2. Короткий історичний нарис виникнення залізобетонних конструкцій

Поява залізобетонних конструкцій (ЗБК) належить до другої половини ХІХ ст. та пов’язана з розвитком промисловості, транспорту, торгівлі, що потребувало будівництва нових фабрик, заводів, портів й інших капітальних споруд. До цього часу була розвинута цементна промисловість, чорна металургія, накопичено багатовіковий досвід будівництва з каменю, неармованого бетону, дерева та металу. Сьогодні не можливо назвати як дату, так і першовідкривача. Тому спробуємо згадати перших [3].

У 1832 р. англієць М. Брюнель збудував цегляну арку на цементному розчині, котра була армована «смуговим» залізом, і визначив їх зчеплення. Це можна вважати першим дослідженням такого сполучення, що значно випередило інші, а потім було забуте.

В 1849 – 1850 рр. француз І. Ламбо задумав замінити дерев’яний човен на човен із армованого цементу. Його борти та днище товщиною 40 – 50 мм виготовлялися зі стрижнів квадратного поперечного перерізу, зв’язаних між собою. Потім сітка була обмазана цементним розчином. У 1855 р. згаданий човен демонструвався на Всесвітній виставці в Парижі, а в 1902 р. його ще бачили на плаву. В 1855 р. І. Ламбо отримав патент на новий замінювач дерева  металеву систему із сполучення чи переплетіння дротинок і стрижнів, які потім покриваються гідравлічним цементом. Як при виготовленні човна, так і при складанні патентного опису І. Ламбо надавав залізному каркасу головне значення, а цементний розчин розглядався ним лише як заповнювач і захисник заліза від зовнішніх впливів.

У 1855 р. Ф. Куаньє описав свої досліди з неармованим трамбованим бетоном, зведення з нього будинку в Ліоні, що мав плоский дах, несуча конструкція якого товщиною 270 мм була виконана з бетону в поєднанні з металевими балками таврового перерізу та стрижневою сіткою між ними. В 1861 р. вийшла книжка Ф. Куаньє «Залізобетонні блоки, що застосовуються в будівництві». У ній автор вперше висловив думку, що залізні стрижні працюють із бетоном сумісно, підвищуючи його міцність при згині, бетон надійно ізолює залізо від води та повітря.

В 1854 р. англієць В. Уілкінсон отримав патент на конструкцію вогнестійкого перекриття, в описі якого вказано на необхідність розміщення залізних тросів, дротинок або смужок у зоні дії зусиль розтягу. Мабуть, цей патент можна вважати першим на залізобетон у сучасному розумінні сумісної роботи його складових  бетону й арматури. В 1865 р. В. Уілкінсон за своїм патентом збудував невеликий будиночок, у якому стіни, перекриття, сходи та навіть димова труба були виконані із залізобетону. Особливо цікавою була конструкція залізобетонного кесонного перекриття: тонка (37,5 мм) плита його армувалася сіткою зі стрижнів прямокутного поперечного перерізу, ребра двох напрямків  дротяними жмутами, головна балка  канатом. Нажаль, у 1955 р. цей будинок було зруйновано, однак обміри й випробування, що відбувалися при цьому, підтвердили високу якість виконання всіх арматурних і бетонних робіт.

Американець Т. Гіат почав у 1855 р. свої досліди з підвищення вогнестійкості перекриттів, нанизуючи на залізні стрижні цеглини, з’єднані цементним розчином. Більш пізні спеціальні дослідження залізобетонних балок, виконані в 1877 р., Т. Гіат описав у книжці. Він з’ясував: при згинанні балки залізо здатне сприймати зусилля розтягу, необхідні для врівноваження стискуючих зусиль у бетоні; синхронізм, який існує між температурним розширенням обох матеріалів, дозволяє розглядати бетон й арматуру як єдине ціле.

