Переработка железобетона: процесс переработки, технология и оборудование в Москве

Содержание

Суть и выгода утилизации железобетона, применяемая технология

Крупногабаритные строительные отходы становятся «головной болью» для некоторых строительных компаний. При грамотной утилизации железобетона и вторичной переработке бетонных отходов получается вторичное сырье.

Содержание статьи:

Переработка бетона и железобетона

Утвержденные планы развития городов предполагают, что судьба промышленных объектов построенных в городских чертах, решается путем вывода их на окраины. Это повлекло за собой снос объектов и образование определенного количества строительного мусора, с которым ТБО не могут справиться. Поэтому недобросовестные дельцы, используя лазейки в законодательстве, организовывают несанкционированные свалки переработанного мусора для бетона, тем самым, наносят несокрушимый удар по экологии.

И в этом случае, на помощь приходит рециклинг, т. е. технология, позволяющая вернуть в оборот и повторно использовать отходы производства. При ее внедрении происходит рациональное использование невосполнимых природных ресурсов.

Технология необходима при работе с крупногабаритными отходами, которые образуются при демонтаже складских помещений, цехов и подобных сооружений и зданий. Яркий пример — это применение переработки ЖБИ в процессе демонтажа строений по Программе Реновации, которая полным ходом идет в отдельных регионах РФ.

Рециклингом строительных отходов можно назвать вторичную переработку бетона, кирпича и железобетона. Результатом этого процесса являются материалы: щебень, песок, металл.

Применение вторичных материалов

Так принято называть результат переработки бетона в щебень различной фракции. Ученые провели массу исследований опытных образцов и пришли к выводу, что вторичный щебень наделен более высокими качественными характеристиками. Следствием данных опыта являются закрепленные на законодательном уровне нормативы — ГОСТы, ТУ и ОДН. Все строительные организации должны неукоснительно их соблюдать и не наносить ущерб экологии.

Продукты дробления переработанных плит ЖБИ являются основой для самоуплотняющегося бетона, который широко используется в строительстве большинства современных сооружений. Новейшие технологии переработки крупногабаритного железобетона предполагают получение фракции, имеющей гранулометрический состав. Он используется при производстве нового высокоэффективного бетона.

Такой щебень и песок применяются в производственных циклах:

  • крупнофракционный заполнитель в самоуплотняющемся бетоне;
  • ЖБ и бетонные материалы — ливневки, колодцы, блоки ФБС;
  • укрепление автостоянок, насыпей, склонов и различных грунтов;
  • прокладка и ремонт систем водоотведения и водоснабжения;
  • строительство дорожных покрытий, площадок, тротуаров;
  • «подушка» фундаментов;
  • наполнитель газо- и пенобетонов;
  • плитка, бордюры, лестничные марши;
  • декоративные элементы и заборы;
  • засыпка котлованов и фундаментов.

Оборудование для переработки железобетона

Переработка строительных отходов производится с применением мобильных дробильно-сортировочных комплексов, которые расположены на стройплощадке.

Этот процесс предусматривает измельчение строительных отходов с отделением вторичного щебня и металла, в них содержащихся. Благодаря получению щебня всевозможных фракций, спектр его повторного применения огромен.

Для использования мобильных установок дробления и сортировки, компания должна иметь:

  • оборудование;
  • высококвалифицированный персонал;
  • соответствующее разрешение и лицензию на проведение работ;
  • сертификаты, заключения СЭС и разрешения экологических инспекций на вторичный щебень и сопутствующие материалы.

Всем этим обеспечены крупные строительные компании. Использование мобильных дробилок повышают скорость и эффективность работ. Позволяет сократить издержки заказчика на транспорт для перевозки и утилизации бетонных изделий.

Комплексы мобильны за счет дизельного двигателя и магнитного сепаратора. Он отделяет металл от бетона. Как результат, механическая переработка плиты ЖБИ — это: 87% вторичного щебня, 10% отсева и около 3-4% железа.

Суть технологии рециклинга

Технологический процесс рециклинга бетонных изделий заключается в поэтапном выполнении следующих действий:

  1. До загрузки в дробильный комплекс необходимо крупные фрагменты бетона раздробить до подходящих размеров. Для этого используются гидроножницы.
  2. Измельченный бетон загружаются в бункер, затем запускается дробилка.
  3. После того, как измельчение произведено, весь обработанный материал попадает на сито. Сквозь него путем вибрации отсеивается вторичный щебень. Металлические включения остаются на сетке.

Технология отделения щебня от металла с помощью сита, относится к разряду традиционных. Среди новейших разработок переработки ЖБ изделий встречаются дробильные комплексы, работа которых основана на отсеве с помощью магнитов. Это повышает качество работы. Применение электромагнитных систем рационально разделять включения.

Выгода переработки и утилизации бетонных отходов

При применении рециклинга перевозка строительных отходов становится нецелесообразной. Это относится к экономическим выгодам.

Экономия также наблюдается в том, что нет необходимости получать разрешения на захоронение мусора на свалках ТБО, ведь это обязательное условия администрации. Возить отходы никуда не нужно. Уменьшается вред, который наносится экологии.

Если продукция переработки не используется подрядчиком на будущем объекте, он распродается всем желающим. Для этого покупатели приезжают на своем транспорте и вывозят то, что им необходимо. Это еще одна плюс, получаемый в процессе переработки строительных отходов. Подрядчики имеют возможность сдать железобетон на переработку. Утилизация ЖБ изделий проводится бесплатно.

Современное производство, направленное на защиту экологии и окружающей среды, должно использовать процесс рециклинга. Ежедневно ужесточаются требования, предъявляемые как к производству, так и к технологическому оборудованию. Все чаще можно встретить усовершенствованные бассейны-отстойники, которые отделяют жидкость от твердых веществ. Данная вода повторно используется, чем дополняет безотходное и более «чистое» производство.

Процесс переработки бетона и ЖБ изделий – необходимый этап современного производства, которое основано на инновациях и внедрении «здоровых» технологий, не наносящих вред экологии.

Переработка бетона, инструкция утилизации железобетонных отходов

Время на чтение:
6 минут

1620

Снос строений и возведение новых зданий вызывает необходимость утилизировать железобетонные отходы в Москве, Санкт-Петербурге и других российских городах. Неправильная утилизация строительного мусора ухудшает экологию.

Содержание

  • 1 Переработка бетона и железобетона
    • 1.1 Уничтожить или переработать
  • 2 Применение вторичных материалов
  • 3 Оборудование для переработки железобетона
  • 4 Суть технологии рециклинга
  • 5 Выгода переработки и утилизации бетонных отходов

Переработка бетона и железобетона

Железобетонные блоки используются при строительстве зданий различного назначения. Основой таких изделий является бетон. Чтобы повысить прочность блока, в него вставляют арматуру — металлические прутья. При сносе или строительстве здания остаются железобетонные отходы, которые необходимо утилизировать.

Строительный мусор, состоящий из железа и бетона, относится к 5 классу опасности (не наносит большого вреда окружающей среде). Однако вероятность загрязнения экологии остается. Кроме этого, мусор захламляет территорию. Утилизация бетонных отходов поможет избежать захламления и нанесения вреда окружающей среде.

Переработкой строительного мусора занимаются компании, получившие специальное разрешение. На предприятиях должен работать только квалифицированный персонал.

Согласно инструкции, процесс утилизации отходов железобетонных изделий (ЖБИ) должен пройти следующие этапы:

  1. Разрушение постройки. Если здание строится, а не сносится, на первом этапе требуется сбор строительного мусора.
  2. Резка на части железобетонных изделий для облегчения их перевозки.
  3. Сбор и перевозка мусора к месту временного хранения.

Если компания использует мобильную установку, на третьем этапе осуществляется переработка бетона. На временное хранение отправляют уже готовое к дальнейшей эксплуатации вторичное сырье.

