betón

Betón (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.

Zloženie

Skladá sa zo zmesi:

• spojiva napr. cementu ale aj vápna, asfaltu, dechtu, magnezitu (xylolitové podlahy), makromolekulové živice (plastbetón), sadry (zvukovo izolačné priečky) a pod. Betón s vysokým obsahom cementu sa nazýva mastný, s nízkym obsahom cementu chudobný.
• plniva napr. anorganické prírodné materiály ako piesok a kamenivo, ale aj umelé: škvara, troska, keramzit a niektoré organické materiály napr. drevené piliny, pazderie, korok, rašelina a pod. Plnivá môžu mať rôznu frakciu.
• vody
• prísad
• prímesi

Vlastnosti

Svojími vlastnosťami patrí cementový betón (CB) medzi najpoužívanejšie stavebné materiály. Má vysokú pevnosť v tlaku, ale malú pevnosť v ťahu a šmyku. Pevnosť v tlaku je podľa potreby v rozmedzí od 5 do 50 MPa. Betón má vlastnosti prírodného kameňa, trvanlivosť a pevnosť (v tlaku 3-60 MPa, v ťahu asi desaťkrát menšiu). Pre zvýšenie pevnosti v ťahu a únosnosti sa vystužuje oceľovými prútmi, drátkami a sieťami (železobetón). Jeho pevnosť a vlastnosti sa menia zložením a spracovaním zmesi. Pevnosť je aj jeho nevýhodou, pretože rekonštrukcie betónových konštrukcií sú veľmi pracné. Pevnosť závisí hlavne od frakcie piesku, alebo štrku. Najpevnejšie a najdrahšie sú vibrované betóny s malou frakciou piesku. Je ľahko tvarovateľný a umožňuje s pomocou debnenia vytvoriť v rámci statických možností rozmanité tvary. Je odolný voči chemickým látkam, vysokým teplotám, je trvanlivý a má objemovú stálosť. Trvanlivosť betónu je veľká vo vode aj na vzduchu.

Betón tuhne cca 28 dní. Tvrdnutie ale potom nekončí, betón tvrdne pri správnej vlhkosti skoro donekonečna (aj pod vodou). Ako výstuž sa používa hlavne oceľ STN11xxx (konštrukčné ocele, betonárska oceľ). Spojenie umožňuje skoro rovnaká tepelná rozťažnosť ocele a betónu.

Nevýhodou betónu je jeho hmotnosť, ktorá závisí od použitých materiálov (najmä kameniva). Pri prostom betóne sa merná hmotnosť pohybuje v rozsahu 2 000 až 2 400 kg/m³ a pri železobetóne 2 300 až 2 600 kg/m³. Pri prefabrikátoch je nutná asistencia zdvíhacích mechanizmov, ktoré zvyšujú náklady stavby. Tepelná vodivosť má takisto negatívny vplyv na stavbu a závisí od hutnosti betónu. Objem betónu sa pri tuhnutí a tvrdnutí mení, pričom vznikajú praskliny, tieto sa odstraňujú dilatačnými škárami.

História

Používanie betónu sa vo väčšom meradle rozšírilo až v 20. storočí. Prostý betón sa však používal už v dávnejšom období. Peržania, Kartáginci, ale najmä starí Rimania používali betón ako stavebný materiál, o čom svedčia dodnes zachované stavby ako cesty a akvadukty, ktoré pochádzajú z 1. storočia nášho letopočtu. Betón sa po páde Rímskej ríše prestal používať na mnoho storočí.

