Betón

Betón je kompozitný materiál zložený z jemného a hrubého kameniva spojeného tekutým cementom (cementová pasta), ktorý časom tvrdne (tvrdne). Betón je po vode druhá najpoužívanejšia látka na svete ^[2] a je najpoužívanejším stavebným materiálom. ^[3] Jeho celosvetové využitie, tona na tonu, je dvojnásobné v porovnaní s oceľou, drevom, plastmi a hliníkom dohromady. ^[4] Očakáva sa, že celosvetovo odvetvie transportbetónu, najväčší segment trhu s betónom, presiahne do roku 2025 príjmy vo výške 600 miliárd USD. ^[5] Toto široké využitie má za následok množstvo environmentálnych dopadov .. Predovšetkým proces výroby cementu produkuje veľké objemy emisií skleníkových plynov , čo vedie k čistým 8 % celosvetových emisií. ^{[6] [7]} Medzi ďalšie environmentálne problémy patrí rozšírená nelegálna ťažba piesku , vplyvy na okolité prostredie, ako je zvýšený povrchový odtok alebo efekt tepelných ostrovov v mestách , a potenciálne dôsledky toxických prísad na verejné zdravie. Uskutočňuje sa významný výskum a vývoj v snahe znížiť emisie alebo urobiť z betónu zdroj sekvestrácie uhlíka a zvýšiť obsah recyklovaných a druhotných surovín v zmesi s cieľom dosiahnuť obehové hospodárstvo .. Očakáva sa, že betón bude kľúčovým materiálom pre konštrukcie odolné voči klimatickým katastrofám ^[8] , ako aj riešením na zmiernenie znečistenia v iných priemyselných odvetviach, zachytávajúci odpad, ako je uhoľný popolček alebo bauxitová hlušina a zvyšky .

Keď sa kamenivo zmieša so suchým portlandským cementom a vodou , zmes vytvorí tekutú kašu , ktorá sa ľahko naleje a formuje do tvaru. Cement reaguje s vodou prostredníctvom procesu nazývaného hydratácia betónu , ktorý tuhne počas niekoľkých hodín a vytvára tvrdú matricu, ktorá spája materiály dohromady do odolného materiálu podobného kameňu, ktorý má mnoho použití. ^[9] Tento čas umožňuje betón nielen odlievať do foriem, ale aj mať predtvarované množstvo nástrojov. Proces hydratácie je exotermický , čo znamená, že teplota okolia zohráva významnú úlohu v tom, ako dlho trvá stuhnutie betónu. Často aditíva (ako puzolány alebo superplastifikátory) sú súčasťou zmesi na zlepšenie fyzikálnych vlastností mokrej zmesi, oneskorenie alebo urýchlenie doby vytvrdzovania alebo inú zmenu hotového materiálu. Väčšina betónu sa leje s vystužovacími materiálmi (ako je výstuž ), aby sa zabezpečila pevnosť v ťahu , čím sa získa vystužený betón .

V minulosti sa cementové spojivá na báze vápna , ako je vápenný tmel, často používali, ale niekedy s inými hydraulickými cementmi (odolnými voči vode), ako je hlinitanový cement alebo portlandský cement na vytvorenie betónu z portlandského cementu (pomenovaný pre jeho vizuálnu podobnosť s Portlandský kameň ). ^{[10] [11]} Existuje mnoho ďalších necementových typov betónu s inými metódami spájania kameniva, vrátane asfaltového betónu s bitúmenovým spojivom, ktorý sa často používa na povrchy ciest , a polymérnych betónov .ktoré používajú polyméry ako spojivo. Betón sa líši od malty . Zatiaľ čo betón je sám o sebe stavebným materiálom, malta je spojivo, ktoré zvyčajne drží tehly , dlaždice a iné murovacie prvky pohromade. ^[12]

Etymológia

Slovo betón pochádza z latinského slova „ concretus “ (čo znamená kompaktný alebo zhustený), ^[13] dokonalé trpné príčastie „ concrescere “, z „ con –“ (spolu) a „ crescere “ (rásť).

