beton

Beton (z fr. béton) je pevná stavebná látka vytvorená stvrdnutím betónovej zmesi, alebo stavivo vytvorené zmiešaním spojiva, plniva a vody, prípadne ďalších prísad a prímesí, ktoré po stuhnutí nadobúda vlastnosti pevnej látky.

Sastav

Sastoji se od mije:

• veziva npr. cementa ali i vapna, asfalta, dechta, magnezita (xylolitni podlozi), makromolekulske smole (plastbeton), gipsa (zvučno izolacijski zidovi) i slično. Beton s visokim sadržajem cementa se zove mastan, s niskim sadržajem cementa sirov.
• napunaka npr. anorganski prirodni materijali kao pjesak i kamenje, ali i umjetni: škvara, troska, keramzit i neki organski materijali npr. drveni pilje, pazderije, kork, rašelina i slično. Napunke mogu imati različite frakcije.
• vode
• prisade
• primese

Svojstva

Svojim svojstvima cementni beton (CB) pripada među najviše korištenim stambenim materijalima. Ima visoku čvrstoću u pritisku, ali malu čvrstoću u vuči i kliznju. Čvrstoća u pritisku je prema potrebi u rasponu od 5 do 50 MPa. Beton ima svojstva prirodnog kamena, trajnost i čvrstoću (u pritisku 3-60 MPa, u vuči otprilike deset puta manju). Za povećanje čvrstoće u vuči i nosivosti se armira čeličnim šipkama, žicama i mrežama (željezobeton). Njegova čvrstoća i svojstva se mijenjaju sastavom i obradom smese. Čvrstoća je i njegova neprednost, jer rekonstrukcije betonskih konstrukcija su vrlo radno zahtjevne. Čvrstoća ovisi glavno o frakciji pjeska, ili šljunka. Najčvršći i najskuplji su vibrirani betoni s malom frakcijom pjeska. Je lako oblikovljiv i omogućuje s pomoću šablona stvoriti unutar statičkih mogućnosti raznolike oblike. Je otporan prema hemijskim tvarima, visokim temperaturama, je trajan i ima volumensku stabilnost. Trajnost betona je velika u vodi i na zraku.

Beton tuži oko 28 dana. Tvrđenje ali potom ne završava, beton tvrđe pri pravilnoj vlagosti gotovo do beskonačnosti (i pod vodom). Kao armatura koristi se glavno čelik STN11xxx (konstrukcijski čelici, betonski čelik). Spajanje omogućuje gotovo ista toplinska širenja čelika i betona.

Neprednost betona je njegova masa, koja ovisi o korištenim materijalima (najviše kamenju). Pri jednostavnom betonu se mjerena masa kreće u rasponu 2 000 do 2 400 kg/m³ i pri željezobetonu 2 300 do 2 600 kg/m³. Pri prefabrikatima je potrebna pomoć dizalnih mehanizama, koji povećavaju troškove građevine. Toplena vodljivost ima također negativan utjecaj na građevinu i ovisi od gustine betona. Volumen betona se pri tuženju i tvrđenju mijenja, pri čemu nastaju pukotine, te se uklanjaju dilatacijskim pukotinama.

Povijest

Korištenje betona se u većoj mjeri proširilo tek u 20. stoljeću. Jednostavni beton se međutim koristio u ranijem razdoblju. Peržani, Kartaginjani, ali najviše stari Rimljani korišteni beton kao stambeni materijal, o čemu svjedoče i danas sačuvane građevine kao putevi i akvedukti, koji dolaze iz 1. stoljeća naseg godišnjeg računa. Beton se nakon pada Rimskog carstva prestao koristiti tijekom više stoljeća.

Beton se opet pojavio tek u godini 1774, kada ga je John Smeaton korišteno za popravak temelja majaka u Edstoneu u Engleskoj. Smeaton je dodao željeznu trosku u običnu kombinaciju nežarenog vapija, pjeska i vode. Tako je nastao prvi moderni beton.^[1]

U širem rasponu beton se počeo koristiti tek 50 godina nakon uvoda proizvodnje portlandskog cementa. Patent za njegovu proizvodnju je dobio u godini 1824 engleski kamenjar Joseph Aspdin iz Leedsa u portlandskom grofoviju. Povijest imena portlandski cement potječe upravo odatle. O uvod u industrijsku proizvodnju cementa se u godini 1845 pridonio Englez Johnson, koji je otkrio proces pečenja vapija i glina. Zbog proizvodnje portlandskog cementa u drugoj polovici 19. stoljeća su izgrađene najviše u Francuskoj izuzetne inženjerske građevine od jednostavnog betona. K ideji kombinirati beton s željeznim elementima došao je u godini 1849 Francuz Joseph-Louis Lambot prilikom izgradnje čamca, kada je na žičanu mrežu nanosio cementnu malteru. Taj čamac je bio korišten 60 godina. O šest godina kasnije mu je dodijeljen patent za izgradnju čamaca s armiranim betonom. U godini 1861 je objavio Francuz Francois Coignet prvu knjigu o betonu i njegovom praktičnom korištenju u stambenstvu. Knjiga se zvala Les betóns aglomérés appliqués l´art de construire i opisivalo se u njoj primjenu željezobetona u konstrukcijama građevine. Njegov vlastiti kuća od željezobetona (Parizu iz godine 1862) postoji i danas.^[1] Hned za to američki pravnik Hyatt u godini 1877 je objavio otkriće prednosti korištenja željezobetona pri opterećenju savijanjem i u vezi s požarom

