику массового строительства, является свидетельством больших успехов нашей строительной техники.
      При возведении многоэтажных зданий каркасного типа нашли себе применение колонны с жесткой арматурой. В качестве последней служат двутавры, швеллеры или другие прокатные профили. Применением железобетонного каркаса с жесткой арматурой строителям многоэтажных зданий в Москве удалось сэкономить от 30 до 50 процентов металла, расход которого был бы неминуем, если бы был применен металлический каркас. Только по четырем новым зданиям, воздвигнутым в Москве (на Смоленской площади, у Красных Ворот, на площади Восстания и на Котельнической набережной), было сэкономлено 6000 тонн — 300 вагонов металла. В этом заключается одно из отличий, которые внесли наши специалисты в конструкцию каркаса многоэтажных зданий.
      В промышленных и общественных зданиях основным видом перекрытий являются железобетонные перекрытия. Они применяются также и в жилых зданиях. Железобетонные перекрытия с гибкой арматурой выполняются монолитными и сборными. Монолитные перекрытия делают здания более жесткими и удароустойчивыми, чем сборные. Однако сборные перекрытия возводятся скорее, так как не требуют их выдерживания в опалубке. Поэтому монолитные перекрытия применяются преимущественно в массивных оборонительных сооружениях и промышленных зданиях, подверженных динамическим нагрузкам.
      Монолитные перекрытия бывают ребристые и безбалочные (грибовидные).
      В безбалочных перекрытиях плоская железобетонная плита, как указывалось выше, монолитно связана (без применения каких-либо балок) непосредственно с колоннами, верхняя часть которых — капитель, похожая на шляпку гриба, расширяется во все стороны. Грибовидное расширение колонн и привело к названию этих перекрытий грибовидными. Этот вид перекрытий дает лучшее использование объема помещений, они значительно лучше вентилируются, освещаются. В помещениях с безбалочными перекрытиями легче поддерживается чистота, облегчается устройство всевозможных проводок.
      Из монолитного железобетона в наши дни осуществляются также почти все гидротехнические сооружения (плотины, дамбы, шлюзы, причалы), тяжелые фундаменты под различное оборудование, бассейны для плавания, силосы, башни, заводские трубы, различные пространственные тонкостенные конструкции, выполняемые в катучей опалубке.
      При изменении температуры отдельные части монолитных железобетонных сооружений могут укорачиваться или удлиняться, а от действия усадки бетона — только укорачиваться; при осадке частей зданий, покоящихся на различных грунтах, происходит сдвиг отдельных секций зданий также и в вертикальном направлении. Поэтому при возведении монолитных железобетонных сооружений значительной протяженности строители вынуждены принимать соответствующие предохранительные меры. Эти меры состоят в том, что все сооружение разделяется на отдельные части швами, которые называются деформационными швами, швами расширения или температурно-усадочными. Расстояние между швами обычно бывает в несколько десятков метров, а ширина шва 1—2 сантиметра. Швы при их устройстве закладываются прокладками из пробки, картона, толя, рубероида.
      Во многих случаях для перекрытия больших пролетов (ангары, сборочные цехи, гаражи, вокзальные и складские помещения, механические мастерские, рынки и т. п.) вместо тяжелых рамных конструкций целесообразно применять монолитные тонкостенные пространственные конструкции (оболочки, куполы). В них вследствие использования пространственной работы железобетона достигнуто значительное облегчение конструкций. Они дают существенную экономию в расходе материалов, особенно при больших пролетах. Возможность использования передвижных (катучих) подмостей упрощает и удешевляет возведение этих конструкций. Из всех типов тонкостенных покрытий в настоящее время наибольшее распространение получили оболочки и складки. Шатры, куполы (гладкие, ребристые и многоугольные), оболочки двоякой кривизны, тонкостенные своды (волнистые и другие) получили несколько меньшее распространение.
      Куполы являются одной из наивыгоднейших конструктивных форм железобетона. По сравнению с каменными куполами они отличаются небольшой толщиной и исключительно малым весом, что дает возможность перекрывать ими весьма значительные пролеты.
      Для них не требуется устройства ни чрезмерно тяжелых опор, ни мощных фундаментов, а горизонтальный распор легко может быть воспринят железобетонным кольцом. Они более огнестойки, чем металлические куполы.
      Первый тонкостенный купол (с толщиной всего в 6 см) в СССР был построен в 1928—1929 годах в Москве для планетария. В 1934 году в Новосибирске над зрительным залом театра оперы и балета был воздвигнут наибольший в мире гладкий сферический купол толщиной в 8 сантиметров с диаметром у основания в 55,5 метра. В настоящее время железобетонные куполы осуществлены пролетом более 70 метров, что, однако, не является пределом их применимости.
      Из монолитного железобетона возводятся также и подпорные стенки, воспринимающие давление земли. Эти стенки проектируются такими, чтобы была исключена возможность их опрокидывания или же скольжения. Раньше их делали из камня, кирпича или просто бетона. Устойчивость их обычно достигалась тем, что они делались массивными, со значительным собственным весом. Железобетон дает возможность возводить подпорные стенки менее массивными, более экономичными. Это достигается использованием веса грунта против сдвига или опрокидывания и устройством стенок либо с контрфорсами, либо с ребрами уголковой формы для устойчивости.
      Сборные железобетонные конструкции в виде отдельных плит и балок разного сечения для перекрытий, а также свай, ступеней, труб и прочие находили применение почти с самого возникновения железобетона. Но для основных несущих конструкций зданий и сооружений сборный железобетон стал применяться значительно позже.
      В настоящее время, вследствие усовершенствования технологии изготовления сборных железобетонных конструкций, усиления механизации строительства, а также благодаря возможности значительной экономии металла при замене стальных конструкций железобетонными, сборные железобетонные конструкции стали применяться как в промышленном, так и в гражданском и в сельскохозяйственном строительстве. Сборный железобетон позволяет перенести преобладающую часть работ по возведению зданий на завод. Это улучшает условия изготовления строительных элементов. Из сборного железобетона представляется возможным быстро, в течение круглого года возводить различные железобетонные сооружения.
      При соответствующем устройстве стыков между сборными железобетонными элементами также может быть достигнута значительная монолитность конструкций.
      Использование железобетонных изделий в сборном домостроении ускоряет и упрощает строительные процессы, а также ведет к облегчению конструкций. Так, жилой дом в 5—7 этажей со стенами и перекрытиями из железобетонных изделий весит примерно вдвое меньше, чем такой же дом из кирпича.
      Легкие и средние по весу железобетонные элементы для промышленных и гражданских зданий и для сельскохозяйственного строительства: плиты, балки, настилы перекрытий, колонны, элементы каркасов, детали балконов на опорах из центрифугированных И карнизов, перемычки, железобетонных труб ступени, подоконные доски, облицовочные плиты, а также сборные элементы фортификационных сооружений: колпаки, балки, блоки — все это теперь готовят на заводах железобетонных изделий. Там же часто изготовляют и крупноразмерные элементы: панели перекрытий и стен, лестничные марши, а также специальные конструкции: элементы мостов, мачты для линий электропередач. На строительстве у мест монтажа стендовым способом изготовляют лишь крупные нестандартные элементы. О его сущности мы расскажем несколько ниже.
      Тщательный подбор зернового состава заполнителей, весовая дозировка частей, составляющих бетонную смесь, применение вибрирования, вакуумирования, вибропрессования, центрифугирования, прокатки, штамповки, а также комбинация этих способов обработки — все это обеспечивает получение высококачественных сборных железобетонных изделий.
      Сборные элементы изготовляют в основном в металлических формах, что обеспечивает наибольшую точность размеров конструкций и высокое качество поверхности изделий, упрощает процесс сборки и разборки форм, исключает необходимость частого их ремонта. Элементы значительных размеров, особенно тонкостенных, иногда изготовляют в бетонных формах, так называемых матрицах, обеспечивающих высокую точность выполнения конструкций. С заводов к месту постройки элементы транспортируются по железной дороге или автомашинами с применением специальных прицепов. Монтаж сборных конструкций на строительстве производится различными кранами: железнодорожными, на гусеничном ходу, портальными и башенными кранами. Из крупных панелей воздвигают сейчас каркасно-панельные и бескаркасные здания. В зданиях первого типа панели играют только роль ограждения, в бескаркасных же — панели стен и перекрытий совмещают в себе функции несущих и ограждающих конструкций.
      Использование сборных, крупнопанельных, каркасных и бескаркасных конструкций в жилищном строительстве в значительной мере индустриализирует этот вид строительства. Поэтому трудоемкость возведения зданий из сборных конструкций почти в 4 раза меньше, чем из монолитного железобетона. В сборных каркаснопанельных зданиях крупные панели, образующие междуэтажные перекрытия, опираются на прогоны каркаса. Стены, состоящие из крупных панелей, снабженные термоизоляцией, устанавливаются рядом с каркасом и для придания устойчивости прикрепляются к каркасу.
      Панели стен изготавливаются, как правило, высотой в этаж. Они представляют собой комплексную конструкцию, состоящую из несущей и теплоизоляционной частей. Их корытообразное железобетонное сечение с внутренней стороны заполняется термоизоляционными материалами: пенобетоном, пеносиликатом, пеномагнезитом, минеральной пробкой и др. Снаружи панель может быть офактурена керамическими плитами. Такая панель со слоем термоизолятора в 16 сантиметров близка по теплотехническим свойствам к кирпичной кладке толщиной в 2,5 кирпича. Панели перекрытий также делаются комплексной конструкции.
      Перегородки в сборных железобетонных зданиях изготовляют из легких материалов с двухсторонней офактуровкой; межквартирные — двухслойными с воздушными промежутками.
      Лестничные марши в настоящее время в основном изготовляют из предварительно напряженного железобетона.
      Каркасно-панельные дома перед кирпичными имеют ряд преимуществ: срок их строительства сокращается в 3—4 раза, трудоемкость работ, выполняемых на строительной площадке, уменьшается вдвое, вес таких домов, а следовательно, и транспортные расходы по перевозке строительных материалов и деталей также уменьшаются вдвое, полностью ликвидируется сезонность работ.
      Однако пока они имеют и ряд недостатков: недостаточную звукоизоляцию и жесткость, несовершенство стыков, относительно еще большой расход металла на стыки каркаса.
      Применение легкого бетона, а также роет грузоподъемности строительных кранов дает возможность существенно укрупнить размер элементов сборных конструкций.
      По применению сборных железобетонных конструкций наша страна опередила другие страны, а их производство в настоящее время у нас превратилось в самостоятельную отрасль строительной индустрии.
     
