První stopy použití betonu ve stavebnictví byly objeveny ve starém Římě. Tehdy se betonové směsi skládající se ze sádry, vápna a hlíny používaly na stavbu konstrukcí, jako jsou oblouky, kopule atd. Po rozpadu Římské říše se však beton ve stavebnictví poměrně dlouho nepoužíval.
Stopy po použití betonu byly opět objeveny teprve před 200 lety v Evropě. Beton byla kamenitá směs obsahující vodu, kamenivo a pojivo. Díky rozvoji výrobních technologií byla vynalezena látka, jako je cement. V roce 1796 Angličan Parker vyrobil Romancement, první značku cementu v historii, vypálením směsi jílu a vápna. Cement smíchaný v určitých poměrech se štěrkem, pískem a vodou formovaným betonem [1].
Cement se v Rusku začal vyrábět v osmnáctém století. V Anglii – na začátku devatenáctého století, a tam byl vynalezen hydraulický cement. Ve Francii a Německu byly první cementárny otevřeny v roce 1842 a 1857. V Americe začala výroba cementu v roce 1870.
Na moderním stavebním trhu je beton zastoupen mnoha různými typy, které se liší svým složením a technickými vlastnostmi. Existuje pravidelný, lehký, těžký, silikátový, sádrový beton; plastbeton, asfaltobeton a mnoho dalších druhů odpovídajících různým účelům a účelům.
Vynálezci tento materiál neustále zdokonalují. Zde je několik vývojů, jejichž popisy se objevily na policích Ruské patentové knihovny (RPTL) za posledních 5 let. Cementový beton (pat. č. 2509066), vynalezený JSC Geonodem Razvedkou pro stavbu pontonů, ropných plošin, podpěr s řízenou a regulovanou sebedestrukcí ve vodě. Superplastifikátor do betonu (pat. č. 2554990) navrhla Ramzia Chesnokova (Novocheboksarsk). Technickým výsledkem vynálezu je zvýšení pohyblivosti a nárůstu pevnosti transportbetonu v širokém teplotním rozsahu.
Tepelně izolační pórobeton je užitečný při výrobě tepelně ochranných konstrukcí budov a konstrukcí (pat. č. 2491257) Severovýchodní federální univerzita pojmenovaná po M.K. Ammosova (Jakutsk). Na Samařské státní letecké univerzitě pojmenované po ak. S.P. Korolev vyvinul kompozici pro výrobu žáruvzdorného betonu (pat. č. 2592922). Kompozice může být použita při výrobě dekorativních výrobků (pat. č. 2618819), vyvinuté ve společnosti Azhio LLC (St. Petersburg). Technickým výsledkem je zvýšení pevnosti v tlaku a ohybu, zajišťující nehořlavost. Způsob betonáže při záporných teplotách a feromagnetická příměs do betonu jsou chráněny patentem № 2641680.
Skutečným průlomem ve stavební technologii byl vynález železobetonu. První patent na použití železobetonu si v roce 1854 vzal anglický štukatér William Wilkinson. Tento vysoce odolný materiál, bez kterého si moderní život nelze představit, se objevil díky. květináči. Francouzi, skuteční znalci krásy a půvabů, ozdobili vnější i vnitřní parapety a balkony květinami v květináčích a vanách. Bohužel, květináče, ve kterých rostly jemné fialky a petrklíče, byly dřevěné, byly nepraktické a měly krátkou životnost.
Kdysi dávno pařížský květinář Joseph Monier přišel s nápadem vyrobit květináče z betonu. Betonové květináče se ale také ukázaly jako nevhodné pro výsadbu rostlin do nich – rostoucí kořeny je zničily. Pak neúnavný zahradník přišel s vyztuženou konstrukcí: začal hrnce z železného pletiva pokrývat cementem. Tak se objevil železobeton. 16. července 1867 obdržel Joseph Monnier patent na výrobu květináčů z drátěného pletiva potaženého z obou stran cementovou maltou.
