Beton – wszystko co trzeba wiedzieć?

1. Co to jest beton?

Chociaż w nowoczesnym budownictwie jest stosowany niemal wszędzie, beton nie jest wcale nowoczesnym wynalazkiem. Już Rzymianie używali go do swoich budowli, takich jak Panteon. Dzisiejsze mieszanki betonu portlandzkiego są wynalazkiem brytyjskiego inżyniera Josepha Aspdina, który zrobił go w XIX wieku w swojej kuchni. Aspdin faktycznie szukał kombinacji składników we właściwych proporcjach i znalazł je wszystkie w naturze. Cement portlandzki w połączeniu z dwoma kluczowymi elementami wytworzył beton, materiał budowlany używany na co dzień na całym świecie.

1.1. Podstawowe składniki betonu

Chociaż z pewnością istnieją różnice między różnymi rodzajami betonu, każdy z nich zawiera trzy główne składniki: cement portlandzki, wodę i kruszywo składające się ze żwiru lub piasku lub obu. Powstała stała mieszanina ma wytrzymałość stali na obciążenie. Cement portlandzki zawiera naturalne minerały, w tym wapień, piaskowiec, łupek, żelazo, glinę i popiół. Producenci wlewają te surowce do cylindrycznych pieców betonowych i podgrzewają je do 1500 °C. Podczas tego procesu woda i dwutlenek węgla odparowują, tworząc nowe związki zwane klinkierem. Klinkier jest następnie mielony na drobny proszek, do którego dodaje się gips, aby kontrolować i regulować szybkość utwardzania po ponownym połączeniu z wodą. Ta mieszanka jest znana jako cement portlandzki. Mieszanki betonowe istnieją w różnych formach do różnych celów. W standardowej mieszance betonowej kruszywo jest mieszanką piasku i drobnego żwiru. Tak zwana „mieszanka piaskowa” to mieszanka, w której jest tylko drobniejszy piasek i nie ma żwiru. Nadaje się do łatania i różnych prac rzemieślniczych w betonie. Jeszcze drobniejsze kruszywa znajdują się w mieszankach zapraw używanych do łączenia cegieł i bloczków. Aby zmienić jego właściwości, do betonu można dodać różne dodatki. Na przykład mieszanki betonowe do fundamentów i kotew zawierają epoksydy, które zwiększają wytrzymałość betonu. Beton zbrojony zawiera włókna szklane, które zmniejszają pękanie. Istnieją inne dodatki, które przyspieszają lub spowalniają czas wiązania i schnięcia betonu.

1.2. Co musisz wiedzieć o trwałości betonu?

Korozja metali, cykle zamrażania i rozmrażania oraz reakcje chemiczne kruszyw alkalicznych mogą być przyczyną pękania betonu. Głównym winowajcą degradacji betonu jest jednak ekspozycja na wilgoć. Istnieje błędne przekonanie, że beton jest nieprzepuszczalny, chociaż woda łatwo przenika przez mikro pory w betonie. Dobrze wykonana i całkowicie wysuszona płyta betonowa o grubości 4 cm lub więcej nie przepuszcza wody z powierzchni, ale nie jest odporna na działanie pary wodnej. Dlatego konieczne jest zmniejszenie przepuszczalności betonu, co spowolni jego rozkład. Osiąga się to między innymi poprzez zmniejszenie stosunku wody i cementu, jednorodność i gęstość kruszyw, a także zastosowanie dodatków i inhibitorów pary. Zmniejszeniem przepuszczalność betonu oraz odpowiednim system wentylacji można zwiększyć trwałość betonu. Ponadto kurczenie się betonu może powodować podnoszenie się krawędzi płyty na spoinach oraz pękanie. Jeśli górna i dolna powierzchnia płyty mają różne poziomy wilgotności i nierówną temperaturę, górna powierzchnia kurczy się i wygina się cała płyta.

2. Znajdź dobrego oferenta

Wybór odpowiedniego dostawcy i wykonawcy betonowania odgrywa bardzo ważną rolę w długowieczności konstrukcji budynku, drogi dojazdowej czy podwórza. Doświadczeni wykonawcy wiedzą, jak duże powinny być fundamenty, jaka mieszanka betonowa jest niezbędna w istniejących warunkach klimatycznych, odległości między zbrojeniem a konstrukcjami nośnymi, jak twardy powinien być beton, aby zapobiec pękaniu i kurczeniu, ale także wiele innych czynników. W tym celu należy starannie wybrać rzetelnego i doświadczonego wykonawcę z dobrymi referencjami.

