Beton – czym jest i skąd się wziął?

Beton to kompozyt, który powstaje z połączenia spoiwa, jakie stanowi cement oraz wypełniacza, którym jest kruszywo. W zależności od pożądanych właściwości dodawane są również różnego rodzaju mieszanki, ponadto w kompozycie betonowym znajdujemy wodę. We współczesnym budownictwie jest to najczęściej i najpowszechniej wykorzystywany materiał.

Beton na przestrzeni dziejów

Beton został wynaleziony oraz użytkowany w w budownictwie w Asyrii, a następnie w starożytnym Rzymie. Wtedy znany był, jako sztuczny kamień. Przez wiele lat zmieniała się koncepcja składników, które służyły do tworzenia „sztucznego kamienia”. W wiekach średnich zapomniano o nim, z kolei w okresie gotyku stosowano mieszaninę zaprawy wapiennej wraz z piaskiem, celem tworzenia powtarzalnych elementów dekoracyjnych. Z kolei materiał budowlany, który dziś znany jest, jako beton, upowszechnił się w XIX wieku, po wynalezieniu betonu portlandzkiego.

Klasyfikacja betonu

Uwzględniając różne właściwości oraz cechy, dokonuje się klasyfikacji betonu wedle:

Ciężaru objętościowego:

• beton ciężki,
• beton zwykły,
• oraz beton lekki;

Sposobu zagęszczania i budowania:

• beton natryskowy,
• beton wałowany,
• beton wirowany,
• beton próżniowy;

Podział ze względu na właściwości

Beton jastrychowy

Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i trwałością. Skład betonu jastrychowego może różnić się w zależności od konkretnego zastosowania i wymagań projektowych. Zazwyczaj składa się on z cementu, kruszywa (piasku i żwiru) oraz wody. Czasami dodaje się również domieszki, takie jak superplastyfikatory, które poprawiają właściwości przepływu betonu. Beton jastrychowy stosuje się głównie do wykonywania warstw podłogowych wewnątrz budynków. Jest idealny do poziomego wyrównywania podłoża przed układaniem finalnej posadzki, takiej jak płytki, panele czy wykładziny dywanowe.

Beton jastrychowy musi spełniać określone normy wytrzymałości i stabilności. Ważne jest również, aby miał odpowiednią konsystencję, umożliwiającą łatwe rozprowadzenie na powierzchni. Proces układania betonu jastrychowego obejmuje zazwyczaj przygotowanie podłoża, ułożenie warstwy betonu, wyrównanie go narzędziami, a następnie jego utwardzenie i czas schnięcia przed dalszymi pracami wykończeniowymi. Czas schnięcia betonu jastrychowego może zależeć od warunków atmosferycznych, składu betonu oraz dodatków stosowanych w mieszance. W trakcie tego procesu ważne jest unikanie obciążania powierzchni jastrychu, aby uniknąć uszkodzeń. Po utwardzeniu betonu jastrychowego można przystąpić do dalszych prac wykończeniowych, takich jak układanie ostatecznej posadzki czy montaż podłogowych materiałów wykończeniowych.

To specjalny rodzaj betonu, w którym stosuje się żywice polimerowe, takie jak żywice epoksydowe, akrylowe czy poliuretanowe, jako składniki wiążące zamiast tradycyjnego cementu. Dodanie żywic polimerowych do mieszanki betonowej nadaje materiałowi dodatkowe właściwości, które mogą być korzystne w różnych zastosowaniach. Beton polimerowy jest często bardziej wytrzymały niż tradycyjny beton. Żywice polimerowe nadają mu odporność na ścieranie, uderzenia i działanie niektórych chemikaliów. Dzięki żywicom polimerowym beton polimerowy może doskonale przylegać do różnych powierzchni, co sprawia, że jest atrakcyjny w zastosowaniach, gdzie istnieje potrzeba mocnego przylegania.