Ocelová výztuž z drátu, implantovaná do betonového prostředí, díky čemuž jsou železobetonové výrobky pevné a elegantní zároveň, se stala charakteristickým znakem všech následujících vynálezů Josepha Monniera. Během následujících dvaceti let si Monier nechal patentovat asi 15 železobetonových výrobků, včetně železničních pražců, podlah, nosníků, mostních konstrukcí, plynových a vodovodních potrubí a dokonce i přenosných a stacionárních obytných budov. V roce 1868 Monier postavil malý železobetonový bazén v Maysons Alfort, první železobetonový bazén v historii. První železobetonový most, jehož vozovka byla asi 4 metry, byl postaven v roce 1875.
Monier podal přihlášky patentů na své vynálezy patentovým úřadům Německa a Ruska a získal patenty. V roce 1879 uzavřel německý inženýr a majitel firmy Weiss s držitelem autorských práv licenční smlouvu. Weiss přenesl výztuž ze středu průřezu do spodní zóny nosníku nebo desky, která v této části zaznamenala největší tahové zatížení. Monier přijel do Berlína, kde viděl novinku, protestoval a rozzlobeně se zeptal držitele licence Weisse: “Řekni mi, kdo je vynálezcem tohoto designu – ty nebo já?” Weiss klidně odpověděl: „Byl jste první, kdo spojil železo s betonem, a proto tomuto návrhu říkám systém Monier, ale byl jsem první, kdo správně uspořádal železo a beton, i když jsem si to bohužel nemohl nechat patentovat. “.
Mimochodem, první, kdo v roce 1848 přešel na cementovou maltu a armovací síť, byl povoláním právník J.-L. Lambo, který si nechal patentovat železobetonový člun. Stal se exponátem na světové výstavě v Paříži a získal cenu EXPO-1855. Bohužel, odborníci (jak se často v historii vynálezů stávalo) neprojevili zájem o zvědavost a brzy na loď zapomněli. Lambo si nepatentoval železobeton.
Přirozené vlastnické právo vývojáře k jeho vynálezu bylo vyhlášeno francouzským patentovým zákonem přijatým úmluvou v lednu 1791. Zákon ve své preambuli zakazoval komukoli a všem využívat vynález bez svolení subjektu zákona. Zákon zavedl monopol vlastníka patentu ve jménu průmyslového rozvoje. Od této doby patent na vynález, zrozený současně s kapitalismem, přispívá k jeho pokroku.
Spravedlnost s železobetonem byla obnovena až o sto let později: v roce 1950 se ve Francii oslavilo sté výročí narození železobetonu, a tím byla schválena priorita Lambo.
Monierův nápad zaujal dalšího Francouze, talentovaného inženýra Eugena Freycineta. Díky hlubokým technickým znalostem a důkladnému prostudování vlastností nového materiálu vytvořil Freycinet mnoho jedinečných vývojů a výrazně přispěl ke zlepšení a rozvoji výkonnostních charakteristik vyztuženého betonu a rozšířil hranice jeho použití. Podařilo se mu například zvýšit pevnost železobetonu pomocí vibračního hutnění.
Nejvýznamnějším technickým dílem Freycinet je však vynález technologie výroby betonu z prvků namáhaných strunou. Maximálně napnuté ocelové rámové výztuhy – podpěry v hotovém betonovém prvku – se vrátí do své původní délky, čímž dodají betonu dodatečné napětí. Při zatížení betonové konstrukce se tedy procesy tlaku a tahu rozloží rovnoměrně, což výrazně zvyšuje nosné vlastnosti železobetonu.
Pak začal skutečný „betonový boom“. Na začátku dvacátého století byl v Německu vynalezen „komoditní cement“ – hotová směs, která byla dodána na staveniště. První míchačky betonu se objevily v USA a Anglii.
Stavební proces trval velmi dlouho, protože hotový beton zkameněl. V té době používaná míchačka na beton tažená koňmi měla omezené využití. Dřevěná pádla míchala směs, zatímco se kola vozíku otáčela, ale bylo to neohrabané a pomalé [2].