História

Staroveké časy

Mayský betón na ruinách Uxmalu je spomínaný v Incidents of Travel in the Yucatán od Johna L. Stephensa . "Strecha je plochá a bola pokrytá cementom." "Podlahy boli cementové, na niektorých miestach tvrdé, ale dlhým vystavením sa rozbili a teraz sa rozpadali pod nohami." "Ale celý múr bol pevný a pozostával z veľkých kameňov zapustených do malty, takmer tak tvrdých ako skala."

Malovýroba materiálov podobných betónu bola priekopníkmi nabatejských obchodníkov, ktorí od 4. storočia pred Kristom obsadili a ovládali sériu oáz a vytvorili malú ríšu v oblastiach južnej Sýrie a severného Jordánska. Objavili výhody hydraulického vápna s určitými vlastnosťami samocementu v roku 700 pred Kristom. Postavili pece na zásobovanie maltou na stavbu domov z muriva , betónových podláh a podzemných vodotesných cisterien . Udržiavali cisterny v tajnosti, pretože umožnili Nabatejcom prosperovať v púšti. ^[14] Niektoré z týchto štruktúr prežili dodnes. ^[14]

Klasická éra

V starovekom Egypte a neskôr v rímskej ére stavitelia zistili, že pridanie sopečného popola do zmesi umožnilo stuhnúť pod vodou.

Betónové podlahy sa našli v kráľovskom paláci Tiryns v Grécku, ktorý sa datuje zhruba do obdobia 1400 – 1200 pred Kristom. ^{[15] [16]} V roku 800 pred Kristom sa v Grécku, na Kréte a na Cypre používali vápenné malty. Asýrsky akvadukt Jerwan (688 pred Kr.) využíval vodotesný betón . ^[17] Betón sa používal na stavbu mnohých starovekých stavieb. ^[18]

Rimania vo veľkej miere používali betón od roku 300 pred Kristom do roku 476 nášho letopočtu. ^[19] Počas Rímskej ríše sa rímsky betón (alebo opus caementicium ) vyrábal z nehaseného vápna , puzolánu a kameniva pemzy . Jeho široké využitie v mnohých rímskych stavbách , kľúčová udalosť v dejinách architektúry nazývaná rímska architektonická revolúcia , oslobodila rímske stavby od obmedzení kamenných a tehlových materiálov. Umožnil revolučné nové dizajny z hľadiska štrukturálnej zložitosti aj rozmerov. [ ^20] Koloseumv Ríme bola postavená prevažne z betónu a betónová kupola Panteónu je najväčšou nevystuženou betónovou kupolou na svete. ^[21]

Betón, ako ho poznali Rimania, bol novým a revolučným materiálom. Položený v tvare oblúkov , klenieb a kupol rýchlo stvrdol do tuhej hmoty, bez mnohých vnútorných ťahov a napätí, ktoré trápili staviteľov podobných stavieb z kameňa alebo tehál. ^[22]

Moderné testy ukazujú, že opus caementicium malo rovnakú pevnosť v tlaku ako moderný portlandský cementový betón (cca 200 kg/cm2 ^[  20 MPa; 2 800 psi]). ^[23] Avšak kvôli absencii výstuže bola jeho pevnosť v ťahu oveľa nižšia ako u moderného železobetónu a jeho spôsob aplikácie sa tiež líšil: ^[24]

Moderný konštrukčný betón sa líši od rímskeho betónu v dvoch dôležitých detailoch. Po prvé, konzistencia zmesi je tekutá a homogénna, čo umožňuje jej nalievanie do foriem a nevyžaduje ručné vrstvenie spolu s ukladaním kameniva, ktoré v rímskej praxi často pozostávalo z drviny . Po druhé, integrálna armovacia oceľ dáva moderným betónovým zostavám veľkú pevnosť v ťahu, zatiaľ čo rímsky betón môže závisieť iba od pevnosti betónového spojenia, aby odolal ťahu. ^[25]

