Реферат по строительству на тему Бетон. История развития бетонной технологии

Построенный римским императором Адрианом и завершенный в 125 году нашей эры, Пантеон имеет самый большой неармированный бетонный купол, когда-либо построенный. Купол имеет диаметр 142 фута и имеет 27-футовое отверстие, называемое окулусом, на своей вершине, которая находится на высоте 142 фута над полом. Он был построен на месте, вероятно, начиная с внешних стен и наращивая все более тонкие слои по мере продвижения к центру.
До открытия портландцемента и в течение нескольких лет после него использовались большие объемы натурального цемента, который производился путем сжигания естественной смеси извести и глины. Поскольку ингредиенты натурального цемента смешаны природой, его свойства сильно различаются. Современный портландцемент производится в соответствии с подробными стандартами. Некоторые из многих соединений, обнаруженных в нем, важны для процесса гидратации и химических характеристик цемента. Он производится путем нагревания смеси известняка и глины в печи до температур от 1300° F до 1500° F. До 30% смеси расплавляется, но остальная часть остается в твердом состоянии, подвергаясь химическим реакциям, которые могут быть медленными. В конечном итоге смесь образует клинкер, который затем измельчается в порошок. Небольшая часть гипса добавляется для замедления скорости гидратации и сохранения бетона пригодным для обработки дольше. Между 1835 и 1850 годами впервые были проведены систематические испытания для определения прочности цемента на сжатие и растяжение, а также первые точные химические анализы. Лишь около 1860 года были впервые произведены портландцементы современного состава.
«В 1930 году были разработаны воздухововлекающие агенты, которые значительно увеличили устойчивость бетона к замерзанию и улучшили его обрабатываемость. Воздухововлечение стало важным достижением в повышении долговечности современного бетона. Воздухововлечение — это использование агентов, которые при добавлении в бетон во время смешивания создают множество пузырьков воздуха, которые чрезвычайно малы и близко расположены, и большинство из них остаются в затвердевшем бетоне» .
Бетон затвердевает посредством химического процесса, называемого гидратацией. Для гидратации бетон должен иметь минимальное соотношение воды и цемента 25 частей воды на 100 частей цемента. Вода сверх этого соотношения является избыточной водой и помогает сделать бетон более обрабатываемым для укладки и отделочных работ. По мере высыхания и затвердевания бетона избыточная вода испаряется, оставляя поверхность бетона пористой. Вода из окружающей среды, такая как дождь и тающий снег, может проникать в эти поры. Морозная погода может превратить эту воду в лед. При этом вода расширяется, создавая небольшие трещины в бетоне, которые будут увеличиваться по мере повторения процесса, в конечном итоге приводя к шелушению поверхности и ухудшению, называемому выкрашиванием. Когда бетон был вовлечен воздухом, эти крошечные пузырьки могут слегка сжиматься, поглощая часть напряжения, создаваемого расширением, когда вода превращается в лед. Вовлекаемый воздух также улучшает обрабатываемость, поскольку пузырьки действуют как смазка между заполнителем и частицами в бетоне. Захваченный воздух состоит из более крупных пузырьков, захваченных в бетоне, и не считается полезным.
Опыт строительства с использованием железобетона в конечном итоге позволил разработать новый способ строительства с использованием бетона; метод тонкой оболочки подразумевает строительство конструкций, таких как крыши, с относительно тонкой оболочкой из бетона. Купола, арки и сложные кривые обычно строятся с помощью этого метода, поскольку они имеют естественную прочность.

