Введение

Система армированного раствора или штукатурки

Ферроцемент – это система строительства, использующая армированный раствор или штукатурку (известковый или цементный, с песком и водой), нанесенный на "каркас" из металлической сетки, тканого, расширенного металла или металлических волокон, а также плотно расположенных тонких стальных стержней, таких как арматура. Обычно используется железо или сталь, при этом сетка изготавливается из проволоки диаметром от 0,5 до 1 мм. Цемент обычно представляет собой очень насыщенную смесь песка и цемента в соотношении 3:1; при изготовлении плит гравий не используется, чтобы материал не был бетоном. Ферроцемент применяется для строительства относительно тонких, твердых и прочных поверхностей и конструкций различной формы, таких как корпуса лодок, оболочкообразные крыши и резервуары для воды. Ферроцемент возник в 1840-х годах во Франции и Нидерландах и является предшественником железобетона. Он имеет широкий спектр других применений, включая скульптуру и сборные строительные элементы. Термин "ферроцемент" также применяется к другим композитным материалам, в том числе к тем, которые не содержат цемента или железа. "Порты "Малберри", использованные при высадке в Нормандии, были построены из ферроцемента, и их остатки до сих пор можно увидеть на курортах, таких как Ароманш.

Определения

Цемент и бетон часто используются как взаимозаменяемые понятия, но между ними существуют технические различия, и значение слова "цемент" изменилось с середины девятнадцатого века, когда возник железобетон. "Ferro" означает железо, хотя в ферроцементе обычно используется сталь – сплав железа. В девятнадцатом веке и ранее под цементом понимали раствор или измельченный камень или плитку, смешанные с известью и водой для получения прочного связующего. Сегодня под цементом обычно подразумевают портландцемент. Раствор – это паста из вяжущего вещества (обычно портландцемента), песка и воды, а бетон – это текучая смесь портландцемента, песка, воды и щебня, которую заливают в опалубку. Железобетон – это первоначальное название армированного бетона (бронированного бетона), известное как минимум с 1890-х годов, и в 1903 году он был подробно описан в журнале Лондонского общества инженеров, но сейчас его часто путают с ферроцементом.

История

Изобретателями железобетона являются французы Жозеф Монье, который назвал его "ciment armé" (бронированный цемент), и Жозеф Луи Ламбо, построивший лодку с использованием этой системы в 1848 году. Ламбо выставил судно на Всемирной выставке в 1855 году, и его название материала – "ferciment" – прижилось. Ламбо запатентовал свою лодку в 1855 году, но патент был выдан в Бельгии и действовал только на территории этой страны. К моменту получения Монье своего первого патента в июле 1867 года, он планировал использовать свой материал для изготовления урн, кашпо и цистерн. Эти изделия традиционно делались из керамики, но крупномасштабное обжигание в печах было дорогостоящим и часто приводило к неудачам. В 1875 году Монье расширил свои патенты, включив в них мосты, и спроектировал свой первый сталебетонный мост. Внешний слой был выполнен в виде имитации грубых бревен и деревянных конструкций, что положило начало использованию "фальшивого дерева" в бетоне. В первой половине двадцатого века итальянский архитектор Пьер Луиджи Нерви был известен своим использованием железобетона, который на итальянском языке называется ferro cemento. Железобетон обладает относительно высокой прочностью и устойчивостью к ударам. При использовании в жилищном строительстве в развивающихся странах он может обеспечить лучшую устойчивость к огню, землетрясениям и коррозии, чем традиционные материалы, такие как дерево, саман и каменная кладка. В развитых странах он популярен для строительства яхт, поскольку освоить эту технологию относительно легко, что позволяет людям экономить, выполняя работы самостоятельно. В 1930-х – 1950-х годах железобетон стал популярен в США как метод строительства и скульптурного оформления для необычной архитектуры, примерами которой являются динозавры из Кабазона и работы Альберта Врана.

Конструкционные ковры

Желаемая форма может быть создана из многослойной конструкции сетки, поддерживаемой каркасом или сеткой, изготовленной из арматуры и связанной проволокой. Для оптимальной производительности сталь должна быть защищена от коррозии (оцинкована) или быть из нержавеющей стали. На этот готовый каркас для проникновения в сетку наносится соответствующая смесь (раствор или затирка) из портландцемента, песка, воды и/или добавок. В процессе затвердевания конструкцию можно поддерживать во влажном состоянии, чтобы обеспечить медленное схватывание и твердение бетона и избежать образования трещин, которые могут ослабить систему. Необходимо принять меры для предотвращения попадания воздуха во внутреннюю структуру на стадии укладки, так как это также может привести к образованию трещин, которые появятся при высыхании. Задержанный воздух образует пустоты, в которых может скапливаться вода и вызывать коррозию стали. Современная практика часто включает в себя распыление смеси под давлением (технология, известная как торкретирование) или другие методы удаления задержанного воздуха. Неудачные старые конструкции дают подсказки для улучшения технологий. Помимо удаления воздуха в местах контакта со сталью, современные добавки для бетона могут включать акриловые жидкие "смеси" для замедления поглощения влаги и повышения ударной прочности затвердевшего материала или изменения скорости отверждения. Эти технологии, заимствованные из профессиональной укладки плитки, значительно способствовали восстановлению этих сооружений. Для уменьшения образования трещин на внешней поверхности можно добавлять рубленное стекло или поливолокно. (Рубленное волокно может препятствовать хорошему проникновению раствора в конструкции из стальной сетки. Это следует учитывать и смягчать, либо ограничивать его использование внешними последующими слоями. Рубленное волокно также может изменить или ограничить некоторые методы мокрой формовки.)