Stefan Stepanyan vynalezl mobilní míchačku betonu na podvozku nákladního auta v roce 1935 (patent USA č. 1935922). Toto technické řešení dalo obrovský impuls celému globálnímu stavebnímu byznysu. Stepanyanův vynález začal fungovat díky principu přirozeného kolapsu směsi v bubnu. V takovém bubnu jsou pevně upevněny lopatky, které nedovolují součástkám klouzat po stěnách během otáčení, což zajišťuje míchání. V roce 1954, na výroční schůzi, byl vynálezce Stepanian oceněn cenou National Ready Mixed Concrete Association, která ho jmenovala čestným doživotním členem. V roce 2004 byl Stepanian Americkou asociací stavitelů dálnic a dopravy vybrán mezi 100 nejlepších profesionálů v soukromé dopravě.
Zajímavé je, že Stefan Stepanian (1882–1964) již v roce 1916 zaslal žádost o míchačku betonu americkému patentovému úřadu (US Patent and Trademark Office). Patent byl ale zamítnut kvůli přesvědčení odborníka z oddělení, že nákladní auto neunese váhu míchačky betonu (!?). V roce 1928 se však Stepanyan znovu přihlásil a v roce 1933 obdržel patent. Byl to skutečně revoluční vynález. Následně za své služby dostal Stepanyan přezdívku „Otec betonářského průmyslu“.
Z neznámých důvodů byl patent vydán se zpožděním 17 let. Nepřesvědčivé zůstává i rozhodnutí průzkumového referenta: ostatně posláním patentového úřadu je podporovat „průmyslový a technologický pokrok ve Spojených státech a posilovat národní hospodářství“. Uvažujme situaci v rámci patentové vědy. V souladu s Čl. 6 Úmluvy uděluje Euroasijský patentový úřad euroasijský patent na vynález, který je nový, má vynálezeckou činnost a je průmyslově využitelný. Tento postup se odráží v patentových zákonech všech zemí světa. Vynález je průmyslově využitelný, pokud jej lze využít v průmyslu, zemědělství, zdravotnictví a dalších odvětvích hospodářství nebo v sociální sféře (bod 4 čl. 1350 Občanský zákoník Ruské federace).
Pro uznání vynálezu za průmyslově využitelný musí být splněny následující podmínky: účel vynálezu je uveden v popisu obsaženém v přihlášce v den podání; Dokumenty a výkresy ukazují prostředky a způsoby, kterými může být vynález realizován. Proveditelnost vynálezu je dále posílena požadavkem na popis vynálezu (ustanovení 2 čl. 1375 občanského zákoníku Ruské federace uvádí: popis musí odhalit vynález s úplností dostatečnou pro jeho realizaci).
Odborník zkontroluje technickou stránku návrhu a na základě popisu určí na základě svých zkušeností specialisty v této oblasti techniky a s využitím obecných přírodovědných poznatků, zda je v zásadě možné stanovený účel stavby realizovat. nárokovaný vynález. Pokud se prokáže, že k datu priority vynálezu jsou splněny všechny specifikované požadavky, je vynález uznán jako splňující podmínky použitelnosti.
Pokud tyto požadavky nejsou splněny, je vyvozen závěr, že vynález nesplňuje podmínky průmyslové využitelnosti. U vynálezu, u kterého je zjištěno, že tato podmínka nesplňuje, se ověření novosti a vynálezecké činnosti neprovádí.
V případě domíchávače betonu měl tedy odborník pravdu: o funkčnosti zařízení pochyboval a odmítl udělit patent. To je typický příklad pro každého vynálezce.
