钢筋混凝土。发明和生产的历史

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钢筋混凝土。发明和生产的历史

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钢筋混凝土是由混凝土和钢材组成的建筑复合材料。

钢筋混凝土结构

在钢筋混凝土的发明之前，人们发现了水泥——一种特殊的粘合剂，加水后会变硬。 1796年，英国人帕克通过烧制粘土和石灰的混合物，获得了罗曼蒂克——历史上第一个水泥品牌。随后几年，人们发现了生产水泥的新配方。以一定比例与砾石、沙子和水混合，水泥形成混凝土。由于其可塑性（其原始质量可以赋予任何形状，然后在硬化后保存），混凝土在 XNUMX 世纪上半叶被广泛用于建筑工程。

混凝土结构具有较高的抗压强度、耐火性、耐水性、刚性和耐久性。但它们和任何石头一样，不能很好地承受拉伸载荷，因此它们的使用相当有限。混凝土主要用于建造跨度不超过4 m的薄隔板和梁，支撑结构的主要材料是各种锻棒和锻带形式的铁。

与混凝土不同，铁结构完美地承受了压缩、拉伸和弯曲的负荷，但在露天它们由于腐蚀而很快失去了这些品质。此外，人们注意到，当加热到五百度以上时，铁会变成液体并失去强度。结果，在强烈的火灾中，承受负荷在铁部件上的高层建筑被摧毁。

到 XNUMX 世纪末，人们开始强烈需要一种新的建筑材料，它可以结合铁和混凝土的优点，但不会有它们的缺点。钢筋混凝土成为这样的材料。分别使用混凝土和铁，建造者很长一段时间都没有想到它们可以连接在一起。这是通过经验得出的。与此同时，放置在模板中的钢筋很容易被混凝土包裹起来，结果被包含在其质量中。由于铁与混凝土有很强的附着力，两种材料开始作为一个整体起作用（混凝土和铁具有相同的热膨胀系数是非常重要的）。

1854 年，英国泥水匠威廉·威尔金森（William Wilkinson）获得了使用钢筋混凝土的第一项专利。后来，他在地板的建造中广泛使用钢筋混凝土，1865年他在泰恩河畔纽卡斯尔建造了一座小房子，完全是钢筋混凝土结构。不仅墙壁和天花板是钢筋混凝土的，还有楼梯、台阶和一个烟囱。显然，这是历史上第一座钢筋混凝土房屋。然而，威尔金森的发现并没有被广泛传播，也没有引起人们的注意。

与威尔金森同时，建筑承包商 Coignet 在法国开始了他的钢筋混凝土实验。他用这种材料建造了几座建筑物，并于 1861 年出版了一本小册子“混凝土在建筑艺术中的使用”，其中他特别写道，混凝土中包含的铁棒可以增加混凝土的承载能力。但是Coignet的发现也没有继续。他的公司破产了。

因此，发现钢筋混凝土的荣誉与另一位法国人约瑟夫·蒙尼尔的名字有关。有一些奇怪的讽刺意味，两个专业的建筑商尽管付出了很多努力，却无法将钢筋混凝土引入建筑实践，但这是由一个远离建筑的人完成的，他的发明相当偶然。

Monier 在凡尔赛的 Fleur Brothers 园艺公司担任园丁。自 1861 年以来，他开始进行用沙子和水泥制造花园浴缸的实验。不久，他设法制作了一个混凝土浴缸，里面种着一棵橘子树。一段时间后，莫尼尔发现这个浴缸的墙壁上有裂缝。然后他用铁丝箍加固它。熨斗很快开始生锈，在浴缸表面形成肮脏的褐色斑点和污迹。为了改善它的外观，莫尼尔用水泥砂浆涂抹在它上面。由此产生的铁水泥浴缸非常好，以至于莫尼尔想出了继续以这种方式制作浴缸的想法。

