náhled|Řez blokem betonu náhled|Ukládání betonu Beton je kompozitní stavební materiál. Podle ČSN EN 206+A2 je beton materiál vyrobený ze směsi cementu, hrubého a drobného kameniva a vody a může obsahovat další přísady, příměsi nebo vlákna. Své vlastnosti získává hydratací cementu. Označením beton bez přívlastku je vždy míněn tzv. cementový beton (CB), kde je pojivem cement a plnivem kamenivo; dalším materiálem pro výrobu je voda.
Jiné druhy betonu jsou vždy uváděny s přívlastkem, například tzv. asfaltový beton (AB), který se využívá k výstavbě asfaltových vozovek.
Název beton poprvé použil francouzský inženýr Bernard Forest de Bélidor v roce 1753, tehdy se jednalo o směs s hydraulickým pojivem, která byla použita jako omítka.
Historie Počátky využití kompozitních stavebních materiálů (tedy betonu v obecném smyslu) můžeme hledat v Asýrii, kdy se jako pojivo používal jíl. V Egyptě se pak jako pojivo užívala sádra.
Antika náhled|Římský Pantheon, stále největší dóm z nearmovaného betonu. První použití hydraulického betonu, podobného tomu, který se používá v současnosti, tedy s pojivy na bázi hydraulických vápen, přírodního nebo portlandského cementu, se datuje do období starověké Římské republiky (okolo roku 200 př. n. l.), kdy se jako materiál na výrobu pojiva začal používat pucolán (sopečný popel) – přírodní hydraulický cement s vynikajícími vlastnostmi. Tento druh pojiva umožnil vybudování významných inženýrských staveb, přístavních hrází, akvaduktů a mostů v celé oblasti Středomoří. Na kvalitu betonu mohlo mít vliv mimo jiné i mísení složek za tepla.
Z pucolánového betonu byly vyrobeny některé z nejmonumentálnějších staveb antiky. Mnoho vynikajících příkladů těchto staveb ještě stojí. Technologickým zázrakem je například obrovská monolitická kopule na Pantheonu v Římě. Má průměr 43,3 m a váží 5000 tun. Byla vytvořena technologií litého betonu za sedm let (118–125 n. l.). Kopule srovnatelné velikosti byly ještě o jeden a půl tisíce let později stavěny technologií kamenné klenby, přičemž výstavba trvala desítky let.
Podle všeobecně přijímaného názoru byla znalost používání hydraulických pojiv ztracena se zánikem římské říše a znovuobjevena až v souvislosti s novověkými pokusy Johna Smeatona.
Středověk Velmi překvapivé jsou proto analýzy původního zdiva Karlova mostu v Praze uskutečněné na VŠCHT v roce 2008, které prokázaly unikátní příklad pokračování antické tradice použití vysoce kvalitních malt/betonů s hydraulickým pojivem na této středověké stavbě.Přikryl R., Novotná M., Weishauptová Z., Šťastná A., Materiály původního zdiva Karlova mostu a jejich skladba, Průzkumy památek XVI, 1/2009, dostupné online Citace: Kvalita a homogenita výplňového zdiva svědčí o tom, že suroviny pro něj nebyly získávány ad hoc, ale naopak pečlivě vybírány a zpracovávány osvědčenými technologiemi, které tvořily dobře tajené znalostní zázemí středověkých stavebních hutí. Je možné, že součástí strategie utajování skutečných postupů bylo vytváření „falešných“ veřejně přístupných receptur (např. tvrzení o organických přísadách, které měly odvést pozornost případných napodobitelů). Fyzikální vlastnosti výplňového zdiva Karlova mostu (zejména nízká objemová hmotnost) odpovídají moderním tzv. lehkým konstrukčním betonům. Zdivo s těmito parametry tak celkovou stavbu nejen stabilizuje, ale rovněž nevystavuje její vnější konstrukci (lícní kvádrové zdivo) nadbytečnému zatížení.
Novověk Moderní portlandský cement poprvé použil v roce 1756 britský inženýr John Smeaton; po dalším zdokonalení si jej v roce 1824 patentoval Joseph Aspdin. Míchačky byly na stavbách zaváděny ve dvacátých letech 20. století, u větších staveb se však první prototypy objevovaly už v 70. letech století devatenáctého. Ruční míchání vápenné malty nebyl problém, na stavbách pomocné práce prováděly ženy, což byla levná pracovní síla. Beton však musel být namíchán v přesném poměru a ve stále stejné kvalitě, což bylo nutné např. u železobetonových nosníků. Byly tu i důvody ekonomické: do ručně míchaného betonu se musí dávat více cementu, protože se musí počítat s nedokonalou ruční prací. Už v té době vznikl výrok polírů: „S betonem jdou dělat největší kouzla.“
V roce 1907 Thomas Alva Edison poprvé zavedl lití betonu do konstrukce (bednění?).