      6. «Хирургия» железобетона
     
      Во время Великой Отечественной войны много бетонных и железобетонных сооружений было сильно повреждено. Многие заводы Донбасса, Сталинграда, Ростова, Харькова представляли собой груды развалин, обломки железобетонных конструкций. После освобождения от гитлеровцев временно оккупированных территорий строители еще в военные годы приступили к восстановлению разрушенных промышленных предприятий. В довоенное время многие специалисты считали невозможным восстановление сильно поврежденных железобетонных конструкций и рекомендовали доламывать и вывозить их. Если бы строители пошли по такому пути, то им пришлось бы проделать огромную работу по расчистке заводских площадок от железобетонных глыб. На это потребовались бы годы. Некоторые из строителей предлагали не заниматься расчисткой завалов и начинать строить заводы на другом месте. Но нам нельзя было пойти и на такое расточительство. Поэтому строители пошли по другому пути: начали лечить, сращивать бетон, использовать из оставшихся конструкций все, что возможно. Они терпеливо освобождали изломы от еле державшихся обломков, распрямляли каждый прутик арматуры и придавали ему нужную форму. Кранами поднимали поврежденные (провисшие и упавшие) части конструкций на прежнее место. Дефектные куски прутьев арматуры заменяли новыми, приваривавшимися к основным. Затем в местах разрушений поврежденные конструкции окружали специальной формой—опалубкой, имеющей те же очертания и размеры, что и восстанавливаемые конструкции.
      Теперь оставалось самое главное — срастить, склеить куски бетона. Их склеить можно только цементным клеем. Но может ли свежий, только что приготовленный цементный клей хорошо, плотно пристать к «старому» отвердевшему бетону. Ведь старый бетон весь пронизан окаменевшим цементным клеем, затрудняющим его склеивание с новым бетоном. Чтобы сделать возможным процесс склеивания «старого» бетона с новым, пленку затвердевшего цемента счищали, стремясь обнажить еще не затронутые процессом гидратации участки цементных зерен, и поверхность делали шероховатой.
      Но тут строители натолкнулись еще на одно препятствие. Цементный клей при превращении его из теста в камень, как это уже было сказано, «садится», уменьшается в объеме. Поэтому в местах стыка старого бетона с новым образовывались тончайшие участки пустот, которые ослабляли места сращивания разрушенных конструкций. Здесь строителей выручил расширяющийся цемент, о котором говорилось выше,
      После того как поврежденные участки заполнялись цементным клеем и новым «молодым» бетоном, восстанавливаемые конструкции выдерживали как бы при особом «больничном» режиме в тепле и в среде с повышенной влажностью. Тепло необходимо было для ускорения процесса склеивания. Без достаточного же количества влаги цементное тесто, как указывалось выше, не способно отвердевать, то есть превращаться в цементный камень.
      «Хирургия» железобетона широко применялась и при восстановлении Ашхабада, сильно пострадавшего от землетрясения в 1948 году.
      «Хирургическим» методом восстанавливают также поврежденные долговременные фортификационные сооружения.
      Многие сооружения из железобетона мы строим на века. Но жизнь идет вперед. Возникает новая техника, которую не всегда можно предусмотреть. Появятся новые машины, и не исключено, что теперешние цеха для них будут тесны. «Хирургический» метод позволит нам не только «лечить», но и переделывать железобетонные сооружения: поднимать крыши, расширять здания, мосты, перемещать железобетонные конструкции на новое место. Только тогда данный метод, конечно, будет несколько видоизменен и соответственно приспособлен к решению новых задач будущего.
     
     
      IV. КАК ИЗГОТОВЛЯЮТ БЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОН
     
      1. Рецепт прочности
     
      Конструктор-машиностроитель, создавая новую машину, всегда знает, какую прочность будет иметь та или иная деталь его машины. Для изготовления какой-либо детали он берет материал с нужными, заранее известными ему свойствами.
      Точно так же и строитель должен знать, какими свойствами будет обладать приготовленный им бетон: будет ли он достаточно прочен и долговечен, не разрушится ли в воде, как на него будет действовать мороз, попеременное увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание.
      Прочность бетона в основном зависит от качества цемента и от соотношения воды и цемента или, как говорят строители, отводоцементного отношения. Это так называемый основной фактор, обусловливающий прочность бетона. Как понимать основной фактор прочности бетона? В каких же соотношениях следует брать цемент, воду и заполнители, чтобы заранее знать, какой бетон мы получим, какова будет его прочность, водопроницаемость, морозостойкость?
      Естественные каменные материалы гораздо дешевле цемента. Поэтому цемент стараются использовать только как «каменный клей», материал для склеивания заполнителей в единый монолит. Однако дело не только в стоимости. Цементный камень, как мы уже об этом говорили, при затвердевании дает усадку, то есть уменьшается в объеме. Кроме того, он значительно менее стоек к выветриванию, чем естественный камень. Поэтому, чтобы создать прочный бетон, количество цементного камня должно в нем быть по возможности меньшим. Следует также иметь в виду, что при затвердевании цементного клея часть воды испаряется. Вместо нее в цементном камне образуются пустоты. Их будет тем больше, чем водянистее был изготовлен клей. А чем больше будет в цементном камне таких пустот, тем слабее он будет скреплен с заполнителями, тем менее прочным будет бетон.
      Значит, для получения прочного бетона необходимо брать как можно меньше воды, то есть принимать небольшое водоцементное отношение.
      Однако, с другой стороны, для удобства укладки бетона и для получения прочного бетона нужно, чтобы бетонная смесь обладала необходимой подвижностью и чтобы частицы смеси как можно более плотно укладывались одна к другой.
      Если в бетонной смеси содержится 4—6 процентов воды от веса сухих ее частей, то смесь землисто-рыхлая, «жесткая». Внешне она похожа на свежевырытую влажную землю, но такой бетон плохо укладывается. Из жесткой смеси, с водоцементным отношением порядка 0,3—0,4, при интенсивном виброуплотнении смеси, представляется возможным получать бетон с прочностью более высокой, чем марка цемента в 1000 кг/см2, и большей, то есть такой же, как и у гранита, — одного из наиболее прочных природных каменных материалов.
      С увеличением содержания воды подвижность (пластичность) бетонной смеси повышается, и такой бетон легко укладывается. Но при этом, как говорилось, ухудшается качество бетона.
      Во избежание этого стараются создать наиболее плотную смесь заполнителей.
      Если зерна заполнителей имеют одинаковую величину, то между ними (независимо от их размера) будет очень много пустого пространства — около 45—50 процентов. Вот почему обычно заполнители имеют различную крупность. Зерна песка, располагаясь между зернами гравия или щебня, повышают плотность смеси. Можно составить такую смесь, которая будет иметь пустотность около 20 процентов. Кроме этого, необходимо-, чтобы содержание цемента не было меньше определенного минимума, обеспечивающего получение плотного бетона и защищающего арматуру от коррозии. Этот минимум составляет для бетона, применяемого в промышленных сооружениях, 220—240 килограммов цемента на один кубический метр бетона. Для того, чтобы удовлетворить этим требованиям, в специальных строительных лабораториях производится соответствующий расчет (подбор) состава бетона.
      Подвижность бетонной смеси при подборе определяют особым пустотелым стандартным конусом, не имеющим дна. Конус заполняют бетонной смесью и уплотняют ее. Затем конус снимают, смесь при этом оседает. Чем больше она оседает, тем большую подвижность имеет смесь. При изготовлении монолитного железобетона строители чаще всего пользуются смесью, имеющей осадку 3—5 сантиметров, а при производстве сборных железобетонных конструкций — жесткой смесью, не имеющей осадки стандартного бетонного конуса.
      Вот как выглядит готовый рецепт состава бетонной смеси…
      Читается рецепт так. Для получения бетона прочностью на сжатие на 28-й день в 170 кг/см3 на цементе марки «400», имеющего подвижность смеси (осадку конуса — О. к.) 4,5 сантиметра, необходимо иметь водоцементное отношение 0,53. Для такого бетона следует взять цемента 290 килограммов, песка — 2,34 X 290 = 678 килограммов, щебня — 4,1 X 290 = 1190 килограммов и воды 0,53 X 290 = 154 литра.
      Но прочность бетона зависит не только от того, в каких количествах взяты его составные части. Большое значение имеет и их качество.
      Мы уже говорили о том, что, чем лучше цемент, то есть, чем больше его клеящая способность, тем прочнее бетон. Теперь поговорим о том, какие должны быть заполнители и вода.
      В качестве заполнителей для бетона обычно используются естественные каменные материалы: щебень, гравий, песок.
      Заполнители бетона называют иногда инертными, то есть безразличными, не взаимодействующими с цементным клеем. Это не совсем верно. Почти все минералы, 88
      входящие в состав заполнителей, в той или иной мере вступают в химические реакции с веществами, содержащимися в цементе. Чем плотнее они соединены с цементным клеем и чем больше они взаимодействуют, тем лучше их взаимное сцепление, тем выше качество бетона.
      От заполнителей зависит такая важная характеристика бетона, как его вес.
      Каким должен быть крупный заполнитель бетона — гравий или щебень?
      Крупный заполнитель стараются применять приблизительно в два—три раза прочнее бетона. Особенно строго отбирают заполнитель, если он будет использован для приготовления гидротехнического и фортификационного бетонов. Если для простого бетона сопротивление образца крупного заполнителя сжатию должно быть не ниже 400 кг/см2, то для морозостойкого гидротехнического оно должно быть не ниже 800 кг/см2.
      Крупный заполнитель, предназначенный для гидротехнического бетона, исследуется на морозостойкость. Он подвергается многократному — 50—100 раз — замораживанию при 20 градусах мороза и оттаиванию. Если прочность камня после таких испытаний уменьшится менее, чем на 25 процентов, его можно применять в качестве крупного заполнителя для гидротехнических сооружений, возводимых в холодных районах страны. Очень немногие горные породы удовлетворяют таким требованиям. Лучшими являются невыветрившиеся породы гранита, диабаза, диорита, твердые известняки и некоторые виды песчаников.
      Мелкий заполнитель — песок — большей частью состоит из кварцевых зерен, а кварц, как известно, один из самых прочных и стойких минералов. Но какой песок лучше для бетона: речной, морской, горный или тот, который мы находим в оврагах? Ведь все они отличны один от другого.
      Горный песок встречается в местах разрушения горных пород, таких, как гранит или диорит. Он состоит из угловатых зерен различной величины. Овражный песок — это горный песок, принесенный водой; зерна его уже несколько сглажены. Зерна речного песка имеют более округленную форму, чем овражного. Морской песок также состоит из округленных и гладких зерен.
      На каком же песке получается лучший по качеству бетон?
      Цементный камень лучше всего скрепляется с заполнителями, имеющими шероховатую, остроугольную поверхность. С этой точки зрения горный и овражный пески являются лучшими, чем речной или морской.
      Однако не всегда это бывает так. В горном и овражном песке часто встречаются вредные для бетона примеси — слюда, серный колчедан, гипс, а также глина, пыль, органические примеси и другие.
      Слюда, состоящая из тоненьких и гладких листочков, очень плохо сцепляется с цементным клеем. Вещества, содержащие серу, как уже говорилось, образуют с цементным клеем особые соединения, называемые «цементной бациллой». Органические соединения (например, гумусовые кислоты, содержащиеся в почве) вступают в химическое соединение с частицами цемента, что ведет к разрушению цементного камня. Глинистые частицы, обволакивая зерна песка, препятствуют их скреплению цементным клеем. К тому же частицы глины разбухают от воды, что также способствует разрушению бетона.
      Поэтому строители, прежде чем применять какой-либо песок, проверяют его в лаборатории, и если песок содержит вредных примесей больше, чем это допустимо, бракуют его или стараются освободиться от них промывкой в специальных машинах — пескомойках.
      Часто природный песок бывает очень мелкий. Такой песок также не удовлетворяет строителей. Для приготовления бетона на таком песке требуется большое количество цемента.
      Для создания прочного высококачественного бетона годится и не всякая вода. Все природные воды обычно содержат в растворе различные соли, окислы. Многие из них вредно отражаются на процессе твердения бетона, разрушают цементный камень.
      Обычно для приготовления бетона стараются применять воду, пригодную для питья. Но иногда приходится пользоваться и не питьевой водой, а морской, грунтовой или болотной. Перед тем как использовать такую воду, ее исследуют в химической лаборатории. Если вода содержит кислоту, она не годится для бетона. Непригодной считают также воду, содержащую в значительном количестве гипс или другие соли серной кислоты.
      Применение морской воды понижает прочность бетона. Кроме того, на поверхности такого бетона образуются «высолы» — солевые налеты, которые портят штукатурку. Поэтому применять морскую воду при возведении из бетона стен жилых зданий не разрешается.
      Советские ученые Н. М. Беляев, Б. Г. Скрамтаев, Н. А. Попов, С. А. Миронов развили технологию бетона и разработали способы изготовления бетона с заранее заданными свойствами.
      Посмотрим теперь, как изготовляется бетонная смесь на бетонном заводе.
     