V soudní praxi existují případy zvažování žalob vynálezců proti Rospatent, když je patent zamítnut. Je zřejmé, že pokud reklamované technické řešení nesplňuje podmínku patentovatelnosti „průmyslové použitelnosti“, reklamace by měla být zamítnuta. Jedná se o Rozhodnutí soudu pro duševní práva ze dne 7. prosince 2015 ve věci č. SIP-64/2015 a rozhodnutí Nejvyššího soudu Ruské federace ze dne 12. října 2016 č. 300-ES16-13829 ve stejné věci . Soudy zjistily, že přihlašovatel podal dne 30. dubna 2010 přihlášku č. 2010117027 k patentu na vynález „Jednotný optický obvod odpojitelného konektoru pro optická vlákna pro vývoj optických převodníků“, který nesplňoval podmínku patentovatelnosti tzv. “Průmyslová využitelnost.”
Ale vraťme se k domíchávači betonu. Mnohé stavební mechanismy jsou snadno pochopitelné. Jeřáby pohybují břemeny nahoru a dolů. Sklápěče nakládají, přepravují a vykládají. Buldozery hrabou. Z toho všeho je jedna výjimka – jednoduchý autodomíchávač betonu. Jestliže je beton v té či oné podobě znám od doby, kdy Římané vybudovali Appijskou cestu (mezi Římem a Capuou), pak je mobilní míchačka betonu dítětem XNUMX. století.
Bubnová míchačka betonu, kterou dnes vidíme na silnicích, se od Stepanyanova návrhu prakticky nezměnila: obvykle samostatný motor otáčí bubnem na korbě nákladního auta, ve kterém je uložena vrtule (lopatky), která zadržuje plnivo, vodu a cement. v pohybu. Neustálá mobilita chrání hotovou betonovou směs před tuhnutím a delaminací a utěsněné provedení bubnu také chrání směs před vnějšími nečistotami a vlhkostí.
Jak se změnila technologie, změnil se i design faucetu. Tradiční autodomíchávač betonu má otočný buben, do kterého se směs již smíchaná s vodou nakládá a dopravuje na místo. Při tomto přístupu musí být směs vyložena na místě nejpozději o dvě hodiny později (ideálně 45 minut).
Například v USA existuje další kategorie domíchávačů betonu – s oddělenými zásobníky vody. Cement, plniva a další přísady (aditiva) se během delší cesty mísí v suché formě. A jen pár kilometrů od cíle řidič doplňuje vodu do bubnu z nádrže. Jedná se o přechodnou možnost mezi umístěním závodu na staveniště a dodáním hotové betonové směsi.
Konstrukce bubnu míchačky betonu se v naší době stále zlepšuje. Němečtí vynálezci společnosti LIEBHERR-MISHTECHNIK GMBH věnují zvláštní pozornost konstrukci elektrického pohonu a hydraulického pohonu bubnu míchačky betonu (Pat. RU č. 2545237 и № 2467872). Společnost NIKTIstroykommash OJSC (St. Petersburg) vyvinula míchací buben v podobě nádoby hruškovitého tvaru, která je vybavena spirálovými segmenty tvořícími šroubovici (Pat. RU č. 2215651). Vynález umožňuje zvýšit účinnost míchačky při práci s tuhými betonovými směsmi.
Za účelem zvýšení účinnosti mixéru navrhl vynálezce A. Leshchinsky z Chabarovské státní technické univerzity (Pat. RU č. 2101177) při míchání betonové směsi provádějte nucené protisměrné otáčení bubnu a hřídele lopatky se spirálovými lopatkami, které jsou k ní pevně připevněny.
Literatura
1. Baženov Yu.M., Komar A.G. Technologie betonu a železobetonových výrobků: Učebnice pro vysoké školy. – M.: Stroyizdat, 1984.
2. Dobronravov S. S., Sergeev S. P. Stavební stroje. Učebnice pro vysoké školy. M.: Vyšší. škola, 1981.
Beton označuje stavební směs portlandského cementu, písku a štěrku, ale není to tak úplně pravda. Nebo spíš takhle vůbec ne. Beton (z francouzského Béton) je pevný stavební materiál (umělý kámen) získaný smícháním libovolného pojiva, vody a různých plniv. Některé druhy betonu nemusí mít vodu (asfaltový beton), ale podle všech klasifikačních charakteristik této definici vyhovují. To znamená, že historie betonu s příchodem portlandského cementu pouze pokračovala, ale nezačala.