V Čechách byl do základů větší stavby poprvé použit beton v roce 1862 při výstavbě prozatímního divadla a později divadla Národního. Beton měl být původně z cementu, avšak zkoušky provedené na stavbě dokázaly, že beton může být namíchán též ze staropražského vápna. Zvolený poměr byl 1:3:5 (čeho?) Při opětovném odhalení základů v roce 1883 se prokázalo, že tento beton nabyl požadované pevnosti.
Charakteristika
náhled|Výztuž (armatura) do železobetonu Během hydratace a tvrdnutí probíhají v betonu fyzikální a chemické procesy (provázené uvolňováním tepla), při kterých beton získává mechanickou pevnost a odolnost a vytváří se chemická stabilita v materiálu. Beton neztvrdne tím, že vyschne, ale že postupně během týdnů vykrystalizuje. Tento proces začne asi hodinu po namíchání, a čím je teplota betonové směsi vyšší, tím je krystalizace rychlejší (např. v panelárnách se beton ohříval až na 80 °C). Tento proces nelze nijak zastavit, a pokud například beton v automixu zbude, musí se zlikvidovat. Voda v krystalech betonu nesmí zmrznout, tím je beton zcela znehodnocen. Beton při tuhnutí není závislý na přítomnosti vzduchu, a proto tuhne i pod vodou.
Druhy betonu Prostý beton je odolný především vůči namáhání tlakem, naproti tomu snese pouze malé tahové zatížení. Proto se beton kombinuje s ocelovou výztuží – vzniká železobeton. Jako výztuž se používají i dráty, které se při formování betonu napnou a po ztuhnutí uvolní, čímž vnáší do betonu tlak – předpjatý beton.
Speciální betony náhled|Interiér varšavského muzea dějin polských Židů je vytvořen ze stříkaného betonu Speciálním betonem označujeme beton, který má neobvyklé vlastnosti, nebo jinak neobvyklé použití. Mezi speciální betony patří např. lehký beton (pórobeton), těžký beton, rozpínavý beton, vysokopevnostní beton, samozhutnitelný beton, zhutněný beton, vláknobeton, drátkobeton, vodotěsný beton, stříkaný beton, sklobeton, cihlobeton, hlinitanový beton, grafický beton, vakuovaný beton a jiné.
Pokud se do betonu přidají různá vlákna, drátky apod., vzniká vláknobetonMalá československá encyklopedie ČSAV, VI. svazek, písmeno Š-Ž, vydala Academia, Praha 1987 či drátkobeton. Jako příměs je možno použít i moderní materiály, jako jsou uhlíková vlákna, a zvýšit tím pevnost betonu ještě o několik desítek procent. Samotný vláknobeton (bez kovové výztuže) není možné použít jako konstrukční beton. U vláknobetonu není možné staticky určit rozmístění, pozici a orientaci jednotlivých vláken (drátků) tak, aby se dala výsledná konstrukce staticky spočítat. Vláknobeton se proto nejčastěji používá pro konstrukce ležící na podpoře.
Lehčený beton, u kterého bylo vylehčení dosaženo při výrobě vytvořením pórů do hmoty betonu, se nazývá pórobeton. Je typický svojí lehkostí, dobrými tepelněizolačními vlastnostmi a jednoduchým použitím (pórobetonové tvárnice lze řezat speciální pilou). V pórobetonu lze jako příměs využít mimo písku také popílek z uhelného spalování.
Beton v kombinaci se skleněnými tvarovkami, tzv. luxferami, tvoří sklobeton. Sklobetonem je též nazýván kompozitní materiál složený z portlandského cementu, skleněných vláken, anorganického plniva a dalších přísad dle požadovaných vlastností konečného materiálu.
Vlastnosti Beton je pevný, libovolně tvarovatelný a velmi trvanlivý materiál. Má pevnost v tlaku, vysokou tepelnou akumulaci a je nehořlavý.