      2. Рождение бетона
     
      Большой и сложный путь проходят цемент и заполнители, пока они, встретившись в бетономешалке на бетонном заводе, образуют бетонную смесь.
      Мы уже рассказывали о том, как изготовляется каменный клей-цемент. Познакомимся теперь с производством крупного заполнителя — щебня. Природный камень обычно залегает под слоем грунта. Чтобы обнажить его, экскаваторы снимают грунт или, как говорят, производят вскрышу. На обнаженной скале бурят скважины (шпуры) для взрывания камня. Скала взрывается, превращаясь в груду камней. Экскаваторы грузят их на автомашины-самосвалы.
      Одна за другой проходят машины под экскаватором, наполняются камнем и направляются на камнедробильный завод. Здесь камни поступают в мощную щековую дробилку. Ее две ребристые плиты — щеки, установленные под углом одна к другой, образуют зев, внизу которого находится выходная щель. Одна из щек неподвижна, а другая движется взад и вперед, совершает как бы жевательные движения. Камни подаются в дробилку сверху и, раздробленные, проваливаются вниз. Такая дробилка «разгрызает» камни объемом до одного кубического метра.
      Раздробленный камень сортируется, подвергается повторному, более мелкому измельчению, вновь сортируется и направляется на склад.
      Камнедробильный завод дробит до 10 тысяч кубических метров камня в сутки. Он заменяет ручной труд 80 тысяч человек, а работают на заводе всего 20—30 человек.
      Непрерывным каменным потоком по движущимся лентам-транспортерам идет щебень к бункерам — большим ящикам конической формы, выстроившимся вдоль железнодорожной линии. Под бункеры подают железнодорожные составы. Затворы бункеров открываются, и щебень высыпается на платформы.
      От скалы, скрытой в земле на каменном карьере, до погрузки щебня на платформы к камню не прикасается рука человека. Все операции производятся машинами. Человек только управляет работой механизмов.
      Ежедневно от завода отходят несколько полных железнодорожных составов. Они направляются на бетонный завод.
      С цементных заводов сюда везут каменный клей — цемент.
      Смесительный цех крупного автоматизированного бетонного завода, обслуживающего большие строительства, напоминает башню. Все механизмы здесь расположены один над другим. Поэтому он обычно имеет высоту 30— 40 метров. Это высота восьмиэтажного здания. Сбоку к смесительному цеху примыкает наклонная галерея. В ней расположен транспортер, который подает щебень, гравий, песок в самое верхнее отделение завода — бункерное. Это как бы склад бетонного завода с запасом материалов на несколько часов работы. Сюда же, в бункерное отделение, по трубам под давлением сжатого воздуха подается цемент.
      Для изготовления бетона по рецепту лаборатории под бункерами установлены автоматические весы, которые отвешивают составные части бетонной смеси. Взвешенные части сухой смеси высыпаются в бетономешалку. Одновременно сюда подается вода. Мощные электрические двигатели приводят бетономешалку в движение. За продолжительностью перемешивания следят особые приборы — реле времени. По сигналу реле бетономешалки выгружают готовую бетонную смесь в раздаточный бункер.
      Изготовление бетонной смеси полностью автоматизировано. В то время как одна бетономешалка загружается, в другой идет перемешивание, а третья уже выгружает готовый бетон. Время изготовления бетонной смеси измеряется минутами. Загрузка бетономешалки занимает 5— 8 секунд, перемешивание 2—2,5 минуты, выгрузка 20-25 секунд. Такой завод в смену перерабатывает несколько сот вагонов щебня, песка и цемента. Если бы этот материал перерабатывался в бетон не на автоматизированном заводе, а вручную, то для этой работы понадобилось бы почти 1500 человек. На заводе же с такой огромной массой материала управляется всего 9 человек. Каждый из таких заводов выдает в сутки около 6 тысяч кубических метров бетона.
      Такие мощные заводы устанавливаются только на крупных стройках. Для изготовления же бетона на небольших стройках создаются сборно-разборные заводы меньшей мощности, иногда же там обходятся простейшими бетоно-смесительными установками — передвижными бетономешалками.
      На ряде крупных строек бетонную смесь начинают изготовлять по другому, в бетономешалках непрерывного действия. При применении таких бетономешалок нет нужды в постройке многоэтажных зданий для бетонного завода. Исключается и необходимость подъема заполнителей и цемента на 30—40-метровую высоту, как это обычно практикуется на существующих крупных заводах.
     
