beton

Beton (z fr. béton) egy merev építőanyag, amely betonkeverék megszilárdulásából, vagy kötőanyag, töltőanyag és víz, illetve egyéb adalékanyagok keverékéből kialakuló építőanyag, amely szilárdulás után a pevná anyag tulajdonságait veszi fel.

Összetevők

Összetevői:

• kötőanyag pl. cement de márvány, aszfalt, decht, magnezit (xilolit padlások), makromolekuláris ragasztószerek (plastbeton), gipsz (akusztikus falak) és más. A cementet magas koncentrációban tartalmazó betont zsíros, alacsony koncentrációban tartalmazó betont sovány betonnak nevezik.
• töltőanyag pl. anorganikus természetes anyagok, mint például homok és kavics, de mesterségesek is: kazánhamu, trosza, keramzit és bizonyos szerves anyagok, például faforgács, papírtrágya, gyanta, moha és más. A töltőanyagok különböző frakciókban is előfordulhatnak.
• víz
• adalékanyagok
• admixturák

Tulajdonságok

A cementbeton (CB) a leggyakrabban használt építőanyagok közé tartozik. Magas a nyomószilárdsága, de alacsony a húzó- és csúsztatószilárdsága. A nyomószilárdság a szükség szerint 5 és 50 MPa között mozog. A beton természetes kő tulajdonságait, tartósságát és szilárdságát (nyomószilárdság 3-60 MPa, húzószilárdság kb. tízszer kisebb) is megközelíti. A húzószilárdság és a hordozóképesség növelése érdekében acél rudak , drótok és hálók (acélbeton) segítségével megerősítik. A szilárdsága és tulajdonságai a keverék összetételétől és feldolgozásától függenek. A szilárdság azonban hátránya is, mert az acélbeton szerkezetek átépítése nagyon munkaigényes. A szilárdság elsősorban a homok vagy kavics frakciójától függ. A legszilárdabb és legdrágább a homok kis frakciójú vibrált beton. Alakítható, és a statikai lehetőségek keretein belül sablonok segítségével különféle formákat lehet készíteni. A kémiai anyagokkal, a magas hőmérséklettel szemben ellenálló, tartós és térfogati stabilitást biztosít. A beton tartóssága vízben és a levegőn is nagy.

A beton kb. 28 nap alatt merevedik. A merevedés azonban nem ér véget, a beton megfelelő nedvesség esetén szinte végtelenségig merevedhet (akár víz alatt is). Főként acél STN11xxx (építőacél, betonacél) használják megerősítésként. A kötés lehetővé teszi az acél és a beton majdnem azonos hőtágulási együtthatóját .

A beton hátránya a súly, amely az alkalmazott anyagoktól (főként kavics) függ. A egyszerű beton esetében a sűrűség 2 000 és 2 400 kg/m³ között mozog, míg az acélbeton esetében 2 300 és 2 600 kg/m³. A előre gyártott elemeknél szükség van emelőberendezések segítségére, amelyek növelik a építkezés költségét. Hővezetés negatív hatással van az épületre, és a beton sűrűségétől függ. A beton térfogata merevedés és szilárdulás közben változik, ekkor repedések keletkeznek, amelyeket hajszálrepedésekkel lehet megszüntetni.

Történet

A beton használata csak a 20. században terjedt el széles körben. Egyszerű beton viszont már régebben is használták. Perzsák, Karthágói, de főként a régi Rómaiak használták a betont építőanyagként, amit a ma is megőrzött épületek, mint például utak és akvaduktok, amelyek a 1. századból származnak, bizonyítanak. A beton a Római Birodalom bukását követően több évszázadig nem használták.

A beton csak 1774-ben jelent meg újra, amikor John Smeaton használta a Edystone-fénytorony alapjainak javításához Angliában. Smeaton vasbányát hozzáadta a szokásos kombinációhoz, amely a nem előkészített márvány, homok és víz volt. Így az első modern beton jött létre.^[1]

A beton széles körben csak 50 évvel a portlandcement gyártásának bevezetése után kezdett elterjedni. Patent az 1824-es évben 1824 angol kőműves Joseph Aspdin kezébe került Leedsben portlandi megyében. A portlandcement neve épp onnan származik. A cementiparosítás bevezetéséért 1845-ben 1845 angol Johnson felelős volt, aki felfedezte a márvány és agyag sütési folyamatát. A portlandcement gyártása következtében a 19. század második felében 19. században elsősorban Franciaországban megfigyelhetők a kiváló mérnöki épületek egyszerű betonból. A beton és acélelemek kombinálásának ötletéhez 1849-ben 1849 francia Joseph-Louis Lambot építette meg a hajót, amikor acélhálóra cementhabarcsot kenet. Ez a hajó 60 éven át használható volt. Hat évvel később neki adtak patentet a hajók acélbetonos építésére. 1861-ben 1861 francia Francois Coignet publikálta az első könyvet a betonról és gyakorlati használatáról építőiparban. A könyv címe Les betóns aglomérés appliqués l´art de construire és az acélbeton alkalmazását írta le az épületek szerkezetében. A saját acélbetonból épült háza (Párizsban 1862-ből 1862) még mindig létezik.^[1] Ezután az amerikai ügyvéd Hyatt 1877-ben 1877 publikálta a beton acélbetonos használatának előnyeit hajlító igénybevétel és tűz kapcsán.