Jest również  bardziej odporny na działanie czynników atmosferycznych, promieniowanie UV i substancji chemicznych w porównaniu do tradycyjnego betonu. W zależności od rodzaju użytej żywicy polimerowej, beton polimerowy może utwardzać się znacznie szybciej niż beton tradycyjny, co skraca czas potrzebny do zakończenia prac budowlanych. Beton polimerowy może być dostępny w różnych kolorach i teksturach, co pozwala na uzyskanie atrakcyjnych efektów wizualnych. Betony polimerowe znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak podłogi przemysłowe, nawierzchnie drogowe, elementy dekoracyjne, schody, blaty kuchenne, a także w produkcji prefabrykatów.

Warto jednak zaznaczyć, że właściwości betonu polimerowego mogą się różnić w zależności od konkretnego rodzaju użytych żywic polimerowych oraz proporcji składników w mieszance. Dlatego też, przed zastosowaniem betonu polimerowego, zaleca się dokładne zapoznanie się z wymaganiami technicznymi i zaleceniami producenta. Beton polimerowy może być bardziej elastyczny niż tradycyjny beton, co pozwala mu lepiej radzić sobie z ruchami gruntu i naprężeniami.

Fibrobeton

Zwany również włóknobetonem, to rodzaj betonu wzmocnionego włóknami. W procesie produkcji do mieszanki betonowej dodaje się włókna stalowe, szklane, polimerowe lub inne rodzaje włókien w celu poprawy właściwości betonu. Dodatek włókien może znacząco zwiększyć wytrzymałość i odporność betonu na pękanie oraz zmęczenie materiału. Włókna dodawane do fibrobetonu mogą być wykonane z różnych materiałów. Najczęściej stosuje się włókna stalowe, ale mogą to być także włókna szklane, polimerowe, bazaltowe czy nawet włókna celulozowe. Fibrobeton znajduje zastosowanie w różnych obszarach budownictwa, zwłaszcza tam, gdzie istnieje potrzeba zwiększenia wytrzymałości i odporności betonu.

Przykłady to konstrukcje mostów, płyt fundamentowych, elementy prefabrykowane, ściany, podłogi przemysłowe, a także w elewacjach budynków. Włókna w fibrobetonie działają jako elementy zbrojeniowe, zwiększając odporność na pękanie i rozprzestrzenianie się pęknięć.  Fibrobeton może mieć lepszą odporność na zmęczenie w porównaniu do tradycyjnego betonu, co jest istotne w przypadku obiektów poddawanych cyklicznym obciążeniom, takim jak mosty czy konstrukcje drogowe. Włókna w fibrobetonie mogą poprawić odporność na działanie warunków atmosferycznych, zwłaszcza korozję w przypadku włókien stalowych. Fibrobeton może wykazywać mniejszy skurcz podczas utwardzania w porównaniu do betonu tradycyjnego.

Włókna są dodawane do mieszanki betonowej podczas procesu produkcji. Właściwości fibrobetonu zależą od rodzaju włókien, ich ilości i równomiernego rozkładu w masie betonu. Fibrobeton jest cenionym materiałem w budownictwie, zwłaszcza tam, gdzie istnieje potrzeba zwiększenia wytrzymałości betonu w różnych warunkach. Przed zastosowaniem fibrobetonu w konkretnym projekcie zawsze warto skonsultować się z inżynierem budowlanym i dostosować mieszankę do konkretnych wymagań projektowych.

Żużlobeton

To rodzaj betonu, w którego składzie używa się żużla jako jednego z głównych składników kruszywa. Żużel jest materiałem odpadowym powstającym podczas produkcji stali w hutnictwie. Włączanie żużla do betonu ma na celu zarówno wykorzystanie odpadów przemysłowych, jak i poprawę niektórych właściwości betonu. Żużlobeton zawiera żużel stalowy jako jedno z głównych kruszyw. Może być stosowany zarówno w postaci żużla paleniskowego (generowanego podczas spalania węgla) jak i żużla wielkopiecowego (powstającego podczas produkcji stali).