      3. Бетон укладывается на место
     
      Итак, бетон готов. Остается его уложить на место — в бетонное или железобетонное сооружение.
      Это — далеко не простая задача. Ведь от того, как уложен бетон, во многом зависит его плотность, а значит прочность и долговечность сооружения. Особенно это относится к гидротехническим и фортификационным сооружениям: они должны быть монолитными, как бы выполненными из одного куска камня.
      При бетонировании каждый слой уложенной бетонной смеси должен быть покрыт новым, раньше чем начнется схватывание цемента в нижележащем слое. Для этого бетонные сооружения, например плотины, шлюзы, разбиваются на отдельные участки — блоки, каждый объемом от двухсот-трехсот кубических метров до нескольких тысяч.
      Прежде чем укладывать бетон, устанавливают сборноразборную опалубку, которая создает форму будущего сооружения. Она состоит из деревянных или металлических щитов, обычно собираемых на месте работ из заранее заготовленных элементов (щитов, коробов и т. п.). Опалубка в монолитных железобетонных сооружениях поддерживается лесами, состоящими из стоек, раскрепленных распорками и раскосами, либо подвешивается к жесткому арматурному каркасу.
      Совсем недавно на гидротехническом строительстве для межблочной опалубки вместо деревянных или металлических щитов стали применять листы волнистой асбофанеры, употребляемой обычно для кровли промышленных цехов.
      После достижения бетоном определенной прочности опалубка или леса снимаются.
      Для возведения сооружений с вертикальными гладкими стенами большой высоты (элеваторов, опор мостов, подпорных стен), имеющих в плане постоянное сечение, применяется скользящая опалубка, охватывающая сооружение по всему контуру. Такая опалубка в процессе бетонирования посредством домкратов перемещается вверх. Разборка опалубки производится по окончании бетонирования сооружения.
      Для сооружений большой протяженности (например, ангаров) применяют к а т у ч у ю опалубку. Она состоит из собственно опалубки и поддерживающих ее рам на тележках. Рамы делаются раздвижными, и опалубка может быть поднята и опущена. После забетонирования одного участка покрытия и затвердения бетона катучая опалубка передвигается (катится) по рельсовому пути для забетонирования нового участка покрытия.
      При возведении железобетонных конструкций применяется также инвентарная опалубка, состоящая из заранее заготовленных элементов, которые можно легко переносить, собирать и разбирать.
      Для уменьшения трудоемкости подготовительных работ и их ускорения арматурный каркас часто устанавливается в рабочее положение вместе с прикрепленной к нему опалубкой.
      При бетонировании массивных сооружений одновре* менно с установкой и закреплением опалубки монтируется арматура и устанавливаются приемные приспособления для подачи бетонной смеси — бункеры и виброхоботы. Дно каждого блока освобождается от строительного мусора и тщательно промывается. Одновременно увлажняется внутренняя поверхность деревянной опалубки. Специальная комиссия проверяет, готовы ли блоки к приему бетона. Внимательно осматривают члены комиссии блок: чисто ли дно, тщательно ли оно промыто и осушено, хорошо ли очищены стержни стального каркаса, как они скреплены, нет ли где отверстий в опалубке.
      Поверхность каменистого основания (или нижележащего забетонированного блока) перед укладкой первого слоя бетонной смеси покрывается тонким слоем цементного раствора; он служит для усиления сцепления бетона с основанием.
      Теперь все готово к приему бетонной смеси с бетонного завода. Ее подают различными способами: в машинах-самосвалах, в больших бадьях, установленных на железнодорожных платформах, транспортерами.
      Последнее время применяется новый, более совершенный способ транспортирования смеси. Специальные бетононасосы перекачивают до 50 кубических метров бетона в час на расстояние до 350 метров.
      Бетонная смесь из бетономешалки подается сначала в приемную воронку бетононасоса, затем попадает в цилиндр насоса, из которого поршень гонит ее в бетоноводную трубу, составленную из отдельных звеньев. Эти звенья по мере надобности либо наращиваются, либо отнимаются.
      Один за другим подходят к бетонируемому блоку мотовозы с платформами. Кран снимает с платформы бадью с бетонной смесью и быстро опускает ее в блок. Открывается затвор бадьи, и смесь вываливается в виде конусообразной кучи. Теперь ее нужно разравнять, а затем уплотнить.
      В блоке находятся рабочие-бетонщики в резиновых сапогах и перчатках. В руках у них электрические вибраторы. Внутри вибратора в металлическом кожухе помещен небольшой электрический двигатель, на валу которого насажены грузы. Центр тяжести этих грузов не совпадает с осью вращения двигателя. Из-за этого вал электродвигателя не может плавно вращаться. Он дрожит, вибрирует. Если вибратор (с оголовком любой желаемой формы — в виде ножа, иглы, булавы) погрузить в бетонную смесь, то его дрожание будет передаваться окружающей смеси.
      Как известно, при встряхивании любой зернистый материал (песок, мука, крупа) уплотняется. Почти то же происходит и с бетонной смесью при ее уплотнении вибратором. Под воздействием вибратора частицы смеси преодолевают силы трения между ними, и смесь растекается по блоку как тяжелая жидкость. Частицы крупного заполнителя скользят одна по другой и укладываются наиболее плотно. Все пустоты между ними заполняются цементным раствором, а воздух, находящийся в смеси, вытесняется из нее.
      При изготовлении сборного железобетона в заводских условиях уплотнение бетона производится посредством вибраторов станкового типа — вибрационных площадок либо площадочными вибраторами.
      В бетоне, хорошо уплотненном вибраторами, зерна заполнителей равномерно распределены по всей массе бетона и окружены со всех сторон тонкой пленкой цементного клея. Такой бетон обладает значительно большей прочностью, морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем бетон, уложенный вручную. Для обеспечения плотной укладки бетонной смеси необходимо, чтобы наибольший размер зерен гравия или щебня был не больше наименьшего рассто также не превосходил определенной величины, указываемой в Нормах.
      Когда вибрация заканчивается, на поверхности бетонной массы появляется жидкое цементное тесто — цементное молоко. Его появление объясняется тем, что при вибрировании вся масса твердых материалов, входящих в состав бетонной смеси, уплотнилась, осела и выжала часть избыточной воды, находившейся в пустотах, наверх. Если поверхность бетона в массивных сооружениях так и оставить, то это место будет наиболее слабым. Перед тем, как бетонировать новый слой или блок, схватившееся цементное молоко счищают с поверхности старого слоя бетона. Кроме того, для упрочения связи этого слоя с бетоном нового блока в некоторых сооружениях в поверхностный слой укладывают большие камни — изюм.
      Высокопроизводительный глубинный вибратор уплотняет 6—8 кубических метров бетона в час. Иногда вибраторы соединяют в пакеты по 16 вибраторов в каждом.
      С распространением монолитных тонкостенных конструкций (оболочки, складки, шатры, куполы) получил применение пневмобетон, особенно торкретбетон, о котором мы говорили выше, отличающийся большой плотностью и, следовательно, повышенным сопротивлением сжатию и растяжению.
      В производстве сборного железобетона (например, труб) находит применение также метод центрифугирования. Формовка изделий происходит за счет большой центробежной силы, развиваемой в бетонной смеси при ее вращении в центрифугах. При центрифугировании избыток воды отжимается из бетонной смеси и смесь предельно уплотняется.
      Для этой же цели при изготовлении сборных железобетонных конструкций применяются методы вакуумирования, прессования, вибропрессования и вакуумирования в комбинации с вибрированием. Применение этих способов при изготовлении железобетонных изделий будет освещено ниже.
      После укладки бетонной смеси начинается схватывание и затвердевание бетона. В этот период с бетоном происходит ряд интересных физических и химических явлений. Вскоре после того, как бетон будет уложен и провибрирован, пленка цементного молока исчезает; поверхность бетона при этом становится матовой. Это происходит потому, что в массе бетонной смеси создается вакуум — разрежение. Под воздействием этого вакуума вода и всасывается внутрь бетона.
      Вакуум же возникает потому, что при соединении цемента с водой образуются вещества, занимающие меньший объем, чем объем, имевшийся до их соединения. Это легко можно обнаружить, проделав следующий опыт. Мерную колбу с притертой пробкой наполняют смесью цемента с водой. С течением времени обнаруживается, что уровень воды в горле колбы понижается и наблюдается сокращение объема цементного теста.
      Твердение бетона на воздухе, как говорилось ранее, сопровождается уменьшением его объема, называемым усадкой. Явления усадки в бетоне могут вызвать появление трещин в железобетонных конструкциях. Во избежание этого предусматривается устройство особых усадочных швов. Эти швы делаются в неармированном бетоне на расстоянии 20 метров один от другого и 40 метров в железобетоне.
      При твердении бетон, как нежное растение, любит тепло и воду. И понятно почему. Ведь упрочнение бетона зависит от того, в каких условиях твердеет цементное тесто. А оно твердеет, набирает прочность лишь в тепле и в присутствии влаги. Поэтому за бетоном первые две недели тщательно ухаживают: поливают его водой, защищают от ветра, укрывают от солнца рогожей или мокрыми опилками, а зимой утепляют.
      При изготовлении сборных железобетонных изделий и деталей для ускорения твердения бетона их подвергают обработке горячим паром. Если в естественных летних условиях бетон набирает проектную прочность в течение месяца, то при пропаривании или запаривании в автоклавах при температуре 170 градусов и давлении 8 атмосфер он приобретает такую же прочность за сутки.
      Было время, когда зимой наружные строительные работы полностью прекращались. Еще лет двадцать назад господствовало мнение о недопустимости производства бетонных работ в зимнее время. На морозе вода превращается в лед, и образование каменного клея приостанавливается. Если заморозить бетон в раннем, «молодом» возрасте, лед разрушит многие только что образовавшиеся кристаллики цементного клея.
      Советские ученые— И. А. Киреенко, С. А. Миронов и другие — впервые в мире разработали методы зимнего бетонирования.
      По одному из них — по способу термоса — бетонная смесь делается теплой. Для этого подогревают воду и песок. Щебень или гравий нагревают редко. Цемент же подогревать запрещается. Температура в нагретой бетонной смеси понижается медленно. За время остывания бетон успевает приобрести значительную, так называемую критическую прочность. Теперь бетон уже можно подвергать замораживанию, не боясь, что он после оттаивания разрушится.
      Чтобы сохранить в бетоне тепло как можно дольше, опалубку и все открытые части бетона как бы укутывают в «шубу» хорошей теплоизоляцией —соломитом, шевели-ном, опилками, шлаком. Эти материалы плохо проводят тепло, чем способствуют замедлению охлаждения бетона.
      С 1932 года в строительстве бетонных сооружений применяется электропрогрев. Молодой бетон является полупроводником электрического тока, при прохождении тока он нагревается.
      Ускорение твердения бетона может быть достигнуто также введением в бетонную смесь небольшого количества специальных добавок — химических ускорителей твердения, предложенных еще в конце XIX века профессором Н. Н. Ляминым. В настоящее время в качестве ускорителей твердения чаще всего применяются хлористый кальций, соляная кислота и поваренная соль. Эти добавки понижают температуру замерзания воды и ускоряют разложение минералов, входящих в состав цемента. В результате ускоряется созревание бетона.
      Однако не следует думать, что бетон зимой всегда нужно обогревать. В некоторых условиях бетон способен обогревать себя сам и обогревать так, что строители часто опасаются, как бы он не перегрелся, как бы с ним не случился «тепловой удар».
      Если в твердеющую бетонную смесь погрузить термометр, в особенности на глубину в несколько метров, то можно обнаружить, что температура бетона в процессе его твердения повышается (иногда даже на несколько десятков градусов). Это объясняется тем, что при взаимодействии цементного порошка с водой происходит так называемая экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла. Об одной из таких реакций мы уже говорили, когда речь шла о гашении извести. И вот, если бетонной смеси много, то она нагревается за счет экзотермии. Поэтому, когда строят массивные бетонные конструкции, то в зимнее время воду и заполнители не подогревают и бетон не укутывают — ему и без того будет жарко. А летом строителям в этих случаях приходится часто задумываться над тем, как понизить температуру бетона внутри массива. Если этого не сделать, бетон может перегреться и растрескаться. Именно этим частично и объясняется то, что при строительстве массивных бетонных сооружений их создают частями — блоками — при этом каждый блок имеет возможность сильнее охлаждаться окружающим воздухом.
      Кроме того, для изготовления бетона в этих случаях применяют особые низкотермичные цементы, содержащие меньше тех минералов, которые выделяют много тепловой энергии. В такие цементы вводят также добавки, способные вместе с клинкерными минералами и водой давать цементный клей, выделяющий незначительное количество тепла.
      Совсем недавно технология зимнего строительства обогатилась новым крупным открытием. Впервые в-мировой строительной практике на наших стройках применен новый метод зимнего бетонирования. Он заключается в том, что бетон «затворяется», изготовляется на водных растворах хлористых солей (поваренной соли — NaCl, хлористого кальция — СаСl2), вводимых в состав бетона в больших концентрациях, порядка до 15—18 процентов от воды затворения. По этому методу все материалы, составляющие бетон (не только цемент, но и вода, и заполнители), вводятся неподогретыми. Неутепленной остается и опалубка. Бетон, полученный таким способом, нормально отвердевает, не замерзая при 20-градусных и даже больших морозах.
     
      4. На заводе железобетонных изделий
     
      Советские строители повседневно принимают меры к тому, чтобы сооружение промышленных предприятий, хозяйственных построек, жилых домов, школ, больниц,
      различных сельскохозяйственных строений, машинотракторных станций, элеваторов и др. велось индустриальными методами, высококачественно и экономично. Применение сборных железобетонных конструкций в значительной мере способствуют этому стремлению. Их производство может быть осуществлено либо на особых заводах конвейерным способом, когда изделие движется, а обрабатывающие его машины остаются на месте, либо стендовым, на особых площадках; изделие на них остается неподвижным, перемещаются же обрабатывающие его механизмы.
      Рассмотрим вначале работу заводов железобетонных изделий. Некоторые из них, например, крупнейшие в мире по производительности Московский, Люберецкий, выпускают продукции столько, что ею можно ежегодно обеспечить возведение около 400—450 тысяч квадратных метров жилой площади. На заводах выпускаются колонны, прогоны, панели междуэтажных перекрытий, лестничные площадки и марши, стеновые панели для наружных и внутренних стен. Как же они изготовляются?
      Материалы, необходимые для приготовления бетона, прибывают на завод в железобетонных вагонах и платформах.
      Заполнители (песок и щебень или гравий) при помощи механической лопаты разгружаются в приемный бункер, расположенный под путями. Оттуда ленточными транспортерами они подаются на склад и затем в бункера бетоносмесительного цеха и, наконец, в бетономешалку.
      Цемент же из вагонов в бетономешалку проходит несколько иной путь. Из прирельсового приемного устройства, состоящего из ряда бункеров, оборудованных системой аэрожелобов, цемент посредством пневмовинтового насоса, под давлением воздуха подается по подземному трубопроводу в силосный склад цемента. Из силоса через донные разгружатели цемент поступает в расположенный в машинном отделении пневмовинтовой насос, при помощи которого по закрытому трубопроводу подается в бункеры бетоносмесительного цеха и затем — в бетономешалки.
      Заготовка и укладка арматуры организована следующим образом. Весь поступающий со склада металл подвергается травлению (очистке от ржавчины) в специальных ваннах. После травления часть арматуры доставляется сначала к волочильному станку1, где она уменьшается в диаметре до 4—5 миллиметров (на заводы железобетонных изделий обычно поставляется более толстая арматура), а затем к правильно-отрезному, который нарезает стержни требуемой длины. Затем стержни сваривают в каркасы.
      1 При волочении протяжкой через ряд специальных глазков из твердых сплавов с последовательно уменьшающимся диаметром выходных отверстий удается в 2 раза и более уменьшить диаметр проволоки. При этом при уменьшении диаметра с 6 до 4 миллиметров ее длина увеличивается в 2,5 раза; предел же текучести для стали марки Ст. 3 повышается до 3500—4500 кг/см2.
     