A beton fejlődése

A brit J. B. White már 1837-ben 1837 épített házat betonból és a francia vállalkozó Francois Coignet 1856-ban 1856 patentet kért a cementbe épített vas előfeszített rudak beillesztésére, mégis az acélbeton sikeres története csak a párizsi kertészt Joseph Moniert felfedezésével kezdődött. Monier olyan anyagot keresett vívezeték csövekhez, amely ellenáll a fagyásnak, miközben új anyag előnyeit fedezte fel: Ha összekapcsoljuk a folyékony cementhabarcsot acél dróttal, akkor belső kapcsolat képződik. A cement a vasrudakat, mint izom a csontot, körbeveszi. A megfelelő acélrács elhelyezésének és ezzel a nyomó- és húzóerők megosztásának jelentőségét azonban Monier nem ismerte fel. Ennek ellenére a 1867-es évben 1867 beton növényedényekre vonatkozó patentje és későbbi 1878-as 1878 patentje, amelyet az internacionális tanácsnál nyújtott be, profitos kereskedelmet biztosított.

Ez hosszú időn át vitát váltott ki Bérlinben az acél beépítésére vonatkozó saját patenettel rendelkező Rabits mesterrel szemben. Monier maga több ötleten dolgozott az acélbetonnal kapcsolatban, például acélbetonos ládákban. Épített víztárolókat, több találmányra is kért patentet hidak és támogatta az acélbeton használatát padlók, kupolák, pince és hidak építésére.

Mivel nem volt mérnök, nem építhetett hidakat Franciaországban. A patentjét német és osztrák vállalkozóknak adta el (Wayss, Freitag és Schuster), akik megépítették az első acélbeton hidakat Európában. Például 1884-ben 1884 Trierben, ahol a rendszerét Freytag vállalkozó ismerhette meg. Végül ő kapta meg a jogokat a déli Németországban míg a patenjt észak-Németországban Gustav Adolf Wayss vette át. A szerkezet biztosításának módját figyelembe véve Wayss a tudományos módszerek és több terhelési kísérlet használatát igyekezett előmozdítani a monier-kupolák esetében, amelyek eredményeit 1887-ben 1887 publikálta egy címet viselő könyvben Monier-rendszer és alkalmazása az építőiparban. A kiegészítő lépés volt, amikor a francia Francois Henebique átvitte az elvet az összes építőelemre, ezzel a monolitikus szerkezet kialakításához járult hozzá.

A beton feldolgozása

A nagy igények miatt a beton ipari betonkeverőkben készül, és a célhelyre betonkeverők segítségével szállítják. Nagyobb építkezéseknél (autópályák, hidak) a betonkeverőket az építési hely közelében építik. A célhelyen a beton a megfelelően előkészített sablonba öntik, így monolit jön létre. A nehezebben elérhető helyekre a betont betonpumpával vagy kosarakkal szállítják, amelyeket emelők segítségével emelik fel. A betonpumpa egy speciálisan átalakított teherautó, amely hydraulikus karokkal rendelkezik 20 és 70 méter hosszban, amelyhez acélcsövet rögzítenek 100 és 125 mm átmérővel, és hydraulikus dugattyúk segítségével a betonkeveréket a csőbe nyomják. Kisebb mennyiségű betont a használati helyen kézzel is feldolgozhatnak.

A cementbeton nem dolgozható fel alacsony hőmérsékleten. A víz, amely a keverék része, megfagy, és a kötőanyag és a kavics közötti kémiai reakció nem zajlik le. Ha a beton szilárduláskor magas hőmérsékletnek van kitéve (például közvetlen napsütésnek), vízzel kell ellátni, hogy ne repedjen meg a keverék víz elpárolgása miatt. Ha viszont a beton esőnek van kitéve, meg kell védeni a víz elől, hogy ne mossák el a kötőanyagot.

Admixtúrák típusai

Betonadmixtúrák egyik összetevője a betonnak. Ezek jól őrlemény poranyagok, amelyeket a betonkeverék keverése során adnak hozzá. Az admixtúrák mennyisége a friss betonkeverékben 10 – 40 % a cement súlyának. Az admixtúrák célja a friss beton technológiai tulajdonságainak javítása, valamint a szilárdult beton mechanikai tulajdonságainak javítása.

• Repesztett hamu
  • növeli a keverővíz mennyiségét
  • növeli a beton hosszú távú szilárdságát
  • csökkenti a beton karbonizációs mélységét

• Keményített anyagok, úlet
  • növeli a keverővíz mennyiségét
  • behatással van a pórusstruktúrára (a pórusosság növeli a vízáteresztést)
  • növeli a beton szilárdságát
  • növeli a beton ellenálló képességét az agresszív környezetben (alkalmazható a vízgazdálkodási és vegyipari iparban)

• Színes pigmentek
  • szolgálnak a beton színezésére

Betonadagolók

Betonadagolók egyik összetevője a betonnak. Ezek kémiai vegyületek, amelyeket a betonkeverék keverése során adnak hozzá. Az adagolók mennyisége a friss betonkeverékben 2-50 g/m³ között mozog.