Betón sa znovu objavil až v roku 1774, keď ho John Smeaton použil pri oprave základov majáka v Edystone v Anglicku. Smeaton pridal železnú trosku do obvyklej kombinácie nehaseného vápna, piesku a vody. Vznikol tak prvý moderný betón.^[1]

V širšom rozsahu sa betón začal používať až o 50 rokov po zavedení výroby Portlandského cementu. Patent na jeho výrobu získal v roku 1824 anglický kamenár Joseph Aspdin z Leedsu v portlandskom grófstve. Pôvod názvu portlandský cement pochádza práve odtiaľ. O zavedenie priemyselnej výroby cementu sa v roku 1845 pričinil Angličan Johnson, ktorý objavil proces pálenia vápenca a hliny. Vďaka výrobe portlandského cementu sa v druhej polovici 19. storočia vybudovali najmä vo Francúzsku pozoruhodné inžinierske stavby z prostého betónu. K myšlienke kombinovať betón so železnými prvkami dospel v roku 1849 Francúz Joseph-Louis Lambot pri stavbe člna, keď na drôtenú sieť nanášal cementovú maltu. Tento čln sa používal 60 rokov. O šesť rokov nato mu bol udelený patent na stavbu lodí s vystuženým betónom. V roku 1861 uverejnil Francúz Francois Coignet prvú knihu o betóne a jeho praktickom využívaní v stavebníctve. Kniha sa volala Les betóns aglomérés appliqués l´art de construire a opisovalo sa v nej aplikovanie železobetónu v konštrukciách stavby. Jeho vlastný dom zo železobetónu (Paríži z roku 1862) existuje dodnes.^[1] Hneď na to americký právnik Hyatt v roku 1877 publikoval objav výhodnosti použitia železobetónu pri namáhaní ohybom a v súvislosti s požiarom

Vývoj betónu

Angličan J. B. White síce už v roku 1837 postavil dom z betónu a francúzsky podnikateľ Francois Coignet si dal v roku 1856 patentovať vkladanie železných predpätých tyčí do cementovej hmoty, napriek tomu úspešná história železobetónu bola zahájená až objavom parížskeho záhradníka Josepha Moniera. Monier hľadal hmotu na vodovodné rúrky, ktoré by odolávali mrazom a pritom objavil nové prednosti materiálu: Keď spojíme tekutý cementový kôš so železným drôtom, vzniká vnútorná väzba organického charakteru. Cement obklopuje železné tyče ako sval kostru. Význam správneho uloženia oceľového pletiva a tým rozdelenie tlakových a ťahových síl vo vnútri betónu si však Monier neuvedomoval. Napriek tomu sa jeho patent na betónové nádoby pre kvetiny z roku 1867 a neskoršie dodatočný patent z roku 1878, ktorý prihlásil v medzinárodnej rade, stal výnosným obchodom.

To viedlo k dlhoročnému sporu s berlínskym majstrom Rabitsom, ktorý si tiež chcel presadiť svoj patent na vkladanie železa do betónu. Sám Monier pracoval na viacerých nápadoch v spojitosti so železobetónom, naríklad železobetónové rakvy. Postavil vodovodné zásobníky, obdržal patenty na niekoľko návrhov pre mosty a podporoval používanie železobetónu pre podlahy, klenby, podvaly a mosty.

Pretože nebol inžinier, nemohol vo Francúzsku budovať mosty. Svoj patent predal podnikateľom v Nemecku a v Rakúsku (Wayss, Freitag a Schuster), ktorí postavili prvé železobetónové mosty v Európe. Napríklad v roku 1884 v Trevíre, kde sa s jeho systémom zoznámil podnikateľ Conrad Freytag. Tento nakoniec získal práva pre južné Nemecko zatiaľ čo patentové práva pre severné Nemecko prevzal Gustav Adolf Wayss. Kvôli spôsobu zabezpečeniu stavby sa Wayss snažil o používanie vedeckých metód a množstvo zaťažovacích pokusov na monierových klenbách, výsledky ktorých zverejnil v roku 1887 v spise s titulom Systém moniéra a jeho aplikácie v stavebníctve. Doplňujúcim stavebným krokom bolo, keď Francúz Francois Henebique preniesol princíp na všetky stavebné prvky, čím sa zaslúžil o vytvorenie monolitickej konštrukcie.