Zistilo sa, že dlhodobá životnosť rímskych betónových konštrukcií je spôsobená ich použitím pyroklastických (vulkanických) hornín a popola, pričom kryštalizácia strätlingitu (špecifický a komplexný hydrát hlinitokremičitanu vápenatého) ^[26] a koalescencia tohto a podobné kalcium-hlinito-silikát-hydrátové cementačné spojivá pomohli poskytnúť betónu vyšší stupeň odolnosti proti lomu aj v seizmicky aktívnom prostredí. ^[27] Rímsky betón je podstatne odolnejší voči erózii morskou vodou ako moderný betón; využíval pyroklastické materiály, ktoré reagujú s morskou vodou a časom vytvárajú kryštály altobermoritu . ^{[28] [29]}

Široké používanie betónu v mnohých rímskych stavbách zabezpečilo, že mnohé prežili až do súčasnosti. Kúpele Caracalla v Ríme sú len jedným príkladom. Mnohé rímske akvadukty a mosty, ako napríklad nádherný Pont du Gard v južnom Francúzsku, majú murovaný obklad na betónovom jadre, rovnako ako kupola Panteónu .

Po páde Rímskej ríše sa používanie betónu stalo zriedkavým, kým sa technológia v polovici 18. storočia neprepracovala. Betón celosvetovo predbehol oceľ v tonách použitého materiálu. ^[30]

Stredovek

Po Rímskej ríši sa používanie páleného vápna a pucolánu výrazne obmedzilo. Nízke teploty v peci pri pálení vápna, nedostatok pucolánu a zlé miešanie, to všetko prispelo k poklesu kvality betónu a malty. Od 11. storočia zvýšené používanie kameňa pri stavbe kostolov a hradov viedlo k zvýšenému dopytu po malte. Kvalita sa začala zlepšovať v 12. storočí prostredníctvom lepšieho mletia a preosievania. Stredoveké vápenné malty a betóny boli nehydraulické a používali sa na viazanie muriva, „srdcovky“ (spájanie sutinových jadier muriva) a základov. Bartholomaeus Anglicus vo svojom diele De proprietatibus rerum(1240) opisuje výrobu malty. V anglickom preklade z roku 1397 to znie "lyme ... is a stone brent; jeho medlynge with sonde and water sement is made". Od 14. storočia bola kvalita malty opäť vynikajúca, ale až od 17. storočia sa bežne pridávala pucolán. ^[31]

Canal du Midi bol postavený z betónu v roku 1670. ^{[32] [ nespoľahlivý zdroj? ]}

Priemyselná éra

Snáď najväčším krokom vpred v modernom využívaní betónu bola Smeatonova veža , ktorú postavil britský inžinier John Smeaton v Devone v Anglicku v rokoch 1756 až 1759. Tento tretí maják Eddystone bol priekopníkom v používaní hydraulického vápna v betóne s použitím kamienkov a práškových tehál. agregát. ^[33]

Spôsob výroby portlandského cementu bol vyvinutý v Anglicku a patentovaný Josephom Aspdinom v roku 1824. ^[34] Aspdin si toto meno vybral pre jeho podobnosť s portlandským kameňom , ktorý sa ťažil na ostrove Portland v anglickom Dorsete . Jeho syn William pokračoval vo vývoji až do 40. rokov 19. storočia, čím si vyslúžil uznanie za vývoj „moderného“ portlandského cementu. ^[35]

Železobetón vynašiel v roku 1849 Joseph Monier . ^[36] a prvý železobetónový dom postavil François Coignet ^[37] v roku 1853. Prvý betónový železobetónový most navrhol a postavil Joseph Monier v roku 1875. ^[38]

Zloženie

Betón je umelý kompozitný materiál, ktorý obsahuje matricu cementového spojiva (zvyčajne portlandskú cementovú pastu alebo asfalt ) a dispergovanú fázu alebo „plnivo“ kameniva (typicky skalnatý materiál, voľné kamene a piesok). Spojivo "zlepí" plnivo dohromady a vytvorí syntetický konglomerát. ^[39] K dispozícii je veľa druhov betónu , ktoré sú určené zložením spojív a typmi kameniva použitého tak, aby vyhovovali aplikácii inžinierskeho materiálu. Tieto premenné určujú pevnosť a hustotu, ako aj chemickú a tepelnú odolnosť hotového výrobku.

