Ферроцемент или ферроцемент [1] — это система строительства с использованием армированного раствора [2] или штукатурки (извести или цемента , песка и воды), нанесенной на «арматурный каркас» из металлической сетки , плетеного, расширенного металла или металлических волокон и близко расположенных тонких стальных стержней, таких как арматура . Обычно используемый металл — это железо или некоторый тип стали, а сетка изготавливается из проволоки диаметром от 0,5 мм до 1 мм. Цемент обычно представляет собой очень богатую смесь песка и цемента в соотношении 3:1; при использовании для изготовления досок гравий не используется, поэтому материал не является бетоном.
Ферроцемент используется для создания относительно тонких, твердых, прочных поверхностей и конструкций во многих формах, таких как корпуса для лодок, крыши-ракушки 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 компоненты. Термин «ферроцемент» был применен в расширенном виде к другим композитным материалам , включая некоторые, не содержащие цемента и железных материалов. [ требуется ссылка ]
« Малберри-гавани », использовавшиеся при высадке союзников в «День Д» , были построены из ферроцемента, и их остатки до сих пор можно увидеть на таких курортах, как Арроманш .
Цемент и бетон используются взаимозаменяемо, но существуют технические различия, и значение цемента изменилось с середины девятнадцатого века, когда появился ферроцемент . Ферро- означает железо, хотя металл, обычно используемый в ферроцементе, — это легированная железом сталь . Цемент в девятнадцатом веке и ранее означал раствор [3] или щебень или плитку, смешанные с известью и водой для образования прочного раствора. [4] Сегодня цемент обычно означает портландцемент , [5] Раствор — это паста из связующего вещества (обычно портландцемента), песка и воды; а бетон — это жидкая смесь портландцемента, песка, воды и щебня, которая заливается в опалубку (опалубку). Железобетон — это первоначальное название железобетона (армированного бетона), известного по крайней мере с 1890-х годов, а в 1903 году он был хорошо описан в журнале Лондонского общества инженеров [6], но теперь его часто путают с ферроцементом.
Изобретателями ферроцемента являются французы Жозеф Монье , который назвал его «ciment armé» (армированный цемент), и Жозеф-Луи Ламбо , который построил лодку с этой системой в 1848 году. [7] Ламбо выставил судно на Всемирной выставке в 1855 году, и его название для материала «ferciment» прижилось. Ламбо запатентовал свою лодку в 1855 году, но патент был выдан в Бельгии и действовал только в этой стране. Во время получения первого патента Монье, в июле 1867 года, он планировал использовать свой материал для создания урн, кашпо и цистерн. Эти орудия традиционно изготавливались из керамики , но крупномасштабные проекты, обжигаемые в печи, были дорогими и подверженными неудачам. В 1875 году Монье расширил свои патенты, включив в них мосты, и спроектировал свой первый мост из стали и бетона. Внешний слой был вылеплен так, чтобы имитировать деревенские бревна и брусья, тем самым также возвещая о появлении faux bois (поддельного дерева) бетона. В первой половине двадцатого века итальянец Пьер Луиджи Нерви был известен своим использованием ферроцемента, по-итальянски называемого ferro-cemento .
Железобетон обладает относительно хорошей прочностью и ударопрочностью. При использовании в строительстве домов в развивающихся странах он может обеспечить лучшую устойчивость к огню, землетрясениям и коррозии, чем традиционные материалы, такие как дерево, саман и каменная кладка. Он был популярен в развитых странах для строительства яхт, поскольку эту технику можно освоить относительно быстро, что позволяет людям сокращать расходы, предоставляя собственную рабочую силу. В 1930–1950-х годах он стал популярен в Соединенных Штатах как метод строительства и скульптуры для архитектуры новизны , примерами которой являются динозавры Кабазон и работы Альберта Враны .
Желаемая форма может быть построена из многослойной конструкции из сетки, поддерживаемой арматурой, или сетки, сделанной из арматуры и связанной проволокой. Для оптимальной производительности сталь должна быть обработана от ржавчины ( оцинкована ) или из нержавеющей стали . Поверх этого готового каркаса наносится соответствующая смесь ( затирка или раствор ) портландцемента , песка и воды и/или добавок для проникновения в сетку. Во время затвердевания сборка может оставаться влажной, чтобы гарантировать, что бетон сможет медленно схватываться и затвердевать, и избежать образования трещин, которые могут ослабить систему. Следует предпринять шаги, чтобы избежать попадания воздуха во внутреннюю структуру во время влажной стадии строительства, так как это также может привести к образованию трещин, которые будут образовываться по мере высыхания. Захваченный воздух оставит пустоты, которые позволят воде собираться и разрушать (ржаветь) сталь. Современная практика часто включает распыление смеси под давлением (метод, называемый торкретированием ) или какой-либо другой метод вытеснения захваченного воздуха.
