Что такое железобетон?

Приключения бетона продолжались. Как будто и поводов для этого никаких больше не было. Но вот опять нашлись. А что это были за поводы, — профессор Белелюбский знал, пожалуй, лучше, чем кто-нибудь другой. Недаром столько труда было им положено, чтобы создать камень, который оказался еще долговечнее, чем тот, о котором знали до сих пор.
Впрочем, и мы с вами можем теперь проследить за ходом мыслей замечательного ученого. Это позволит хоть немного проникнуть в тайны науки о сопротивлении материалов.
Что бы вы сделали, если б, придя однажды из школы, обнаружили, что у подъезда вашего дома вырыли траншею, в которую собираются укладывать новые канализационные трубы?
«Очень просто, — ответите вы, — конечно же, перепрыгнул бы через нее. А если нельзя этого сделать, то перебросил бы через траншею одну или две обыкновенные доски».
Однако стоило вам только ступить на доски, как они сразу немного прогнулись под тяжестью вашего тела. Но это ничего — вы смело пройдете и по таким прогнувшимся доскам.
История с доской, перекинутой через траншею, конечно, не нова. И вспомнил я о ней вовсе не для того, чтобы задавать праздные вопросы. В каждой как будто бы даже старой истории нередко может оказаться своя новизна, которая известна далеко не всем. О ней-то, мне и кажется, уместно напомнить.
Стоит только доске прогнуться, как с нею начнет происходить что-то не обычное: нижние слои дерева вдруг растянутся, а верхние, наоборот, — сожмутся. Невооруженным глазом это заметить, конечно, нельзя. Но ведь нам известно и множество других, не менее любопытных, явлений, которые давно уже научились обнаруживать с помощью специальных приборов.


Стоило только ступить на доску, как она сразу начинала прогибаться.

Под нажимом пальца нижняя часть резинки растягивается, а верхняя — сжимается.

Впрочем, для случая с доской нет необходимости даже в особых приборах, — можно обойтись обыкновенной школьной резинкой.
Возьмите резинку и проведите карандашом на ее узкой и длинной стороне две перекрещивающиеся жирные линии. Как только это будет сделано, положите резинку на два каких-нибудь выступа и нажмите на нее сверху так, чтобы она немного прогнулась. Когда вы это будете делать, следите внимательно за тем, что произойдет с линиями.
Видите: в нижней ее стороне, края которой покоятся на выступах, линии эти как будто отодвинулись одна от другой, верхние же, наоборот, — сблизились.
О чем это говорит? Конечно же, о том, что нижняя часть резинки под нажимом вашего пальца растягивается, а верхняя — сжимается.
То же самое получается и с доской, переброшенной через траншею. То же самое происходит и с бетоном, и со многими-многими, даже очень прочными материалами. Так что дело тут вовсе не в том, что в одном случае была доска, а в другом резинка, про которую иногда ошибочно говорят, что, сколько бы ее ни растягивали, — все равно никогда до конца не растянешь. И резинка, в конце концов, возьмет да и лопнет. Каждому материалу свойственно растягиваться и сжиматься. И какое-нибудь из этих свойств может иногда взять верх над другим.
Так получилось и с бетоном. Его прочность при сжатии оказалась несравненно большей, чем при растяжении. Именно поэтому ученые и стали искать способ, как бы уравновесить оба эти свойства в искусственном камне. И бетону суждено было снова продолжать свои приключения.
Опять встал вопрос, возникавший уже много раз прежде: как поступить?
Решили попытаться заставить бетон быть одинаково прочным внизу и наверху, не разрушаться и не давать трещин во время растягивания, так же как он этого, не делает, когда сжимается. И тут-то мысль, пришедшая в свое время Монье, оказалась как нельзя более кстати.


Форму «прутков» придумали такую, чтобы они лучше сцеплялись с бетоном.