      Формуются изделия на металлических поддонах или формах-вагонетках, перемещающихся по рельсовым путям конвейеров. Формы при помощи привода, передвигаясь вдоль конвейеров, последовательно занимают определенные позиции (посты), на которых специализированные машины выполняют различные операции.
      Перед тем как в форму укладываются арматурный каркас и бетонная смесь, ее тщательно очищают и смазывают специальной эмульсией. Механизм для очистки представляет собой систему металлических щеток, перемещающихся непрерывной цепью и автоматически включаемых при прохождении под ним форм. Смазка же наносится посредством пистолетов-распылителей.
      Затем в форму помещается арматурный каркас. При этом, если нужно, форму ставят на поворотный стол с тем, чтобы арматуру, сматываемую с бухты, подвергнуть предварительному напряжению и закрепить в натянутом положении. (Натяжные устройства выключаются после отвердения бетона).
      Бетонная смесь укладывается в форму особой машиной — бетоноукладчиком. Передвигаясь вдоль формы, этот механизм выпускает бетонную смесь из своего бункера и распределяет ее ровным слоем.
      Далее, на следующем посту при помощи виброплощадки, имеющей амплитуду колебаний порядка 0,5—1,0 миллиметр при частоте 2500—3000 колебаний в минуту, производится формование изделий. Вибрирующая рама площадки обычно лежит либо на пружинах, рессорах или же на упругих резиновых прокладках. В процессе вибрирования формы удерживаются от сползания с виброплощадок мощными электромагнитами.
      Когда изготовляются панели, то применяется вибропрессование, осуществляемое посредством виброштампа, состоящего из двух подъемных рам с гидравлическим приводом и системы виброкоробов, оборудованных электромагнитными вибраторами. Виброкоробы служат для образования кессонов панели. При включении виброштампа виброкоробы плавно опускаются в бетон. Под действием вибрации и прессования бетонная смесь выжимается вверх и заполняет свободные промежутки между виброкоробами, образуя при этом ребра панели. По окончании штампования вибраторы выключаются, а виброкоробы под действием гидравлического привода извлекаются из бетона. В образующиеся при этом «корыта» заливают пенобетон. После этого панель готова для препровождения ее в камеру твердения.
      Совсем недавно метод вибропрессования стал применяться и при изготовлении железобетонных труб. По новому методу возможно изготовлять трубы длиной до 30 метров, то есть в 6—7 раз длиннее, чем центрифугированным способом. Нет нужды доказывать, насколько это важно, —ведь намного сокращается объем работ по стыкованию таких труб, укладке их в траншеи. В зависимости от величины применяемых разъемных форм можно изготовлять трубы различной толщины. Производство труб методом вибропрессования позволяет за счет применения жестких бетонов снизить расход цемента на 20—25 процентов в сравнении с центрифугированным способом.
      Новый метод вполне пригоден для изготовления не только труб, но и других длинномерных железобетонных изделий, таких, как столбы, мачты, колонны, сваи.
      В пустотных настилах продольные цилиндрические пустоты изготовляются посредством труб — вкладышей. После формовки настилы передаются на вакуумустановку. На этой установке для осуществления вакуумпроцесса на открытую поверхность бетона укладывается вакуумщит, соединенный при помощи шлангов с вакуумнасосом и водосборником, где осаждается извлеченная из бетонной смеси вода. По истечении 2—3 минут после начала вакуумирования, когда достигнуто необходимое разрежение, не отключая вакуума, приступают к извлечению вкладышей. Вследствие того, что величина присоса бетона к вакуум-щитам больше, чем сила сцепления бетона с поверхностью вкладышей, последние при помощи специально оборудованной лебедки извлекаются из бетона без каких-либо его повреждений.
      Иногда пустоты в изделиях изготовляются посредством резиновых надувных вкладышей. Примерно через три часа после отформования изделий из вкладышей выпускается воздух, и они извлекаются.
      Если после интенсивного вибрирования и поверхностного вакуумирования форму с незатвердевшим изделием перевернуть и опустить на поддон, изделие может быть извлечено из формы. Так осуществляется формование изделий с немедленной их распалубкой.
      Далее отформованные изделия подвергаются пропариванию в камерах или запариванию в автоклавах при температуре 170 градусов и давлении 8 атмосфер, чем достигается быстрое нарастание прочности бетона.
      Для ускорения производства железобетонных изделий советскими инженерами недавно разработаны пневмо-пригрузочные устройства. Они представляют собой два жестких щита с прикрепленными к ним четырьмя цепями. Между щитами помещаются резиновые баллоны, рассчитанные на давление до двух атмосфер. Щиты с баллонами накладываются на форму после того, как в нее уложены арматурный каркас, пустообразователи и бетонная смесь. Затем щиты соединяются цепями с верхней рамой. После того как включены вибратор и компрессор, подающий воздух в баллоны, последние расширяются и под действием сжатого воздуха с силой 100 граммов на каждый квадратный сантиметр давят на нижний щит, прилегающий к вибрируемой бетонной смеси. Отформованные при помощи пневмопригрузочных устройств изделия спустя 24 часа после изготовления (даже без тепловой обработки) приобретают значительную прочность, близкую к проектной.
      По окончании тепловой обработки изделия мостовым краном передаются в отделочно-остывочный цех. В этом отделении производится распалубка (извлечение из формы) изделий, чистка форм, выдерживание изделий, шлифование и обработка поверхностей мозаичных ступеней, фасадных панелей стен, заделка в стеновые панели оконных и дверных блоков, покрытие внутренних поверхностей мастикой и сухой штукатуркой, контроль качества и мелкий ремонт изделий. Для выполнения этих операций цех оборудован шлифовальными станками, дробеструйным аппаратом, компрессорной станцией, котлом для варки мастики и различными подъемно-транспортными механизмами.
      Общая продолжительность цикла технологического процесса изготовления изделий на этих заводах составляет около 24 часов. После осмотра техническим контролем изделия направляются на склад, а оттуда — на строительные площадки.
      Конвейерная схема производства сборных железобетонных конструкций целесообразна лишь при массовом изготовлении изделий, максимально ограниченной, четко определенной номенклатуры. Для выпуска небольших серий крупноразмерных конструкций (типа панелей, подкрановых балок, ферм) и разнообразных по форме изделий предназначаются стенды, о которых мы упоминали выше.
     
      5. Как закаляют поверхность бетона
     
      Когда хотят, чтобы металлическая деталь была долговечной, ее поверхность упрочняют, закаливают. При этом металл как бы покрывается тонкой, но крепкой броней, которая защищает его от неблагоприятных воздействий.
      Вообще этот же принцип хорошо известен в природе. Чтобы уберечь что-нибудь слабое, разрушимое, его надо окружить панцырем — более прочным покрытием.
      Картина, написанная великим художником сотни лет назад, сверкает первоначальной свежестью своих красок. Кажется, еще вчера они лежали на палитре и только сегодня перешли на полотно. Сберегла их тонкая пленка прозрачного воздухонепроницаемого лака, которым покрыта картина.
      Решение напрашивается само собой: и бетон надо покрывать крепкой броней, защищать его поверхность.
      Это тем более необходимо еще и потому, что именно поверхностный слой бетона, подвергающийся раньше всего разрушению, в процессе укладки бетона в конструкцию получается несколько более слабым, пористым. И вот почему. Чтобы бетонная смесь легла в сооружение плотно, ее вибрируют. При этом смесь становится как бы более жидкой и лучше заполняет все уголки опалубки. Но при вибрировании смеси деревянная опалубка сооружения колеблется и превращается в своеобразный насос. Благодаря этому из глубинных слоев бетонного массива к опалубке подсасывается вода. После ее испарения поверхностные части конструкции получаются более пористыми и слабыми.
      Как же закаляют поверхность бетона?
      Инженеры, приезжавшие на строительство Цимлянского гидроузла, совсем недавно могли видеть необычную картину. Возводимое тело водосливной плотины было покрыто вакуумщитами, о которых мы только что говорили выше. Они точно пиявки присасывались к поверхности провибрированного бетона, вытягивая из него лишнюю воду. От этих щитов шли многочисленные резиновые шланги, соединенные через одну общую трубу с вакуумнасосом. В результате работы насоса под щитами создавалось разрежение, вследствие чего вода вместе с воздухом, вовлеченным в бетонную смесь, высасывалась из пор бетона и через щиты направлялась к водосборнику. Здесь вместе с водой осаждались отсосанные твердые частицы цементного ила, которые, по мере накопления их в водосборнике, периодически удалялись.
      В процессе вакуумирования между разреженным пространством под вакуумщитом и окружающей атмосферой создается большое избыточное давление — порядка 7 тонн на каждый квадратный метр. Под действием этого давления бетон спрессовывается, уплотняется. При этом в зоне вакуумирования возникают процессы капиллярного обжатия. В результате этого поверхностный слой бетона (на глубину 10—12 сантиметров) за 20—30 минут превращается в плотную корку. После вакуумирования щиты снимаются, а поверхность бетона в местах стыкования щитов затирается и заглаживается.
      Отвакуумированный бетон хорошо сохраняет приданные ему очертания. С бетона, обработанного вакуумом, можно гораздо раньше, чем при обычном способе бетонирования, снимать опалубку. Это ускоряет изготовление конструкции.
      Отвакуумированный бетон обладает многими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с бетоном, получаемым обычным способом. Поверхностный слой бетона, обработанный вакуумированием, становится плотнее, прочнее, то есть как бы получает «закалку».
      В гидротехническом строительстве вакуумированию подвергаются поверхности плотин, шлюзов, каналов, что значительно увеличивает их долговечность.
      Вакуумирование широко применяется также на строительстве автомагистралей, аэродромов, при возведении фортификационных сооружений и при изготовлении различных железобетонных изделий, о чем нами упоминалось в предыдущей главе.
      В настоящее время изучается метод послойного вакуумирования бетона в массивах. Это улучшит стыкование слоев бетонной кладки и позволит снизить рдсход цемента.
      В ближайшее время вакуумирование должно найти широкое применение в каркасных железобетонных конструкциях, при возведении резервуаров, силосных башен, сводчатых сооружений, морских доков.
      Плотность и долговечность железобетонных сооружений увеличивается также при применении особой, так называемой абсорбирующей опалубки, поглощающей избыток воды из поверхностных слоев бетона.
      Для большей прочности и долговечности бетонные поверхности подвергают также цементации и силикатизации, а также делают облицовку высокопрочным камнем, обмазку битумными мастиками, битумными и дегтевыми лаками, оклейку борулином, различными рулонными гидроизоляционными материалами: гидроизолом, рубероидом, пергамином.
      Интересный метод защиты бетонных сооружений нашел советский специалист В. Д. Журин. Он предложил применять не деревянную, а железобетонную опалубку, изготовляемую на специальных заводах. Такая опалубка носит название железобетонных плит-оболочек. Каждая плита — это железобетонный лист толщиной 8— 10 сантиметров. Для предохранения плит от повреждений при перевозке они обрамляются деревянными рамками.
      Когда бетон массива затвердевает и прочно срастается с бетоном плит-оболочек, деревянные рамки, обрамляющие железобетонные плиты, снимаются, а швы между плитами заполняются расширяющимся цементом. Как только это сделано — «броня» готова.
      Однако вакуумированием и «бронированием» бетона упрочняют и защищают лишь его поверхность, а этого иногда недостаточно. В гидротехнических сооружениях бетон должен быть защищен не только снаружи, но и внутри.
      Такой бетон должен быть во всей своей массе не только прочным, но и очень плотным, водонепроницаемым, морозостойким. Поэтому при его изготовлении стараются затратить как можно меньше воды, так как лишняя вода образует водяные «мешки» под заполнителями.
      Практика показала, что для получения плотного бетона содержание воды в бетонной смеси должно равняться 55—60 процентам от веса цемента. Для приготовления одного кубического метра бетона для гидротехнических сооружений требуется примерно 300 килограммов цемента и 180 литров воды. Часть этой воды, около 60 литров, химически связывается с цементом, другая часть удерживается внутри бетона адсорбционными силами на поверхности зерен-заполнителей и, наконец, третья часть, примерно литров 50—70, испаряется, оставляя вместо себя пустоты. Таким образом, в затвердевшем бетоне всегда имеется около 10 процентов пустот.
      Несмотря на то, что вибрирование значительно уплотняет бетонную смесь, все же до своего затвердевания она претерпевает ряд процессов, нарушающих однородность и плотность ее структуры. Под влиянием силы тяжести она расслаивается.
      В результате такого расслаивания под зернами крупного заполнителя и песка скапливается вода. С течением времени после ее испарения здесь оказываются пустоты, через которые впоследствии способна проникать вода.
      Чтобы устранить расслаиваемость бетонной смеси, строители-технологи стали вводить в нее такие гидравлические добавки, как, например, трепел, который связывает свободную гидроокись извести, выделяющуюся в процессе твердения бетона. При этом расслаивание смеси и водопроницаемость бетона уменьшаются.
      Однако, с другой стороны, введение этих веществ уменьшает морозостойкость бетона, а это, конечно, плохо.
      Тогда был найден другой выход: в состав бетонной смеси стали вводить так называемые поверхностно-активные вещества. Подобно тому как ничтожные примеси хрома, никеля, ванадия в стали существенно повышают ее качество, так и поверхностно-активные вещества в весьма малых дозах — 0,01—0,02 процента от веса цемента — заметно улучшают свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона.
      Поверхностно-активные вещества, такие, как абиетат натрия, мылонафт, олеиновая кислота и другие, при их введении в бетонную смесь адсорбируются на поверхности цементного зерна и вступают во взаимодействие со щелочами, имеющимися в цементе. При этом образуются растворимые в воде мыла. В процессе приготовления бетонной смеси они вспениваются, и в ней появляются мелкие пузырьки воздуха, окруженные прочными пленками поверхностно-активного вещества.
      Воздушные пузырьки увеличивают подвижность бетонной смеси и снижают ее расслаиваемость, а это позволяет уменьшать содержание воды в бетонной смеси. А чем меньше воды в бетоне, тем выше его прочность.
      — Но как же так? — спросите вы. — Только что говорилось о том, что через пустоты в бетон проникает вода, что ведет к его разрушению, а теперь советуется применять вещества, которые способствуют увеличению воздушных пузырьков в бетоне?
      Дело в том, что воздух, введенный в бетонную смесь совместно с поверхностно-активными веществами, в виде маленьких пузырьков, равномерно распределяется по всей массе. Благодаря этому в бетоне не образуется сообщающихся ходов, какие обычно возникают при излишке воды в бетонной смеси.
      Гидрофобные поверхностно-активные вещества, находясь в отвердевшем цементе, покрывают бетон внутри особой гидрофобной пленкой, защищающей его поверхность от воздействия воды. Это ведет к повышению стойкости и долговечности бетона.
      Большие работы в области исследования влияния поверхностно-активных веществ на свойства бетона проведены академиком П. А. Ребиндером, проф. В. Ф. Журавлевым, Б. Г. Скрамтаевым, В. В. Стольниковым и другими советскими учеными.
     