Razvoj betona

Englez J. B. White već je u godini 1837 izgradio kuću od betona i francuski poslovnik Francois Coignet je u godini 1856 zatražio patent za ubacivanje željeznih prednapetih šipki u cementnu masu, iako je uspješna povijest željezobetona započela tek otkrićem pariskog vrtlarina Josepha Moniera. Monier je tražio materijal za vodovodne cijevi koji bi otporavao mrazu i time je otkrio nove prednosti materijala: Kada se spoje tekući cementni kovčeg s željeznom žicom, nastaje unutarnja veza organskog karaktera. Cement obuhvata željezne šipke kao mišić kostur. Značaj pravilnog postavljanja čeličnog pletera i time dijeljenje pritiskovih i vučnih sila unutar betona, Monier nije shvaćao. Iako je njegov patent za betonske posude za cvijeće iz godine 1867 i kasniji dodatni patent iz godine 1878, koji je prijavio u međunarodnoj ruci, postao donosivim poslom.

To je dovezlo do dugotrajnog sukoba s berlinskim majstorom Rabitsom, koji se želio presuditi svoj patent za ubacivanje željeza u beton. Sam Monier je radio na više ideja u vezi s željezobetonom, npr. željezobetonske sandukove. Izgradio je vodovodne rezervoare, primio patente za nekoliko projekata za mostove i podržavao korištenje željezobetona za podloge, krovišta, podrumi i mostove.

Zato što nije bio inženjer, nije mogao u Francuskoj izgraditi mostove. Svoj patent je prodalo poslovnicima u Njemačkoj i u Austriji (Wayss, Freitag i Schuster), koji su izgradili prve željezobetonske mostove u Europi. Na primjer u godini 1884 u Treviru, gdje se s njegovim sustavom upoznao poslovnik Conrad Freytag. Ovaj je na kraju dobio prava za južnu Njemačku dok su patentna prava za sjevernu Njemačku preuzeo Gustav Adolf Wayss. Zbog načina osiguravanja građevine, Wayss je pokušavao korištenje znanstvenih metoda i velik broj opterećenih ispitivanja na monierovim krovištima, rezultate kojih je objavio u godini 1887 u knjizi s naslovom Sustav moniéra i njegova primjena u stambenstvu. Dopunski građevinski korak bio je kada je Francuz Francois Henebique prenio princip na sve građevinske elemente, čime se zaslužio za stvaranje monolitne konstrukcije.

Obrada betona

Zbog velikih zahtjeva beton se proizvodi industrijski u betonskim radnjama i na mjesto odredišta se prevozi miješačima betona. Pri velikim građevinama (autoceste, mostovi) se betonske radnje izgraduju blizu građevišta. Na mjesto odredišta se beton ulijeva u unaprijed pripremljeni šablon i time nastaje monolit. Za teško dostupna mjesta beton se prevozi i pomoću betonske pumpe ili kovčega, koje se dižu pomoću kranova. Betonska pumpa je posebno prilagođeno teretno vozilo s hidrauličkim rukavcem u duljinama 20 do 70 metara, na kojoj je pričvršćena čelična cijev promjera 100 i 125 mm i s pomoću hidrauličkih klipova tlači betonsku smesu u cijev. Manje količine betona se mogu i ručno obraditi na mjestu upotrebe.

Cementni beton se ne može obraditi pri niskim temperaturama. Voda, koja je dio smese, mrazne i hemijska reakcija između veziva i kamenja zbog toga ne preteče. Ako je beton pri tvrđenju izložen visokim temperaturama (npr. direktnom sunčanom zračenju), mora se hraniti vodom da ne nastanu pukotine pri isparavanju primesne vode. Ako je s druge strane beton izložen kiši, mora se zaštititi od vode da ne izplavi vezivo.

Vrste primese

Betonske primese su jedna od komponenti betona. Radi se o jemne praškaste tvari koje se dodaju u betonsku smesu već tijekom miješanja. Volumen primese u svježoj betonskoj smesi kreće se u rasponu 10 – 40 % mase cementa. Primese u betonu imaju za cilj poboljšanje tehnoloških svojstava svježeg betona, kao i mehaničkih svojstava zatvrđenog betona.