Żużlobeton znajduje zastosowanie w różnych rodzajach konstrukcji budowlanych, takich jak fundamenty, drogi, chodniki, nawierzchnie i inne elementy betonowe. Użycie żużla pochodzącego z przemysłu metalurgicznego jako kruszywa może być postrzegane jako praktyka zrównoważonego rozwoju, ponieważ umożliwia ponowne wykorzystanie odpadów przemysłowych. Żużlobeton może wykazywać lepszą odporność na niektóre substancje chemiczne niż beton tradycyjny.

Żużlobeton może charakteryzować się podobnymi właściwościami do tradycyjnego betonu, takimi jak wytrzymałość, trwałość i stabilność. Mieszanka żużlobetonu obejmuje odpowiednie proporcje cementu, żużla, kruszywa i wody. W niektórych przypadkach mogą być stosowane domieszki poprawiające niektóre właściwości betonu. Producenci betonu muszą przestrzegać określonych norm i przepisów dotyczących jakości, aby zapewnić, że żużlobeton spełnia wymagania konstrukcyjne.

Asfaltobeton

(Często nazywany po prostu asfaltem) to rodzaj materiału drogowego używanego do budowy nawierzchni dróg. Jest to mieszanina kruszyw mineralnych, asfaltu (bitumenu) oraz ewentualnie dodatków i domieszek. Asfaltobeton ma wiele zastosowań w budownictwie drogowym. Asfaltobeton składa się głównie z kruszyw mineralnych, takich jak piasek, żwir i kamień łamany, oraz asfaltu (bitumenu). Skład może być dostosowywany w zależności od konkretnych wymagań projektu i warunków drogowych.

Mieszanka asfaltobetonu jest wytwarzana w zakładach produkcyjnych zwanych asfaltowniami. Proces ten obejmuje podgrzewanie asfaltu, mieszanie go z kruszywami, a następnie transport i ułożenie gotowej mieszanki na powierzchni drogi. Asfaltobeton jest elastycznym materiałem, co oznacza, że może ulegać odkształceniom i powracać do pierwotnej formy. Ta elastyczność pomaga w absorpcji obciążeń dynamicznych i zmniejsza ryzyko pękania na skutek ruchu pojazdów i zmian temperatury. Asfaltobeton jest stosunkowo odporny na działanie warunków atmosferycznych, takich jak deszcz, śnieg, czy promieniowanie UV. Jednakże, regularne konserwacje i naprawy są nadal konieczne w celu utrzymania jego trwałości.

Specjalne mieszanki asfaltobetonu mogą być projektowane w celu poprawienia antypoślizgowości nawierzchni drogowej, co jest kluczowe dla bezpieczeństwa pojazdów.  Asfaltobeton utwardza się stosunkowo szybko po ułożeniu, co pozwala na szybkie przywrócenie ruchu drogowego. Nawierzchnię asfaltobetonową można stosunkowo łatwo konserwować i naprawiać poprzez nakładanie nowych warstw lub łatanie ubytków. Asfaltobeton Stosuje się powszechnie na drogach, lotniskach, parkingach i innych miejscach, gdzie wymagana jest wytrzymała i elastyczna nawierzchnia. Jego skład i właściwości dostosowuje się do konkretnych warunków drogowych oraz wymagań projektowych.

Beton komórkowy

To lekki materiał budowlany, który charakteryzuje się obecnością zamkniętych porów gazowych, zwanych komórkami. Te komórki mogą być powietrzne lub wypełnione gazem, takim jak gaz koksowniczy. Beton komórkowy może mieć różne zastosowania w budownictwie ze względu na swoje unikalne właściwości. Beton komórkowy składa się z mieszanki cementu, piasku, wody oraz dodatków pianotwórczych. Najczęściej stosowane dodatki pianotwórcze to proszek aluminiowy i proszek wapnia. W trakcie procesu produkcyjnego dodatki pianotwórcze reagują z mieszanką, uwalniając gaz, który tworzy zamknięte komórki w strukturze betonu. W wyniku tego procesu powstaje lekki beton o porowatej strukturze.