Уничтожить или переработать

Железобетонный мусор можно и перерабатывать, и уничтожать. Однако уничтожение предполагает только освобождение строительной площадки и не несет экономической выгоды.

Необходимость ликвидации часто приводит к нанесению вреда окружающей среде или даже экологическим катастрофам.

К наиболее безопасным методам уничтожения строительных отходов относится пиролиз, при котором железобетонный мусор сжигается без участия кислорода. Пиролиз предполагает расщепление материала на простые составляющие.

При таком способе уничтожения в окружающую среду попадает минимальное количество опасных веществ. С помощью пиролиза можно не только ликвидировать отходы из железа и бетона, но и создавать альтернативное топливо.

Применение вторичных материалов

Сырье, полученное после обработки железобетонного мусора, используется для:

  • облагораживания участка при проведении ландшафтных работ;
  • заполнения пеноблоков;
  • изготовления строительного раствора;
  • заливки фундамента и пола;
  • ремонтных работ на дорогах или при строительстве трасс;
  • создания тротуарных покрытий;
  • замены грунта при строительстве;
  • создания насыпей при железнодорожном полотне.

Оборудование для переработки железобетона

Измельчать мусор можно при помощи дробильной системы, установленной на предприятии. Для выезда на место сноса или строительства здания используется мобильная дробилка. Переработка железобетона при помощи такого оборудования поможет сэкономить на погрузочных и разгрузочных работах, а также транспортировке строительного мусора.

Мобильные комплексы работают на дизельном двигателе. Большинство из них оборудованы магнитными сепараторами. При помощи такого оборудования можно получить до 4% металлических отходов и более 80% вторичного щебня. Доля строительного мусора, непригодного для дальнейшего использования, в большинстве случаев не превышает 10%.

Суть технологии рециклинга

Наиболее распространенным способом рециклинга считается просеивание измельченных железобетонных фрагментов через сито.

Переработка ЖБИ через этот прибор включает следующие этапы:

  1. Осмотр предназначенного для утилизации материала и распределение элементов.
  2. Разрушение крупных бетонных блоков. Для дробления применяются специальные гидроножницы.
  3. Загрузка измельченных фрагментов в бункер и запуск дробильного комплекса.
  4. Прохождение через сито. Прибор создает вибрацию. Такое воздействие на материал отсеивает вторичный щебень. На сите остаются только сделанные из металла элементы.
  5. Сортировка полученного материала.

Более современный способ обработки железобетона — применение магнитных дробильных комплексов. Такое оборудование работает более эффективно, поскольку магнит притягивает металлические фрагменты, не задерживая бетонные.

Выгода переработки и утилизации бетонных отходов

Переработка и утилизация бетонного мусора имеют преимущества по 2 показателям:

  1. Безопасность для экологии.

    Повторное использование материала позволяет не истощать природные запасы с целью добычи новых. Мусор от железобетонных изделий не остается бесхозным, не причиняет вреда окружающей среде в процессе разложения, не занимает земельных участков на свалке.

  2. Экономическая выгода.

    Применение вторичных отходов удешевляет строительство новых объектов. При этом использование бывших в употреблении материалов не ухудшает качество постройки.

Вторсырье можно использовать для создания железобетонных конструкций. Некоторые металлические элементы применяются для воплощения дизайнерских решений, например создания интерьеров в стиле лофт.

Материал, полученный в результате переработки, можно продать. Его покупают не только строительные организации и магазины, но и частные лица. Рециклинг может стать выгодным бизнесом.

При этом деятельность предприятия должна отвечать следующим требованиям:

  1. Фирме необходимо получить лицензию на утилизацию и проведение рециклинга ЖБИ.
  2. У компании должен быть грузовой транспорт для доставки лома к месту переработки.
  3. Наличие у предприятия специальных помещений для хранения лома и получаемого в результате переработки сырья.

Желательно, чтобы компания владела не только стационарным, но и мобильным оборудованием. Также предприятию необходимо представить доказательства соблюдения правил техники безопасности.

Бетон и железобетон. Объясните это.

Бетон и железобетон. Объясните это.

Вы здесь: Домашняя страница > Материалы > Бетон и железобетон

  • Дом
  • индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Стоунхендж в Англии, Великая пирамида в Гизе, перуанская цитадель в Мачу-Пикчу — три удивительных примера того, как камень структуры могут простоять сотни или даже тысячи лет. Но хотя камень – один из старейших и самых прочных строительных материалов, он не точно удобно работать. Он тяжелый, его трудно транспортировать, и обычно идет большими кусками, которые должны быть кропотливо вырезать по форме. Было бы здорово, если бы существовал рецепт камня — какая-то клейкая смесь для кекса, которую мы могли бы смешать, где бы это ни было необходимо, просто нажав на нее в формы для изготовления зданий и сооружений любой формы и размера?

Такой «жидкий камень» действительно существует: мы называем его бетон . Хотя иногда он получает плохую репутацию, потому что многие ассоциируется у людей с брутальной городской архитектурой середины 20-х гг. века, бетон — великий, невоспетый герой современного материала. мир. От плотины Гувера до Сиднейского оперного театра вы найдете это в самых высоких небоскребах мира, самый большой мосты, самые длинные магистрали, глубочайшие туннели и, вполне вероятно, даже под полом в свой скромный маленький дом. Бетон — довольно удивительная вещь, но что это такое и как именно это работает? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Бетон — основа практически каждого современного здания и основная структура — но это не так уродливо, как многие думают. Это 12-арочный виадук Калсток, по которому проходит железная дорога через реку Тамар в Корнуолле, Англия. Хотя он выглядит так же элегантно, как старый камень, на самом деле он сделан из бетона. блоки, которые были собраны на месте и были завершены в 1908 году.

Содержание

  1. Что такое бетон?
  2. Почему бетон так популярен в строительстве?
  3. Железобетон
  4. Предварительно напряженный бетон
  5. «Бетонный рак»
  6. Воздействие бетона на окружающую среду
  7. Краткая история бетона
  8. Узнать больше

Что такое бетон?

Таблица: Рецепт бетона: Ингредиенты типичной смеси.

Слово «бетон» происходит от латинского слова concretus , смысл расти вместе — и это именно то, что происходит, когда вы объединить три его ингредиента, а именно:

  1. Смесь крупных и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, более крупные куски щебня, переработанное стекло, кусочки старого переработанного бетона и многое другое. что-либо эквивалентное) — обычно 60–75 процентов.
  2. Цемент (обычное название силикатов и алюминатов кальция) — обычно 10–15 процентов.
  3. Вода — обычно 15–20 процентов.

Собранные вместе и хорошо перемешанные, эти простые ингредиенты составляют композит, так мы называем гибрид материал, который в каком-то важном отношении лучше, чем материалы из который он сделан. В случае с бетоном «важно» то, что он прочный, твердый и долговечный. Представление о бетоне как о композиционный материал, гидрат цемента является фоном, вяжущим материал (технически называемый «матрицей»), к которому добавляют песок и гравий дополнительная прочность («армирование»).

Фото: Бетонный композит: Посмотрите внимательно на этот бетон, и вы ясно увидите, как он работает: более светлый заполнитель (камни разных форм и размеров, которые служат армированием) связывается более темным цементом ( матрица). Однако не весь бетон выглядит таким грубым; Мне пришлось довольно долго рыскать, чтобы найти этот пример в бетонном столбе рядом с моим домом.

