Beton

Betonowóz trzyosiowy z napędem na dwie tylne osie

Pompa do betonu

Beton – kompozyt powstały ze zmieszania spoiwa ( cementu ), wypełniacza ( kruszywo ) i wody oraz ewentualnych domieszek nadających pożądane cechy. Swoje właściwości uzyskuje w wyniku hydratacji cementu. Jest jednym z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych we współczesnym budownictwie .

Historia

Określany również jako sztuczny kamień, beton został wynaleziony i był używany w budownictwie w Asyrii , potem w starożytnym Rzymie czasów republiki (około 200 r. 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 wykonane z betonu. Niektóre z nich przetrwały do dnia dzisiejszego. Najwspanialszym przykładem jest kopuła Panteonu z lanego betonu, o średnicy 43, 3 m, ważąca ok. 5000 ton powstała w latach 118 – 125 . Inne, to Termy Karakalli , mosty i akwedukty .

W wiekach średnich został zapomniany.

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 , zwana Smeaton's Tower) postawił w 1756 John Smeaton . Wynalezienie cementu portlandzkiego przypisywane jest innemu Anglikowi – Josephowi Aspdinowi , który w 1824 uzyskał patent na jego wyrób.

Uzyskiwanie

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).

Rodzaje betonu

Ze względu na ciężar objętościowy

• beton ciężki – o ciężarze objętościowym większym niż 2600 kg/m³, wykonywany z zastosowaniem specjalnych kruszyw (np. barytowych , stalowych , manganowych ), stosowany jako osłona biologiczna dla osłabienia promieniowania jonizującego ;
• beton zwykły:
  • o ciężarze objętościowym od 2200 do 2600 kg/m³, wykonywany z zastosowaniem kruszyw naturalnych i łamanych (piasek + żwir lub piasek + np. kamień bazaltowy) stosowany do wykonywania elementów konstrukcyjnych betonowych i żelbetowych,
  • o ciężarze objętościowym od 2000 do 2200 kg/m³, wykonywany z zastosowaniem kruszyw porowatych (np. keramzyt ) – do wykonywania elementów o podwyższonej izolacyjności cieplnej np. ścian osłonowych, pustaków ściennych i stropowych ;
• beton lekki – o ciężarze objętościowym od 800 do 2000 kg/m³, wykonywany z zastosowaniem lekkich kruszyw oraz betonów komórkowych. Betony komórkowe wytwarza się z cementu, piasku, wody i środka pianotwórczego. Betony lekkie stosuje się do wykonywania elementów ściennych i stropowych średniowymiarowych (płyty ścienne i stropowe ) i drobnowymiarowych (np. bloczki ścienne, prefabrykowane nadproża ).

Ze względu na sposób zagęszczania i wbudowania

• beton natryskowy
• beton walcowany
• beton wirowany
• beton próżniowy

Ze względu na właściwości

• betony jastrychowe
• betony polimerowe – zamiast spoiwa cementowego zawierają polimery ; betony cementowo – polimerowe – zawierają spoiwa cementowe z dodatkiem polimerów, stosowane w sytuacjach, gdy konieczne jest uzyskanie w krótkim czasie betonu o wysokiej wytrzymałości i niskiej kurczliwości podczas wiązania.
• włóknobetony – oprócz kruszyw naturalnych zawierają włókna stalowe, szklane lub syntetyczne, stosowane jako betony do wykonywania np. posadzek przemysłowych.
• żużlobetony – z dodatkiem rozdrobnionego żużlu do kruszywa
• asfaltobetony – bez cementu i wody, zawierają asfalt, mączkę mineralną, piasek, grysy kamienne i żwir – stosowany do wykonywania nawierzchni drogowych.
• beton komórkowy – o wysokiej porowatości
• beton autoklawizowany (ACC) – poddany obróbce cieplnej w środowisku pary wodnej

Najnowsze kierunki rozwoju

• beton wysokowytrzymały
• beton ultra-wysokowytrzymały
• beton przeźroczysty
• beton papierowy
• beton z pianki szklanej
• beton samoczyszczący
• beton geopolimerowy
• beton ekspansywny
• beton samozagęszczalny
• beton siarkowy

Wytrzymałość

Ważną cechą betonu jest jego wytrzymałość na ściskanie. Gwarantowaną wartość wytrzymałości określa klasa betonu. Wytrzymałość betonu jak i jego trwałość i odporność na korozję zależą w dużej mierze od jego porowatości .

Wraz z wejściem 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 cm × 15 cm × 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 $f_{ck}$ (MPa)	wytrzymałość charakterystyczna kostki na ściskanie $f_{ck, cube}$ (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 niewielka w stosunku do jego wytrzymałości na ściskanie. Przypuszczalnie spowodowane jest to powstawaniem mikrorys między zaczynem a kruszywem. Aby możliwe było przenoszenie sił rozciągających często stosuje się zbrojenie betonu wkładkami stalowymi – taki materiał nazywany jest żelbetem .

Wodoszczelność

Wodoszczelność betonu jest to 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.

Zobacz też

• żelbet
• cement
• beton podkładowo-wyrównawczy