beton
Beton (z fr. beton) je pevná stavební látka vytvořená ztvrdnutím betonové směsi, nebo stavivě vytvořené smícháním pojiva, plniva a vody, případně dalších přísad a příměsí, které po ztuhnutí nabývá vlastností pevné látky.
- Složení
Skládá se ze směsi:
pojivanapř. cementu ale i vápna, asfaltu, dehtu, magnezitu (xylolitové podlahy), makromolekulové pryskyřice (plastbeton), sádry (zvukově izolační příčky) a pod. Beton s vysokým obsahem cementu se nazývá mastný, s nízkým obsahem cementu chudý.
plniva např. anorganické přírodní materiály jako písek a kamenivo, ale i umělé: škvára, struska, keramzit a některé organické materiály. dřevěné piliny, pazdeří, korek, rašelina a pod. Plniva mohou mít různou frakci.
vody
přísad
příměsi
Vlastnosti
Svými vlastnostmi patří cementový beton (CB) mezi nejpoužívanější stavební materiály. Má vysokou pevnost v tlaku, ale malou pevnost v tahu a smyku. Pevnost v tlaku je podle potřeby v rozmezí od 5 do 50 MPa. Beton má vlastnosti přírodního kamene, trvanlivost a pevnost (v tlaku 3-60 MPa, v tahu asi desetkrát menší). Pro zvýšení pevnosti v tahu a únosnosti se vyztužuje ocelovými pruty, dráty a sítěmi (železobeton). Jeho pevnost a vlastnosti se mění složením a zpracováním směsi. Pevnost je i jeho nevýhodou, neboť rekonstrukce betonových konstrukcí jsou velmi pracné. Pevnost závisí hlavně na frakci písku nebo štěrku. Nejpevnější a nejdražší jsou vibrované betony s malou frakcí písku. Je lehce tvarovatelný a umožňuje s pomocí bednění vytvořit v rámci statických možností rozmanité tvary. Je odolný vůči chemickým látkám, vysokým teplotám, je trvanlivý a má objemovou stálost. Trvanlivost betonu je velká ve vodě i na vzduchu.
Beton tuhne cca 28 dní. Tvrdnutí ale pak nekončí, beton tvrdne při správné vlhkosti skoro donekonečna (i pod vodou). Jako výztuž se používá hlavně ocel STN11xxx (konstrukční oceli, betonářská ocel). Spojení umožňuje skoro stejná tepelná roztažnost oceli a betonu.
Nevýhodou betonu je jeho hmotnost, která závisí na použitých materiálech (zejména kameniva). U prostého betonu se měrná hmotnost pohybuje v rozsahu 2 000 až 2 400 kg/m3 au železobetonu 2 300 až 2 600 kg/m3. U prefabrikátů je nutná asistence zdvihacích mechanismů, které zvyšují náklady stavby. Tepelná vodivost má také negativní vliv na stavbu a závisí na hutnosti betonu. Objem betonu se při tuhnutí a tvrdnutí mění, přičemž vznikají praskliny, tyto se odstraňují dilatačními spárami.
Historie
Používání betonu se ve větším měřítku rozšířilo až ve 20. století. Prostý beton se však používal již v dávnějším období. Peršané, Kartaginci, ale zejména staří Římané používali beton jako stavební materiál, o čemž svědčí dodnes zachované stavby jako silnice a akvadukty, které pocházejí z 1. století našeho letopočtu. Beton se po pádu Římské říše přestal používat na mnoho staletí.
