Beton — skład, właściwości, rodzaje i znaczenie w budownictwie
Przegląd betonu: skład, reakcja uwodnienia, właściwości mechaniczne, główne typy, historia zastosowań oraz praktyczne aspekty wykonawstwa i wpływ na środowisko.
Przegląd
Beton to powszechny materiał budowlany powstający z mieszaniny spoiwa, kruszywa i wody. Jego rola w budownictwie jest kluczowa: stosuje się go do tworzenia fundamentów, ścian, mostów i nawierzchni. W praktyce termin "beton" oznacza gotową masę, a nie samo spoiwo — cement. Dla dalszych informacji o jego zastosowaniach i normach można odwołać się do źródeł technicznych: materiały budowlane, przykłady budynków i konstrukcje inżynierskie.
Galeria obrazów
10 Obrazy
Skład i proces wiązania
Podstawowe składniki to cement portlandzki jako spoiwo, kruszywo drobne (piasek) i grube (żwir, tłuczeń) oraz woda. Mieszanka zawiera też często domieszki i dodatki chemiczne, które zmieniają właściwości robocze, czas wiązania lub trwałość. Reakcja chemiczna między cementem a wodą (uwodnienie) powoduje utwardzanie i powstawanie charakterystycznej matrycy łączącej ziarna kruszywa. Zjawiska te opisują opracowania dotyczące pasty cementowej i technologii: cement portlandzki, piasek, kruszywo i woda w betonie.
Właściwości mechaniczne
Beton ma dużą wytrzymałość na ściskanie, ale jest słabszy na rozciąganie i zginanie; z tego powodu często stosuje się zbrojenie stalowe lub elementy sprężone. Cechy takie jak gęstość, trwałość, odporność na mróz czy przepuszczalność zależą od proporcji, jakości składników i procesu pielęgnacji. Kontrola konsystencji czy dodatek powietrzenia wpływa na pracochłonność i trwałość: pasta cementowa, monitorowanie konsystencji, szalunki, reakcje chemiczne i uwodnienie.
Rodzaje i modyfikacje
W praktyce wyróżnia się wiele odmian: beton zwykły, zbrojony (żelbet), sprężony, lekkie i ciężkie, samozagęszczalny, napowietrzony, a także specjalne mieszanki wodoszczelne lub przeznaczone do betonowania pod wodą. Modyfikacje osiąga się przez dobór kruszyw, dodatków mineralnych, polimerów lub włókien. Przykłady zastosowań i typów można znaleźć w materiałach branżowych: chodniki, konstrukcje architektoniczne, fundamenty, drogi i mosty.
Historia i rozwój
Pierwsze formy materiałów zbliżonych do betonu pojawiały się już w starożytności, a Rzymianie znacznie rozwinęli techniki używania mieszanek hydraulicznych. W XIX wieku opracowanie cementu portlandzkiego i postęp technologii produkcji umożliwiły gwałtowny rozwój współczesnego betonu. Tradycja i współczesne rozwiązania łączą się w licznych konstrukcjach: parkingi, mury, schody, ogrodzenia czy słupy, a nawet kadłuby łodzi: betonowe jednostki pływające.
Zastosowania, trwałość i wpływ środowiskowy
Beton jest materiałem o szerokim zastosowaniu: od elementów małej architektury po wielkie obiekty inżynierskie. Jego trwałość zależy od jakości wykonania, ochrony zbrojenia i odpowiedniej pielęgnacji. Ważna jest kontrola procesu dojrzewania, właściwe utwardzanie i zabezpieczanie przed chemiczną korozją. Z drugiej strony produkcja cementu wiąże się z emisją CO2, dlatego rośnie rola recyklingu betonu, stosowania dodatków pochodzenia wtórnego i nowych technologii ograniczających wpływ na środowisko: łącznik, wytrzymałość na ściskanie, ograniczenia wytrzymałości rozciągającej, odporność sejsmiczna oraz historyczne i techniczne źródła: rozwój materiału.