Как образуется бетон из ингредиентов, не похожих на конечный продукт? Когда вы добавляете воду в цемент, начинают расти кристаллы гидрата цемента (технически это гидрат кальция-кремнезема), которые плотно соединяют песок и гравий. это постепенно образование кристаллов, которое придает бетону прочность, а не простой факт, что он высыхает. Действительно, причина, по которой вы должны держать смачивание бетона в течение нескольких дней по мере его схватывания является «питанием» химические реакции, приводящие к гидратации цемента. Мягкая слякотная смесь, которая падает из вашего бетономешалка постепенно получается намного тверже, чем материалы из который он сформировал. «Жидкий камень» становится настоящим камнем — ну, хотя бы искусственный камень. И под «постепенно» я действительно имею в виду постепенно: бетон затвердевает в течение нескольких часов, затвердевает примерно через в месяц, но продолжает твердеть и укрепляться не менее пять лет после этого.

Интересный факт, из Недавние научные исследования бетона заключаются в том, что «кристаллы» внутри него на самом деле вовсе не кристаллы: они плохо упорядочены и совершенно правильные, какими и должны быть кристаллы, но на самом деле имеют некоторые из случайных структур, которые вы найдете в таких материалах, как стекло (научно известные как аморфные твердые тела). Бетон содержит достаточно немного захваченного воздуха (целых 5-10 процентов), потому что есть некоторое пространство вокруг открытой трехмерной структуры гидрата цемента кристаллы и песок и гравий, застрявшие между ними. И то, в очередь, объясняет, почему бетон может гнуться и изгибаться, растягиваться и сжиматься (все-таки немного).

Как и в любом рецепте, смесь для бетона можно несколько варьировать (подробнее воды, может быть, больше агрегатов, или даже химикатов разных виды) для производства бетона, который течет быстрее, твердеет или более быстро, лучше выдерживает погодные условия или имеет определенный цвет или внешний вид. Добавление пигмента, называемого диоксидом титана, например, является простым способ сделать бетон ярким и белым — в миллионе миль от унылое серое вещество, из-за которого у бетонных автостоянок дурная слава. Другой вариант – газобетон, внешне немного напоминающий очень твердый губка с массой крошечных воздушных карманов внутри. Это позволяет бетон расширяется и сжимается в жаркую и холодную погоду без фатально трескается, а также делает его отличной теплоизоляцией материал.

Фото: Когда бетон распыляется из шланга на высокой скорости, а не медленно укладывается из бетономешалка, это называется торкретбетон. Слева: как наносится Shocrete на каркас из арматуры. Фото предоставлено US NAVFAC и Wikimedia Commons. Справа: пример того, как набрызг бетон используется для укрепления входа в старую шахту. Фото предоставлено Агентства по охране окружающей среды США и Wikimedia Commons.

Рекламные ссылки

Почему бетон так популярен в строительстве?

По крайней мере, в городах бетон везде, куда ни глянь, и это не трудно понять почему. Это легко сделать из дешевого и легкодоступного ингредиенты, легко разливаются по формам и превращаются во все виды формы (потому что начинает жизнь очень вязкой жидкостью), и это одновременно огнеупорный и (относительно) водонепроницаемый. Но главная причина, по которой это так широко используется в зданиях, заключается в том, что он чрезвычайно прочен в сжатие: вы можете сжать его или выдержать большой вес на это. Он широко используется в стенах и фундаментах (вертикальный другими словами, поддерживает), потому что он отлично подходит для сопротивления весу, сложенному сверху. К сожалению, очень большой недостаток бетона в том, что он примерно в 10 раз слабее на растяжение чем при сжатии. Он легко трескается или ломается, если его согнуть или растянуть. укрепить его сталью внутри, так что это мало пользы в горизонтальных лучах. Хотя бетон выглядит тяжелым и монолитным, он на самом деле намного легче, чем вы можете предположить: его плотность составляет примерно пятую часть плотности вести, треть как плотный, как сталь, на 10 процентов менее плотный, чем алюминий, и только незначительно более плотный, чем стекло.

Хотя бетон часто смешивают на месте и формуют во что угодно формы необходимы в то время, он также может поставляться в сборном виде «модули»; блоки, балки, секции стен, тротуары и облицовка все можно сделать так. Гигантский, современный сегментные мосты, для например, часто быстро и недорого собираются из одинаковых бетонные секции, которые были собраны на заводе и отправлены на окончательный расположение. Это делает их быстрее и легче построить, чем если бы весь мост пришлось отливать на месте, что гораздо сложнее сделать в посреди реки, например, или в неблагоприятных погодных условиях. Другой вариант – сделать бетонные конструкции, сочетающие в себе некоторые сборные секции с другими секциями, сформированными на месте.

Произведение искусства: Идеи из бетона: Томас Эдисон сразу понял великолепие бетона как материала для создания «моментальных» зданий. В начале 20-го века он разработал этот метод изготовления монолитных бетонных домов, которые можно было массово производить недорого в очень больших количествах. Бетон из пары миксеров (синий) подается в резервуар (красный), перемешивается (зеленый), а затем переносится шнеком (оранжевый) наверх огромной трехмерной формы. Вылитая через форму, она образует стены, полы и крышу здания — и даже некоторые детали (например, ванны) внутри! К сожалению, идея так и не прижилась. Работа из патента США 1219., 272: Процесс строительства бетонных зданий Томасом Эдисоном, 13 марта 1917 г. , любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Железобетон

Как мы уже видели, бетон представляет собой композиционный материал — цементную матрицу с заполнителями для армирования — это хорошо работает на сжатие, но не на напряжение. Мы можем решить эту проблему, заливая влажным бетоном прочные стальные арматурные стержни (связанные между собой, чтобы получилась клетка). Когда бетон схватится и затвердеет вокруг стержней, получаем новый композиционный материал, железобетон (также называемый армированным цементобетоном или RCC), который хорошо работает в либо на растяжение, либо на сжатие: бетон сопротивляется сжатию (обеспечивает прочность на сжатие), а сталь сопротивляется изгибу и растяжения (обеспечивает прочность на растяжение). По сути усиленный бетон использует один композитный материал внутри другого: бетон становится матрицей, в то время как стальные стержни или провода обеспечивают армирование.

Стальные стержни (известные как арматура , сокращение от арматурный стержень) обычно изготавливаются из скрученных прядей с благородными волокнами. или гребни на них, которые прочно закрепляют их внутри бетона без любой риск поскользнуться внутри него. Теоретически мы могли бы использовать все виды материалов для армирования бетона. Как правило, мы используем сталь потому что он расширяется и сжимается в жару и холод примерно так же, как сам бетон, что означает, что он не расколет бетон, который окружает его, как мог бы другой материал, если бы он расширился более или менее. Однако иногда используются и другие материалы, в том числе различные виды пластмасс.

Фото: «Жидкий камень» на вынос — заливка бетона из автобетоносмесителя. Эти строители ВМС США укладывают мокрый бетон с грузовика на арматуру (сетку из стальных арматурных стержней). Когда бетон схватится, стальные стержни придадут ему дополнительную прочность: бетон плюс сталь равняется железобетону. Фотография лейтенанта Эдварда Миллера, любезно предоставлена ​​ВМС США и Викисклад.

Предварительно напряженный бетон

Хотя железобетон, как правило, является лучшей конструкцией материал, чем обычный материал, он все еще хрупкий и подвержен трещина: при растяжении железобетон может разрушиться, несмотря на его стальная арматура, пропускающая воду, которая затем вызывает бетон выйти из строя, а арматура заржаветь. Решение — поставить армированный бетон постоянно сжимается на предварительное напряжение оно (также называется предварительным натяжением). Поэтому вместо того, чтобы класть стальные стержни в сырую бетонные, как они есть, мы сначала натягиваем (натягиваем) их. Как бетон схватывается, натянутые стержни втягиваются внутрь, сжимая бетон и делая его прочнее. В качестве альтернативы, арматура в железобетоне может подвергаться стрессу после того, как он начинает затвердевать, что известно как постнапряжение (постнапряжение). В любом случае сохранение бетона в сжатом состоянии является хитрый трюк, который помогает остановить его растрескивание (и останавливает трещины от распространение, если они образуются). Еще одно преимущество заключается в том, что можно использовать менее предварительно напряженный или постнапряженный бетон или меньше, более тонкие детали, чтобы нести те же нагрузки, по сравнению с обычными, железобетон.