• Ljetavi popel
  • povećava količinu miješne vode
  • povećava dugoročne čvrstoće betona
  • smanjuje dubinu karbonizacije betona

• Kremičke tvari, ostaci
  • povećava količinu miješne vode
  • utječe na poroznu strukturu betona (poroznost povećava zasićenost)
  • povećava čvrstoću betona
  • povećava otpornost betona prema agresivnom okolišu (prikladan za vodne i hemijske industrije)

• Bojane pigmente
  • služe za obojavanje betona

Betonske prisade

Betonske prisade su jedna od komponenti betona. Radi se o hemijske spojeve koje se dodaju u betonsku smesu već tijekom miješanja. Volumen prisada u svježoj betonskoj smesi kreće se u rasponu 2-50 g/m³.

• Plastifikacijske prisade
  • smanjuju površinsko naprezanje betona
  • poboljšavaju obradivost betonske smese (duža transportna udaljenost)
  • smanjuju potrebnu količinu miješne vode
  • povećava čvrstoću u pritisku zatvrđene smese čak za 10%

• Stabilizacijske prisade
  • smanjuju odmiješavanje vode
  • smanjuju visinu elevacije vode
  • povećava gustinu zatvrđenog cementa, smanjuje poroznost, spriječava penjenje i apsorpciju vode

• Uvjetno prisade
  • stvaraju veliki broj mikroskopskih pora
  • dodaju otpornost prema ponovnom zamrzavanju i rastopljavanju i rastopljenim solima

• Uspavljivačke prisade
  • uspavljuju tuženje i tvrđenje betonske smese

• Ubrzivačke prisade
  • ubrzavaju tuženje i tvrđenje betonske smese

• Ostale prisade
  • inhibitori korozije
  • biocidne prisade
  • plinotvorne prisade (za stvaranje poroznog betona)
  • ispunjavaju adhezivnu funkciju (povećavaju prianjanje nove smese s već zatvrđenim betonom)

Vrste betona

• Suhi beton je beton koji je u sypkom stanju i može se prevoziti i bez pomoći miješača. U odnosu na obično obradenu betonsku smesu dodaje se u suhi beton malo postotka vode. Najčešće se koristi pri izgradnji autocesta kao podložni beton (stabilizacija) pod asfaltne ploče. Pri postavljanju suhog betona se sypa direktno iz korpe teretnog vozila u finišera, koji postavlja ravnomerno debelih slojeva. Nakon postavljanja valja se i prskava vodom za bolju čvrstoću.

• Jednostavni beton je beton bez dodane armature. Koristi se glavno kao podložni beton. Njegov suprotnik je željezobeton.

• Armirani betoni čelični: željezobetoni

Prednapeti beton, je prefabrikovani željezobeton. Takav beton se proizvodi tako da se armatura u šablonu mehanički zategne na tražene vrijednosti. U šablonu se dodaje betonska smesa i cijela smesa se u šablonu vibrira. Nakon tuženja se zategnuta čelična armatura oslobađa i nastaje prednapetost. Ima višu čvrstoću u pritisku i koristi se najviše pri izgradnji mostova.

Žičani beton, je beton s primesom čeličnih vuna, koje povećavaju njegovu čvrstoću u pritisku. Koristi se za podloge s visokim opterećenjem (industrijske podloge) i za izgrađene površine (parkirališta).

• Asfaltov beton (AB), je kamenje različite frakcije obavijeno asfaltom. Koristi se pri izgradnji pokrivačkih slojeva komunikacija (bitumenskih pokrivača).

• Specijalne vrste:
  • Vatrena otpornost betona – vatrena otpornost ovisi o korištenom kamenju, pri korištenju kvalitetnijeg kamenja kreće se u vrijednostima do 800 °C i pri željezobetonu do 600 °C.
  • Pogledni beton – je beton s površinskom obradom, najviše na fasadama ili poglednim konstrukcijama.

• Lagani vrste: su betoni u koje se dodaje perlit, ili granulirani polistiren - EPS. Koristi se glavno za olakšavanje i izolaciju podloga višekatnih kuća.
  • Vrste: uvjetni beton, porozni beton/drenirni beton (za odvodne sisteme), perlitbeton

Korištenje

Koristi se glavno u stambenstvu za stvaranje nosivih konstrukcija, ali i u vrtlarstvu i sočarstvu. Iz betona se proizvode i zamkovana pločica, šablonice, škridle, različiti prefabrikati kao grede, ploče, stupovi, obrubnici, zidački zidovi, kanali, vodila, garaže, štore, štapići i slično.

Betonske konstrukcije

 

Otkrivena korozivna armatura u betonu

Koriste se kao nosivi elementi s velikom čvrstoćom ili nenosivi/ispunski elementi s toplinsko-izolacijskim svojstvima. Konstrukcijski nosivi elementi koriste se kao stupovi, stropovi, preklad, piljeri i slično. Cestni nosivi elementi koriste se za industrijske podloge, cestne i letnišne površine, imaju povećanu otpornost prema mehaničkom trošenju i meteorološkim utjecajima. Vodne konstrukcije imaju povećanu otpornost prema djelovanju vode i koriste se pri izgradnji prijehrada i rezervoara.