Spracovanie betónu

Kvôli veľkým požiadavkám sa betón vyrába priemyselne v betonárňach a na miesto určenia sa dopravuje domiešavačmi betónu. Pri veľkých stavbách (diaľnice, mosty) sa betonárne stavajú blízko staveniska. Na mieste určenia sa betón leje do vopred pripraveného debnenia a vzniká tak monolit. Pre ťažšie dostupné miesta sa betón dopravuje aj pomocou betón pumpy alebo košov, ktoré sa dvíhajú pomocou žeriavov. Betón pumpa je špeciálne upravené nákladné auto s hydraulickým ramenom v dĺžkach 20 až 70 metrov, na ktorej je pripevnené oceľové potrubie o priemere 100 a 125 mm a s pomocou hydraulických piestov tlačí betónovú zmes do potrubia. Menšie množstvá betónu sa môžu prácne spracovávať aj ručne na mieste použitia.

Cementový betón sa nemôže spracovávať pri nízkych teplotách. Voda, ktorá tvorí súčasť zmesi mrzne a chemická reakcia medzi spojivom a kamenivom kvôli tomu následne neprebehne. Ak je betón pri tvrdnutí vystavený vysokým teplotám (napr. priamemu slnečnému žiareniu), musí sa ošetrovať vodou aby nevznikli praskliny pri vyparovaní prímesovej vody. Ak je na druhej strane betón vystavený dažďu, musí byť ochránený pred vodou aby nevyplavila spojivo.

Druhy prímesi

Betónové prímesi sú jednou zo zložiek betónu. Ide o jemné práškové látky, ktoré sa pridávajú do betónovej zmesi už počas miešania. Objem prímesí v čerstvej betónovej zmesi sa pohybuje v rozmedzí 10 – 40 % hmotnosti cementu. Prímesi v betóne majú za úlohy zlepšenie technologických vlastností čerstvého betónu, ako aj mechanických vlastností zatvrdnutého betónu.

• Lietavý popolček
  • zvyšuje množstvo zámesovej vody
  • zvyšuje dlhodobé pevnosti betónu
  • znižuje hĺbku karbonizácie betónu

• Kremičité látky, úlety
  • zvyšuje množstvo zámesovej vody
  • ovplyvňuje pórovitú štruktúru betónu (pórovitosť zvyšuje nasiakavosť)
  • zvyšuje pevnosť betónu
  • zvyšuje odolnosť betónu voči agresívnemu prostrediu (vhodný pre vodohospodársky a chemický priemysel)

• Farebné pigmenty
  • slúžia na zafarbenie betónu

Betónové prísady

Betónové prísady sú jednou zo zložiek betónu. Ide o chemické zlúčeniny, ktoré sa pridávajú do betónovej zmesi už počas miešania. Objem prísad v čerstvej betónovej zmesi sa pohybuje v rozmedzí 2-50 g/m³.

• Plastifikačné prísady
  • znižujú povrchové napätie betónu
  • zlepšujú spracovateľnosť betónovej zmesi (dlhšia dopravná vzdialenosť)
  • znižujú potrebné množstvo zámesovej vody
  • zvyšujú pevnosť v tlaku zatuhnutej zmesi až o 10%

• Stabilizačné prísady
  • znižujú odmiešavanie vody
  • znižujú výšku elevácie vody
  • zvyšujú hutnosť zatvrdnutého cementu, znižujú pórovitosť, zamedzujú vzlínaniu a nasávaniu vody

• Prevzdušňovacie prísady
  • vytvárajú veľký počet mikroskopických pórov
  • dodávajú odolnosť voči opakovanému zamŕzaniu a rozmŕzaniu a rozmrazovacím soliam

