Những tiến bộ trong phát triển bê tông xây dựng

>> Chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (P1)
>> Bê tông tôn lên vẻ đẹp cho mặt tiền
>> Bê tông từ rác thải
 
Cải tiến thế kỷ 16

Một người thợ nề ở Andernach, Đức, đã thử trộn tro núi lửa có tên là trass với vữa vôi. Vật liệu tạo ra có khả năng chịu nước và bền – và phản ứng dây chuyền bắt đầu từ khám phá này sẽ dẫn đến việc tạo ra xi măng hiện đại.

Thương mại bê tông thế kỷ 17

Vào thế kỷ 17, người Hà Lan (vốn đã thành thạo trong việc xây dựng trong nước) đã bán trass cho Pháp và Anh để sử dụng cho các tòa nhà yêu cầu đặc tính chống thấm. Hai nước đối thủ ngay lập tức bắt đầu cạnh tranh để tạo ra vật liệu xây dựng thủy lực của riêng mình.

* 1793 – Sản xuất vôi thủy lực hiện đại cho xi măng

Khi kỹ sư xây dựng người Anh John Smeaton được giao nhiệm vụ xây dựng một ngọn hải đăng mới trên Eddystone Rocks ở Cornwall, Anh, anh đã bắt đầu tìm kiếm vật liệu xây dựng chống thấm và bền nhất mà anh có thể tìm thấy. Sau khi tìm thấy đá vôi gần đó với hàm lượng đất sét cao, ông đã nung nó trong lò và biến nó thành clinker. Ông đã nghiền nó thành bột và trộn với nước để tạo ra một hỗn hợp sền sệt, rồi ông đã xây dựng ngọn hải đăng.

Trong quá trình này – và hơn 1.000 năm sau khi những bí mật của bê tông bị mất – Smeaton đã khám phá lại cách tạo ra xi măng. Không lâu sau, các nhà sản xuất bắt đầu tiếp thị khám phá của anh ấy là “xi măng La Mã”. Và Ngọn hải đăng Eddystone đã tồn tại gần 130 năm, tồn tại lâu hơn những tảng đá bị xói mòn bên dưới nó.

* 1824 – Phát minh ra xi măng Portland

Người Anh Joseph Aspdin đã tinh chế quy trình này bằng cách cho đá vôi theo tỷ lệ cân đối với đất sét và đốt hỗn hợp này trong lò nung cho đến khi loại bỏ carbon dioxide. Ông cũng đun nóng alumina và silica cho đến khi vật liệu trở nên giống như thủy tinh, sau đó nghiền thành bột và thêm chúng vào hỗn hợp đá vôi cùng với thạch cao.

Sự kết hợp hóa học của canxi, silic, nhôm, sắt, thạch cao và các thành phần khoáng chất khác tạo nên công thức riêng biệt cho xi măng poóc lăng, thành phần cơ bản của bê tông. Aspdin đặt tên cho kết quả là xi măng “Portland” vì nó giống với loại đá xây dựng chất lượng cao được khai thác ở Portland, Anh gần đó.

* 1836 – Kiểm tra độ bền

Thử nghiệm đầu tiên về cường độ chịu kéo và nén của bê tông đã diễn ra ở Đức. Độ bền kéo là khả năng chống lại lực căng hoặc kéo đứt; cường độ nén là khả năng chống lại lực nén, hoặc đẩy nhau.

* Những năm 1850 – Gia cố bằng lưới thép được cấp bằng sáng chế

Một người làm vườn người Pháp, Joseph Monier, đã thử nghiệm thành công với việc đổ bê tông qua lưới thép. (Bê tông và thép nở ra với tốc độ tương tự khi chúng nóng lên, khiến chúng trở thành một cặp hoàn hảo). Monier đã được cấp bằng sáng chế cho một số biến thể sáng chế của mình để sử dụng cho các toa tà vẹt đường sắt, các tấm xây dựng và đường ống. Bê tông cốt thép cứng hơn và thực tế hơn nhiều so với bê tông không gia cố. Nó có thể vượt qua những khoảng trống lớn hơn, cho phép bê tông bay lên dưới dạng những cây cầu và những tòa nhà chọc trời.

* Những năm 1880 – Gia cố bằng các thanh sắt

Kỹ sư người California, Ernest Ransome, bắt đầu thử nghiệm bê tông và các thanh sắt dài 2 inch để xem liệu các vật liệu có kết dính với nhau hay không. Khi họ làm vậy, Ransome đã tiến thêm một bước nữa bằng cách vặn các thanh sắt để tạo ra một phần ứng xung quanh mà anh ta có thể “xây dựng” bê tông thành bất kỳ hình dạng mong muốn nào – một thí nghiệm cũng có hiệu quả. Ngày nay chúng ta gọi hệ thống này là thanh cốt thép, hoặc thép cây, mặc dù các kỹ sư hiện đại thường sử dụng thép thay vì sắt.

Hệ thống của Ransome sẽ sớm được sử dụng trong các tòa nhà thương mại, đường xá, cầu và thậm chí cả những tòa nhà chọc trời đầu tiên. Kiến trúc sư nổi tiếng Frank Lloyd Wright bắt đầu triển khai công nghệ bê tông cốt thép trong kiến ​​trúc hiện đại. Một số tòa nhà nổi tiếng nhất của Wright – bao gồm Đền Unity ở Oak Park, Illinois, được coi là tòa nhà hiện đại đầu tiên trên thế giới; và Fallingwater ở Mill Run, Pennsylvania, tác phẩm nổi tiếng nhất của ông – được làm bằng bê tông cốt thép.

* Những năm 1880 – Thép dự ứng lực được cấp bằng sáng chế

Quy trình ứng suất trước thép đã được cấp bằng sáng chế để làm cho bê tông cứng hơn và cho phép các kỹ sư sử dụng ít thép và bê tông hơn.