Що таке залізобетон
Пригоди бетону тривали. Начебто й приводів для цього більше не було. Але знову знайшлися. А що це були за приводи, — професор Білелюбський знав, мабуть, краще, ніж будь-хто інший. Недарма стільки праці було їм дано, щоб створити камінь, який виявився ще довговічнішим, ніж той, про який знали досі.
Втім, і ми з вами тепер можемо простежити за ходом думок чудового вченого. Це дозволить хоч трохи поринути у таємниці науки про опір матеріалів.
Що б ви зробили, якби, прийшовши одного разу зі школи, виявили, що біля під'їзду вашої оселі вирили траншею, в яку збираються укладати нові каналізаційні труби?
«Дуже просто, — відповісте ви, — звичайно, перестрибнув би через неї. А якщо не можна цього зробити, то перекинув би через траншею одну чи дві прості дошки».
Однак варто було вам тільки ступити на дошки, як вони одразу трохи прогнулися під вагою вашого тіла. Але це нічого — ви сміливо пройдете і по таких дошках, що прогнулися.
Історія з дошкою, перекинутою через траншею, звичайно, не нова. І згадав я про неї зовсім не для того, щоб ставити пусті питання. У кожній начебто навіть старій історії нерідко може виявитися своя новизна, яка відома далеко не всім. Про неї, мені й здається, доречно нагадати.
Варто тільки дошці прогнутися, як із нею почне відбуватися щось не звичайне: нижні шари дерева раптом розтягнуться, а верхні, навпаки, стиснуться. Неозброєним оком це помітити, звісно, не можна. Але нам відомо і безліч інших, не менш цікавих, явищ, які давно вже навчилися виявляти за допомогою спеціальних приладів.
Варто тільки ступити на дошку, як вона відразу починала прогинатися.
Під натиском пальця нижня частина гумки розтягується, а верхня - стискається.
Втім, для випадку з дошкою немає потреби навіть у особливих приладах, можна обійтися звичайною шкільною гумкою.
Візьміть гумку і проведіть олівцем на її вузькій і довгій стороні дві жирні лінії, що перехрещуються. Як тільки це буде зроблено, покладіть гумку на два виступи і натисніть на неї зверху так, щоб вона трохи прогнулася. Коли ви це робитимете, стежте уважно за тим, що станеться з лініями.
Бачите: у нижньому її боці, краї якої спочивають на виступах, лінії ці ніби відсунулися одна від одної, верхні ж, навпаки, зблизилися.
Про що це каже? Звичайно, про те, що нижня частина гумки під натиском вашого пальця розтягується, а верхня — стискається.
Те саме виходить і з дошкою, перекинутою через траншею. Те саме відбувається і з бетоном, і з багатьма, навіть дуже міцними матеріалами. Тож справа тут зовсім не в тому, що в одному випадку була дошка, а в іншому гумка, про яку іноді помилково кажуть, що, хоч би скільки її розтягували, — все одно ніколи до кінця не розтягнеш. І гумка, зрештою, візьме та й лусне. Кожному матеріалу властиво розтягуватися та стискатися. І якесь із цих властивостей може іноді взяти гору над іншим.
Так сталося і з бетоном. Його міцність при стисканні виявилася незрівнянно більшою, ніж при розтягуванні. Саме тому вчені стали шукати спосіб, як би врівноважити обидві ці властивості в штучному камені. І бетону судилося знову продовжувати свої пригоди.
Знову постало питання, що виникало вже багато разів: як вчинити?
Вирішили спробувати змусити бетон бути однаково міцним унизу інагорі, не руйнуватися і не давати тріщин під час розтягування, так само як він цього не робить, коли стискається. І тут думка, що прийшла свого часу Моньє, виявилася дуже доречною.
Форму «прутків» вигадали таку, щоб вони краще зчіплялися з бетоном.
Адже якщо бетон добре «склеився» із дротяним каркасом, придуманим французьким садівником, то чому б йому те саме не зробити, наприклад, у балках, які укладають на мостах? А це одразу змінило б усе становище. Нижня частина балки, з металевими прутками, стала б набагато міцнішою: адже розтягувався б тоді, головним чином, уже не бетон, а металеві прутки. А вони, якщо їх робити зі сталі, виявилися б мало не в двісті разів міцнішими за бетон.
Так і вчинили. Бетон «склеїли» із залізними прутками. Вийшов новий будівельний матеріал, який відтоді стали називати залізобетоном. І нічого, що пізніше, замість залізних прутків, почали застосовувати залізні. Назва нового штучного каменю залишилася колишньою — залізобетон.