      5. Бетонирование под водой
     
      Из железобетона строят сооружения, высоко поднимающиеся над землей и глубоко уходящие под воду.
      На суше бетон просто укладывается в формы, где он твердеет. А как быть под водой?
      Укладывать бетонную смесь непосредственно в воду недопустимо. Ее составные части будут оседать неравномерно: песок и цемент медленнее, щебень или гравий быстрее. В результате вяжущее вещество — цемент — останется во взвешенном состоянии в воде, тогда как крупные заполнители осядут. Бетон, уложенный непосредственно через слой воды, будет рыхлым, непрочным.
      Чтобы бетонирование под водой шло успешно, необходимо найти такой способ работы, при котором свежий бетон в процессе бетонирования подводных сооружений не соприкасался бы с водой.
      Но как это сделать? Задача на первый взгляд кажется невыполнимой, но советские инженеры решили ее.
      Сейчас на наших стройках применяют два способа подводного бетонирования. Бетонные работы на глубине до 20 метров производят с помощью вертикально перемещающейся трубы. Вторым способом — «восходящей заливкой» — можно укладывать бетон на глубине значительно большей.
      Познакомимся с этими способами.
      Как уже говорилось, у каждого бетонного сооружения при его возведении имеется «рубашка» — опалубка, в которую должен быть уложен бетон.
      Но здесь-то и начинаются трудности. Бетонную смесь нужно опустить через многометровый слой воды, предохранив от соприкосновения с ней. Для этого при подводном бетонировании по способу «вертикально-перемещающейся трубы» выступающая над водой часть опалубки оборудуется площадкой, где из звеньев длиной 1—2 метра и диаметром 25—40 сантиметров собирается труба необходимой длины.
      В надводной части трубы имеется приемная воронка, снабженная клапаном, регулирующим скорость подачи бетонной смеси. Перед началом бетонирования в трубу укладывается пробка из мешочной ткани. Затем труба опускается в воду до дна котлована. При закрытой горловине трубы производится загрузка воронки бетонной смесью.
      После открытия заслонки бетон устремляется в трубу, полностью ее заполняет и вытесняет воду. В это время воронка доверху загружается новой порцией бетона. Трубу осторожно приподнимают, вокруг устья образуется куча бетона.
      Теперь погруженная в бетон труба готова к работе. Нужно только следить, чтобы уровень бетона в ней все время был выше уровня горизонта воды.
      Бетонная смесь, укладываемая в подводную конструкцию, должна обладать хорошей подвижностью, легко растекаться и равномерно заполнять всю площадь бетонируемой конструкции. Подача бетонной смеси в подводный массив не должна прекращаться ни на минуту. Перебой может вызвать расслаивание бетона.
      С ростом подводного сооружения труба постепенно поднимается, но так, чтобы ее нижнее отверстие было постоянно погружено в бетонную массу на глубину не меньшую, чем один метр.
      После того как бетонная кладка поднимается над водой, труба извлекается и бетонирование надводной части ведется обычным способом, но перед этим верхний слой бетона, находившийся в процессе бетонирования в соприкосновении с водой, удаляется.
      В практике современного строительства нередко приходится возводить подводные сооружения на глубинах более чем 20 метров. В таких случаях слишком длинные трубы бетоноводов усложнили бы работу. Поэтому глубинное подводное бетонирование осуществляется по-иному, способом «восходящей заливки».
      В подготовленную опалубку на всю высоту возводимого массива загружают камни, щебень, а при необходимости и металлический каркас. Затем эту каменную «наброску» через трубы заливают с помощью специального растворонасоса цементным раствором.
      При заливе цементного раствора в каменную наброску устье вливающей трубы должно находиться на полметра ниже уровня раствора. В противном случае вода будет попадать в трубу.
      При работе в рабочей камере растворонасоса, так же, как и при работе бетононасоса, попеременно образуется то сжатие, то разрежение. Когда создается разрежение, масса раствора засасывается; когда же наступает сжатие, доступ раствора из бункера прекращается. Теперь цементный раствор гонится из камеры насоса по нагнетательному трубопроводу в приемную воронку, откуда через трубу поступает в подводную часть бетонируемого массива.
      Цементный раствор, растекаясь по пустотам, заполняет каменную наброску и вытесняет из нее воду. Твердея, он прочно склеивает камни под водой в единое целое и превращает всю массу в монолитную подводную бетонную конструкцию.
      Советскому Союзу по праву принадлежит первенство в области создания новых методов подводного бетонирования. Эти методы уже широко внедрены в практику гидротехнического, промышленного и оборонного строительства.
      В настоящее время с помощью подводного бетонирования возводятся некоторые фортификационные сооружения, волноломы, опоры морских буровых вышек, строятся фундаменты маяков, молов, опор под железнодорожные мосты и т. д. Оно может найти применение также при кладке фундаментов зданий, где много грунтовых вод.
      Этими же методами возводятся оградительные и причальные сооружения, стенки судоходных шлюзов и сухие доки. Так многообразно применение подводного бетонирования в строительстве.
      Способы подводного бетонирования просты и экономичны. Они не требуют сложной и трудоемкой работы по разравниванию и уплотнению бетона при укладке в блоки. Поэтому естественно возникает мысль: а нельзя ли метод подводного бетонирования перенести на поверхность земли, чтобы не строить громоздкие бетонные заводы, не поднимать огромные массы заполнителей на высоту в несколько десятков метров с тем, чтобы потом опускать их вниз, в бетономешалку? Можно. В бетонируемой конструкции вначале, как и обычно, устанавливаются опалубка и арматура, затем начинается заполнение конструкции камнем. После этого в каменную наброску начинают накачивать растворонасосом цементный клей. По заполнении пустот между камнями бетонирование конструкции заканчивается.
      Описанный метод раздельного бетонирования монолитных железобетонных конструкций уже применяется в опытном порядке в ряде мест нашей страны. Основная трудность его внедрения заключается в том, что пока еще недостаточно разработан процесс механизированной укладки каменной наброски в конструкцию, а также процесс уплотнения этой наброски.
     
     
      V. ПРИМЕНЕНИЕ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
      КАК СРЕДСТВА ПРОТИВОАТОМНОЙ ЗАЩИТЫ
     
      1. Атомный взрыв
     
      По силе взрыва и по своим поражающим действиям атомные и водородные бомбы превосходят все существовавшие до них средства поражения. Для наглядности достаточно сослаться на такие приводимые в печати цифры. Если авиационные бомбы имеют заряд тротила до 5 тонн, то атомные бомбы разных калибров дают взрыв по силе, равный взрыву 5—120 тысяч тонн тротила. Водородные бомбы дают взрыв, равносильный по мощности взрыву нескольких миллионов тонн тротила. Обычные авиационные бомбы и артиллерийские снаряды поражают взрывной волной и осколками, разбрасываемыми при взрыве, атомные и водородные бомбы поражают как ударной волной, так и сильным световым и радиоактивным излучениями. Однако, несмотря на это, как от атомного, так и от водородного оружия имеются надежные средства защиты, среди которых, по данным печати, железобетон играет важную роль. Войска же, хорошо подготовленные и обученные к действиям в условиях применения атомного оружия, могут успешно выполнять любые боевые задания. Прежде чем рассматривать средства и способы противоатомной защиты, остановимся на описании видов атомного оружия и на сущности и характеристике атомного взрыва.
      В настоящее время различают два вида атомных средств поражения: оружие взрывного действия и боевые радиоактивные вещества (БРВ).
      Атомное оружие взрывного действия основано на использовании атомной энергии, мгновенно выделяющейся в результате цепной реакции взрывного характера. В момент атомного взрыва наблюдается ослепительно яркая вспышка, озаряющая небо и местность на десятки километров. Некоторое время после взрыва солнце кажется тусклым матово-желтым диском. Взрыв обычных боеприпасов также сопровождается яркой вспышкой, но она существенно отличается от светового излучения при атомном взрыве. Температура в месте взрыва обычных боеприпасов достигает всего 4—5 тысяч градусов, а светящаяся область занимает малый объем и сама вспышка длится тысячные доли секунды.
      Иная картина наблюдается при атомном взрыве. Благодаря выделению громадного количества атомной энергии ядерное вещество в центре огненного шара накаляется до температуры нескольких десятков миллионов градусов. Предполагается, что подобная температура имеется в центре Солнца.
      Взрыв атомного оружия сопровождается ударной волной, распространяющейся со скоростью, значительно превосходящей скорость звука. По данным печати, исследования ударной волны, образующейся при взрыве атомной бомбы, показывают, что большие повреждения1 от ударной волны имеют место при давлении от 1,05 кг/см1 2 до 0,21 кг/см2. Для того, чтобы представить силу этого давления, сопоставьте его с давлением ураганного ветра, сила которого меньше 0,07 кг/см2. Причем важно при этом отметить следующее: если атомные бомбы, взорванные в Японии, почти полностью разрушили стены деревянных и непрочных кирпичных зданий в радиусе 1,5 километра от центра взрыва, то железобетонные здания от этих же взрывов остались почти неповрежденными на расстояниях, в несколько раз меньших.
      При взрывах атомных или водородных зарядов под водой образуется мощная ударная волна, имеющая гораздо большую скорость и производящая более сильное давление на встречные предметы, чем воздушная ударная волна. Особенно сильным подводный взрыв бывает на глубинах в несколько сотен метров (в глубоких водоемах, водохранилищах, рейдах).
      При подземном взрыве ядерного заряда ударная волна ослабляется, при этом в грунте возникает огромных размеров воронка2, а грунт, выброшенный из воронки, летит на значительные расстояния.
      1 Капитальные городские здания, например, разрушаются, когда давление составляет около 0,5 кг/см2. Человек при давлении на него около 2 кг/см2 получает смертельную контузию. Давление же в 0,2 кг/см2 человек обычно выдерживает без каких-либо опасных последствий.
      2 По данным иностранной печати, при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тысяч тонн под землей, например, на глубине 16 метров, в обычном грунте может возникнуть воронка диаметром до 260 метров и глубиной в 30 метров. В этом случае сильные повреждения фундаментов и стен зданий могут отмечаться в радиусе 450—1100 метров и небольшие — до 3,5 километра.
     
