Betons — definīcija, sastāvs, īpašības un pielietojums
Betons — definīcija, sastāvs, īpašības un pielietojums. Uzzini par cementu, pildvielām, izturību, veidiem un praktiskām betona pielietošanas iespējām celtniecībā.
Betons ir svarīgs materiāls dažādu ēku un konstrukciju izgatavošanai. Tas ir kompozīts materiāls, kas sastāv no portlandcementa, smilts, grants vai pildvielas un ūdens dažādās proporcijās atkarībā no uzdevuma. Šīs sastāvdaļas, to attiecības un papildus piedevas nosaka betona īpašības — izturību, izturēšanos pret apkārtējās vides iedarbību, darba spējas ("darbarokas") un sacietēšanas laiku.
Sastāvs un proporcijas
Standarta betonam galvenās sastāvdaļas ir:
- Cements — saistviela, kas reaģējot ar ūdeni saista kopā pildvielas.
- Pildviela (smilts, grants vai šķembu maisījumi) — veido strukturālo karkasu un samazina dzelzsbetona cenu un saraušanos.
- Ūdens — aktivizē cementu; attiecība ūdens/cements (ūdens-ca) būtiski ietekmē izturību un porainību.
- Piedevas — ķīmiskas (plastificētāji, ātrumēdinātāji, ātri/ļoti lēni cietējošas piedevas, gaisa iepludinātāji) un minerālas (lidojuma pelni, lentēta granulāta skaidu putekļi, blastfūmera) piedevas, kas uzlabo darbu īpašības vai ilgizturību.
Mixu proporcijas var būt ļoti dažādas atkarībā no nepieciešamā stipruma, darbarokām un ekspozīcijas apstākļiem. Viens no svarīgākajiem faktoriem ir ūdens‑cementa attiecība — zemāka attiecība parasti dod augstāku gala stiprību, bet samazina darba spējas.
Sacietēšana un ķīmiskās reakcijas
Sastāvdaļas sajauc kopā mīklā, kas nedaudz līdzinās maizes mīklas pagatavošanai. Pēc tam betonu ielej karkasā. Pēc dažām stundām tas sacietē. Betons sacietē ķīmiskas reakcijas, ko sauc par hidratāciju, rezultātā. Ūdens reaģē ar cementu, kas savieno pārējās sastāvdaļas, un galu galā izveidojas izturīgs, akmenim līdzīgs materiāls.
Īpaši svarīgi ir sacietēšanas (rūšana) apstākļi — temperatūra, mitrums un laiks. Sākotnējā sacietēšana notiek stundās, bet parasti pilnu dizaina stiprību betons sasniedz pēc 28 dienām (standarta noteikums būvniecībā). Dažās situācijās nepieciešama mitruma uzturēšana (laistīšana, pārklāšana ar plēvi vai lietošana ar slāpekļa vai citu izturēšanas sistēmu) lai novērstu pārāk ātru mitruma zudumu.
Mehāniskās īpašības
Betons ir stiprs saspiežot, bet salīdzinoši vājš stiepjot. Tāpēc konstrukcijas, kurās nepieciešama arī stiepes izturība, bieži tiek pastiprinātas ar tērauda stieņiem — tā rodas dzelzsbetona konstrukcija. Dzelzsbetonā tērauds nodrošina stiepes spēju, bet betons aizsargā tēraudu un ņem saspiešanas slodzi.
Citām svarīgām īpašībām pieder:
- Blīvums un porainība — ietekmē ūdensnecaurlaidību un izturību pret salu cikliem.
- Izbalēšana un dilšana — saistīta ar abrazīviem slodzēm un ķīmisko agresiju.
- Termiskā izplešanās — jāņem vērā lielām konstrukcijām (joints, deformācijas šuves).
- Ugunsizturība — betons labi pretojas ugunij, taču augsta temperatūra var samazināt stiprību.
Veidi un īpašas šķirnes
- Parastais betons — plaši lietots būvniecībā (ēku pamati, sienas, plātnes).
- Armētais betons — ar tērauda stieņiem stiepjas un tiek izmantots nesošām konstrukcijām.
- Priekšpiegatavots betons (prefab) — rūpnieciski ražotas detaļas: sijas, paneļi, kolonnas.
- Pašplūstošais betons — ļoti labas darbarokas, aizpilda formu bez vibrācijas.
- Vieglbetons — ar porainām vai vieglākām pildvielām (eks. perlīts, šūnveida stiklšķiedra) — labāka siltumizolācija.
