Что такое бетон
Бетон — искусственный материал, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущего вещества (чаще всего портландцемента), воды и различных заполнителей. Песок, мелкий гравий, измельченный шлак, кирпичный и каменный щебень — вес это может быть заполнителем. Введение подобных веществ в бетон позволяет регулировать его свойства: усадку, объемный вес, теплопроводность.
Первое письменное упоминание о бетоне встречается в трудах римского ученого Катона за 200 лет до нашей эры. Правда, тогда бетон называли цементом, а вяжущим материалом была известь. Из рукописи становится ясной разница в этих терминах (а заодно и нравы древнего Рима): «Главнейшая причина развалин нашего города есть та, что известь (при строении) крадут и составляют цемент без связующего вещества».
Бетонный купол Пантеона
Строили из бетона уже в глубокой древности. По свидетельству Плиния Старшего, еще за 3600 лет до новой эры из бетона были построены галереи египетского лабиринта и пирамиды Нимуса. Из мелких камней, связанных цементирующим раствором, возведены стены древнего Вавилона. В государстве Урарту в VIII веке до новой эры строили крепости, храмы и ирригационные сооружения из бетона. Этот же материал использовали при строительстве большей части Великой Китайской стены. А римляне применяли бетон даже для подводных сооружений. До нашего времени сохранился мол из бетонных массивов в Поццуоли близ Неаполя (так называемый мост Калигулы). В начале нашей эры римляне возвели знаменитый Пантеон и перекрыли его бетонным куполом диаметром 42,7 метра.
Дома на крови
До изобретения гидравлических вяжущих, обладающих устойчивостью к действию воды, мастера пытались с помощью различных добавок сделать известь водостойкой. Они использовали для этого бычью кровь (образующую с СаО нерастворимый в воде альбуминат кальция), свежий творог, коровье молоко, костяную золу и яичные белки. Каждый зодчий хранил свой рецепт в строжайшем секрете. Памятники прошлого — свидетели их мастерства: Софийский собор в Новгороде, Дмитриевский собор во Владимире, Киево-Печерская лавра и множество церквей и церквушек, спрятавшихся и среди городских зданий, и в далеких лесных уголках России.
Железобетонная лодка
Железобетон первыми увидели посетители Всемирной выставки в Париже в 1855 году. Здесь была показана изготовленная французом Ламбо лодка из металлической сетки, обмазанной цементным раствором. Люди заметили необычную лодку, но вскоре это изобретение было забыто. Гораздо удачливее оказался другой француз — садовник Монье. Он вставил проволочный каркас в форму для изготовления бетонных цветочных кадок. Идея армирования бетона вскоре принесла ему большую выгоду. Запатентовав в 1867 году свое изобретение, Монье стал затем обладателем целой серии патентов на железобетонные чаны, балки, плиты, лестницы, трубы, своды и шпалы.
В неплотно уложенную бетонную массу просачивается вода. И если в воде много ионов S042- то в толще бетона образуется твердый гипс. Объем его грамм-молекулы в 2,24 раза больше, чем объем грамм-молекулы извести, из которой он образовался. Процесс образования гипса идет в уже затвердевшем камне, поэтому в бетоне возникают напряжения, которые могут его разрушить. Чаще же количество ионов S042 в воде невелико, поэтому гипс остается в растворе. Гипсовый раствор вступает в реакцию с одним из составляющих бетонной массы — гидроалюминатом кальция. Объем грамм-молекулы получившегося гидросульфоалюмината кальция в 3 раза больше объема грамм-молекул исходных веществ. Появление таких больших молекул расширяет бетон, и он разрушается.
Приручение цементной бациллы
Объем цементной массы при затвердевании уменьшается — происходит так называемая усадка бетона. Причин несколько: при затвердевании бетона испаряется избыточная вода, объем новых соединений меньше объема исходных веществ, и, наконец, бетон, разогретый при гидратации остывает и уменьшается, как и всякое другое тело. За первый год усадка бетонного монолита — около 0,2 — 0,4 мм. Это немного, но вполне достаточно, чтобы появились трещины. Вот тут-то и вспомнили про «цементную бациллу». Она разрушает бетон, прорастая в уже затвердевшем камне. А что если ее ввести в еще незатвердевший материал?
В 1943 году впервые был применен цемент В. А. Михайлова, в котором размножению «бациллы» не только не препятствовали, но, более того, ее растили искусственно. В вяжущее вводили специальную затравку из гипса и гидроалюмината кальция. Затравка расширяла тесто, а затем глиноземистый цемент — другой компонент вяжущего — скреплял бетонную массу. Залитый в трещины, такой бетон намертво скреплял стенки трещин. Сейчас расширяющиеся цементы применяют в самых различных областях техники.
Кандидат технических наук Л. М. СУЛИМЕНКО