Фото: Наука проходит через бетон — как он застывает, почему он прочен и почему мы его используем. Это конкретное слово — одна из деталей военного мемориала округа Онондага в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, отдел эстампов и фотографий.

«Бетонный рак»

Трещины — это последнее, что хочется видеть в здании или мосту, особенно относительно новый, сделанный из бетона. Но если у нас есть бетонные конструкции, относящиеся к римским временам, почему некоторые из бетонные мосты, небоскребы и другие сооружения, построенные всего несколькими десятилетия назад, в конце 20 века, уже разваливаются? Есть несколько объяснений. Старый, римского типа, пуццолановый бетон, сделанный из вулканического пепла, имеет тенденцию трескаться меньше, чем больше современные формы бетона, и применялся он в основном на сжатие, поэтому даже если трещины имели возможность образоваться, вероятность их образования была меньше. распространение. Железобетон чаще используется на растяжение, что Вот почему у него внутри есть эти стальные арматурные «стержни». Но, как мы уже видели, он все еще может треснуть, если он не предварительно напряжен.

Современный бетон разрушается из-за того, что неофициально известно как рак бетона или конкретное заболевание , которое включает в себя три взаимосвязанные проблемы. Сначала щелочи из цемента реагируют с кремнеземом в заполнители, из которых изготавливается бетон. Это делает новые внутри бетона очень медленно растут кристаллы, которые занимают больше комнате, чем исходные «кристаллы», поэтому создание бетон растрескивается изнутри наружу или отслаивается («отслаивается») с поверхности, пропуская воду снаружи. На чем-то вроде автомобильного моста любая вода, попадающая внутрь, также может быть щелочным из-за используемых солей для обработки дороги зимой. Вторая проблема заключается в том, что вода который попадает внутрь, в конечном итоге вступает в контакт со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая их ржаветь и разлагаться, возможно, расширяясь, что приводит к фатальным последствиям. слабые места в конструкции. Грязные коричневые пятна, которые вы видите на бетон с «раком» часто возникает из-за просачивания ржавой воды через трещины. Третья проблема заключается в том, что вода, которая просочилась внутрь бетон через трещины зимой может промерзнуть, а значит будет расширяться и вызывать дальнейшие трещины, через которые будет поступать еще больше воды. проникают, вызывая порочный круг вырождения и распада.

Художественное произведение: Как железобетон разрушается: (1) Щелочи из цемента реагируют с кремнеземом в заполнителях, образуя более крупные кристаллы, которые раскалывают бетон изнутри, (2). Вода стекает по щелям (3), ржавление арматурного стержня (4), которое может развалиться и вызвать большее растрескивание или «выкрашивание» краев (5). В холодную погоду, вода, попавшая в трещины, будет расширяться при замерзании (6), вызывая появление новых трещин (7). Трещины не обязательно большие: некоторые из них очень тонкие капилляры, а это значит, что вода может двигаться вверх по ним простое капиллярное действие, а также стекание через них под действием силы тяжести.

Воздействие бетона на окружающую среду

Фото: Некоторые любят бетон, некоторые ненавидят его. Мнения резко расходятся по поводу «бруталистских» городских зданий, таких как Xerox Tower в Рочестере, штат Нью-Йорк, построенный в середине 20 века. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, отдел эстампов и фотографий.

Растущая озабоченность по поводу окружающей среды и изменения климата в в частности, выявили еще одну серьезную проблему с бетоном: после транспорта и энергетики производство цемента занимает третье место крупнейший источник выбросов углекислого газа. Это отчасти потому, что процесс изготовления цемента выделяет много углекислого газа, но также, очень важно, из-за огромного количества цемента и бетон используется во всем мире. Углекислый газ выделяется в двух довольно разными способами (разделив их примерно пополам): во-первых, из-за энергии ископаемого топлива, используемой при производстве цемент; во-вторых, потому что цемент образуется, когда карбонат кальция превращается в оксид кальция, выделяя при этом углекислый газ. Бетон зависит от цемента, так что это совсем не устойчивое материал, что беспокоит архитекторов, в частности, потому что они склонны быть очень экологически сознательным.

Фото: Ранний пример экологичного бетона 1953 года: плотина Hungry Horse Dam на реке Флэтхед, штат Монтана, США, был построен с использованием 120 000 метрических тонн переработанной летучей золы из мусоросжигательных заводов. Изображение предоставлено Бюро мелиорации США.

Так как двуокись углерода выделяется двумя путями при цементировании производства, отсюда следует, что есть два способа сделать больше экологически чистый бетон. Исторически, начиная с промышленного Революция, большая часть энергии человечества поступает от сжигания угля, который выделяет больше парниковых газов, чем другие виды топлива, и Традиционно цементные печи также работали на угле. Переключение их с уголь в природный газ является одним из решений, так как газ выделяет меньше углерода диоксида на заданное количество энергии. Делаем цементные печи больше эффективный снижает общую потребность в энергии, что также снижает их выбросы углекислого газа. Другое решение — уменьшить количества цемента в бетонной смеси за счет использования вторсырья, например летучая зола от мусоросжигательных заводов. Еще одна захватывающая перспектива – разработка бетона, который вообще не использует карбонат кальция. Вместо этого карбонат получают барботированием углекислого газа из электростанция через морскую воду. Это имеет общий экологический выгоду, так как он забирает вредные выбросы CO2 от энергии растений и вместо этого превращает их в очень полезный бетон. это своего рода улавливания и хранения углерода (CCS).

Еще один экологический недостаток бетона связан с использованием в нем заполнители, которые необходимо добывать, часто из экологически уязвимых мест, таких как речные долины. Использование переработанных заполнителей (включая переработанный бетон из старых снесенных зданий) возможное решение здесь.

Краткая история бетона

Ранняя история

  • ~7000 г. до н.э.: неолитическое поселение в Йифтахель в Галилее, Израиль, имеет грубый «бетонный» пол, сделанный с использованием штукатурки из обожженной извести.
  • ~5600 г. до н.э.: для полов в Мезолитические (среднекаменный век) сербские жилища на Лепенски Вир, в Сербии, на берегу реки Дунай.
  • ~3000 г. до н.э.: египтяне используют грубые формы цемента и бетона в пирамиды.
  • ~200 г. до н.э.: римляне использовали тип бетона, называемый пуццоланом (иногда называется пуццолановым цементом) на основе вулканического пепла, полученного из Поццуоли, Неаполь. Он используется в культовых римских сооружениях, таких как Колизей и Пантеон в Риме.
  • 400 г. н.э.–~1750 г. н.э.: По сути, конкретное Средневековье: знание бетона полностью утрачена после падения Римской империи.

Повторное открытие

  • 1750s: Джон Смитон, английский инженер, заново открывает для себя искусство изготовление «гидравлического» цемента (затвердевающего с водой) с использованием Blue Lias камень, глина и пуццолана, первоначально для Маяк Эддистон недалеко от Плимута, Англия.
  • 1824: Англичанин Джозеф Аспидин разрабатывает портландцемент, который напоминает природный камень, добытый в Портленде в графстве Дорсет, Англия. Портландцементу суждено стать ключевым компонентом бетона.
  • 1832–1834: Уильям Рейнджер патентует сборный железобетон.
  • 1867: француз Джозеф Монье патентует железобетон для использования в садовых цветочных горшках, демонстрируя их на Парижской выставке. тот же год.
  • ~ 1850-е годы: французский строитель Франсуа Куанье начинает широкое использование бетона в зданиях, включая первый железобетонный дом в Париж, Франция.
  • 1884: английский архитектор, проживающий в Америке. Эрнест Лесли Рэнсом патентует витые арматурные стержни, которые обеспечивают лучшее сцепление внутри бетона, поэтому делая его сильнее.
  • 1870: Француз Франсуа Хеннебик разрабатывает новый эффективный процесс строительства зданий из железобетона, ведущий к его широкому распространению.
  • 1880-е годы: Предварительно напряженный бетон изобретен в Германии, хотя и не коммерчески разработан.