      Установлено, что взрыв 1 кг урана при делении всех ядер способен проделать работу, на которую понадобился бы целый день ручного труда 250 тысяч землекопов. Поэтому с пом^шью ядерных взрывов при мирном их использовании можно прокладывать глубокие каналы и дороги в гористой местности, готовить котлованы под гидротехнические сооружения, вскрывать залежи полезных ископаемых для извлечения их открытым способом.
      При атомном взрыве образуются потоки нейтронов и различного рода радиоактивные излучения (альфа — «а», бета — «р» и гамма — «р лучи), которые заражают окружающую местность и воздух. Характерной особенностью нейтронов и гамма-лучей является их способность проникать через значительные толщи различных материалов. Эту способность называют проникающей радиацией.
      Остановимся теперь на противоатомных защитных мероприятиях.
     
      2. Бетон и противоатомная защита
     
      Как известно, действие ударной волны при взрыве на ровной, открытой местности большее, чем в сильно пересеченной местности. За насыпями, валами, в окопах, ямах, оврагах ее действие значительно понижается. Поэтому всякие неровности, имеющиеся на местности, лес, различные прочные, в особенности железобетонные сооружения (подвалы прочных зданий с железобетонными перекрытиями, подземные железобетонные склады, тоннели), могут быть надежной защитой от ударной волны и других поражающих факторов, образующихся при ядерном взрыве.
      В предвидении боевых действий в условиях применения атомного оружия оборонительные сооружения следует делать более прочными и обтекаемыми и, еще лучше, заглубленными в землю.
      Как указывалось выше, атомный взрыв сопровождается проникающей радиацией.
      Материалы малой плотности более «прозрачны» для проникающей радиации, чем материалы большой плотности. Так, пластинка свинца задерживает лучи гораздо сильнее, чем пластинка алюминия той же толщины. Для свинца толщина эквивалентного слоя, ослабляющего проникающую радиацию, определяется в 1,5—1,8 сантиметра, для железа — 2—3 сантиметра, для алюминия 6—7 сантиметров, для бетона 7—10 сантиметров. Вообще же слой бетона в 40 сантиметров может ослабить проникающую радиацию в 16 раз, 50 сантиметров дерева в 4 раза, 6 сантиметров стальной брони в 5 раз.
      По данным иностранной печати, из бетонов наибольшей защитной способностью обладает баритобетон. Так он называется потому, что в качестве заполнителей в нем применяется барит — один из самых тяжелых, а следовательно, и самых плотных минералов. Да и название его — барит в переводе с греческого означает «тяжелый». В геологии барит известен под названием тяжелого шпата.
      Баритобетон известен еще под названием рентгенозащитного бетона, так как его применяют взамен свинцовой изоляции в конструкциях рентгеновских кабинетов и лабораторий. По своим свойствам рентгеновские лучи сходны с гамма-лучами. Только гамма-лучи имеют большую проникающую способность.
      Оба вида лучей тем сильнее поглощаются экранами, чем больше атомный номер вещества в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Так, для алюминия он равен 13, для железа 26, для бария 56, для свинца 82.
      Вяжущим веществом для рентгенозащитного бетона служит силикатный цемент или растворимое стекло. Баритобетон, затворяемый на стекле, иногда называют амалитом.
      Баритовый заполнитель должен содержать не менее 85 процентов сернокислого бария. Вес одного кубического метра бетона на естественном барите обычно превышает 3 тонны, то есть больше, чем у гранита — тяжелейшей горной породы.
      Действие гамма-лучей при прохождении через воздух, грунт и другие вещества ослабляется, причем тем больше, чем плотнее вещество.
      Обеспечивая защиту от гамма-лучей, необходимо учитывать и другую часть проникающей радиации — поток медленно и быстро движущихся нейтронов.
      Опасная для жизни доза нейтронной радиации для незащищенных людей зависит от расстояния от эпицентра взрыва и характера местности. Быстрые нейтроны теряют свою энергию при соударении с ядрами атомов. Причем энергия нейтронов падает тем скорее, чем легче ядра. Поэтому наиболее сильно замедляют движение быстрых нейтронов такие вещества, как тяжелая вода1, парафин, графит.
      1 В состав тяжелой воды входит в основном тяжелый водород — дейтерий, ядро которого состоит из протона и нейтрона в отличие от обычного водорода, состоящего только из одного протона.
     
      Медленные нейтроны, обладающие малой энергией, поглощаются главным образом за счет захвата их ядрами атомов таких элементов, как кадмий, бор, кобальт, марганец. Если пластинка кадмия толщиной в 0,5 миллиметра полностью поглощает все медленные нейтроны, то свинцовая пластинка в 50 миллиметров задерживает их только 5 процентов. Поэтому защиту от проникающей радиации устраивают применением комбинации различных веществ: свинец и кадмий или барито-бетон и кадмий.
      Защиту от действия светового излучения, ударной волны и проникающей радиации следует рассматривать в едином комплексе. Для этого при строительстве новых объектов и укреплений необходимо предусматривать внесение соответствующих конструктивных изменений, увеличивающих их сопротивляемость действию атомного взрыва.
      В печати указывается, что наиболее важные военные и промышленные объекты следует делать железобетонными. Убежища для населения необходимо стремиться оборудовать в нижних этажах прочных зданий с железобетонными перекрытиями.
      В качестве укрытий в горах целесообразно использовать пещеры и различные выработки.
      Для того, чтобы фортификационные сооружения меньше подвергались действию ударной волны, их делают обтекаемыми и заглубленными в землю.
      Обтекаемая форма таких сооружений с круглым или стрельчатым поперечным сечением более благоприятна для воспринятая внешней нагрузки. Именно такие сооружения могут выдержать при тех же пролетах большую (статическую и динамическую) нагрузку, чем сооружения прямоугольного или квадратного поперечного сечения.
      Фортификационные сооружения, выполненные в железобетоне, целесообразны и с точки зрения ослабления проникающей радиации. Так, в «Красной звезде» в № 185 (9341) от 6 августа 1954 г. профессор Б. А. Олисов приводит эквивалентное (примерно одинаковое) ослабление доз проникающей радиации защитными покрытиями: древесиной — толщиной 25 сантиметров; грунтом — 14 сантиметров, бетоном — 10 сантиметров, сталью — 2,8 сантиметра, свинцом — 1,8 сантиметра. Из приведенных данных видно, что бетон значительно лучше ослабляет проникающую радиацию, чем грунт или дерево.
      Для надежной защиты от действия атомного оружия необходимо знать его поражающие свойства.
      Отличное знание своих обязанностей и умелые действия в условиях применения атомного оружия позволят успешно выполнить боевую задачу и сохранить свою жизнь.
      Применяя правильно построенные окопы, укрытия и складки местности, а также используя индивидуальные средства противохимической защиты, войска могут в значительной мере снизить потери, причиняемые атомным оружием.
      В настоящее время советские воины располагают новейшей боевой техникой и оружием, которые по своим боевым качествам значительно превосходят вооружение Советской Армии и Флота периода Великой Отечественной войны. Вдохновленные возвышенной идеей защиты социалистического Отечества, верные воинскому долгу, советские воины настойчиво совершенствуют свое боевое мастерство, бдительно охраняют мирный труд нашего народа, строящего коммунизм.
     
      3. Применение бетона
      в качестве «биологической» защиты
     
      27 июня 1954 года в нашей стране была пущена первая в мире промышленная электростанция на атомной энергии. В этой станции промышленную турбину впервые стала двигать не химическая энергия сжигаемого топлива, не механическая энергия падающей воды, не ветер и не солнечное тепло, а высвобожденная энергия атомного ядра.
      То, что свой первый шаг промышленная атомная энергетика сделала именно в нашей стране, весьма знаменательно и закономерно. Именно в нашем Отечестве атомная энергия вошла впервые в жизнь человечества как великое благо, а не как злая сила разрушения, унесшая в августе 1945 года в Хиросиме и Нагасаки жизнь многих десятков тысяч людей.
      Развитие ядерной энергетики в условиях мирного сосуществования различных социальных систем и дружбы народов позволит технически более развитым странам помочь менее развитым резко поднять энергетику и тем самым всю свою экономику. Наряду с этим путем мирного использования атомной энергии возможно решение и многих других задач: на транспорте, технике высокотемпературных превращений, в горных работах, в особенности при проникновении в глубинные недра земной коры.
      Овладение могучими силами атомного ядра необъятно расширяет наши энергетические ресурсы. Так, по подсчетам физиков, ядерная энергия, например, при делении 1 грамма углерода может нагреть 200 тысяч тонн воды до кипения, что равнозначно 25 часам работы Днепрогэса при полной его нагрузке. Если этот же грамм углерода просто сжечь, то при его сгорании выделится всего 7000 калорий. Их будет недостаточно даже для того, чтобы вскипятить стакан воды.
      Если при сжигании 1 килограмма каменного угля выделяется около 7000 килокалорий тепла, то при делении всех ядер 1 килограмма урана выделяется 19 миллиардов калорий, то есть в 2,5 миллиона раз больше, чем при сгорании угля. Следовательно, 1 килограмм урана может заменить 2500 тонн лучшего каменного угля.
      По исчислениям некоторых специалистов количество энергии, таящееся в запасах урана и тория в земной коре, многократно, в 10—20 раз, превышает энергию запасов каменного угля и нефти, вместе взятых. Между тем запасы этих элементов обследованы хуже, чем запасы угля и нефти. А какая колоссальная энергия может быть получена из водорода воды, горючего, во много раз более концентрированного, чем уголь!
      Современные паротурбинные электростанции мощностью 100—200 тысяч киловатт за сутки расходуют до 1500—3000 тонн каменного угля, то есть до 6 железнодорожных составов.
      При работе на внутриатомной энергии расход «горючего» в течение суток может составлять всего десятки граммов. Такая электростанция работает без дыма, без загрязнения воздуха золой и вредными газами. Она не требует большого количества железнодорожных составов для подвоза топлива и вывоза шлака, не требует больших площадей для топливных складов и значительного количества обслуживающего персонала для подачи топлива и удаления шлака и золы.
      Атомный котел (иначе его называют ядерным реактором) является основным и важнейшим устройством современной ядерной теплотехники. Он позволяет получать не только тепло, но и заурановый элемент плутоний, являющийся взрывчатым атомным веществом; производить исследования процессов, связанных с превращением радиоактивных элементов.
      Наряду с этим в урановом реакторе можно приготовить искусственно радиоактивные изотопы. В настоящее время уже получено около 1000 различных изотопов. Радиоактивные изотопы нашли большое применение в народном хозяйстве, в частности, при просвечивании бетона и железобетона для обнаружения дефектов в их строении.
      При работе реактора в результате расщепления, например, атома урана 235 выделяется 200 миллионов электронвольт энергии, при этом прямо в электрическую энергию — в поток электронов — преобразуется только 5 миллионов электронвольт. Значительная энергия выделяется в виде тепла, создающегося за счет кинетической энергии разлетающихся «осколков» расщепления (162 миллиона электронвольт), излучения нейтронов (6 миллионов электронвольт) и т. д.
      Реактор атомной электростанции Академии наук СССР представляет собой уран-графитовую систему с водой под давлением в качестве теплоносителя. Нагретая радиоактивная вода поступает в теплообменник, где отдает свое тепло на обогревание пара, который уже не опасен для окружающих. Пар идет в обычную турбину. В качестве горючего употребляется обогащенный уран.
      В процессе работы уранового котла возникает большое количество опасных для человека ядерных излучений. Поэтому его окружают толстостенной (в несколько метров) бетонной оболочкой. Эта оболочка носит название «биологической защиты». Все операции с реактором производятся при помощи дистанционного управления.
      Защитная оболочка имеет значительный вес. На каждый кубический метр полезного объема атомного котла, по данным печати, используется иногда свыше 40 тонн бетона.
      Недалеко то время, когда у нас заработают электростанции на ядерной энергии мощностью в 50—100 тысяч киловатт.
      Наша наука и атомная промышленность окажут в порядке осуществления международных соглашений бескорыстную помощь в первом освоении атомной техники в Китае, Польше, Чехословакии, Румынии, Германской Демократической Республике, Венгрии и Болгарии. Все это верный залог того, что огромные практически неисчерпаемые запасы энергии атомного ядра вскоре будут широко использоваться в мирных целях для блага и счастья всего человечества.
     