有一种观点认为，莫尼尔的表演不仅是实验性的，而且是熟悉科瓦尼耶的作品并借鉴了他的想法。但无论如何，他还是比较幸运的。莫尼尔不仅作为钢筋混凝土的发明者赢得了官方声誉，而且还从他的发明中获得了一些物质利益。 1867年，他获得了第一个由铁和水泥砂浆制成的便携式花园花盆的专利。对此他并不满足，开始用这种材料进行新的实验。 1868年，莫尼尔在Maysons-Alfort建造了一个小型钢筋水泥水池，并于同年获得了钢筋水泥水池和管道的专利。 1869年，他申请了钢筋水泥板和隔断的专利，并在他的工作室上方建造了钢筋水泥天花板。严格来说，从现代的角度来看，所有这些发明都还不是钢筋混凝土。

Monier 1878 年专利中的钢筋混凝土梁和轨枕图纸

莫尼尔不是专业的建筑商，他对混凝土和铁如何相互作用有非常模糊的想法。例如，他建议将金属丝网严格放置在其截面的中间，而将其放置在结构的下部是最合理的。然而，这绝不会削弱他作为 XNUMX 世纪最杰出和最广泛使用的建筑材料之一的发现者的名声。事实上，在 Monnier 之前，有几位发明家致力于制造钢筋混凝土，但正是他才具有其多功能实际应用的优点。

获得成功后，莫尼尔在未来不断考虑扩大他的发明范围。 1873 年，他获得了钢筋混凝土桥的专利，并于 1875 年将他的模型提交给专家委员会，该委员会通过了荷载试验。同年，发明人根据该模型建造了跨度16m、宽4m的人行天桥，1878年获得钢筋混凝土梁和轨枕专利，1880年获得钢筋混凝土梁枕组合专利。所有先前宣布的设计。然后他在德国和俄罗斯申请了他的发明。

然而，不能说新材料立即得到普遍认可。直到下个世纪，钢筋混凝土的大规模使用才开始，当时莫尼尔的钢筋混凝土结构得到了其他工程师的改进，钢筋混凝土的基本学说发展起来，揭示了其非凡的性能。在 XNUMX 世纪，这只是迈出了第一步。

1879年，拥有自己的建筑公司的德国工程师魏斯对钢筋混凝土产生了兴趣，并从莫尼尔那里购买了专利权，以便在德国使用他的系统。在那之后，他买下了他所有的专利。多亏了 Weiss，这种新材料才广为人知。 1886年，在魏斯的指导下，进行了科学实验，研究钢筋混凝土的性能，取得了最辉煌的成果。然而，直到 1887 年 Weiss 将钢筋从 Monier 铺设的部分中间转移到梁或板的下部区域后，钢筋混凝土才成为真正独立的新型建筑材料，该区域承受了最大的拉伸载荷。部分。

众所周知，Monnier 在柏林的一个建筑工地看到了一个盘子的生产，抗议新技术，愤怒地问：“告诉我，这个设计的发明者是谁 - 你还是我？” 对此，魏斯平静地回答：“你是第一个将铁与混凝土连接起来的人，因此我将这种设计称为莫尼尔系统，但我是第一个正确安排铁和混凝土的人，虽然很遗憾我没有获得专利为了这。” 由于Weiss的创新，钢筋混凝土板的跨度增加到5m。从那时起，钢筋混凝土板越来越多地用于建筑。

例如，钢筋混凝土在桥梁建设方面进行了一场真正的革命，解决了许多以前似乎无法克服的困难。以前，使用精确尺寸的凿石和特殊等级的铁来建造桥梁。为了将重石和金属元件放置到位，需要强大的提升机构和特殊的运输装置。同时，钢筋混凝土结构的使用不需要大量资金，因为它们的大部分组成部分是沙子和砾石，在自然界中分布广泛，可以在施工现场开采。

覆盖在混凝土中的铁不会生锈，并且保持其强度的时间要长得多。同时，钢筋混凝土表现出较高的耐火性。虽然铁梁在烈火中迅速倒塌，但钢筋混凝土结构经受住了烈火的作用 4-5 小时。

1904 年巴尔的摩发生大火后，人们对钢筋混凝土产生了极大的兴趣，当时大约 300 座使用开放式铁结构建造的大型建筑物被烧毁并倒塌。从那时起，所有的承重结构都只由钢筋混凝土制成。钢筋混凝土也广泛用于设防，因为它的强度是普通混凝土的四倍。

作者：Ryzhov K.V.

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