Современная эпоха

  • 1891 год: первая улица в США с бетонным покрытием заложен в Беллефонтейне, штат Огайо. Часть его остается на месте, чтобы этот день.
  • 1917: Томас Эдисон, плодовитый американский изобретатель, патентует идею. для серийного бетонного дома, но идея не прижилась.
  • 1913: Первая партия товарного бетона доставлена ​​грузовиком на участок в Балтиморе, штат Мэриленд.
  • 1915: инженер Линн из Чикаго изобретает цветной бетон. Мейсон Скофилд.
  • 1920-е годы: француз Эжен Фрейсинне превращает предварительно напряженный бетон в Коммерчески успешный строительный материал.
  • 1936: Бетон используется для завершения строительства мощной плотины Гувера. Самая большая бетонная конструкция, когда-либо созданная до этого момента.
  • 1956–1959: американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт строит культовый Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке из бетона.

    Фото: Запоминающееся современное использование железобетона. Это знаменитая Большая мастерская штаб-квартиры Johnson Wax архитектора Фрэнка Ллойда Райта в Расин, Висконсин. Крыша поддерживается удивительно тонкими железобетонными колоннами. которые сужаются с 5,5 м (18 футов) вверху до всего 23 см (9 дюймов) внизу. В соответствии с Книга Джонатана Липмана о здании, Райт Идея пришла в голову после того, как он увидел официанта, несущего поднос на руке. Изображение предоставлено архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

  • 1962: финский архитектор Ээро Саринен строит знаменитая птичья бетонная крыша центра полетов Trans World Airlines (TWA) в нью-йоркском международном аэропорту имени Джона Ф. Кеннеди. Три года спустя он проектирует культовый бетонный небоскреб Нью-Йорка CBS Building.
  • 1970-е: Изобретен железобетон на основе пластиковых волокон.
  • 2010-е: Воздействие бетона на окружающую среду становится все более серьезной проблемой. Ученые и инженеры начинают обращать внимание на то, как резкое изменение климата может сократить срок службы бетонных зданий.

Узнайте больше

На этом сайте

  • Мосты
  • Здания
  • Чугун и сталь
  • Металлы

Книги

Инженерное дело
  • Железобетон: механика, теория и дизайн, Джеймс К. Уайт. Prentice-Hall, 2016. Учебник для студентов технических вузов.
  • Железобетон: фундаментальный подход Эдварда Г. Нави. Prentice-Hall, 2009. Подробное руководство для инженеров.
Архитектура
  • Ээро Сааринен: Формирование будущего Ээро Сааринен и др. Издательство Йельского университета, 2006. Фотогид по конструкциям и зданиям одного из пионеров железобетонной архитектуры 20-го века.
  • Бетонная архитектура Кэтрин Крофт. Гиббс Смит, 2004. Журнальный столик «Праздник бетона», включая историю материала и фотогид по культовым бетонным зданиям и сооружениям.
  • Бетонная архитектура: тон, текстура, форма Дэвида Беннета. Birkhäuser, 2001. Подробный обзор 25 известных бетонных сооружений с акцентом на более поздние проекты.

Статьи

  • Долгое время являлся основным материалом, а бетон стал последним штрихом Кэтрин Маклафлин. The New York Times, 16 февраля 2022 г. Почему когда-то конструкционный бетон теперь используется для крошечных, более тонких деталей?
  • Бетон, многовековой материал, получает новый рецепт, Джейн Марголис, The New York Times, 11 августа 2020 г. Взгляд на усилия по разработке более устойчивых форм бетона.
  • Guardian Concrete Week: Увлекательный сборник статей об экологических и социальных проблемах жизни в мире, сделанном из бетона.
  • Битва за то, чтобы обуздать наш аппетит к бетону, Тим Боулер. BBC News, 24 октября 2018 г. Каково реальное воздействие бетона на окружающую среду и как его уменьшить?
  • Ученые объясняют долговечный бетон древнего Рима Мэтта Макграта. BBC News, 4 июля 2017 г. Минерал алюминий тоберморит, кажется, сделал римский бетон более прочным, чем наш современный аналог.
  • Эксперты предлагают приоритеты исследований для «более экологичного» бетона: NIST Tech Beat, 3 апреля 2013 г. Как мы можем сократить выбросы углекислого газа при производстве бетона?
  • Бетонная альтернатива может сделать здания более прочными Александр Джордж. Wired, 12 августа 2011 г. В связи с разрушительным землетрясением 2011 г. японские инженеры разработали новый прочный строительный материал под названием CO2-структура.
  • Ученые разрабатывают экобетон из рисовой шелухи: BBC News, 13 апреля 2010 г. Исследуется новый тип экологически чистого бетона, при производстве которого выделяется меньше углекислого газа.
  • Кто виноват во всех бетонных карбункулах?: BBC News, 19 летФевраль 2009 г. Архитектор «Ле Корбюзье» отдавал предпочтение бетонным зданиям; в этой статье Гай Бут размышляет, должны ли мы любить или ненавидеть его работу.
  • Сканер, чтобы «заглянуть внутрь» бетона: BBC News, 25 октября 2005 г. Как обнаружить признаки коррозии глубоко внутри гигантских бетонных конструкций?

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2022) Бетон. Получено с https://www. explainthatstuff.com/steelconcrete.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

  • Средства связи
  • Компьютеры
  • Электричество и электроника
  • Энергия
  • Машиностроение
  • Окружающая среда

  • Гаджеты
  • Домашняя жизнь
  • Материалы
  • Наука
  • Инструменты и приборы
  • Транспорт

↑ Вернуться к началу

Бетон и железобетон. Объясните это.

Бетон и железобетон. Объясните это.

Вы здесь: Домашняя страница > Материалы > Бетон и железобетон

  • Дом
  • индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Стоунхендж в Англии, Великая пирамида в Гизе, перуанская цитадель в Мачу-Пикчу — три удивительных примера того, как камень структуры могут простоять сотни или даже тысячи лет. Но хотя камень – один из старейших и самых прочных строительных материалов, он не точно удобно работать. Он тяжелый, его трудно транспортировать, и обычно идет большими кусками, которые должны быть кропотливо вырезать по форме. Было бы здорово, если бы существовал рецепт камня — какая-то клейкая смесь для кекса, которую мы могли бы смешать, где бы это ни было необходимо, просто нажав на нее в формы для изготовления зданий и сооружений любой формы и размера?

Такой «жидкий камень» действительно существует: мы называем его бетон . Хотя иногда он получает плохую репутацию, потому что многие ассоциируется у людей с брутальной городской архитектурой середины 20-х гг. века, бетон — великий, невоспетый герой современного материала. мир. От плотины Гувера до Сиднейского оперного театра вы найдете это в самых высоких небоскребах мира, самый большой мосты, самые длинные магистрали, глубочайшие туннели и, вполне вероятно, даже под полом в свой скромный маленький дом. Бетон — довольно удивительная вещь, но что это такое и как именно это работает? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Бетон — основа практически каждого современного здания и основная структура — но это не так уродливо, как многие думают. Это 12-арочный виадук Калсток, по которому проходит железная дорога через реку Тамар в Корнуолле, Англия. Хотя он выглядит так же элегантно, как старый камень, на самом деле он сделан из бетона. блоки, которые были собраны на месте и были завершены в 1908 году.