Kamenivo pozostáva z veľkých kusov materiálu v betónovej zmesi, vo všeobecnosti z hrubého štrku alebo drvených hornín, ako je vápenec alebo žula , spolu s jemnejšími materiálmi, ako je piesok .

Cementová pasta, najčastejšie vyrobená z portlandského cementu, je najrozšírenejším druhom betónového spojiva. V prípade cementových spojív sa voda zmieša so suchým cementovým práškom a kamenivom, čím sa vytvorí polotekutá kaša (pasta), ktorú možno tvarovať, zvyčajne nalievaním do formy. Betón tuhne a tvrdne chemickým procesom nazývaným hydratácia . Voda reaguje s cementom, ktorý spája ostatné zložky dohromady a vytvára robustný materiál podobný kameňu. Iné cementové materiály, ako je popolček a troskový cement , sa niekedy pridávajú – buď vopred zmiešané s cementom alebo priamo ako zložka betónu – a stávajú sa súčasťou spojiva pre kamenivo. ^[40]Popolček a troska môžu zlepšiť niektoré vlastnosti betónu, ako sú čerstvé vlastnosti a trvanlivosť. ^[40] Alternatívne možno ako spojivo betónu použiť aj iné materiály: najrozšírenejšou náhradou je asfalt , ktorý sa používa ako spojivo v asfaltovom betóne .

Prísady sa pridávajú na úpravu rýchlosti vytvrdzovania alebo vlastností materiálu. Minerálne prímesi využívajú ako prísady do betónu recyklované materiály. Medzi nápadné materiály patrí popolček , vedľajší produkt uhoľných elektrární ; mletá granulovaná vysokopecná troska , vedľajší produkt výroby ocele ; a kremičitý úlet , vedľajší produkt priemyselných elektrických oblúkových pecí .

Konštrukcie využívajúce betón z portlandského cementu zvyčajne obsahujú oceľovú výstuž , pretože tento typ betónu môže byť vyrobený s vysokou pevnosťou v tlaku , ale vždy má nižšiu pevnosť v ťahu . Preto je zvyčajne vystužený materiálmi, ktoré sú pevné v ťahu, zvyčajne oceľovou výstužou .

Návrh zmesi závisí od typu stavanej konštrukcie, od spôsobu miešania a dodávania betónu a od toho, ako je umiestnený na vytvorenie konštrukcie.

Cement

Portlandský cement je najbežnejším typom cementu vo všeobecnom používaní. Je základnou zložkou betónu, malty a mnohých omietok . ^[41] Britský murár Joseph Aspdin patentoval portlandský cement v roku 1824. Bol pomenovaný kvôli podobnosti jeho farby s portlandským vápencom , ktorý sa ťažil z anglického ostrova Portland a vo veľkej miere sa používa v londýnskej architektúre. Skladá sa zo zmesi kremičitanov vápenatých ( alit , belit ), hlinitanov a feritov— zlúčeniny, ktoré kombinujú vápnik, kremík, hliník a železo vo formách, ktoré budú reagovať s vodou. Portlandský cement a podobné materiály sa vyrábajú zahrievaním vápenca (zdroj vápnika) s ílom alebo bridlicou (zdroj kremíka, hliníka a železa) a mletím tohto produktu (nazývaného slinok ) so zdrojom síranu (najčastejšie sadry ).

