W dzisiejszym świecie Beton stał się tematem o dużym znaczeniu i zainteresowaniu dużej liczby osób. Od wpływu na społeczeństwo po wpływ na różne obszary życia codziennego, Beton przykuł uwagę zarówno ekspertów, jak i entuzjastów. W tym artykule dokładnie przeanalizujemy najważniejsze informacje związane z Beton i jego znaczeniem w dzisiejszym świecie. Od jego początków po ewolucję – krytycznie przeanalizujemy jego wpływ i znaczenie w różnych kontekstach. Przygotuj się na zanurzenie w fascynującym świecie Beton i odkryj wszystko, co musisz wiedzieć na ten temat!
Beton – niejednorodny i wielofazowy kompozyt, powstały głównie z cementu, kruszywa i wody, które po wymieszaniu stają się ciałem lepkoplastyczno-stałym. Mieszanka ta dzięki hydratacji cementu przechodzi w ciało stałe, które w czasie dojrzewania wciąż zmienia swoje właściwości. Jest jednym z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych we współczesnym budownictwie.
W ostatnich latach [kiedy?] pojęcie betonu uległo znacznemu poszerzeniu, ze względu na możliwość wymiany cementu na inne spoiwa oraz zastosowania wzbogacających dodatków. Stąd można teraz nazwać beton materiałem kompozytowym uzyskanym z drobnoziarnistego wypełniacza spoiwem. Jednym z przykładów tej definicji mogą być tzw. betony żywiczne.
Określany jako sztuczny kamień, beton został wynaleziony i był używany w budownictwie w Asyrii, potem w starożytnym Rzymie czasów republiki (około 200 p.n.e.). W starożytności używano mieszaniny piasku i drobnych kamieni z zaprawą wapienną do łączenia kamieni w murze i sklepieniach. Rzymianie używali jako zaprawy naturalnej pucolany pochodzącej z popiołów wulkanicznych, najpierw z Wezuwiusza, później z innych miejsc. Dodatek popiołu wulkanicznego czynił rzymski beton wodoodpornym. W okolicach odległych od wulkanów wykorzystywano zużyte drobno zmielone dachówki. Wiele zabytków starożytnego Rzymu w całym basenie Morza Śródziemnego zostało wykonanych z betonu. Niektóre z nich przetrwały do dnia dzisiejszego - najlepszym tego przykładem jest kopuła Panteonu z kładzionego betonu, o średnicy 43,3 m, ważąca ok. 5 tys. ton powstała w latach 118–125. Inne to m.in. Termy Karakalli, mosty i akwedukty.
Na ziemiach polskich znany we wczesnym średniowieczu, wykonano z niego fundamenty kościoła na Ostrowie Lednickim.
W gotyku stosowano mieszaninę zaprawy wapiennej z bardzo drobnym piaskiem do wykonywania odlewów powtarzalnych elementów dekoracyjnych.
W XIX w. (po wynalezieniu cementu portlandzkiego) upowszechnił się materiał budowlany zwany betonem. Pierwszą konstrukcję z użyciem betonu (latarnię morską Eddystone w zatoce Plymouth, zwaną Smeaton’s Tower) postawił w 1756 roku John Smeaton. Wynalezienie cementu portlandzkiego przypisywane jest innemu Anglikowi – Josephowi Aspdinowi, który w 1824 roku uzyskał patent na jego wyrób.
Beton (zwykły) powstaje w wyniku wiązania i stwardnienia mieszanki betonowej. Mieszanka betonowa to mieszanina spoiwa (cement), kruszywa, wody i ewentualnych dodatków (do 20% w stosunku do masy spoiwa) i domieszek (do 5% w stosunku do masy spoiwa).
Kruszywa mogą być naturalne: grube (żwir), drobne (piasek o frakcjach do 2 mm) lub sztuczne (np. keramzyt). Dodatki i domieszki poprawiają właściwości mieszanek betonowych i betonów, np. zwiększają urabialność, opóźniają proces wiązania, zwiększają mrozoodporność, wodoszczelność itd.
Nie wolno stosować wody morskiej (zasolonej), mineralnej i zanieczyszczonej (np. ściekowej, rzecznej). Bez wykonywania badań można stosować wodę wodociągową.
