Изготовление железобетона

Композиты, созданные руками человека, известны очень давно. Изготовление железобетона, является по праву родоначальником в изобретении современных армированных композитов. В Древнем Египте еще во времена фараонов строили дома из глиняных кирпичей, в которые добавляли солому. Она предотвращала растрескивание их на солнце, делала более стойкими к воздействию различных ударных нагрузок.

Добавление веток, щепок, даже клочков бумаги в лед делает его настолько прочным, что по нему могут проходить тяжелые танки. Без этих добавок лед под ними проваливается. Список примеров использования композитов можно продолжить. Это были удачные находки, но их можно назвать случайными.

Изобретение железобетона

Изобретение железобетона так же можно отнести к числу случайностей. Французский садовник Жозеф Монье любил возиться с пальмами и апельсиновыми деревьями. Он выводил новые сорта и поставлял их заказчикам. Однажды он получил большой заказ из Англии на партию пальм, но, когда пришлось их отправлять, оказалось, что не хватает кадок, в которые высаживают растения.

Будучи человеком дела, Монье решил сам изготовить кадки из цемента, оказавшегося под рукой. Кадки получились тяжелыми, а главное - непрочными. Пальмы росли, их корни распирали цементные стенки и разрушали их.

Тогда Монье охватил кадки снаружи решеткой из металлических прутьев. Они стали прочнее, но выглядели некрасиво. Чтобы придать им товарный вид, садовник покрыл железные прутья цементом. Кадки получились гладкими, очень прочными и долговечными.

Потом оказалось, что цементные стенки, когда их поддерживает металлическая арматура, можно делать совсем тонкими - прочность все равно будет достаточной. Так впервые был изготовлен железобетон. В железобетоне в качестве арматуры используются сравнительно толстые стальные прутья, диаметр которых измеряется миллиметрами или даже десятками миллиметров.

Появление железобетона способствовало развитию теории армированных материалов, в частности, их механики, поскольку этот материал стали широко применять в строительстве. Казалось бы, что железобетон был изобретен случайно.

Но случайность эта кажущаяся. Конечно, случайность то, что его изобрел садовник. Но не случайность то, что он был изобретен. Если бы не Монье, нашелся кто-нибудь другой, но обязательно нашелся бы. Может через год, может через десятилетия, но этот материал появился бы. Потому, что он был нужен для развития строительной техники.

Свойства железобетона

Чистый бетон очень плохо сопротивляется растягивающим нагрузкам, а новые проекты строительных конструкций требовали применения материала, способного их выдерживать. Таким материалом оказался железобетон - бетон, армированный стальными прутьями. Но он не были задуманы, как композит, а получились таковыми неосознанно.

Но в природе существуют так же композиты, которые созданные без участия человека, самой же природой - это биокомпозиты. Если рассматривать свойства железобетона, то он может выдерживать большие растягивающие нагрузки, особенно если он предварительно напряжен (то есть в бетонной матрице заранее, еще до начала эксплуатации, созданы сжимающие напряжения).

Эту способность придает ему сталь, которая прекрасно работает на растяжение. А бетон предохраняет стальные стержни от потери устойчивости и от коррозии, он отдает композиту свои лучшие качества. Благодаря этому из железобетона можно строить намного более эффективные конструкции, чем из простого бетона.

Такой материал объективно необходим строителям, и изготовление железобетона было предопределено этой необходимостью. А случайность здесь - просто проявление закономерности.

Так например, мрамор, армированный стальными стержнями, использовали еще древние греки при строительстве храмов. В частности, из армированного мрамора сделаны перекрытия входа в Акрополь (V век до н. э.). Но греки патентов не брали.

Армированные полимеры

Через десятилетия после изготовления железобетона появились армированные полимеры. Первый патент на полимерный композит был выдан в 1909 году, он содержал разработки по упрочнению синтетических смол природными волокнами (джутовыми, льняными, хлопчатобумажными, целлюлозными и другими).

В 1935 году были запатентованы стеклопластики. В качестве упрочнителей в этих полимерных материалах использовались искусственные неорганические волокна. Промышленное производство стеклопластиков массово началось с середины ХХ ст., и нашло широкое применение в технике.