Beton se znovu objevil až v roce 1774, kdy jej John Smeaton použil při opravě základů majáku v Edystonu v Anglii. Smeaton přidal železnou strusku do obvyklé kombinace nehašeného vápna, písku a vody. Vznikl tak první moderní beton.[1]
V širším rozsahu se beton začal používat až o 50 let po zavedení výroby Portlandského cementu. Patent k jeho výrobě získal v roce 1824 anglický kamenář Joseph Aspdin z Leedsu v portlandském hrabství. Původ názvu portlandský cement pochází právě odtud. O zavedení průmyslové výroby cementu se v roce 1845 přičinil Angličan Johnson, který objevil proces pálení vápence a hlíny. Díky výrobě portlandského cementu se ve druhé polovině 19. století vybudovaly zejména ve Francii pozoruhodné inženýrské stavby z prostého betonu. K myšlence kombinovat beton se železnými prvky dospěl v roce 1849 Francouz Joseph-Louis Lambot při stavbě člunu, kdy na drátěnou síť nanášel cementovou maltu. Tento člun se používal 60 let. O šest let poté mu byl udělen patent na stavbu lodí s vyztuženým betonem. V roce 1861 zveřejnil Francouz Francois Coignet první knihu o betonu a jeho praktickém využívání ve stavebnictví. Kniha se jmenovala Les betons aglomerés appliqués l´art de construire a popisovalo se v ní aplikování železobetonu v konstrukcích stavby. Jeho vlastní dům ze železobetonu (Paříži z roku 1862) existuje dodnes.[1] Hned na to americký právník Hyatt v roce 1877 publikoval objev výhodnosti použití železobetonu při namáhání ohybem a v souvislosti s požárem
Vývoj betonu
Angličan J. B. White sice již v roce 1837 postavil dům z betonu a francouzský podnikatel Francois Coignet si dal v roce 1856 patentovat vkládání železných předpjatých tyčí do cementové hmoty, ačkoliv úspěšná historie železo. Monier hledal hmotu na vodovodní trubky, které by odolávaly mrazům a přitom objevil nové přednosti materiálu: Když spojíme tekutý cementový koš se železným drátem, vzniká vnitřní vazba organického charakteru. Cement obklopuje železné tyče jako sval kostru. Význam správného uložení ocelového pletiva a tím rozdělení tlakových a tahových sil uvnitř betonu si však Monier neuvědomoval. Přesto se jeho patent na betonové nádoby pro květiny z roku 1867 a později dodatečný patent z roku 1878, který přihlásil v mezinárodní řadě, stal výnosným obchodem.
To vedlo k dlouholetému sporu s berlínským mistrem Rabitsem, který si také chtěl prosadit svůj patent na vkládání železa do betonu. Sám Monier pracoval na několika nápadech ve spojitosti s železobetonem, například železobetonové rakve. Postavil vodovodní zásobníky, obdržel patenty na několik návrhů pro mosty a podporoval používání železobetonu pro podlahy, klenby, pražce a mosty.
Protože nebyl inženýr, nemohl ve Francii budovat mosty. Svůj patent prodal podnikatelům v Německu a Rakousku (Wayss, Freitag a Schuster), kteří postavili první železobetonové mosty v Evropě. Například v roce 1884 ve Trevíru, kde se s jeho systémem seznámil podnikatel Conrad Freytag. Tento nakonec získal práva pro jižní Německo zatímco patentová práva pro severní Německo převzal Gustav Adolf Wayss. Kvůli způsobu zabezpečení stavby se Wayss snažil o používání vědeckých metod a množství zatěžovacích pokusů na monierových klenbách, jejichž výsledky zveřejnil v roce 1887 ve spisu s titulem Systém moniéra a jeho aplikace ve stavebnictví. Doplňujícím stavebním krokem bylo, když Francouz Francois Henebique přenesl princip na všechny stavební prvky, čímž se zasloužil o vytvoření monolitické konstrukce.
Zpracování betonu
Kvůli velkým požadavkům se beton vyrábí průmyslově v betonárnách a na místo určení se dopravuje domíchávači betonu. U velkých staveb (dálnice, mosty) se betonárny staví blízko staveniště. Na místě určení se beton lije do předem připraveného bednění a vzniká tak monolit. Pro hůře dostupná místa se beton dopravuje také pomocí beton pumpy nebo košů, které se zvedají pomocí jeřábů. Beton pumpa je speciálně upravený nákladní automobil s hydraulickým ramenem v délkách 20 až 70 metrů, na které je připevněno ocelové potrubí o průměru 100 a 125 mm as pomocí hydraulických pístů tlačí betonovou směs do potrubí. Menší množství betonu lze pracně zpracovávat i ručně na místě použití.
Cementový beton se nemůže zpracovávat při nízkých teplotách. Voda, která tvoří součást směsi mrzne a chemická reakce mezi pojivem a kamenivem kvůli tomu následně neproběhne. Je-li beton při tvrdnutí vystaven vysokým teplotám (např. přímému slunečnímu záření), musí se ošetřovat vodou, aby nevznikly praskliny při vypařování příměsové vody. Pokud je na druhé straně beton vystaven dešti, musí být ochráněn před vodou, aby nevyplavila pojivo.
Druhy příměsi
Betonové příměsi jsou jednou ze složek betonu. Jedná se o jemné práškové látky, které se přidávají do betonové směsi již během míchání. Objem příměsí v čerstvé betonové směsi se pohybuje v rozmezí 10–40 % hmotnosti cementu. Příměsi v betonu mají za úkoly zlepšení technologických vlastností čerstvého betonu, jakož i mechanických vlastností zatvrdlého betonu.