3. Тенденции в технологии бетона


XX век ознаменовал собой значительный сдвиг в использовании бетона, а технологические достижения, такие как разработка предварительно напряженного бетона и высокопрочного бетона, расширили возможности бетонного строительства. Бетон стал материалом выбора для строительства всего: от мостов и дорог до плотин и небоскребов.
В 1936 году строительство плотины Гувера продемонстрировало впечатляющий потенциал бетона. С общим объемом 3,25 млн кубических ярдов бетона это было масштабное начинание, которое произвело революцию в использовании бетона в крупномасштабных проектах. Плотина, расположенная на границе Аризоны и Невады, была крупнейшей в мире на момент ее завершения и продолжает служить жизненно важным источником водоснабжения и электроэнергии сегодня. В середине 20 века также произошел значительный сдвиг в использовании бетона в высотных зданиях. Строительство 60-этажного Marina City Бертрана Голдберга в Чикаго в 1962 году вызвало новый интерес к использованию железобетона для высотных зданий. Marina City, современный многоэтажный комплекс середины века, расположенный вдоль реки Чикаго, был городским экспериментом, призванным привлечь обратно в город чикагцев среднего класса после более чем десятилетия миграции в пригороды. Две жилые башни, похожие на кукурузные початки, каждая из которых имеет 64 этажа, являются иконами архитектуры Чикаго и служат свидетельством универсальности и прочности бетона.
«С наступлением XXI века развитие бетона не замедлилось, а, наоборот, ускорилось: новые формы этого универсального материала раздвинули границы возможного в строительстве и архитектуре. Одной из таких новаторских разработок стал самовосстанавливающийся бетон» . Это чудо биоинженерии, которое разрабатывается и тестируется с начала 21 века, использует бактерии для залечивания трещин, которые появляются со временем. Это не только продлевает срок службы бетонных конструкций, но и значительно снижает расходы на техническое обслуживание.
Еще одним важным новшеством, появившимся в 21 веке, стал полупрозрачный бетон. Благодаря включению оптических волокон в бетонную смесь свет может проходить сквозь нее, придавая бетону полупрозрачный вид. Это открыло новые возможности для архитектурного дизайна, предлагая уникальную эстетику и потенциально сокращая потребность в искусственном освещении.
Прочность, долговечность и универсальность бетона сделали его любимым материалом в современном архитектурном дизайне. От плавных бетонных форм Захи Хадид до минималистских бетонных конструкций Тадао Андо, архитекторы приняли бетон за его способность формировать окружающую среду.
«Цементная промышленность сыграла ключевую роль в развитии бетона. От процесса производства цемента до тщательного выбора составляющих материалов, наука, стоящая за бетоном, сложна. Бетонная смесь часто включает дополнительные цементирующие материалы, такие как доменный шлак и гранулированный доменный шлак, улучшающие определенные качества, такие как прирост прочности и экологическая устойчивость» . Инновации, такие как высокоэффективное цементное тесто, позволили создать нетрадиционный бетон, например, полупрозрачные и самовосстанавливающиеся варианты.
Бетон широко используется сегодня для строительства любых конструкций из-за его прочности и долговечности, от небоскребов до водохранилищ и градирен или дымовых труб. Заполнители обозначаются как крупные или мелкие в зависимости от их конкретных диапазонов. Материал заполнителя не должен содержать никаких примесей с мягкими частицами, особенно растительного происхождения. Даже самые мелкие органические компоненты почвы приведут к химическим реакциям, которые могут серьезно подорвать прочность бетона. Характеристики бетона зависят от типа заполнителя или цемента, использованного для его производства.
«Свойства обычного конструкционного бетона во многом определяются соотношением воды и бетона. Чем ниже содержание воды или равно соотношению цемента, тем прочнее будет бетон. Смесь должна содержать ровно столько воды, чтобы каждая из частиц заполнителя была окружена цементным тестом, так чтобы воздушные пространства между частицами заполнителя были заполнены водой, а бетон был достаточно текучим для эффективного распределения и даже легкой заливки» . Количество цемента по отношению к заполнителю является еще одним фактором долговечности. Оно выражается как соотношение 3 частей: цемент к крупному и мелкому заполнителю.
Бетонное строительство сталкивается с такими проблемами, как растрескивание затвердевшего бетона и усадка свежего бетона. Современные решения включают использование синтетических волокон, специальных добавок и инновационных строительных технологий, таких как 3D-печать на строительной площадке. Переработанный бетон и использование альтернативных видов топлива в цементных печах являются частью усилий отрасли по сокращению ее воздействия на углерод.
Разработка умного бетона, наделенного свойствами, которые чувствуют структурные изменения, — это не просто фантазия, а ощутимая инновация, преобразующая строительный ландшафт. В сочетании с появлением самовосстанавливающихся материалов конструкции теперь могут самостоятельно ремонтировать трещины, что значительно продлевает срок их службы и сокращает расходы на техническое обслуживание.