• Spomaľovacie prísady
  • spomaľujú tuhnutie a tvrdnutie betónovej zmesi

• Urýchľovacie prísady
  • urýchľujú tuhnutie a tvrdnutie betónovej zmesi

• Ostatné prísady
  • inhibítory korózie
  • biocídne prísady
  • plynotvorné prísady (pre tvorbu pórobetónu)
  • spĺňajúce adhéznu funkciu (zvyšujú súdržnosť novej zmesi s už zatvrdnutým betónom)

Druhy betónu

• Suchý betón je betón, ktorý je v sypkom stave a dá sa prepravovať aj bez pomoci domiešavačov. Na rozdiel od normálne spracovanej betónovej zmesi sa do suchého betónu pridáva malé percento vody. Najčastejšie sa používa pri výstavbe diaľnic ako podkladný betón (stabilizácia) pod asfaltový koberec. Pri ukladaní suchého betónu sa sype priamo z korby nákladného auta do finišera, ktorý ukladá rovnomerne hrubé vrstvy. Po uložení sa valcuje a postrekuje vodou pre lepšiu pevnosť.

• Prostý betón je betón bez pridanej výstuže. Je používaný hlavne ako podkladný betón. Jeho opakom je železobetón.

• Vystužené betóny oceľové: železobetóny

Predpätý betón, je prefabrikovaný železobetón. Takýto betón sa vyrába tak, že výstuž sa v debnení mechanicky natiahne na požadované hodnoty. Do debnenia sa pridá betónová zmes a celá zmes sa v debnení vibruje. Po stuhnutí sa natiahnutá oceľová výstuž uvoľní a vznikne predpätie. Má vyššiu pevnosť v tlaku a používa sa najmä pri výstavbe mostov.

Drátkobetón, je betón s prímesou oceľových vlákien, ktoré zvyšujú jeho pevnosť v tlaku. Používa sa na podlahy s vysokým zaťažením (priemyselné podlahy) a pre spevnené plochy (parkoviská).

• Asfaltový betón (AB), je kamenivo rôznej frakcie obaľované asfaltom. Používa sa pri výstavbe krycích vrstiev komunikácií (bitúmenové kryty).

• Špeciálne druhy:
  • Žiaruvzdorný betón – žiaruvzdornosť závisí od použitého kameniva, pri použití kvalitnejšieho kameniva sa pohybuje v hodnotách až 800 °C a pri železobetóne do 600 °C.
  • Pohľadový betón – je betón s povrchovou úpravou, najmä na fasádach alebo pohľadových konštrukciách.

• Ľahčené druhy: sú betóny do ktorých sa primiešava perlit, alebo granulovaný polystyrén - EPS. Je používaný hlavne na odľahčenie a izoláciu podláh viacposchodových rodinných domoch.
  • Druhy: prevzdušnený betón, pórobetón/drenážny betón (pre odvodňovacie systémy), perlitbetón

Použitie

Používa sa hlavne v stavebníctve pre tvorbu nosných konštrukcií, ale aj v záhradníctve a sochárstve. Z betónu sa vyrába aj zámková dlažba, debniace tvárnice, škridle, rôzne prefabrikáty ako nosníky, panely, stĺpy, obrubníky, oporné múry, žľaby, zvodidlá, garáže, šachty, žumpy a pod.

Betónové konštrukcie

 

Obnažená skorodovaná výstuž v betóne

Používajú sa ako nosné prvky s veľkou pevnosťou alebo nenosné/výplňové prvky s tepelno-izolačnými vlastnosťami. Konštrukčné nosné prvky sa používajú ako stĺpy, stropy, preklady, piliere a pod. Cestné nosné prvky sú používané pre priemyselné podlahy, cestné a letiskové plochy, majú zvýšenú odolnosť proti mechanickému opotrebovaniu a poveternostným vplyvom. Vodohospodárske konštrukcie majú zvýšenú odolnosť voči pôsobeniu vody a sú používané pri stavbe priehrad a nádrží.