Dodatki
Istnieje wiele dodatków, które przyspieszają wiązanie betonu, spowalniają, wzmacniają, zmniejszają korozję i tak dalej. Rzymianie odkryli, że dodanie popiołu wulkanicznego spowodowało powstanie betonu, który związałby się pod wodą. Rzymianie wiedzieli również, że dodanie sierści koni sprawia, że beton jest mniej podatny na pękanie podczas wiązania, a dodanie krwi czyni go bardziej odpornym na mróz.
Nowoczesny beton został wykonany w 1756 roku przez brytyjskiego inżyniera Johna Smeatona. Dodał on do cementu kamyczki i cegłę w proszku. W 1824 roku angielski wynalazca Joseph Aspdin wynalazł cement portlandzki, który pozostał głównym cementem używanym do produkcji betonu. Spalał on razem wapień i glinę. Proces spalania zmienił właściwości chemiczne materiałów i Aspdin stworzył silniejszy cement niż zwykły kruszony wapień, który mógł wytworzyć sam.
W XIX wieku francuski ogrodnik Joseph Monier wynalazł w 1849 roku żelbeton (opatentowany w 1867 roku). François Coignet badał i ulepszał go. Jest to beton z umieszczonymi w nim prętami stalowymi, zwanymi rebars (prętami zbrojeniowymi). Włókno szklane lub plastikowe zaczyna zastępować pręty stalowe.
Wiele nowoczesnych środków chemicznych można dodawać do mieszaniny, aby osiągnąć specjalne cele. Superplastyfikatory" to substancje chemiczne, które poprawiają urabialność, co oznacza zdolność do kształtowania betonu przed jego stwardnieniem. Pigmenty mogą zmieniać matowy szary kolor. Inhibitory korozji mogą zmniejszać rdzewienie prętów stalowych. Pochłanianie powietrza" to wydmuchiwanie małych pęcherzyków powietrza w betonie przed jego stwardnieniem. Pomaga to betonowi przetrwać mróz i rozmrażanie w zimnym klimacie. Żużel wielkopiecowy może być mieszany z betonem. Zmienia on kolor na prawie czysty biały i sprawia, że beton jest mocniejszy.
Pytania i odpowiedzi
P: Z czego zrobiony jest beton?
O: Beton jest materiałem złożonym z cementu portlandzkiego, piasku, żwiru lub kruszywa i wody w różnych proporcjach w zależności od zadania.
P: Ile betonu produkuje się rocznie?
O: W 2006 roku wyprodukowano około 7,5 miliarda metrów sześciennych betonu rocznie - więcej niż jeden metr sześcienny na każdego mieszkańca Ziemi.
P: Co tworzy mieszanie składników?
O: Mieszając składniki razem, powstaje pasta, podobna do ciasta na chleb.
P: W jaki sposób beton krzepnie?
O: Beton krzepnie w wyniku reakcji chemicznej zwanej hydratacją. Woda reaguje z cementem, który łączy pozostałe składniki, tworząc w końcu mocny materiał przypominający kamień.
P: Jakie są powszechne zastosowania betonu?
O: Powszechne zastosowania betonu to chodniki, rury, konstrukcje architektoniczne, fundamenty, autostrady, mosty i wielopiętrowe konstrukcje parkingowe. Można z niego również wykonywać ściany, stopy pod bramy i ogrodzenia, a nawet łodzie.
P: Jaka jest jedna zaleta stosowania betonu w porównaniu z innymi materiałami?
O: Jedną z zalet stosowania betonu w porównaniu z innymi materiałami jest to, że łączy on cegły i kamienie lepiej niż jakakolwiek inna metoda znana ludzkości.
P: Kiedy po raz pierwszy zastosowano beton?
O: Beton został po raz pierwszy użyty już w 5600 r. p.n.e.
Powiązane artykuły
Autor
AlegsaOnline.com Beton — skład, właściwości, rodzaje i znaczenie w budownictwie Leandro Alegsa
URL: https://pl.alegsaonline.com/art/22415
Źródła
- romanconcrete.com : The Roman Pantheon: the triumph of concrete
- minerals.usgs.gov : "Minerals commodity summary – cement – 2007"
- djc.com : Brief history of concrete
- inventors.about.com : "The history of concrete and cement"