     
      ЗАКЛЮЧЕНИЕ
     
      В Советском Союзе в огромных масштабах осуществляется промышленное, жилищно-гражданское, сельскохозяйственное, транспортное, гидротехническое и шахтное строительство. В стране из года в год наращиваются мощности тяжелой индустрии, этой основы основ социалистической экономики, строятся новые заводы и фабрики, совхозы и МТС, прокладываются железнодорожные и автомобильные магистрали, осваиваются целинные земли.
      Неустанно развивая и совершенствуя строительную промышленность, насыщая ее современной техникой, Коммунистическая партия и Советское правительство призывают к повседневной, упорной борьбе за широкое внедрение индустриальных методов, повышение темпов, улучшение качества и снижение стоимости строительства, за подъем производительности труда. Теперь уже всем ясно, что осуществления этих неотложных задач можно достигнуть лишь на основе самого широкого применения в строительстве современных сборных железобетонных конструкций и деталей.
      Сборные железобетонные изделия являются исключительно эффективными и необходимыми для строительства во всех отраслях народного хозяйства. Железобетон обладает весьма высокими техническими свойствами: большой прочностью и способностью выдерживать значительные нагрузки, сопротивляемостью коррозии, долговечностью и огнестойкостью. Эти свойства выгодно отличают железобетонные детали и конструкции от металлических. Тем более велики технические преимущества сборного железобетона по сравнению с кирпичом и древесиной. Сборный железобетон превосходит по своим качествам монолитный железобетон, который не позволяет осуществлять сборочно-монтажные работы, загрязняет строительную площадку и вызывает необходимость в опалубке и подмостях (лесах).
      Изготовлять сборные железобетонные изделия можно повсеместно: нерудное сырье — гравий, щебень, песок — есть везде; выпуск цемента значительно вырос и в ближайшие годы увеличится еще более. Следовательно, сырьевые ресурсы позволяют организовать производство железобетонных изделий в количествах, обеспечивающих растущий объем капитального строительства.
      Применение сборного железобетона дает огромный экономический эффект. Изготовленные заводским способом сборные железобетонные конструкции и детали — панели перекрытий на всю комнату, стеновые панели на высоту этажа, прогоны, колонны, фермы, фундаменты и другие крупные элементы жилых и промышленных сооружений — позволяют перейти на сборочно-монтажные методы, индустриализировать строительство. А это открывает большие возможности повышения производительности труда и ускорения строительства, экономии средств и материалов. Сроки строительства, как правило, сокращаются в 3—4 раза. Вес сооружений, например, каркаснопанельного жилого шестиэтажного дома уменьшается в 2,3 раза. Меньше требуется материалов, а также вагонов и автомашин для их транспортировки.
      Огромное внимание, которое уделяют Коммунистическая партия и Советское правительство развитию и применению в строительстве сборного железобетона, не случайно. Железобетон является не только огнестойким, универсальным и наиболее долговечным строительным материалом. Он позволяет экономить до 60 процентов стали, а по сравнению с монолитным бетоном значительно уменьшает трудоемкость строительства. В 1955—1956 годах применение железобетона в установленных объемах приведет к уменьшению потребности только в стальных конструкциях на один миллион тонн. Особенно большой экономический эффект дают предварительно напряженные конструкции, снижающие расход стали в строительстве в 2,5—3 раза.
      Одну тонну металла заменяет 2,2 кубического метра сборного железобетона. Затраты на монтаж металлических конструкций и на монтаж сборного железобетона примерно одинаковы; зато на выпуск тонны металла требуется 10 человекодней, а на производство 2,2 кубического метра сборного железобетона — 8 человекодней. Расход условного топлива уменьшается на 50 процентов, электроэнергии — на 40 процентов. Чтобы обеспечить выпуск одной тонны металла, требуется 3700 рублей капиталовложений, а для производства 2,2 кубического метра сборного железобетона — только одна тысяча рублей.
      Большое народнохозяйственное значение имеет замена древесины сборными железобетонными конструкциями и деталями. Древесина как строительный материал сейчас употребляется в больших количествах на перекрытия, балки, кровлю и т. д. Это не обеспечивает прочности, долговечности, несгораемости зданий и противоречит задаче индустриализации строительства. Использование железобетона вместо древесины создаст значительную экономию общественного труда в лесной промышленности и строительстве, сократит дальние дорогостоящие железнодорожные перевозки древесины. Только в результате частичной замены в 1955—1956 годах деревянных перекрытий жилых зданий железобетонными высвободится не менее 3 миллионов кубических метров древесины. Большую экономию леса можно получить в промышленном, транспортном и сельскохозяйственном строительстве.
      Практика строителей Москвы, Ленинграда, Магнитогорска, Сталинграда, Челябинска и других промышленных центров неопровержимо доказывает, что применение прогрессивных материалов резко повышает темпы и значительно снижает стоимость строительства. Например, замена бутовых фундаментов под опоры высоковольтных линий передач сборными железобетонными в три раза снижает потребность в бетоне, в пять раз — трудоемкость и на одну треть — стоимость работ. Как было сообщено в 1955 году на Всесоюзной конференции по железобетону и бетону в тресте «Центромаслострой», использование железобетона позволило бригаде в 7—8 человек монтировать двухэтажное промышленное здание в срок от 30 до 50 дней, при этом потребность в рабочей силе сокращена вдвое.
      По указанию ЦК КПСС и Совета Министров за последнее время осуществлен ряд мероприятий по расширению производства современных эффективных строительных материалов и, в первую очередь, сборных железобетонных конструкций и деталей, имеющих решающее значение для применения механизации, ускорения и удешевления строительства. В 1955 году производство сборного железобетона значительно увеличилось по сравнению с 1954 годом, но этого совершенно недостаточно. Сделан по существу лишь первый шаг. Необходимо в ближайшие 133
      годы увеличить производство конструкций и деталей из железобетона по крайней мере в четыре-пять раз. Эту задачу мы успешно решим, если обеспечим ускоренное строительство заводов и полигонов для производства сборных железобетонных конструкций и деталей. Строительная индустрия нашей страны должна стать самой передовой в мире.
      Еще ранее, в дореволюционное время, русские ученые И. Г. Малюга и Н. А. Белелюбский уже внесли крупный вклад в развитие науки о бетоне и железобетоне. Но наибольшее развитие эта наука получила в наше время благодаря работам советских ученых Н. М. Беляева, Б. Г. Скрамтаева, Н. А. Попова, А. Ф. Лолейта, А. А. Гвоздева, В. М. Келдыша, Я. В. Столярова, П. Л. Пастернака, В. В. Михайлова и других.
      Советская наука о производстве цемента и изготовлении бетона непрерывно совершенствуется, их свойства улучшаются, создаются новые цементы и бетоны, новые, более совершенные, типы железобетонных конструкций, особенно сборных. создание ячеистых бетонов и на основе их армопенобетона и армопеносиликата, дало возможность не только значительно облегчить вес железобетонных конструкций, но и улучшить их теплозащитные и звукоизоляционные свойства, и еще больше расширило область применения железобетона. Для строителей работа над облегчением железобетонных конструкций, повышением их теплозащитных и звукоизоляционных свойств — одна из благодарнейших задач современности.
      Значительно развилась и наука о железобетонных конструкциях и сооружениях созданы более точные и прогрессивные методы их расчета, новые методы их исследований (посредством «меченых атомов», методом фотоупругости с использованием прозрачных моделей и др.). По масштабам применения сборных железобетонных конструкций Советский Союз по праву занимает ведущую роль в мировой строительной практике.
      Оттесняя старые, испытанные веками строительные материалы, такие, как дерево, естественный камень, кирпич, в строительную практику властно вошел железобетон, который в сравнении с ними, более огнестойкий, универсальный и наиболее долговечный строительный материал. Он позволяет экономить металл и лесоматериалы, повышать темпы строительства, снижать его стоимость.
      Внедрение сборных железобетонных конструкций и деталей заводского изготовления является основой индустриализации строительства. Вот почему Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР в целях улучшения строительного дела обязали широко применять в строительстве зданий и сооружений сборные железобетонные конструкции, детали и стеновые блоки. Внедрение сборных железобетонных конструкций и деталей заводского и полигонного изготовления является одним из основных мероприятий, обеспечивающих подъем строительной индустрии. Президиумом Верховного Совета СССР принят Указ об установлении ежегодного праздника «День строителя». Долг строителей — ответить вдохновенным творческим трудом на призыв Партии и Правительства о дальнейшем развитии строительства. Наша задача состоит в том, чтобы быть на высоте требований, предъявляемых к строителям Коммунистической партией и Советским правительством.
      По сравнению с другими материалами железобетон, как мы указывали, является наиболее огнестойким и долговечным. Он является, по данным печати, одним из наилучших для противоатомной защиты: железобетонные сооружения наиболее устойчивы против действия ударной волны, они хорошо защищают от светового излучения, проникающей радиации и заражения радиоактивными веществами.
      Советские исследователи, опираясь на собственный опыт и используя достижения зарубежной техники, неустанно работают над повышением прочности и долговечности железобетона, над повышением его защитных свойств. Дружная работа наших научных работников совместно с инженерами и производственниками обеспечит широкое внедрение в строительное производство достижений науки и передового опыта. Это поможет нам создать прочные, долговечные сооружения из бетона и железобетона, которые будут стоять века.