Старые конструкции, которые вышли из строя, дают подсказки для более эффективных методов. Помимо устранения воздуха в местах его контакта со сталью, современные добавки для бетона могут включать акриловые жидкие « добавки » для замедления влагопоглощения и повышения ударопрочности затвердевшего продукта или для изменения скорости отверждения. Эти технологии, заимствованные из коммерческой торговли плиткой, значительно помогли в восстановлении этих конструкций. [8] Рубленое стекло или поливолокно можно добавлять для уменьшения развития трещин во внешней оболочке. (Рубленое волокно может препятствовать хорошему проникновению затирки в стальные сетчатые конструкции. Это следует учитывать и смягчать или ограничивать использование на внешних последующих слоях. Рубленые волокна также могут изменять или ограничивать некоторые методы мокрой скульптуры.)
Экономическое преимущество железобетонных конструкций заключается в том, что они прочнее и долговечнее, чем некоторые традиционные методы строительства. [ необходима цитата ] Железобетонные конструкции можно возводить быстро, что может иметь экономические преимущества. [9]
В Индии часто используют железобетон, поскольку конструкции, изготовленные из него, более устойчивы к землетрясениям . [ необходима ссылка ] Сейсмостойкость зависит от хорошей строительной техники.
В 1970-х годах проектировщики адаптировали свои проекты яхт к тогда очень популярной схеме строительства на заднем дворе с использованием ферроцемента. Его большой привлекательностью было то, что при минимальных затратах и расходах, разумном применении навыков, любитель мог построить гладкий, прочный и прочный корпус яхты. Корпус из ферроцемента может оказаться такого же или меньшего веса, чем корпус из армированного волокном пластика (стекловолокна), алюминия или стали . [ необходима цитата ]
В основном существует три типа методов ферроцемента. Они следующие:
Преимуществами качественной железобетонной конструкции являются малый вес, затраты на техническое обслуживание и длительный срок службы по сравнению с чисто стальными конструкциями. [10] Однако скрупулезная точность строительства считается решающей, особенно в отношении цементного состава и способа его нанесения на каркас, а также того, как каркас был обработан для защиты от коррозии.
Когда железобетонный лист подвергается механической перегрузке, он будет склонен складываться, а не ломаться или крошиться, как камень или керамика. Как контейнер, он может выйти из строя и протечь, но, возможно, удержаться. Многое зависит от методов, используемых при строительстве.
Используя пример гаваней Малберри, можно было бы изготавливать сборные конструкции для портов (например, Джеймстауна на острове Святой Елены), где традиционное гражданское строительство затруднено.
Недостатком железобетонного строительства является его трудоемкость, что делает его дорогим для промышленного применения в западном мире. Кроме того, существует вероятность возникновения угрозы деградации (ржавчины) стальных компонентов, если в исходной конструкции остаются воздушные пустоты из-за слишком сухой смеси наносимого бетона или из-за того, что воздух не вытесняется из конструкции на этапе ее мокрого строительства с помощью вибрации, методов распыления под давлением или других средств. Эти воздушные пустоты могут превратиться в лужи воды, поскольку затвердевший материал впитывает влагу. Если пустоты возникают там, где есть необработанная сталь, сталь ржавеет и расширяется, что приводит к отказу системы.
В современной практике появление жидких акриловых добавок и других усовершенствований в затирочной смеси приводит к более медленному впитыванию влаги по сравнению со старыми формулами, а также увеличивает прочность сцепления, чтобы смягчить эти неудачи. Этапы восстановления должны включать обработку стали для остановки ржавчины, используя методы обработки старой стали, распространенные в ремонте кузовов автомобилей.
В 1960-х годах в Австралии, Новой Зеландии и Великобритании домашние судостроители поняли, что при заданном бюджете ферроцемент позволяет сделать корпус гораздо большего размера, чем это было бы возможно. Однако некоторые строители не смогли понять, что корпус составляет лишь незначительную часть общей стоимости, поскольку более крупная лодка потребовала бы гораздо более высоких расходов на оснащение. В результате несколько самодельных ферроцементных лодок стали незавершенными проектами или, если и были закончены, то плохо выполненными, перегруженными, комковатыми «ужасами». Понимая, что их лодки не просто разочаровывают, но и не продаются, некоторые строители застраховали свои лодки и обманным путем утопили их в ожидании компенсации. Страховые компании долго помнят о таких мошенничествах, и сегодня даже для хорошо построенных ферроцементных лодок стало трудно получить страховое покрытие для сторонних рисков, в то время как полное покрытие практически недостижимо. [ необходима цитата ]