Содержание

  1. Что такое бетон?
  2. Почему бетон так популярен в строительстве?
  3. Железобетон
  4. Предварительно напряженный бетон
  5. «Бетонный рак»
  6. Воздействие бетона на окружающую среду
  7. Краткая история бетона
  8. Узнать больше

Что такое бетон?

Таблица: Рецепт бетона: Ингредиенты типичной смеси.

Слово «бетон» происходит от латинского слова concretus , смысл расти вместе — и это именно то, что происходит, когда вы объединить три его ингредиента, а именно:

  1. Смесь крупных и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, более крупные куски щебня, переработанное стекло, кусочки старого переработанного бетона и многое другое. что-либо эквивалентное) — обычно 60–75 процентов.
  2. Цемент (обычное название силикатов и алюминатов кальция) — обычно 10–15 процентов.
  3. Вода — обычно 15–20 процентов.

Собранные вместе и хорошо перемешанные, эти простые ингредиенты составляют композит, так мы называем гибрид материал, который в каком-то важном отношении лучше, чем материалы из который он сделан. В случае с бетоном «важно» то, что он прочный, твердый и долговечный. Представление о бетоне как о композиционный материал, гидрат цемента является фоном, вяжущим материал (технически называемый «матрицей»), к которому добавляют песок и гравий дополнительная прочность («армирование»).

Фото: Бетонный композит: Посмотрите внимательно на этот бетон, и вы ясно увидите, как он работает: более светлый заполнитель (камни разных форм и размеров, которые служат армированием) связывается более темным цементом ( матрица). Однако не весь бетон выглядит таким грубым; Мне пришлось довольно долго рыскать, чтобы найти этот пример в бетонном столбе рядом с моим домом.

Как образуется бетон из ингредиентов, не похожих на конечный продукт? Когда вы добавляете воду в цемент, начинают расти кристаллы гидрата цемента (технически это гидрат кальция-кремнезема), которые плотно соединяют песок и гравий. это постепенно образование кристаллов, которое придает бетону прочность, а не простой факт, что он высыхает. Действительно, причина, по которой вы должны держать смачивание бетона в течение нескольких дней по мере его схватывания является «питанием» химические реакции, приводящие к гидратации цемента. Мягкая слякотная смесь, которая падает из вашего бетономешалка постепенно получается намного тверже, чем материалы из который он сформировал. «Жидкий камень» становится настоящим камнем — ну, хотя бы искусственный камень. И под «постепенно» я действительно имею в виду постепенно: бетон затвердевает в течение нескольких часов, затвердевает примерно через в месяц, но продолжает твердеть и укрепляться не менее пять лет после этого.

Интересный факт, из Недавние научные исследования бетона заключаются в том, что «кристаллы» внутри него на самом деле вовсе не кристаллы: они плохо упорядочены и совершенно правильные, какими и должны быть кристаллы, но на самом деле имеют некоторые из случайных структур, которые вы найдете в таких материалах, как стекло (научно известные как аморфные твердые тела). Бетон содержит достаточно немного захваченного воздуха (целых 5-10 процентов), потому что есть некоторое пространство вокруг открытой трехмерной структуры гидрата цемента кристаллы и песок и гравий, застрявшие между ними. И то, в очередь, объясняет, почему бетон может гнуться и изгибаться, растягиваться и сжиматься (все-таки немного).

Как и в любом рецепте, смесь для бетона можно несколько варьировать (подробнее воды, может быть, больше агрегатов, или даже химикатов разных виды) для производства бетона, который течет быстрее, твердеет или более быстро, лучше выдерживает погодные условия или имеет определенный цвет или внешний вид. Добавление пигмента, называемого диоксидом титана, например, является простым способ сделать бетон ярким и белым — в миллионе миль от унылое серое вещество, из-за которого у бетонных автостоянок дурная слава. Другой вариант – газобетон, внешне немного напоминающий очень твердый губка с массой крошечных воздушных карманов внутри. Это позволяет бетон расширяется и сжимается в жаркую и холодную погоду без фатально трескается, а также делает его отличной теплоизоляцией материал.

Фото: Когда бетон распыляется из шланга на высокой скорости, а не медленно укладывается из бетономешалка, это называется торкретбетон. Слева: как наносится Shocrete на каркас из арматуры. Фото предоставлено US NAVFAC и Wikimedia Commons. Справа: пример того, как набрызг бетон используется для укрепления входа в старую шахту. Фото предоставлено Агентства по охране окружающей среды США и Wikimedia Commons.

Рекламные ссылки

Почему бетон так популярен в строительстве?

По крайней мере, в городах бетон везде, куда ни глянь, и это не трудно понять почему. Это легко сделать из дешевого и легкодоступного ингредиенты, легко разливаются по формам и превращаются во все виды формы (потому что начинает жизнь очень вязкой жидкостью), и это одновременно огнеупорный и (относительно) водонепроницаемый. Но главная причина, по которой это так широко используется в зданиях, заключается в том, что он чрезвычайно прочен в сжатие: вы можете сжать его или выдержать большой вес на это. Он широко используется в стенах и фундаментах (вертикальный другими словами, поддерживает), потому что он отлично подходит для сопротивления весу, сложенному сверху. К сожалению, очень большой недостаток бетона в том, что он примерно в 10 раз слабее на растяжение чем при сжатии. Он легко трескается или ломается, если его согнуть или растянуть. укрепить его сталью внутри, так что это мало пользы в горизонтальных лучах. Хотя бетон выглядит тяжелым и монолитным, он на самом деле намного легче, чем вы можете предположить: его плотность составляет примерно пятую часть плотности вести, треть как плотный, как сталь, на 10 процентов менее плотный, чем алюминий, и только незначительно более плотный, чем стекло.

Хотя бетон часто смешивают на месте и формуют во что угодно формы необходимы в то время, он также может поставляться в сборном виде «модули»; блоки, балки, секции стен, тротуары и облицовка все можно сделать так. Гигантский, современный сегментные мосты, для например, часто быстро и недорого собираются из одинаковых бетонные секции, которые были собраны на заводе и отправлены на окончательный расположение. Это делает их быстрее и легче построить, чем если бы весь мост пришлось отливать на месте, что гораздо сложнее сделать в посреди реки, например, или в неблагоприятных погодных условиях. Другой вариант – сделать бетонные конструкции, сочетающие в себе некоторые сборные секции с другими секциями, сформированными на месте.

Произведение искусства: Идеи из бетона: Томас Эдисон сразу понял великолепие бетона как материала для создания «моментальных» зданий. В начале 20-го века он разработал этот метод изготовления монолитных бетонных домов, которые можно было массово производить недорого в очень больших количествах. Бетон из пары миксеров (синий) подается в резервуар (красный), перемешивается (зеленый), а затем переносится шнеком (оранжевый) наверх огромной трехмерной формы. Вылитая через форму, она образует стены, полы и крышу здания — и даже некоторые детали (например, ванны) внутри! К сожалению, идея так и не прижилась. Работа из патента США 1219., 272: Процесс строительства бетонных зданий Томасом Эдисоном, 13 марта 1917 г. , любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Железобетон

Как мы уже видели, бетон представляет собой композиционный материал — цементную матрицу с заполнителями для армирования — это хорошо работает на сжатие, но не на напряжение. Мы можем решить эту проблему, заливая влажным бетоном прочные стальные арматурные стержни (связанные между собой, чтобы получилась клетка). Когда бетон схватится и затвердеет вокруг стержней, получаем новый композиционный материал, железобетон (также называемый армированным цементобетоном или RCC), который хорошо работает в либо на растяжение, либо на сжатие: бетон сопротивляется сжатию (обеспечивает прочность на сжатие), а сталь сопротивляется изгибу и растяжения (обеспечивает прочность на растяжение). По сути усиленный бетон использует один композитный материал внутри другого: бетон становится матрицей, в то время как стальные стержни или провода обеспечивают армирование.