Beton komórkowy jest znacznie lżejszy niż tradycyjny beton. Jego gęstość jest zazwyczaj niższa, co sprawia, że jest atrakcyjny w zastosowaniach, gdzie lekkość jest istotna, na przykład przy budowie ścian działowych czy elewacji. Struktura z zamkniętymi komórkami sprawia, że beton komórkowy może mieć dobre właściwości izolacyjne, zarówno termiczne, jak i akustyczne. Jest stosunkowo odporny na ogień ze względu na zamkniętą strukturę komórkową, która utrudnia przenikanie ognia. Beton komórkowy można stosunkowo łatwo przetwarzać, co ułatwia jego formowanie i cięcie podczas prac budowlanych.

Beton komórkowy znajduje zastosowanie w różnych obszarach budownictwa, takich jak ściany działowe, elewacje, dachy, a także jako izolacyjne materiały w budynkach mieszkalnych i przemysłowych. Stosuje się w produkcji prefabrykatów, takich jak bloki, płyty, i inne elementy konstrukcyjne.

Znany również betonem komórkowym autoklawizowanym (AAC – Autoclaved Aerated Concrete), to materiał budowlany, który charakteryzuje się lekkością i porowatą strukturą. Produkuje się go w procesie autoklawizacji, czyli utwardzania w wysokich temperaturach pod wpływem pary w autoklawie. Beton autoklawizowany składa się głównie z piasku, cementu, wody i proszku aluminiowego lub pyłów krzemionkowych. Proszek ten pełni rolę źródła gazu, który powstaje w trakcie procesu autoklawizacji.

Proces produkcji betonu autoklawizowanego obejmuje formowanie mieszanki i jej umieszczenie w formach, a następnie poddanie jej wysokim temperaturom (ok. 190-200°C) i parze w autoklawie przez kilka godzin. W wyniku tego procesu powstają zamknięte komórki gazowe, nadające betonowi lekkość i porowatą strukturę. Beton autoklawizowany jest znacznie lżejszy niż tradycyjny beton, co ułatwia jego transport, manipulację i użycie w różnych rodzajach konstrukcji. Dzięki zamkniętej strukturze komórkowej, beton autoklawizowany może mieć dobre właściwości izolacyjne, zarówno termiczne, jak i akustyczne. Struktura komórkowa betonu autoklawizowanego sprawia, że jest stosunkowo odporny na ogień.

Beton autoklawizowany jest stosunkowo łatwy do przetwarzania i formowania, co ułatwia pracę podczas budowy. Znajduje zastosowanie w różnych obszarach budownictwa, takich jak ściany, elewacje, podłogi, dachy, a także jako izolacyjne materiały w budynkach mieszkalnych i przemysłowych. Używa się go również do produkcji prefabrykatów, takich jak bloczki, płyty, i inne elementy konstrukcyjne. Betony autoklawizowane są szeroko stosowane w wielu krajach, ze względu na swoje korzystne właściwości i zrównoważony charakter produkcji (mniej surowców, lekkość, izolacyjność).

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

Ważne cechy

Jedną z ważniejszych cech betonu jest jego wytrzymałość na ściskanie. To ona decyduje między innymi o możliwości zastosowania w konstrukcjach drogowo-mostowych.

Wytrzymałość betonu, ale także trwałość oraz odporność na korozję w dużej mierze uzależniona jest od porowatości. Klasa betonu określa gwarantowaną wytrzymałość, a ta związana ze ściskaniem uzależniona jest od szeregu parametrów, w tym:

• składu betonu,
• rodzaju i ilości cementu,
• wskaźnika c/w,
• warunków środowiska,
• sposobu obciążenia,
• czasu obciążenia,
• wieku betonu,
• oraz geometrii badanych elementów próbnych.

Od porowatości w dużej mierze uzależniona jest także wodoszczelność betonu, czyli jego zdolność do przeciwstawiania się przepływowi wody bieżącej będącej pod ciśnieniem. Aby uzyskać pożądane parametry wodoszczelności, w betonie nie powinno być zbyt dużej liczby wolnych przestrzeni w strukturze.