Skład mieszanki betonowej dobiera się na podstawie analiz laboratoryjnych i obliczeń (receptura betonu), tak aby otrzymać beton o oczekiwanej wytrzymałości, odporności na działanie czynników zewnętrznych (np. o odpowiedniej ścieralności, wodoszczelności, kwasoodporności, żaroodporności, izolacyjności cieplnej).
Ważną cechą betonu jest jego wytrzymałość na ściskanie. Gwarantowaną wartość wytrzymałości określa klasa betonu. Wytrzymałość betonu, jak i jego trwałość i odporność na czynniki atmosferyczne zależą w dużej mierze od jego porowatości.
Wytrzymałość na ściskanie betonu – zależy od wielu parametrów:
Wraz z wejściem Polski do Unii Europejskiej i dostosowywaniem polskich przepisów do unijnych, została wprowadzona nowa norma (PN-EN 206-1) określająca wytrzymałość betonów zwykłych i ciężkich symbolem C../.., np. C20/25 oznacza beton o minimalnej wytrzymałości charakterystycznej oznaczonej na próbkach walcowych wynoszącej 20 MPa (próbka walcowa o wymiarach: średnica 15 cm, wysokość 30 cm) i minimalnej wartości wytrzymałości charakterystycznej (wytrzymałość charakterystyczna to wartość osiągana przez minimum 95% próbek danej partii, równoznaczne jest to z 5% przedziałem ufności) oznaczonej na próbkach sześciennych wynoszącej 25 MPa (próbka sześcienna 15 × 15 × 15 cm). Dla betonów lekkich ta sama norma wprowadza oznaczenie symbolem LC../.. (np. LC20/22).
klasa wytrzymałości dla betonu zwykłego | ||||
Klasa nadzoru | Klasa betonu | wytrzymałość charakterystyczna walca na ściskanie (MPa) |
wytrzymałość charakterystyczna kostki na ściskanie (MPa) |
średnia gwarantowana wytrzymałość na rozciąganie (MPa) |
1 | C8/10 | 8 | – | – |
C12/15 | 12 | 15 | 1,6 | |
C16/20 | 16 | 20 | 1,9 | |
C20/25 | 20 | 25 | 2,2 | |
C25/30 | 25 | 30 | 2,6 | |
2 | C30/37 | 30 | 37 | 2,9 |
C35/45 | 35 | 45 | 3,2 | |
C40/50 | 40 | 50 | 3,5 | |
C45/55 | 45 | 55 | 3,8 | |
C50/60 | 50 | 60 | 4,1 | |
3 | C55/67 | 55 | 67 | 4,2 |
C60/75 | 60 | 75 | 4,4 | |
C70/85 | 70 | 85 | 4,6 | |
C80/95 | 80 | 95 | 4,8 | |
C90/105 | 90 | 105 | 5,0 | |
C100/115 | 100 | 115 | 5,2 |
Norma PN-B-03264:2002 została w 2004 r. uzupełniona poprawką, zgodnie z którą klasom betonu oznaczanym B-20 itp. przyporządkowano równoznaczne oznaczenia np. C16/20.
Wytrzymałość betonu na rozciąganie jest dziesięciokrotnie mniejsza w stosunku do jego wytrzymałości na ściskanie. Przypuszczalnie spowodowane jest to powstawaniem mikrorys między zaczynem a kruszywem. Aby możliwe było przenoszenie sił rozciągających stosuje się zbrojenie betonu wkładkami stalowymi (pręty i siatki stalowe) – taki materiał kompozytowy nazywany jest żelbetem. Wówczas to stal przejmuje naprężenia rozciągające, a zadaniem betonu jest „praca” z siłami ściskającymi.
Wytrzymałość betonu zależy również od zawartości cementu, jednak zwiększenie jego udziału wpływa negatywnie na właściwości reologiczne, głównie na skurcz. Powstawać przez to mogą w betonie rysy i pęknięcia wynikające ze zwiększonych naprężeń oraz temperatury hydratacji.
Wodoszczelność betonu, czyli zdolność betonu do przeciwstawiania się przepływowi wody będącej pod ciśnieniem, zależy w dużej mierze od jego porowatości. Beton wodoszczelny powinien odznaczać się więc możliwie małą ilością wolnych przestrzeni w strukturze. Oznacza się ją stopniami wodoszczelności: W-2, W-4, W-6, W-8, itd, oznaczającymi 10-krotną wielkość ciśnienia wody w MPa, przy którym woda przenika w ilości dopuszczalnej podczas normowego badania tzw. badania przepuszczalności wody.