3. Rodzaje betonu

3.1. Zwykły beton

Jest to jeden z najczęściej stosowanych typów, głównie do budowy ścieżek, podjazdów i prostych konstrukcji, ponieważ nie wymaga dużej wytrzymałości na rozciąganie. Składa się z cementu, piasku i kruszyw zmieszanych z wodą, zwykle w proporcji 1:2:4. Ponieważ nie jest w żaden sposób wzmocniony, nie nadaje się do konstrukcji nośnych, ponieważ słabo przenosi naprężenia wywołane przez wibracje, obciążenia, wiatr i tym podobne.

3.2. Lekki beton

Ten rodzaj betonu nazywany jest również betonem komórkowym lub termoizolacyjnym i jest płynny, dzięki czemu można go wykonać i wlać do szalunku, a dalej sam się rozlewa pod wpływem siły grawitacji i własnego ciężaru. Najczęściej stosuje się go do wykonywania paneli podłogowych i okiennych oraz dachów. Rodzaje kruszyw stosowanych do betonu lekkiego to węglanoporyty, keramzyty, żużle wielkopiecowe. Ten rodzaj betonu ma niską przewodność cieplną, najczęściej około 0,3 W/mK w porównaniu do zwykłego betonu, który ma 10-12 W/mK.

3.3. Beton o wysokiej gęstości

Takie betony nazywane są ciężkimi i są gęstsze niż inne, ponieważ są produkowane z kamienia łamanego, odnośnie grubych kruszyw. Ten rodzaj betonu zapewnia lepszą ochronę przed promieniowaniem i jest najczęściej wykorzystywany do budowy elektrowni jądrowych i podobnych obiektów.

3.4. Wzmocniony beton

Żelbet (AB) to kompozyt o bardzo szerokim zastosowaniu w nowoczesnym budownictwie. Aby zwiększyć jego ogólną wytrzymałość, przed stwardnieniem (lub przed wylaniem betonu) dodaje się do niego stalowe pręty, druty, siatkę lub włókna. Wzmocnienia te, zwane zbiorczo zbrojeniem, służą do opierania się siłom rozciągającym, ponieważ sam beton jest odporny na siły ściskające. W ten sposób połączone zbrojenie i beton razem tworzą mocne połączenie i skutecznie działają jako element konstrukcyjny.

3.5. Prefabrykowane elementy betonowe

Beton w tej formie jest wytwarzany, wylewany do form i suszony w warunkach fabrycznych. Formy wykonywane są według potrzeb, tj. według wymaganego kształtu i rozmiaru, i mogą być używane więcej niż jeden raz. Uzyskane w ten sposób elementy betonowe są najczęściej wykorzystywane do budowy montażowej, ponieważ wraz z innymi elementami tworzą kompletną konstrukcję. Najczęściej wykorzystywane są jako elementy konstrukcyjne takie jak płyty ścienne, dźwigary, słupy, podłogi, schody, rury, tunele i inne.

3.6. Betonu sprężonego

Beton sprężony jest materiałem konstrukcyjnym, który umożliwia tak wstępnie obliczone napięcie elementów konstrukcyjnych, że mogą one wytrzymać naprężenia, jakie będą miały pod obciążeniem. Beton sprężony łączy wysoką wytrzymałość betonu na ściskanie z wysoką wytrzymałością na rozciąganie stali. W żelbecie naprężenie jest przenoszone przez zbrojenie stalowe, podczas gdy beton sprężony przenosi obciążenie wywołane naprężeniem całego elementu konstrukcyjnego. Dlatego jest często stosowany do podpór stropów, filarów, pylonów, podkładów kolejowych oraz konstrukcji takich jak mosty, zbiorniki, dachy i pasy startowe.

3.7. Beton szklany

Beton szklany, czyli beton zbrojony włóknem szklanym, jest materiałem budowlanym, który jest często używany do kształtowania okładzin zewnętrznych. Składa się z bardzo twardych, odpornych na alkalia włókien dodawanych do mieszanek betonowych. Włókna pełnią rolę głównego elementu nośnego, podczas gdy beton utrzymuje je w określonej pozycji i przenosi obciążenie. W ten sposób zarówno beton, jak i włókna zachowują swoje właściwości fizykochemiczne, a ich właściwości łączą się, tworząc bardzo mocny kompozyt.

