Железобетон был революционным изобретением XIX века. Стальные стержни обеспечивают прочность, позволяя создавать длинные консольные конструкции и более тонкие, менее опирающиеся плиты. И поскольку для заливки таких плит требуется меньше бетона, сроки строительства значительно сокращаются. Но знаете ли вы, как долго служит железобетон?

Инженеры начала XX века предсказывали, что конструкции из железобетона прослужат очень долго, возможно, 1 000 лет. На практике их срок службы составляет 50–100 лет, иногда и меньше.

Что такое железобетон? 

Бетон — это композитный материал, цементная матрица, укреплённая заполнителями, который хорошо выдерживает сжатие, но не растяжение. Эта проблема решается заливкой влажного бетона вокруг твёрдых стальных арматурных стержней, связанных в каркас.

Когда бетон застывает вокруг стержней, образуется новый композитный материал, называемый железобетоном, также известный как армированный цементный бетон или RCC, который хорошо работает как под растяжение, так и под сжатие: бетон сопротивляется сжатию, обеспечивая прочность на сжатие. В то же время сталь сопротивляется изгибу и растяжению, обеспечивая прочность на растяжение. По сути, железобетон использует один композитный материал внутри другого: бетон служит матрицей, а стальные стержни или проволока — арматурой.

Стальные стержни, также известные как арматура (rebar — от reinforcing bars), обычно изготовлены из скрученных прядей с выступами или ребрами, которые надёжно фиксируют их внутри бетона, не позволяя скользить.

Теоретически можно использовать любой материал для армирования бетона. Сталь применяется чаще всего, потому что она расширяется и сжимается примерно в той же степени, что и бетон при нагреве и охлаждении, что означает, что она не будет трескать окружающий бетон, как это может произойти с другими материалами, если они расширяются сильнее или слабее. Иногда используют и другие материалы, например различные пластики. (Источник: Explain That Stuff)

Трещины в бетоне

Трещины — последнее, что хочется видеть в бетонном здании или мосте, особенно в относительно новом. Но если бетонные конструкции существуют со времён Рима, почему некоторые бетонные мосты, небоскрёбы и другие сооружения, построенные всего несколько десятков лет назад, в конце XX века, уже разрушаются?

Существует несколько возможных объяснений. Старый римский тип пуццоланового бетона, изготовленного из вулканического пепла, трескается меньше, чем более современные виды бетона, и он использовался преимущественно в сжатии, поэтому даже при появлении трещин они реже распространялись. Поскольку железобетон чаще применяется в растяжении, в нём присутствует стальная арматура. Однако, как мы видели, он всё равно может трескаться, если не преднапрягать его.

Современный бетон разрушает условие, известное в обиходе как «рак бетона» или «болезнь бетона», которое включает три взаимосвязанные проблемы. Во-первых, щелочи в цементе реагируют с кремнезёмом в заполнителях, используемых для изготовления бетона. Это приводит к тому, что новые кристаллы растут очень медленно внутри бетона, занимая больше места, чем оригинальные кристаллы, вызывая трещины в бетоне изнутри наружу или отслоение от поверхности, позволяя воде проникать снаружи.

Любая вода, попадающая в конструкцию, например в мост автодороги, может быть щелочной из‑за солей, используемых для обработки дороги зимой. Вторая проблема заключается в том, что попавшая вода в конечном итоге соприкасается со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая их ржавление и разрушение, что может привести к их расширению и возникновению критических структурных слабостей.

Грязные коричневые пятна на бетоне, обозначаемом как рак, часто вызываются ржавой водой, стекающей через трещины. Третья проблема состоит в том, что вода, просачивающаяся в бетон через трещины, может замерзать зимой, расширяясь и вызывая новые повреждения, через которые проникает ещё больше воды, создавая замкнутый круг деградации и разрушения. (Источник: Explain That Stuff)

Изображение из iStock