• Plasztifikáló adagolók
  • csökkenti a beton felületi feszültségét
  • javítja a betonkeverék feldolgozhatóságát (hosszabb szállítási távolság)
  • csökkenti a szükséges keverővíz mennyiségét
  • növeli a szilárdult keverék nyomószilárdságát akár 10%-kal

• Stabilizáló adagolók
  • csökkenti a víz elszivárgását
  • csökkenti a víz magasságát
  • növeli a szilárdult cement sűrűségét, csökkenti a pórusosságot, megakadályozza a víz felhajtását és felszívódását

• Légbekeverő adagolók
  • nagy mennyiségű mikroszkopikus pórusokat hoz létre
  • ellenállást nyújtanak az ismételt fagyás-megrázkódás és a fagyasztó sók ellen

• Lelassító adagolók
  • lelassítják a betonkeverék merevedését és szilárdulását

• Gyorsító adagolók
  • gyorsítják a betonkeverék merevedését és szilárdulását

• Egyéb adagolók
  • korróziógátlók
  • biocíd adagolók
  • gázbefecskendező adagolók (a pórobeton kialakításához)
  • tapadó funkciót teljesítő adagolók (növelik az új keverék és a már szilárdult beton közötti kapcsolatot)

Beton típusai

• Száraz beton egy olyan beton, amely szórt állapotban van, és szállításra alkalmas anélkül, hogy keverők segítségére lenne szükség. A normál betonkeverékhez képest a száraz betonhoz kis mennyiségű víz kerül hozzáadásra. Főként autópályák építésénél használják alapbetónként (stabilizálás) az aszfaltburkolat alatt. A száraz beton elhelyezésekor közvetlenül a teherautó rakteréből a finišerbe öntik, amely egyenletes vastag rétegeket helyez el. Az elhelyezés után gurítják és vízzel permetezik, hogy jobb szilárdságot érjenek el.

• Egyszerű beton egy olyan beton, amelyhez nem kerül hozzáadásra megerősítés. Főként alapbetónként használják. Ellentéte a acélbeton.

• Vasalt betonok acélból: acélbetonok

Előfeszített beton, egy prefabricált acélbeton. Ezt a betont úgy készítik, hogy a megerősítést mechanikusan megfeszítik a kívánt értékekre. A sablonba betonkeveréket öntenek, és a teljes keveréket a sablonban rezgessék. A megmerevedés után a megfeszített acél megerősítést elengedik, és előfeszítést hoz létre. Magasabb nyomószilárdsággal rendelkezik, és főként hidak építésénél használják.

Drótbeton, egy olyan beton, amelyhez acél szálakat adnak hozzá, amelyek növelik a nyomószilárdságát. Használják magas terhelésű padlókra (ipari padlók) és megerősített felületekre (parkolók).

• Aszfaltbeton (AB), különböző frakciójú kavics, amelyet aszfalttal bevonva. Használják a kommunikációs burkolatok építésénél (bitümnes burkolatok).

• Különleges típusok:
  • Tűzálló beton – tűzállóság függ a használt kavics minőségétől, a jobb minőségű kavics esetén akár 800 °C értékeket ér el, míg az acélbeton esetében akár 600 °C.
  • Külső beton – egy olyan beton, amelynek felülete megmunkálva van, főként homlokzatokon vagy külső szerkezeteken.

• Enyhebb típusok: betonok, amelyekbe perlit, vagy polisztirol granulátum - EPS keverik be. Főként többemeletes lakóházak padlóinak könnyítésére és szigetelésére használják.
  • Típusok: levegőtartalmú beton, pórobeton/lecsurgató beton (csatornarendszerekhez), perlitbeton

Alkalmazás

Főként a építőiparban használják a tartószerkezetek kialakításához, de a kertészetben és a szobrászatban is. Betonból készül a zárópadló, sablonos téglák, kőlap, különféle prefabricátumok mint gerendák, panelok, oszlopok, kerítések, támogató falak, csatornák, lefolyók, garázsek, kamrák, lámpák és más.

Betonkonstrukciók

 

Korrodált acél megerősítés a betonban

Használják a nagy szilárdságú tartóelemekként vagy a hőszigetelő tulajdonságú nemtartó/válaszfal elemekként. A konstrukciós tartóelemeket oszlopok, padlók, padlások, oszlopok és másokként használják. A cesták tartóelemeit ipari padlók, cesták és repülőtéri felületek építésére használják, amelyek ellenállnak a mechanikai kopásnak és a meteorológiai hatásoknak. A vízgazdálkodási konstrukciók ellenállnak a víz hatásának és használják a tavak és tartályok építésénél.