Létavý popílek
zvyšuje množství záměsové vody
zvyšuje dlouhodobé pevnosti betonu
snižuje hloubku karbonizace betonu
Křemičité látky, úlety
zvyšuje množství záměsové vody
ovlivňuje pórovitou strukturu betonu (pórovitost zvyšuje nasákavost)
zvyšuje pevnost betonu
zvyšuje odolnost betonu vůči agresivnímu prostředí (vhodný pro vodohospodářský a chemický průmysl)
Barevné pigmenty
slouží k zabarvení betonu
Betonové přísady
Betonové přísady jsou jednou ze složek betonu. Jedná se o chemické sloučeniny, které se přidávají do betonové směsi již během míchání. Objem přísad v čerstvé betonové směsi se pohybuje v rozmezí 2-50 g/m3.
Plastifikační přísady
snižují povrchové napětí betonu
zlepšují zpracovatelnost betonové směsi (delší dopravní vzdálenost)
snižují potřebné množství záměsové vody
zvyšují pevnost v tlaku zatuhlé směsi až o 10%
Stabilizační přísady
snižují odmíchávání vody
snižují výšku elevace vody
zvyšují hutnost zatvrdlého cementu, snižují pórovitost, zamezují vzlínání a sání vody
Provzdušňovací přísady
vytvářejí velký počet mikroskopických pórů
dodávají odolnost vůči opakovanému zamrzání a rozmrzání a rozmrazovacím solím
Zpomalovací přísady
zpomalují tuhnutí a tvrdnutí betonové směsi
Urychlovací přísady
urychlují tuhnutí a tvrdnutí betonové směsi
Ostatní přísady
inhibitory koroze
biocidní přísady
plynotvorné přísady (pro tvorbu pórobetonu)
splňující adhezní funkci (zvyšují soudržnost nové směsi s již zatvrdlým betonem)
Druhy betonu
Suchý beton je beton, který je v sypkém stavu a dá se přepravovat i bez pomoci domíchávačů. Na rozdíl od normálně zpracované betonové směsi se do suchého betonu přidává malé procento vody. Nejčastěji se používá při výstavbě dálnic jako podkladní beton (stabilizace) pod asfaltový koberec. Při ukládání suchého betonu se sype přímo z korby nákladního auta do finišeru, který ukládá rovnoměrně silné vrstvy. Po uložení se válcuje a postřikuje vodou pro lepší pevnost.
Prostý beton je beton bez přidané výztuže. Je používán hlavně jako podkladní beton. Jeho opakem je železobeton.
Vyztužené betony ocelové: železobetony
Předpjatý beton, je prefabrikovaný železobeton. Takový beton se vyrábí tak, že výztuž se v bednění mechanicky natáhne na požadované hodnoty. Do bednění se přidá betonová směs a celá směs se v bednění vibruje. Po ztuhnutí se natažená ocelová výztuž uvolní a vznikne předpětí. Má vyšší pevnost v tlaku a používá se zejména při výstavbě mostů.
Drátkobeton, je beton s příměsí ocelových vláken, které zvyšují jeho pevnost v tlaku. Používá se na podlahy s vysokým zatížením (průmyslové podlahy) a pro zpevněné plochy (parkoviště).
Asfaltový beton(AB), je kamenivo různé frakce obalované asfaltem. Používá se při výstavbě krycích vrstev komunikací (bitumenové kryty).
Speciální druhy:
Žáruvzdorný beton–žáruvzdornost závisí na použitém kamenivu, při použití kvalitnějšího kameniva se pohybuje v hodnotách až 800°C au železobetonu do 600°C.
Pohledový beton – je beton s povrchovou úpravou, zejména na fasádách nebo pohledových konstrukcích.
Lehčené druhy: jsou betony do kterých se přimíchává perlit, nebo granulovaný polystyren - EPS. Je používán hlavně k odlehčení a izolaci podlah vícepatrových rodinných domů.
Druhy: provzdušněný beton, pórobeton/drenážní beton (pro odvodňovací systémy), perlitbeton
Použití
Používá se hlavně ve stavebnictví pro tvorbu nosných konstrukcí, ale také v zahradnictví a sochařství. Z betonu se vyrábí i zámková dlažba, bednící tvárnice, tašky, různé prefabrikáty jako nosníky, panely, sloupy, obrubníky, opěrné zdi, žlaby, svodidla, garáže, šachty, žumpy a pod.
Betonové konstrukce
Používají se jako nosné prvky s velkou pevností nebo nenosné/výplňové prvky s tepelně-izolačními vlastnostmi. Konstrukční nosné prvky se používají jako sloupy, stropy, překlady, pilíře a pod. Silniční nosné prvky jsou používány pro průmyslové podlahy, silniční a letištní plochy, mají zvýšenou odolnost proti mechanickému opotřebení a povětrnostním vlivům. Vodohospodářské konstrukce mají zvýšenou odolnost vůči působení vody a jsou používány při stavbě přehrad a nádrží.