3.8. Pianobeton

Ten typ zwykłego betonu nazywany jest tak ze względu na mikroskopijne pęcherzyki (od kilku tysięcznych do kilku setnych centymetra), które stanowią 4-7% objętości betonu. Pęcherzyki te to w rzeczywistości mikro komory, w których woda jest zatrzymywana i zamarza, co zmniejsza ciśnienie wewnętrzne na beton.

3.9. Beton samozagęszczalny

Wynalezienie tego samozagęszczalnego betonu jest w opinii wielu ekspertów jednym z najważniejszych ostatnich przełomów w technologii betonu. Jest to beton niesegregujący, który łatwo rozlewa się pod własnym ciężarem i wypełnia całą przestrzeń ograniczoną szalunkiem bez konieczności dalszego dociskania i ubijania jej drganiami. Ze względu na te wyjątkowe właściwości samo poziomowania i samo zagęszczania jest najczęściej stosowany w budowie skomplikowanych ram betonowych.

3.10. Inteligentny beton

Technologia inteligentnego betonu oferuje alternatywną metodę zachowania stanu konstrukcji żelbetowych. Podczas produkcji do betonu w zwykłej mieszance dodawane są drobniejsze włókna węglowe, co poprawia właściwości mechaniczne betonu, a co za tym idzie struktura lepiej reaguje na odkształcenia i obciążenia. Zmniejszają się naprężenia i odkształcenia konstrukcji betonowych, ale również możliwe problemy są identyfikowane przed zawaleniem się betonu. Inteligentny beton rozpoznaje drobne wady w strukturze betonu i dlatego służy do sprawdzania stanu i naprawy konstrukcji, zwłaszcza po trzęsieniu ziemi.

3.11. Włókna betonowe

Włókna betonowe jako materiał kompozytowy składają się z mieszanki cementu, betonu lub zaprawy oraz drobnych, równomiernie rozproszonych włókien.

3.12. Beton polimerowy

Betony polimerowe różnią się od epoksydowych, poliestrowych, winylowych i innych. Polimery są największą kategorią, ponieważ są najczęściej używane w budownictwie.

4. Sposoby robienia betonu

4.1. Wskazówki dotyczące mieszania betonu

Wiadomo, że beton twardnieje po dodaniu do niego wody. Zachodząca reakcja chemiczna nazywana jest hydratacją, a ponieważ cement zawiera pięć pierwiastków biorących udział w tej reakcji, proces jest bardziej złożony. Dla wytrzymałości betonu najważniejsze są krzemiany wapnia, które stanowią 75% mieszanki. Dają wodorotlenek sodu i ciepło podczas nawadniania, dlatego podczas mieszania należy nosić rękawice. Wartość pH mokrego betonu sięga 12 i więcej, więc mieszanka jest bardzo ścierna i często praca z betonem może powodować oparzenia. Do pełnego nawilżenia niezbędne są dokładne ilości wody. Jeśli wylejesz mniej niż zalecana ilość, beton nie będzie wystarczająco mocny, a jeśli będzie więcej, mieszanka będzie słaba. Beton nie musi wysychać, aby stwardniał, dlatego konstrukcje można wylewać pod wodą. Tak, po zakończeniu procesu hydratacji nadmiar wody w mieszance betonowej przedostaje się do porów, co może osłabić całą konstrukcję. Duża część tej wody natychmiast wyparowuje, chociaż może minąć wiele lat, zanim cała woda z mieszaniny całkowicie zniknie. Podczas mieszania betonu wody musi być wystarczająco, aby mieszanka była płynna i użyteczna, ale nie za dużo, aby nie rozcieńczała się jak zupa. Mniejsze ilości betonu można również mieszać ręcznie w mieszarce lub korycie ze sztucznego materiału tak, że mieszankę betonową miesza się z wodą i równomiernie łączy mieszadłem ręcznym. Przy większych ilościach zaleca się użycie mieszarki elektrycznej lub zamówienie dostawy betonu towarowego, który jest dostarczany w betoniarce.