Стальные стержни (известные как арматура , сокращение от арматурный стержень) обычно изготавливаются из скрученных прядей с благородными волокнами. или гребни на них, которые прочно закрепляют их внутри бетона без любой риск поскользнуться внутри него. Теоретически мы могли бы использовать все виды материалов для армирования бетона. Как правило, мы используем сталь потому что он расширяется и сжимается в жару и холод примерно так же, как сам бетон, что означает, что он не расколет бетон, который окружает его, как мог бы другой материал, если бы он расширился более или менее. Однако иногда используются и другие материалы, в том числе различные виды пластмасс.

Фото: «Жидкий камень» на вынос — заливка бетона из автобетоносмесителя. Эти строители ВМС США укладывают мокрый бетон с грузовика на арматуру (сетку из стальных арматурных стержней). Когда бетон схватится, стальные стержни придадут ему дополнительную прочность: бетон плюс сталь равняется железобетону. Фотография лейтенанта Эдварда Миллера, любезно предоставлена ​​ВМС США и Викисклад.

Предварительно напряженный бетон

Хотя железобетон, как правило, является лучшей конструкцией материал, чем обычный материал, он все еще хрупкий и подвержен трещина: при растяжении железобетон может разрушиться, несмотря на его стальная арматура, пропускающая воду, которая затем вызывает бетон выйти из строя, а арматура заржаветь. Решение — поставить армированный бетон постоянно сжимается на предварительное напряжение оно (также называется предварительным натяжением). Поэтому вместо того, чтобы класть стальные стержни в сырую бетонные, как они есть, мы сначала натягиваем (натягиваем) их. Как бетон схватывается, натянутые стержни втягиваются внутрь, сжимая бетон и делая его прочнее. В качестве альтернативы, арматура в железобетоне может подвергаться стрессу после того, как он начинает затвердевать, что известно как постнапряжение (постнапряжение). В любом случае сохранение бетона в сжатом состоянии является хитрый трюк, который помогает остановить его растрескивание (и останавливает трещины от распространение, если они образуются). Еще одно преимущество заключается в том, что можно использовать менее предварительно напряженный или постнапряженный бетон или меньше, более тонкие детали, чтобы нести те же нагрузки, по сравнению с обычными, железобетон.

Фото: Наука проходит через бетон — как он застывает, почему он прочен и почему мы его используем. Это конкретное слово — одна из деталей военного мемориала округа Онондага в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, отдел эстампов и фотографий.

«Бетонный рак»

Трещины — это последнее, что хочется видеть в здании или мосту, особенно относительно новый, сделанный из бетона. Но если у нас есть бетонные конструкции, относящиеся к римским временам, почему некоторые из бетонные мосты, небоскребы и другие сооружения, построенные всего несколькими десятилетия назад, в конце 20 века, уже разваливаются? Есть несколько объяснений. Старый, римского типа, пуццолановый бетон, сделанный из вулканического пепла, имеет тенденцию трескаться меньше, чем больше современные формы бетона, и применялся он в основном на сжатие, поэтому даже если трещины имели возможность образоваться, вероятность их образования была меньше. распространение. Железобетон чаще используется на растяжение, что Вот почему у него внутри есть эти стальные арматурные «стержни». Но, как мы уже видели, он все еще может треснуть, если он не предварительно напряжен.

Современный бетон разрушается из-за того, что неофициально известно как рак бетона или конкретное заболевание , которое включает в себя три взаимосвязанные проблемы. Сначала щелочи из цемента реагируют с кремнеземом в заполнители, из которых изготавливается бетон. Это делает новые внутри бетона очень медленно растут кристаллы, которые занимают больше комнате, чем исходные «кристаллы», поэтому создание бетон растрескивается изнутри наружу или отслаивается («отслаивается») с поверхности, пропуская воду снаружи. На чем-то вроде автомобильного моста любая вода, попадающая внутрь, также может быть щелочным из-за используемых солей для обработки дороги зимой. Вторая проблема заключается в том, что вода который попадает внутрь, в конечном итоге вступает в контакт со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая их ржаветь и разлагаться, возможно, расширяясь, что приводит к фатальным последствиям. слабые места в конструкции. Грязные коричневые пятна, которые вы видите на бетон с «раком» часто возникает из-за просачивания ржавой воды через трещины. Третья проблема заключается в том, что вода, которая просочилась внутрь бетон через трещины зимой может промерзнуть, а значит будет расширяться и вызывать дальнейшие трещины, через которые будет поступать еще больше воды. проникают, вызывая порочный круг вырождения и распада.

Художественное произведение: Как железобетон разрушается: (1) Щелочи из цемента реагируют с кремнеземом в заполнителях, образуя более крупные кристаллы, которые раскалывают бетон изнутри, (2). Вода стекает по щелям (3), ржавление арматурного стержня (4), которое может развалиться и вызвать большее растрескивание или «выкрашивание» краев (5). В холодную погоду, вода, попавшая в трещины, будет расширяться при замерзании (6), вызывая появление новых трещин (7). Трещины не обязательно большие: некоторые из них очень тонкие капилляры, а это значит, что вода может двигаться вверх по ним простое капиллярное действие, а также стекание через них под действием силы тяжести.

Воздействие бетона на окружающую среду

Фото: Некоторые любят бетон, некоторые ненавидят его. Мнения резко расходятся по поводу «бруталистских» городских зданий, таких как Xerox Tower в Рочестере, штат Нью-Йорк, построенный в середине 20 века. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, отдел эстампов и фотографий.

Растущая озабоченность по поводу окружающей среды и изменения климата в в частности, выявили еще одну серьезную проблему с бетоном: после транспорта и энергетики производство цемента занимает третье место крупнейший источник выбросов углекислого газа. Это отчасти потому, что процесс изготовления цемента выделяет много углекислого газа, но также, очень важно, из-за огромного количества цемента и бетон используется во всем мире. Углекислый газ выделяется в двух довольно разными способами (разделив их примерно пополам): во-первых, из-за энергии ископаемого топлива, используемой при производстве цемент; во-вторых, потому что цемент образуется, когда карбонат кальция превращается в оксид кальция, выделяя при этом углекислый газ. Бетон зависит от цемента, так что это совсем не устойчивое материал, что беспокоит архитекторов, в частности, потому что они склонны быть очень экологически сознательным.

Фото: Ранний пример экологичного бетона 1953 года: плотина Hungry Horse Dam на реке Флэтхед, штат Монтана, США, был построен с использованием 120 000 метрических тонн переработанной летучей золы из мусоросжигательных заводов. Изображение предоставлено Бюро мелиорации США.

Так как двуокись углерода выделяется двумя путями при цементировании производства, отсюда следует, что есть два способа сделать больше экологически чистый бетон. Исторически, начиная с промышленного Революция, большая часть энергии человечества поступает от сжигания угля, который выделяет больше парниковых газов, чем другие виды топлива, и Традиционно цементные печи также работали на угле. Переключение их с уголь в природный газ является одним из решений, так как газ выделяет меньше углерода диоксида на заданное количество энергии. Делаем цементные печи больше эффективный снижает общую потребность в энергии, что также снижает их выбросы углекислого газа. Другое решение — уменьшить количества цемента в бетонной смеси за счет использования вторсырья, например летучая зола от мусоросжигательных заводов. Еще одна захватывающая перспектива – разработка бетона, который вообще не использует карбонат кальция. Вместо этого карбонат получают барботированием углекислого газа из электростанция через морскую воду. Это имеет общий экологический выгоду, так как он забирает вредные выбросы CO2 от энергии растений и вместо этого превращает их в очень полезный бетон. это своего рода улавливания и хранения углерода (CCS).