Pevnost betonu závisí především na vlastnostech cementu, dalšími ovlivňujícími faktory jsou vlastnosti vody a kameniva. Beton s větším obsahem cementu (1:2) má za teplého počasí už druhý den téměř poloviční tvrdost. V praxi se po 28 dnech považuje beton za hotový (vyzrálý).
Při krystalizaci se v betonu vytváří tzv. vnitřní teplo. Při betonáži přehrady v šíři několika metrů by vysoká teplota beton znehodnotila, a proto se do betonu vkládají ocelové roury např. půlmetrového průměru, kterými při krystalizaci nepřetržitě proudí studená chladicí voda. Tyto roury pak v betonu zůstanou. Betonáž takovýchto masívů probíhá nepřetržitě dnem i nocí, protože po noční přestávce by se již beton nespojil kvalitně. Při teplotě +5 °C a méně se krystalizace betonu velmi zpomaluje, ale když teplota stoupne, opět pokračuje.
Betony se označují značkou C následovanou dvěma čísly – válcovou pevností a krychelnou (různé metodiky měření pevnosti) v MPa, např. C16/20.
Kontrola kvality betonu a jeho vlastností se provádí za pomocí destruktivních a nedestruktivních zkoušek.
Podle hodnot více parametrů se krom běžných betonů (NSC) označuje i vysokohodnotných beton (HPC), ultra vysokohodnotný beton (UHPC) či mikroarmovaný UHPC.
Vodotěsnost Při posuzování vodotěsnosti betonu se nezapočítávají různé hrubé poruchy (trhliny, štěrková hnízda, díry v betonu apod.), které umožňují pronikání vody a kde je nutno beton opatřit vodotěsnou izolací. Vodotěsnost betonu se posuzuje podle toho, zda voda může procházet cementovou maltou nebo stykem mezi maltou a kamennými zrny. Normální zdravý kámen je prakticky vodotěsný.
K zajištění vodotěsnosti je třeba betonovou směs řádně složit a dokonale zhutnit. Pro zlepšení vodotěsnosti se dobře osvědčily povrchově aktivní látky (plastifikovaný a provzdušněný beton).
Pokud je potřeba zhotovit v terénu se spodní tlakovou vodou betonovou šachtu se zárukou absolutní nepropustnosti, postupuje se takto: Z ocelových plechů tloušťky 5 mm se svaří nepropustná ocelová bedna, nahoře otevřená. Vybetonuje se základová deska, a na ni, ještě do čerstvého betonu, se bedna postaví. Pak se do ní a zvenku zabuduje šalung a po přidání armatury se vybetonuje. Ocelová bedna je tak vlastně uvnitř železobetonové bedny.
Přísady a příměsi náhled|vpravo|Beton Přísady jsou obvykle různé chemikálie, které se přidávají do vody; příměsi se naopak přidávají do kameniva. Jsou to organické nebo anorganické materiály, tekutiny i sypké, které se přidávají do záměsi, aby určitým způsobem pozměnily vlastnosti betonu. Běžně tvoří maximálně 5 % hmotnosti. Nejčastěji se používají tyto typy:
Zrychlovače tuhnutí – urychlují hydrataci, beton rychleji dosáhne počáteční pevnosti. Nejjednodušší je přimíchání vodního skla. Beton pak tuhne velmi rychle a je nutno to napřed vyzkoušet. Pozor – tuhost nebo tvrdost betonu s vodním sklem je zpočátku pouze technologická – to znamená, že nám umožní s betonem hned pracovat. U tohoto betonu ale také proběhne čtyřtýdenní krystalizace do konečné tvrdosti (aby nebylo mýlky, že beton s vodním sklem je hned hotový). Použití je hlavně při havarijních opravách proti vodě, nebo například tažení římsy z cementové malty při 5 °C. V chladu by tuhnutí vrstev malty trvalo dlouho. Přidá-li se vodní sklo, malta tuhne rychleji, její tuhost pak umožní i natažení jemné omítky. Římsa je hotová, pak ať si proběhne krystalizace. Zpomalovače tuhnutí – zpomalují hydrataci, beton je déle zpracovatelný. Provzdušňovací přísady – vytvářejí mikroskopické dutiny. Plastifikátory a superplastifikátory – zlepšují zpracovatelnost betonové směsi. Protizmrazovací přísady – urychlují v zimním období dřívější dosažení pevnosti nutné pro odolnost betonu vůči působení mrazu na záměsovou vodu.