Экономика

Экономическое преимущество железобетонных конструкций заключается в том, что они прочнее и долговечнее некоторых традиционных методов строительства. Железобетонные конструкции можно возводить быстро, что также дает экономические преимущества. В Индии ферробетон используется часто, поскольку сооружения из него обладают большей устойчивостью к землетрясениям. Сейсмостойкость зависит от качества строительной техники. В 1970-х годах конструкторы адаптировали проекты яхт к тогдашней очень популярной схеме самостоятельного строительства лодок из ферроцемента. Главным преимуществом было то, что при минимальных затратах и разумном уровне мастерства, даже любитель мог построить гладкий, прочный и надежный корпус яхты. Корпус из ферроцемента может оказаться сопоставимым по весу или легче, чем корпус из стеклопластика (стекловолокна), алюминия или стали. Существуют три основных метода работы с ферроцементом:

Система арматурного каркаса: в этом методе стальной каркас сваривается в нужную форму, по обе стороны которой закрепляется несколько слоев натянутой сетки. Конструкция достаточно прочна, чтобы раствор можно было вдавливать с одной стороны, временно поддерживая с другой. Заполнение раствором также можно осуществлять путем его вдавливания с обеих сторон. В этом методе стальной каркас (стержни) находится в центре сечения и, следовательно, увеличивает собственный вес конструкции, не внося вклад в ее прочность. Система закрытой опалубки: несколько слоев сетки связываются вместе на поверхности опалубки, которая удерживает их в положении во время заполнения раствором. Опалубку можно удалить после затвердевания или оставить в качестве постоянной части готовой конструкции. Если опалубку необходимо удалить для повторного использования, следует использовать разделительный агент. Система интегральной опалубки: используя минимальное количество армирования, любая интегральная опалубка изначально рассматривается как несущий каркас. На этой опалубке с обеих сторон закрепляются слои сетки, и на них наносится штукатурка с обеих сторон. Как следует из названия, опалубка остается навсегда неотъемлемой частью готовой конструкции (например, двойные Т-образные элементы для полов, крыш и т.д.). Необходимо обеспечить надежное соединение между опалубкой и последующими слоями, чтобы готовое изделие представляло собой единую конструктивную единицу.

Преимущества

Преимущества хорошо построенной железобетонной конструкции – это малый вес, низкие затраты на обслуживание и длительный срок службы по сравнению с чисто стальными конструкциями. Однако, тщательная точность при строительстве считается критически важной, особенно в отношении цементного состава и способа его нанесения внутри и на каркас, а также обработки каркаса для защиты от коррозии. При механической перегрузке железобетонный лист будет скорее деформироваться, складываясь, чем ломаться или крошиться, как камень или керамика. В качестве контейнера он может разрушиться и протечь, но при этом, возможно, сохранить целостность. Очень многое зависит от технологий, используемых при строительстве. Например, на примере портов "Малберри" можно изготавливать сборные элементы для портов (таких как Джеймстаун на острове Святой Елены), где применение традиционных методов гражданского строительства затруднено.

Недостатки

Недостатком железобетонного строительства является его трудоемкость, что делает его дорогим для промышленного применения в западных странах. Кроме того, существует риск деградации (коррозии) стальных элементов, если в конструкции остаются воздушные поры из-за слишком сухой бетонной смеси, или если воздух не удаляется из конструкции на стадии ее увлажненного состояния посредством вибрации, распыления под давлением или другими способами. Эти воздушные поры могут заполняться водой, поскольку затвердевший материал поглощает влагу. Если поры образуются в местах, где сталь не защищена, сталь будет ржаветь и расширяться, что приведет к разрушению конструкции. В современной практике использование жидких акриловых добавок и другие усовершенствования состава бетонной смеси замедляют поглощение влаги по сравнению со старыми составами, а также повышают адгезию, чтобы предотвратить подобные разрушения. При восстановлении необходимо проводить обработку стали для остановки коррозии, используя методы, применяемые при ремонте кузовов автомобилей для обработки старых стальных деталей.

Страховые вопросы

В 1960-х годах в Австралии, Новой Зеландии и Великобритании домашние судостроители осознали, что при заданном бюджете ферроцемент позволяет построить корпус значительно большего размера, чем при использовании других материалов. Однако некоторые строители не учли, что корпус – это лишь малая часть общих затрат, поскольку обустройство более крупной лодки обходится гораздо дороже. В результате многие самодельные лодки из ферроцемента остались незавершенными проектами, а если и были достроены, то получились плохо выполненными, перегруженными и некрасивыми. Осознав, что их лодки не только разочаровывают, но и не подлежат продаже, некоторые строители застраховали их и намеренно потопили, чтобы получить страховую выплату. Страховые компании хорошо помнят подобные случаи мошенничества, и сегодня даже для качественно построенных лодок из ферроцемента сложно получить страховку от рисков перед третьими лицами, а полное страховое покрытие практически невозможно.