Еще один экологический недостаток бетона связан с использованием в нем заполнители, которые необходимо добывать, часто из экологически уязвимых мест, таких как речные долины. Использование переработанных заполнителей (включая переработанный бетон из старых снесенных зданий) возможное решение здесь.

Краткая история бетона

Ранняя история

  • ~7000 г. до н.э.: неолитическое поселение в Йифтахель в Галилее, Израиль, имеет грубый «бетонный» пол, сделанный с использованием штукатурки из обожженной извести.
  • ~5600 г. до н.э.: для полов в Мезолитические (среднекаменный век) сербские жилища на Лепенски Вир, в Сербии, на берегу реки Дунай.
  • ~3000 г. до н.э.: египтяне используют грубые формы цемента и бетона в пирамиды.
  • ~200 г. до н.э.: римляне использовали тип бетона, называемый пуццоланом (иногда называется пуццолановым цементом) на основе вулканического пепла, полученного из Поццуоли, Неаполь. Он используется в культовых римских сооружениях, таких как Колизей и Пантеон в Риме.
  • 400 г. н.э.–~1750 г. н.э.: По сути, конкретное Средневековье: знание бетона полностью утрачена после падения Римской империи.

Повторное открытие

  • 1750s: Джон Смитон, английский инженер, заново открывает для себя искусство изготовление «гидравлического» цемента (затвердевающего с водой) с использованием Blue Lias камень, глина и пуццолана, первоначально для Маяк Эддистон недалеко от Плимута, Англия.
  • 1824: Англичанин Джозеф Аспидин разрабатывает портландцемент, который напоминает природный камень, добытый в Портленде в графстве Дорсет, Англия. Портландцементу суждено стать ключевым компонентом бетона.
  • 1832–1834: Уильям Рейнджер патентует сборный железобетон.
  • 1867: француз Джозеф Монье патентует железобетон для использования в садовых цветочных горшках, демонстрируя их на Парижской выставке. тот же год.
  • ~ 1850-е годы: французский строитель Франсуа Куанье начинает широкое использование бетона в зданиях, включая первый железобетонный дом в Париж, Франция.
  • 1884: английский архитектор, проживающий в Америке. Эрнест Лесли Рэнсом патентует витые арматурные стержни, которые обеспечивают лучшее сцепление внутри бетона, поэтому делая его сильнее.
  • 1870: Француз Франсуа Хеннебик разрабатывает новый эффективный процесс строительства зданий из железобетона, ведущий к его широкому распространению.
  • 1880-е годы: Предварительно напряженный бетон изобретен в Германии, хотя и не коммерчески разработан.

Современная эпоха

  • 1891 год: первая улица в США с бетонным покрытием заложен в Беллефонтейне, штат Огайо. Часть его остается на месте, чтобы этот день.
  • 1917: Томас Эдисон, плодовитый американский изобретатель, патентует идею. для серийного бетонного дома, но идея не прижилась.
  • 1913: Первая партия товарного бетона доставлена ​​грузовиком на участок в Балтиморе, штат Мэриленд.
  • 1915: инженер Линн из Чикаго изобретает цветной бетон. Мейсон Скофилд.
  • 1920-е годы: француз Эжен Фрейсинне превращает предварительно напряженный бетон в Коммерчески успешный строительный материал.
  • 1936: Бетон используется для завершения строительства мощной плотины Гувера. Самая большая бетонная конструкция, когда-либо созданная до этого момента.
  • 1956–1959: американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт строит культовый Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке из бетона.

    Фото: Запоминающееся современное использование железобетона. Это знаменитая Большая мастерская штаб-квартиры Johnson Wax архитектора Фрэнка Ллойда Райта в Расин, Висконсин. Крыша поддерживается удивительно тонкими железобетонными колоннами. которые сужаются с 5,5 м (18 футов) вверху до всего 23 см (9 дюймов) внизу. В соответствии с Книга Джонатана Липмана о здании, Райт Идея пришла в голову после того, как он увидел официанта, несущего поднос на руке. Изображение предоставлено архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

  • 1962: финский архитектор Ээро Саринен строит знаменитая птичья бетонная крыша центра полетов Trans World Airlines (TWA) в нью-йоркском международном аэропорту имени Джона Ф. Кеннеди. Три года спустя он проектирует культовый бетонный небоскреб Нью-Йорка CBS Building.
  • 1970-е: Изобретен железобетон на основе пластиковых волокон.
  • 2010-е: Воздействие бетона на окружающую среду становится все более серьезной проблемой. Ученые и инженеры начинают обращать внимание на то, как резкое изменение климата может сократить срок службы бетонных зданий.

Узнайте больше

На этом сайте

  • Мосты
  • Здания
  • Чугун и сталь
  • Металлы

Книги

Инженерное дело
  • Железобетон: механика, теория и дизайн, Джеймс К. Уайт. Prentice-Hall, 2016. Учебник для студентов технических вузов.
  • Железобетон: фундаментальный подход Эдварда Г. Нави. Prentice-Hall, 2009. Подробное руководство для инженеров.
Архитектура
  • Ээро Сааринен: Формирование будущего Ээро Сааринен и др. Издательство Йельского университета, 2006. Фотогид по конструкциям и зданиям одного из пионеров железобетонной архитектуры 20-го века.
  • Бетонная архитектура Кэтрин Крофт. Гиббс Смит, 2004. Журнальный столик «Праздник бетона», включая историю материала и фотогид по культовым бетонным зданиям и сооружениям.
  • Бетонная архитектура: тон, текстура, форма Дэвида Беннета. Birkhäuser, 2001. Подробный обзор 25 известных бетонных сооружений с акцентом на более поздние проекты.

Статьи

  • Долгое время являлся основным материалом, а бетон стал последним штрихом Кэтрин Маклафлин. The New York Times, 16 февраля 2022 г. Почему когда-то конструкционный бетон теперь используется для крошечных, более тонких деталей?
  • Бетон, многовековой материал, получает новый рецепт, Джейн Марголис, The New York Times, 11 августа 2020 г. Взгляд на усилия по разработке более устойчивых форм бетона.
  • Guardian Concrete Week: Увлекательный сборник статей об экологических и социальных проблемах жизни в мире, сделанном из бетона.
  • Битва за то, чтобы обуздать наш аппетит к бетону, Тим Боулер. BBC News, 24 октября 2018 г. Каково реальное воздействие бетона на окружающую среду и как его уменьшить?
  • Ученые объясняют долговечный бетон древнего Рима Мэтта Макграта. BBC News, 4 июля 2017 г. Минерал алюминий тоберморит, кажется, сделал римский бетон более прочным, чем наш современный аналог.
  • Эксперты предлагают приоритеты исследований для «более экологичного» бетона: NIST Tech Beat, 3 апреля 2013 г. Как мы можем сократить выбросы углекислого газа при производстве бетона?
  • Бетонная альтернатива может сделать здания более прочными Александр Джордж. Wired, 12 августа 2011 г. В связи с разрушительным землетрясением 2011 г. японские инженеры разработали новый прочный строительный материал под названием CO2-структура.
  • Ученые разрабатывают экобетон из рисовой шелухи: BBC News, 13 апреля 2010 г. Исследуется новый тип экологически чистого бетона, при производстве которого выделяется меньше углекислого газа.
  • Кто виноват во всех бетонных карбункулах?: BBC News, 19 летФевраль 2009 г. Архитектор «Ле Корбюзье» отдавал предпочтение бетонным зданиям; в этой статье Гай Бут размышляет, должны ли мы любить или ненавидеть его работу.
  • Сканер, чтобы «заглянуть внутрь» бетона: BBC News, 25 октября 2005 г. Как обнаружить признаки коррозии глубоко внутри гигантских бетонных конструкций?

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2022) Бетон. Получено с https://www.