Kdy se objevil beton?
Vědci bohužel nevědí, kdy a kdo začal promáčenou zeminu nebo hlínu míchat s kameny. Existují pouze údaje od archeologů – stáří budov, ve kterých byl beton nalezen, je přibližně 6000 let. První vzorky byly objeveny ve starověké Mezopotámii a ve starověkém Římě byl beton použit v mnoha budovách.
Podle archeologických výzkumů začala historie betonu směsí štěrku a červeného přírodního vápna: ve starobylé chatrči na břehu Dunaje byla nalezena podlaha o tloušťce 25 cm, navíc v této oblasti žádné takové vápno nebylo. byl dodán po řece na vzdálenost až 400 km. To svědčí o tom, že staří stavitelé dobře znali beton, jeho přednosti, vlastnosti a způsob výroby a navzdory obtížím jej speciálně vyrobili.
Historie betonu v asijských zemích je zajímavá – Velká čínská zeď a mnoho starověkých chrámů v Indii bylo postaveno z betonu. Poté začali jako pojivo používat vápno, které výrazně zlepšilo jeho fyzickou výkonnost. „Nejoriginálnější“ a nejbohatší stavitelé přidávali do betonu vaječné žloutky. V afrických zemích se hlína používala k výrobě betonu.
Mnoho vědců tvrdí, že používání materiálu začalo dávno před datem, které určili archeologové. Tyto stavby se ale do dnešních dnů nedochovaly.
Beton skutečně vzkvétal s příchodem portlandského cementu, skutečně unikátního stavebního materiálu. Jednou z nejatraktivnějších vlastností portlandského cementu je, že pevnost betonu z něj vyrobeného se postupem času zvyšuje. Během prvních 50–10 dnů získá asi 14 % své maximální síly, poté může nárůst síly pokračovat po desetiletí.
Portlandský cement se začal široce používat v polovině 19. století. Vynález vibrátorů umožnil výrazně zvýšit pevnost betonu a rozšířit rozsah použití.
V budoucnu je historie betonu úzce spjata s použitím výztuže – bylo možné vytvářet velmi pevné a relativně lehké stavební a inženýrské konstrukce. První, kdo použil železné tyče ke zpevnění betonu, byl Brit Wilkinson (1854); následně mnoho stavitelů zlepšilo technologii výroby železobetonu.
Ve 20. století byla vyvinuta technologie výroby předpjatých železobetonových konstrukcí, po které se beton začal používat ve všech nejkritičtějších stavebních konstrukcích. Železobeton stále zaujímá jedno z předních míst mezi všemi existujícími stavebními materiály.
Beton je směs látek, ve které téměř neustále probíhají procesy způsobující smršťování. To má různé důvody.
Proces zmenšování lineárních rozměrů (objemu) betonu v průběhu času v důsledku chemických, fyzikálních, fyzikálně-chemických procesů se nazývá smršťování.
- před vytvrzením, nebo plastické – smrštění čerstvě položené hutněné betonové směsi;
- tvrdnoucí beton – do dosažení projektového věku;
- vyzrálý beton – po dosažení návrhového stáří.
- Kontrakce – smršťování v důsledku fyzikálních a chemických procesů při reakci výchozích látek v cementovém kameni (hydratace);
- Karbonace – smršťování, ke kterému dochází v důsledku chemických procesů mezi hydratačními produkty a složkami pronikajícími z vnějšího prostředí;
- Záření a vlhkost během vysychání – smršťování vzniklé v důsledku fyzikálních a fyzikálně-chemických procesů vedoucích k dehydrataci, to znamená odstranění vody z betonové konstrukce.
Smršťovací deformace za konstantních podmínek prostředí se vyvíjejí po dlouhou dobu. Při chemické reakci hydroxidu vápenatého s oxidem uhličitým vzniká uhličitan vápenatý a vzniklé hydrokřemičitany vápenaté se následně rozkládají. To je příčinou smršťování, protože počáteční objem reagujících látek je větší než objem výsledných novotvarů. Tyto procesy pokračují, dokud není ustavena hygrometrická rovnováha středních hodnot.