- Ūdensnecaurlaidīgs betons un hidrauliskais betons — daži betona veidi ir ūdensnecaurlaidīgi, un daži no tiem pat sacietē zem ūdens.
- Augstas izturības un augstas veiktspējas betoni — īpašas formulācijas industriālām un inženiertehniskām vajadzībām.
Pielietojums
Betonu izmanto, lai veidotu ietves, caurules, arhitektūras konstrukcijas, pamatus, autoceļus, tiltus, daudzstāvu autostāvvietas, sienas, pamatus vārtiem, žogiem un stabiem un pat laivām. Tā lielākā priekšrocība ir tā, ka tas savieno ķieģeļus un akmeņus labāk nekā jebkura cita cilvēcei zināma metode.
Papildus to var minēt: hidrocentrāles, tuneļi, dambji, rūpnieciskās grīdas, lietus ūdens kolektori un dekoratīvie arhitektūras elementi. Ar pareizu formulējumu betons var tikt lietots arī tādās īpašās vidēs kā jūras ūdens vai ķīmiski aktīvas vietas (ar piemērotām piedevām un aizsardzības pasākumiem).
Ilgmūžība, bojājumi un uzturēšana
Betona kalpošanas laiks var būt ļoti ilgs, tomēr tas ir pakļauts dažādiem bojājumu mehānismiem:
- Korozija — hlora joni (no sāls) var izraisīt tērauda stieņu rūsēšanu, kas noved pie plaisām un lūzumiem.
- Sala–atkušanas cikli — ūdens porās sasalstot paplašinās, un atkārtotas iedarbības gadījumā bojā betonu.
- Ķīmiskā iedarbība — sulfāti, skābes vai organiskie šķīdinātāji var iznīcināt cementa pastu.
Uzturēšana bieži ietver plaisu remontu, virsmas aizsargkārtu (hidrofobizatori, impregnatori), korozijas inhibitoru lietošanu un regulāras pārbaudes. Pareiza konstrukcijas detaļu projektēšana — deformācijas šuves, atbilstoša pārklājuma biezums uz tērauda stieņiem — būtiski pagarina konstrukcijas kalpošanas laiku.
Vēsture un inovācijas
Betons ir vecs jau 5600 gadus pirms mūsu ēras. Betonu neizgudroja romieši, taču viņi to daudz izmantoja. Romiešu "opus caementicium" parauga elementi saglabājās gadsimtus un vairāki to darbi pastāv vēl šodien. Mūsdienu cementa ražošana un betona tehnoloģijas attīstījās 19. un 20. gadsimtā, ieviešot portlandcementu, betonu ar pastāvīgi kontrolētām īpašībām un rūpniecisko ražošanu.
Vide un ilgtspējība
Cementa ražošana ir energoietilpīgs un CO2 izmešiem bagāts process. Lai samazinātu ietekmi, tiek lietotas metodes kā:
- daļējā portlandcementa aizvietošana ar blastfūmeras vai lidojuma pelnu piedevām;
- reducēta cementa saturs maisījumos un optimizētas agregātu proporcijas;
- atsedzinātas tehnoloģijas un oglekļa uztveršana cementa rūpnīcās;
- otrreizējo materiālu — drupinātu betona un recekļu — izmantošana kā šķembu/pildvielu avots.
Modernas inovācijas ietver arī oglekļa piesaistes betona ražošanā, "zaļus" cementus un ātrāk sacietējošas, bet ar zemāku CO2 emisiju izejvielas.
Praktiski padomi būvniecībā
- Plānojot konstrukciju, ņemiet vērā betona klases un paredzamo ekspluatācijas vidi (sala, ķīmiska agresija, abrazija).
- Uzraudziet ūdens‑cementa attiecību — pārāk daudz ūdens samazina izturību.
- Rūpējieties par pareizu sacietēšanu (mitrumu uzturošas metodes), īpaši pirmajās 7–14 dienās.
- Ja paredzētas agresīvas vides, izmantojiet piemērotas piedevas un palielinātu pārklājumu tērauda stieņiem, lai novērstu koroziju.
Kopsavilkumā — betons ir universāls, izturīgs un relatīvi ekonomisks materiāls ar plašu pielietojumu spektru. Pareizi projektēts, ražots un uzturēts, tas kalpo ilgi un uzticami, taču tam jāpievērš uzmanība sacietēšanas, aizsardzības pret koroziju un ilgtspējas jautājumiem.
Hadriāna Panteons Romā ir romiešu betona konstrukciju piemērs.