Тільки після згаданих робіт француз Ж. Моньє отримав патент на переносні квітникові діжки із заліза та цементного розчину. В 1868 р. він збудував невеликий залізобетонний басейн і зробив заявку на резервуари й труби, в 1869 р. виконав залізобетонне перекриття і подав заявку на плити та перегородки. В 1873 р. Ж. Моньє одержав патент на конструкцію залізобетонного моста, в 1875 р.  на сходи. Виявивши виключну енергію в спорудженні конструкцій із армованого бетону, Ж. Моньє почав патентувати їх у різних країнах, у т.ч. й у Росії. Тут у 1880 р. йому був виданий привілей на особливу систему влаштування труб, мостів, сходів на 5 років, а в 1889 р. – ще на 10 років на пристосування для виготовлення труб і резервуарів із цементу й заліза. Незважаючи на таку активність, уявлення Ж. Моньє про залізобетон було на рівні знань садового робітника. Він уважав, що «спочатку виготовляють залізний остов довільної форми та розмірів, який потім обмазують цементною штукатуркою, що додає йому більшу міцність і захищає від окислення». Залізний остов у всіх конструкціях і на кресленнях до патентів розміщений посередині висоти перерізу елемента. І хоча Ж. Моньє не був першим у винаходженні залізобетону, йому належить наполеглива ініціатива в його застосуванні. Він перший інтуїтивно зрозумів перспективи та прибутковість залізобетону, котрий недарма довго йменували «системою Моньє». В 1880 – 1884 рр. патенти Ж. Моньє були придбані у Німеччині й Австрії, де почалися серйозні дослідження із залізобетоном, наукова і технологічна сторона яких була доручена І. Баушингеру, М. Кеннену, Е. Мершу.

В 1897 р. у французькій державній школі шляхів та мостів Ш. Рабю почав читати перший курс залізобетону, а з 1892 р. розпочала роботу французька державна комісія із залізобетону, з 1901 р. виходить перший спеціалізований німецький журнал «Бетон і залізо», в 1904 р. були прийняті перші німецькі, в 1906 р. – французькі, в 1908 р. – російські норми.

Що стосується Росії, то існують відомості про те, що ще в 1852 – 1854 рр. при спорудженні Миколаївського палацу в Петербурзі «вогнестійкі стелі виконувались із вапняного бетону з каркасом із залізних прутків».

Відомі праці військового інженера Кальдевіна, який збудував у кінці 80-их років на виставці в Тифлісі містки, «розміщуючи залізний каркас у бетонній масі». Перша згадка про новий матеріал у пресі належить до 1859 р., коли в «Інженерному журналі» вмістили замітку «Про будівлі із цементу та заліза». Автор, розповідаючи про конструкцію човна І. Ламбо, пише: «Про нього згадується тут лише для прикладу. Набагато більшого застосування він (цемент із залізом) повинен дістати в будівельній справі, тому що перевага його полягає в утворенні стін вогнестійких і таких, що не проводять вологу».

В 1898 р. виходить перша російська книга про залізобетон С. Рудницького.

Широкому застосуванню залізобетону в Росії передували й досить ґрунтовні випробування та дослідження, проведені в період з 1886 р. до 1905 р. У 1886 р. торговельний дім «Юлій Гук і К» застосував на Московських бійнях залізобетонні плити та склепіння, котрі були випробувані. В 1890 р. будівельний відділ торговельного дому заснував акціонерне товариство для здійснення бетонних й інших будівельних робіт, яке в 1891 р. провело випробування різних залізобетонних конструкцій, виготовлених у натуральну величину. Програма експериментів була розроблена М. Белелюбським і включала: три пари плит прольотами 1, 1,5, 2 м (у парі одна плита була армована, інша  ні); два склепіння прольотом 4 м; дві труби діаметром 0,71 м, одну з яких випробовували під насипом, а іншу  як балку на двох опорах прольотом 1,42 м; резервуар ємністю 500 відер; шестигранний засік елеватора зі збірних елементів, що навантажувався водою; міст прольотом 17 м.

Протягом 1 – 5 листопада 1891 р. всі ці конструкції були випробувані, дані експериментів – величини навантаження, прогинів, моменти появи перших тріщин і руйнування – ретельно зафіксовані. Досліди засвідчили безумовні переваги нового матеріалу: несуча здатність залізобетонних конструкцій виявилася в 3,5 – 6 разів вища, ніж бетонних.

Досліди 1886 – 1896 рр. стали базою того, що в Московському районі на той час не було жодної нової будівлі, де залізобетон не мав би застосування.