Однак справа була, звичайно, не тільки в тому, що залізо замінили сталлю, яка, як відомо, має безліч переваг перед своїм попередником. Поступово довелося майже зовсім відмовитися і від простих дротяних прутків. Тому що, хоча вони й посилювали здатність бетону розтягуватися, все ж таки результат виходив недостатньо хорошим. Та й скільки клопоту, поки з прутків сплетеш каркас! Адже машин ніяких не було, і всю цю кропітку роботу доводилося робити вручну.
На зміну простому залізному дроту прийшли «прутки» куди солідніші, і робили їх тепер уже особливі машини. І форма у них була особлива — спеціально придумана для того, щоб вони краще «склеювалися» з бетоном. Та й взагалі, для різнихбетонних виробів стали виготовляти й різні прутки. Втім, зараз цим уже мало кого можна здивувати. Тому що після довгої подорожі, яку ми зробили, всі знають добре, що для різних споруд застосовують і різноманітний штучний камінь. А якщо один бетон не схожий на інший, ясно, що і сталеві «прутки» також не тільки можуть, а й повинні відрізнятися один від одного.
Так воно насправді є. «Прутки» тепер роблять із круглої, квадратної і навіть ніби сплющеної сталі. Одні з них товщі, інші тонші. Але у кожного ніби своя «архітектура», свій малюнок.
Ось перед вами «пруток», схожий на свердло, яким свердлять дірки. А той, що нижчий за нього, нагадує сплетену вдвічі мотузку. Зовсім унизу «пруток» навіть із якимись зазубринами. Його можна порівняти з оструганим ціпком, у якого залишилися горбки в місцях, де були сучки дерева, що не піддавалися ножу.
Виходить те, що намальовано тут, навіть «прутками» не назвеш — така у них хитромудра форма. І будівельники їх так і не називають, а кажуть, що це арматура.
Проте важлива не назва, а мета, яку переслідували люди, нескінченно змінюючи створений ними штучний камінь. Мета ж ця постійно залишається одна: зробити залізобетон міцнішим і полегшити спосіб його приготування. До цього прагнули всі вчені, які жили у різний час та у різних країнах.
Майже сторічна історія переконує, що залізний камінь, створений руками людини, не лише перевершив «просто бетон». Він здійснив повний переворот у будівельній справі, дозволивши зводити такі споруди, про які колись люди й не наважувалися мріяти.
Та й як могло бути інакше? Адже взяли найміцніший з усіх металів — сталь і найміцніший із штучних каменів — бетон і поєднали їх разом. Не могли ж вонистати гірше, ніж порізно?
«Можливо, — дадуть нам відповідь, — гірше вони не стали, але й краще — теж. Адже як не було колись, так немає й зараз між ними нічого спільного».
Але ось тут і з'ясовується найдивовижніше. Виявляється, у бетону і сталі є — причому навіть не одна, а дві — дуже важливі спільні риси. Перша їх — сила зчеплення. А інша – майже однакова здатність розширюватись. В результаті, опинившись «замурованими», сталеві стрижні потрапляють у такі міцні «обійми» бетону, що не можуть не лише ковзати всередині нього, а й змушені злитися з каменем в одне ціле. І чим більше минає часу, тим «обійми» ці стають все сильнішими і сильнішими.
На «замурованому» в бетоні гаку можна підвісити тритонну вантажівку.
Зрештою настає момент, коли вже жодна сила у світі не здатна їх знову роз'єднати. Після цього ви можете на «замурований» в бетоні сталевий гак товщиною всього в тридцять міліметрів підвісити наповнену тритонну вантажівку. І нічого не станеться ні з гаком, ні з автомашиною. Ось яка сила зчеплення стали з бетоном! Ну, а як справи з їхньою здатністю розширюватися?
Давно відомо, що при нагріванні всі тіла починають подовжуватися, а при охолодженні, навпаки, стають коротшими. Чи не вийде, що як тільки зміниться навколишня температура, порушиться сила зчеплення і вся праця, витрачена на «замуровування» сталевої арматури, зникне даремно?
Однак з'ясувалося, що як би надалі не змінювалася температура, сталь і бетон поводитимуться дуже дружно. При підвищенні її вони майже однаково подовжуватимуться, а при зниженні — коротшають. Тому на залізний камінь можна цілком покластися.
Марними виявилися також і побоювання деяких інженерів, які запевняли, що зПротягом часу сталеві стрижні почнуть спочатку іржавіти, а потім і руйнуватися.
Вчені встановили, що можливість появи іржі повністю виключена. Адже бетон абсолютно водонепроникний. А якщо не може проникати волога, то чому б сталь раптом почала іржавіти?
Але якби навіть трапилося лихо і з чийогось недогляду в камінь «замурували» сталеві стрижні, що почали іржавіти, бетон сам «вилікував» би їх від захворювання.