Romas Panteona, kas joprojām ir lielākais (43,4 m diametrā) nesastiprinātais cietais betona kupols, ārējais skats.
Mūsdienīga ēka: Bostonas domes ēka (pabeigta 1968. gadā) ir būvēta galvenokārt no dzelzsbetona - gan saliekamā, gan ielejamā.
Betons, ko izmanto ēkas būvniecībai
Piedevas
Ir daudz piedevu, kas paātrina betona cietēšanu, palēnina cietēšanu, padara to stiprāku, samazina koroziju utt. Romieši atklāja, ka, pievienojot vulkānisko pelnu, var iegūt betonu, kas sacietē zem ūdens. Romieši zināja arī to, ka, pievienojot zirgu matus, betons cietējot mazāk plaisā un ka, pievienojot asinis, tas kļūst izturīgāks pret salu.
Mūsdienu betonu 1756. gadā izgatavoja britu inženieris Džons Smitons. Viņš cementam pievienoja oļus un ķieģeļu pulveri. Angļu izgudrotājs Džozefs Aspdins 1824. gadā izgudroja portlandcementu, kas joprojām ir galvenais betona ražošanā izmantotais cements. Viņš sadedzināja kopā samaltu kaļķakmeni un mālu. Sadedzināšanas procesā mainījās materiālu ķīmiskās īpašības, un Aspdins radīja stiprāku cementu, nekā to varēja iegūt no vienkārša sasmalcināta kaļķakmens.
19. gadsimtā franču dārznieks Žozefs Monjē 1849. gadā izgudroja dzelzsbetonu (patentēts 1867. gadā). Fransuā Koinjē to pētīja un uzlaboja. Tas ir betons ar tērauda stieņiem, ko sauc par stiegrojuma stieņiem (rebars). Tērauda stieņus sāk aizstāt stikla šķiedra vai plastmasas šķiedra.
Lai sasniegtu īpašus mērķus, maisījumam var pievienot daudzas modernas ķīmiskās vielas. "Superplastifikatori" ir ķīmiskās vielas, kas uzlabo apstrādājamību, proti, spēju veidot betonu, pirms tas ir sacietējis. Pigmenti var mainīt blāvu, pelēku krāsu. Korozijas inhibitori var samazināt tērauda stieņu rūsēšanu. "Gaisa ievilkšana" ir mazu burbuļu pūšana betonā pirms tā sacietēšanas. Tas palīdz betonam izturēt aukstā klimata sasalšanu un atkausēšanu. Domnu sārņus var sajaukt ar betonu. Tas padara betona krāsu gandrīz tīri baltu un padara to stiprāku.
Jautājumi un atbildes
J: No kā ir izgatavots betons?
A: Betons ir kompozītmateriāls, kas sastāv no portlandcementa, smilts, grants vai pildvielas un ūdens dažādās proporcijās atkarībā no uzdevuma.
Q: Cik daudz betona tiek saražots katru gadu?
A: Kopš 2006. gada katru gadu tiek saražoti aptuveni 7,5 miljardi kubikmetru betona - vairāk nekā viens kubikmetrs uz katru cilvēku uz Zemes.
J: Kas rodas, sajaucot sastāvdaļas kopā?
A: Sastāvdaļas sajaucot kopā, veidojas masa, līdzīgi kā gatavojot mīklu maizei.
J: Kā betons sacietē?
A: Betons sacietē ķīmiskas reakcijas rezultātā, ko sauc par hidratāciju. Ūdens reaģē ar cementu, kas savieno pārējās sastāvdaļas, un galu galā izveidojas spēcīgs, akmenim līdzīgs materiāls.
J: Kādi ir daži izplatītākie betona izmantošanas veidi?
A.: Betons visbiežāk tiek izmantots ietvēm, caurulēm, arhitektoniskām konstrukcijām, pamatiem, autoceļiem, tiltiem un daudzstāvu autostāvvietām. To var izmantot arī sienu, vārtu un žogu pamatņu un pat laivu izgatavošanai.
J: Kādas ir betona izmantošanas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem materiāliem?
A: Viena no betona izmantošanas priekšrocībām salīdzinājumā ar citiem materiāliem ir tā, ka tas labāk nekā jebkura cita cilvēcei zināma metode savieno ķieģeļus un akmeņus.
J: Kad pirmo reizi tika izmantots betons?
A: Betonu sāka izmantot jau 5600 gadus pirms mūsu ēras.
Meklēt