ТЯЖЕЛЫЙ ВЗГЛЯД НА БЕТОН

Он захватил мировую инфраструктуру за удивительно короткое время. Сегодня  Китай потребляет его за любые два года больше, чем Соединенные Штаты на протяжении всего XX века.

Древние римляне были первыми, кто смешал песок и гравий с водой и связующим веществом для изготовления бетона. Несмотря на то, что они называли его opus cementium, связующее вещество отличалось от того, что использовалось в современном цементе: это была смесь гипса, негашеной извести и пуццоланы, вулканического песка из Путеоли, недалеко от горы Везувий. Римский Пантеон, построенный в 126 г. до н.э., сих пор является самым большим зданием из неармированного бетона.

Современная цементная промышленность началась в 1824 году, когда Джозеф Аспин запатентовал свою смесь, получающуюся при обжиге  известняка и глины при высоких температурах. Известь, кремнезем и глинозем являются доминирующими компонентами современного цемента; добавление воды, песка и гравия приводит к образованию суспензии, которая затвердевает в бетоне по мере его отверждения. Типичные соотношения составляют от 7 до 15 процентов цемента, от 14 до 21 процента воды и от 60 до 75 процентов песка и гравия.

Бетон удивительно прочен при сжатии. Современные составы могут противостоять давлению более 100 мегапаскалей — весу африканского слона, стоящего на монете. Однако сила тяги, составляющая всего 2-5 МПа, может разорвать бетон; человеческая кожа намного сильнее в этом отношении.

Эта слабость при растяжении может быть компенсирована усилением. Эта техника была впервые использована в железобетонных желобах для растений, построенных французским садовником Жозефом Монье в 1860-х годах. До конца 19-го века стальная арматура была распространена в строительстве. В конце концов, инженеры начали заливать бетон в формы, содержащие стальные проволоки или стержни, которые были натянуты непосредственно перед или после того, как бетон был отлит. Такое предварительное или последующее напряжение дополнительно увеличивает предел прочности материала.

Сегодня бетон везде. Его можно увидеть в башне Бурдж-Халифа в Дубае, самом высоком здании в мире, и в похожем на парус Сиднейском оперном театре, возможно, наиболее ярком визуальном отображении бетонного здания. Железобетон позволил построить массивные гидроэлектростанции, длинные мосты и гигантские морские буровые платформы, а также проложить дороги, автострады, автостоянки и взлетно-посадочные полосы аэропорта. С 1900 по 1928 год потребление цемента в США (напомним, что цемент составляет не более 15 процентов бетона) выросло в десять раз, до 30 миллионов куб. тонн. Послевоенная экономическая экспансия, включая строительство системы межгосударственных автомагистралей, привела к увеличению потребления до пика в 128 миллионов тонн к 2005 году; последние показатели составляют около 100 миллионов тонн в год. Китай стал крупнейшим в мире производителем в 1985 году, а его производство цемента в настоящее время составляет почти 60 процентов от общемирового объема. В 2017 и 2018 годах Китай произвел немного больше цемента, чем Соединенные Штаты за весь 20-й век. Но бетон не вечен, необычайное долголетие Пантеона является редким исключением. Бетон ухудшается во всех климатических условиях в процессе, который ускоряется кислотным осаждением, вибрацией, структурной перегрузкой и вызванной солью коррозией арматурной стали. В результате мировая строительная промышленность  произвела десятки миллиардов тонн материала, который вскоре придется заменить, уничтожить или просто оставить. Влияние бетона на окружающую среду — еще одна проблема. Промышленность сжигает низкокачественный уголь и нефтяной кокс, производя примерно тонну углекислого газа на тонну цемента, что составляет около 5 процентов глобальных выбросов углерода от ископаемого топлива. Этот углеродный след может быть уменьшен путем переработки бетона, использования доменного шлака и летучей золы, улавливаемой на электростанциях, или путем внедрения одного из нескольких новых низкоуглеродистых или безуглеродных процессов. Но проблему в мировом масштабе это конечно решить не может.

Источник: https://spectrum.ieee.org/