4.2. Kształtowanie betonu

Deskowanie to najbardziej skomplikowana część betonowania. W istocie świeży beton jest lepką cieczą i rozleje się w niekontrolowany sposób, jeśli nie zostanie wlany do przygotowanej formy, czyli szalunku. Jeśli mają być wykonane płyty lub inny kształt, konieczne jest zrobienie szalunku. Budowniczowie wykonują szalunek głównie przy użyciu płyty OSB lub płyt łączonych. Ponieważ szalunek jest konstrukcją tymczasową, ważne jest to, aby był dobrze ułożony, a nie żeby ładnie wyglądał. Musi być na tyle mocny, aby wytrzymał ciężar wylewanego betonu i nie może mieć żadnych dziur ani pęknięć, przez które beton mógłby przeciekać. Ważne jest, aby używać gładkich płyt np. do ścian, gdzie beton będzie później widoczny, ponieważ powierzchnia ta pozostanie trwale wciśnięta w beton. Doświadczeni budowniczowie w takich miejscach używają taśm klejących do płyt, aby po usunięciu szalunku pozostały całkowicie gładkie powierzchnie betonowe. Zawsze lepiej jest montować szalunek śrubami, a nie gwoździami, ponieważ podczas demontażu szalunku gwoździe mogą zarysować świeży beton. Wkręty szalunkowe są również używane do montażu na sucho.

4.3. Zbrojenie konstrukcji betonowych

Chociaż beton ma wysoką wytrzymałość na ściskanie, jego wytrzymałość na rozciąganie nie jest nawet zbliżona do wytrzymałości stali. Konstrukcje takie jak ściany i płyty mogą pękać pod wpływem ciężaru. Aby temu zapobiec, budowniczowie wzmacniają każdą większą konstrukcję zbrojeniem; W ścianach i fundamentach umieszczane są stalowe pręty, a przy produkcji płyt fundamentowych i stropowych stalowe siatki zbrojeniowe. Wykonanie zbrojenia stalowego jest równie wymagające jak szalowanie. Siatki i pręty mają różne średnice. Rozmiar, czyli fi, jak nazywają go fachowcy, dobierany jest zgodnie z wytrzymałością na rozciąganie wymaganą dla danego przedmiotu. Zawsze lepiej, aby średnica była większa niż mniejsza niż to konieczne. Zbrojenie można również wygiąć ręcznym narzędziem zwanym strzemieniem, aby uzyskać wymagany kształt, chociaż są też maszyny lub można to uzgodnić ze sprzedawcą betonu, jeśli zamawiasz gotowy.

4.4. Obróbka i malowanie betonu

Według tego, jak chcesz, aby beton wyglądał po zakończeniu, zależy i jego wykończenie, a właściwie proces pracy. Zwykle wykończenie zaczyna się od szlifowania, gdy beton jest jeszcze mokry. W niektórych przypadkach, takich jak budowa garażu, wylewka może być warstwą ostateczną. Jeśli wylewasz beton na taras lub podłogę w domku, prawdopodobnie będziesz chciał go dodatkowo wypolerować zanim stwardnieje. Można to zrobić przez szlifowanie lub polerowanie specjalnymi maszynami, gdy beton jest całkowicie suchy. Polerowanie betonu to tak naprawdę umiejętność wymagająca wiedzy i doświadczenia. Celem jest wyciągnięcie na powierzchnię mniejszych kawałków kruszywa i proszku i uzyskanie całkowicie gładkiej powierzchni. Jeśli przesadzisz, po pewnym czasie powierzchnia może zacząć się łuszczyć lub pękać. Farby można dodawać do betonu tuż przed wylaniem lub można go kupić już w kolorze. Po stwardnieniu beton można również pomalować powłoką kwasową lub farbą do betonu. Kwas powoduje reakcję chemiczną z substancjami chemicznymi w betonie, tworząc różne kolory ziemi. Farba jest używana, jeśli chcesz mieć inne kolory lub odcienie.

4.5. Uszczelniacze do betonu

Jeśli masz w domu betonowy blat lub podłoga w łazience jest betonowa, konieczne będzie uszczelnienie tych powierzchni, aby woda ani zanieczyszczenia nie dostały się do porów. Większość uszczelniaczy do betonu to w rzeczywistości rozpuszczalny w wodzie poliuretan lub akryl. Przed malowaniem beton należy oczyścić wodą z detergentem lub myjką ciśnieniową i osuszyć, a powłokę nakładać pędzlem lub wałkiem, a następnie pozostawić do wyschnięcia. Dobrze jest powtarzać tę procedurę regularnie, co kilka lat, aby powłoka trwała jak najdłużej i wyglądała jak nowa.