Ведь если бетон хорошо «склеился» с проволочным каркасом, придуманным французским садовником, то почему бы ему то же самое не сделать, например, в балках, которые укладывают на мостах? А это сразу изменило бы всё положение. Нижняя часть балки, снабженная металлическими прутками, стала бы гораздо прочнее: ведь растягивался бы тогда, главным образом, уже не бетон, а металлические прутки. А они, если их делать из стали, оказались бы чуть ли не в двести раз прочнее бетона.
Так и поступили. Бетон «склеили» с железными прутками. Получился новый строительный материал, который с тех пор стали называть железобетоном. И ничего, что позже, вместо железных прутков, начали применять стальные. Название нового искусственного камня осталось прежним — железобетон.
Однако дело было, конечно, не только в том, что железо заменили сталью, которая, как известно, имеет великое множество преимуществ перед своим предшественником. Постепенно пришлось почти совсем отказаться и от простых проволочных прутков. Потому что, хотя они и усиливали способность бетона растягиваться, всё же результат получался недостаточно хорошим. Да и сколько хлопот, пока из прутков сплетешь каркас! Машин ведь никаких не было, и всю эту кропотливую работу приходилось делать вручную.
На смену простой железной проволоке пришли «прутки» куда более солидные, и делали их теперь уже особые машины. И форма у них была особая, — специально придуманная для того, чтобы они лучше «склеивались» с бетоном. Да и вообще, для разных бетонных изделий стали изготовлять и разные «прутки». Впрочем, сейчас этим уже мало кого можно удивить. Потому что, после долгого путешествия, которое мы предприняли, все знают хорошо, что для разных сооружений применяют и различный искусственный камень. А раз один бетон не похож на другой, ясно, что и стальные «прутки» также не только могут, но и должны отличаться друг от друга.
Так оно на самом деле и есть. «Прутки» теперь делают из круглой, квадратной и даже как будто сплющенной стали. Одни из них толще, а другие тоньше. Но у каждого как бы своя «архитектура», свой рисунок.
Вот перед вами «пруток», похожий на сверло, которым сверлят дыры. А тот, что пониже его, напоминает сплетенную вдвое веревку. Совсем внизу «пруток» даже с какими-то зазубринами. Его можно сравнить с оструганной палкой, у которой остались бугорки в местах, где были не поддававшиеся ножу сучки дерева.
Выходит то, что нарисовано здесь, даже «прутками» не назовешь, — такая у них замысловатая форма. И строители их так и не называют, а говорят, что это — арматура.
Однако важно не название, а цель, которую преследовали люди, бесконечно изменяя созданный ими искусственный камень. Цель же эта всё время остается одна: сделать железобетон прочнее и облегчить способ его приготовления. К этому стремились все ученые, жившие в разное время и в разных странах.
Почти столетняя история убеждает, что железный камень, созданный руками человека, не только превзошел «просто бетон». Он совершил полный переворот в строительном деле, позволив возводить такие сооружения, о которых прежде люди и не смели мечтать.
Да и как могло быть иначе? Ведь взяли самый крепкий из всех металлов — сталь и самый прочный из искусственных камней — бетон и соединили их вместе. Не могли же они стать хуже, чем были порознь?
 «Возможно, — ответят нам, — хуже они не стали, но и лучше — тоже. Ведь как не было прежде, так нет и сейчас между ними ничего общего».
Но вот тут-то и выясняется самое поразительное. Оказывается, у бетона и стали есть — причем даже не одна, а две — очень важные общие черты. Первая из них — сила сцепления. А другая — почти одинаковая способность расширяться. В результате, оказавшись «замурованными», стальные стержни попадают в такие крепкие «объятия» бетона, что не могут не только скользить внутри него, а вынуждены слиться с камнем в одно целое. И чем больше проходит времени, тем «объятия» эти становятся всё сильнее и сильнее.


На «замурованном» в бетоне крюке можно подвесить трехтонный грузовик.

Наконец наступает момент, когда уже никакая сила в мире не способна их вновь разъединить. После этого вы можете на «замурованный» в бетоне стальной крюк толщиной всего в тридцать миллиметров подвесить наполненный трехтонный грузовик. И ничего не случится ни с крюком, ни с автомашиной. Вот какова сила сцепления стали с бетоном!  
Ну, а как обстоит дело с их способностью расширяться?
Давно известно, что при нагревании все тела начинают удлиняться, а при охлаждении, наоборот, — становятся короче. Не получится ли, что, как только изменится окружающая температура, нарушится сила сцепления и весь труд, потраченный на «замуровывание» стальной арматуры, пропадет зря?
Однако выяснилось, что как бы в дальнейшем ни изменялась температура, сталь и бетон будут вести себя очень дружно. При повышении ее они будут почти одинаково удлиняться, а при понижении — укорачиваться. Поэтому на железный камень можно вполне положиться.
Напрасными оказались также и опасения некоторых инженеров, уверявших, что с течением времени стальные стержни начнут сначала ржаветь, а потом и разрушаться.
Ученые установили, что сама возможность появления ржавчины полностью исключена. Бетон ведь совершенно водонепроницаем. А раз не может проникать влага, то почему бы сталь вдруг начала ржаветь?
Но если бы даже случилась беда и по чьему-нибудь недосмотру в камень «замуровали» начавшие ржаветь стальные стержни, бетон сам «вылечил» бы их от заболевания.


Как камень стал железным