Jev, v jehož důsledku je objem výsledných novotvarů menší než celkový objem látek, které vstupují do reakce, se nazývá kontrakce. Obvykle je to asi 3-5 ml na 100 g cementu.
- Kontrakce pórovitostí je vzhled kulovitých pórů uvnitř cementového kamene v důsledku jeho hydratace.
- Kontrakce smršťování je zmenšení objemu cementového kamene jako celku.
Pevnost betonu v tahu
Existuje několik způsobů, jak zvýšit pevnost betonu v tahu. Ty nejlepší zvyšují hustotu. Nejjednodušší je vybrat správné složení a použít vysokopevnostní cement.
Pro standardní pevnost betonu v tahu (R n р) jsou ovlivněny stejnými faktory jako pevnost v tlaku a heterogenita betonové struktury je zde zvláště významná. Ačkoli různé faktory ovlivňují hodnoty R a R n р jinak. Zvyšující se spotřeba cementu zvyšuje pevnost R n р výrazně méně než R. Zvýšení spotřeby cementu o 33 % zvyšuje R o 28,5 % a R n р pouze o 12,5 %. S rostoucí W/C (poměr voda-cement) klesá pevnost v tahu méně než pevnost v tlaku.
Navíc hodnota Rn р závisí na složení zrna plniva a druzích zrn. Písek a štěrk se zaoblenými zrny určují nižší hodnotu pevnosti než písek a drť s hrubými hranatými zrny. Tyto faktory však neovlivňují hodnotu R.
Při porovnání pevnostních ukazatelů betonu různých jakostí se ukazuje, že poměr R n р/R klesá s rostoucí jakostí, to znamená, že se ukazuje, že ušlechtilý beton má relativně nižší pevnost v tahu.
Normy nevyžadují speciální zkoušení betonu v tahu a neposkytují žádné vodítko ohledně velikosti a tvaru vzorků. Aby však bylo zajištěno rovnoměrné rozložení zatížení po průřezu vzorku, musí mít tento vzorek délku, která je alespoň 3x větší než příčný rozměr. Trhací síla je obvykle přenášena přes speciální ramena na koncích vzorku. Před testováním je důležité chránit vzorky před náhlými změnami vlhkosti a teploty, protože to má velký vliv na výsledek. Také konečný výsledek testu závisí na přesnosti instalace do stroje a správném geometrickém tvaru vzorku. Excentricita a sebemenší nesouosost mohou výrazně ovlivnit indikátor Rn р.
U této metody zkoušky tahem se index pevnosti vypočítá podle vzorce Np/F se ukazuje jako velmi podmíněné. Vzorky často selhávají v blízkosti ramen, kde dochází k významným koncentracím napětí. Ale i s mezerou mezi rameny není zjištěná hustota o nic méně libovolná, protože mezera se nejčastěji vyskytuje podél povrchu kontaktu cementového kamene s komponentami podobnými kameni. A jelikož je tento povrch zcela náhodný, je rozptyl indikátorů poměrně velký.
Stejně jako u komprese je velmi důležitá velikost průřezu vzorku: velké hodnoty R n р mají vzorky s menším průřezem.
Pevnost betonu v tahu je poměrně nízká a pohybuje se od 1/8 do 1/17 jeho pevnosti v tlaku.
Existuje několik způsobů, jak zvýšit pevnost betonu v tahu. Ty nejlepší zvyšují hustotu betonu. Nejjednodušší je správný výběr složení betonu a použití vysokopevnostních cementů. Pomáhá i příměs různých přísad – jemně mletých kamenných materiálů, stop a pucolánů. Nejlepším prostředkem pro zvýšení pevnosti v tahu je dobře zhutnit beton vibrováním, vysáváním, vibračním ražením nebo odstřeďováním.