V moderných cementárskych peciach sa používa mnoho pokročilých funkcií na zníženie spotreby paliva na tonu vyrobeného slinku. Cementárske pece sú extrémne veľké, zložité a vo svojej podstate prašné priemyselné zariadenia a majú emisie, ktoré je potrebné kontrolovať. Z rôznych prísad používaných na výrobu daného množstva betónu je cement energeticky najdrahší. Dokonca aj zložité a efektívne pece vyžadujú 3,3 až 3,6 gigajoulov energie na výrobu tony slinku a jeho následné rozomletie na cement . Mnohé pece môžu byť poháňané ťažko likvidovateľnými odpadmi, najčastejšie sú to opotrebované pneumatiky. Extrémne vysoké teploty a dlhé časové úseky pri týchto teplotách umožňujú cementárskym peciam efektívne a úplne spaľovať aj ťažko použiteľné palivá. ^[42]

Voda

Spojením vody s cementovým materiálom vzniká procesom hydratácie cementová pasta. Cementová pasta zlepuje kamenivo, vypĺňa v ňom dutiny a umožňuje voľnejšie prúdenie. ^[43]

Ako uvádza Abramsov zákon , nižší pomer vody a cementu vedie k pevnejšiemu a odolnejšiemu betónu, zatiaľ čo viac vody poskytuje voľnejšie tečúce betóny s vyšším spadnutím . ^[44] Nečistá voda používaná na výrobu betónu môže spôsobiť problémy pri tuhnutí alebo spôsobiť predčasné zlyhanie konštrukcie. ^[45]

Portlandský cement pozostáva z piatich hlavných zlúčenín kremičitanov vápenatých a aluminátov v rozsahu od 5 do 50 % hmotnosti, pričom všetky podliehajú hydratácii, aby prispeli k pevnosti konečného materiálu. Hydratácia cementu teda zahŕňa mnoho reakcií, ktoré často prebiehajú súčasne. Ako prebiehajú reakcie, produkty procesu hydratácie cementu postupne spájajú jednotlivé častice piesku a štrku a ďalšie zložky betónu do pevnej hmoty. ^[46]

Hydratácia trikalciumsilikátu

Zápis chemika cementu : C ₃ S + H → CSH + CH + teplo

Štandardná notácia: Ca ₃ SiO ₅ + H ₂ O → (CaO) · (SiO ₂ ) · (H ₂ O) (gél) + Ca(OH) ₂

Vyvážené: 2Ca3SiO5 + 7H20 _{→ 3 (CaO)· 2} (Si02 )·4( _{H20 )} (gél) + 3Ca(OH) ₂ (približne; presné pomery CaO, _Si02 a H ₂ O v CSH sa môže meniť) ^[46]

Vzhľadom na povahu chemických väzieb vytvorených pri týchto reakciách a konečných vlastností vytvorených častíc sa proces hydratácie cementu považuje za nevratný, čo znemožňuje metódy recyklácie cementu. ^[47]

Agregáty

Jemné a hrubé kamenivo tvorí prevažnú časť betónovej zmesi. Na tento účel sa používa hlavne piesok , prírodný štrk a drvený kameň . Recyklované kamenivo (zo stavebného, ​​demolačného a výkopového odpadu) sa čoraz častejšie používa ako čiastočná náhrada prírodného kameniva, pričom je povolených aj množstvo vyrábaného kameniva, vrátane vzduchom chladenej vysokopecnej trosky a spodného popola .

Rozloženie veľkosti kameniva určuje, koľko spojiva je potrebné. Kamenivo s veľmi rovnomernou distribúciou veľkosti má najväčšie medzery, zatiaľ čo pridávanie kameniva s menšími časticami má tendenciu vyplniť tieto medzery. Spojivo musí vyplniť medzery medzi kamenivom, ako aj zlepiť povrchy kameniva dohromady a je zvyčajne najdrahšou zložkou. Rozdiely vo veľkostiach kameniva teda znižujú náklady na betón. ^[48] ​​Kamenivo je takmer vždy pevnejšie ako spojivo, takže jeho použitie negatívne neovplyvňuje pevnosť betónu.

Prerozdelenie kameniva po zhutnení často vytvára nehomogenitu vplyvom vibrácií. To môže viesť k gradientu sily. ^[49]

Na povrch betónu sa niekedy pridávajú dekoratívne kamene ako kremenec , riečne kamienky alebo drvené sklo pre dekoratívnu úpravu „odkrytého kameniva“, obľúbenú medzi záhradnými dizajnérmi.

Prímesi

Prísady sú materiály vo forme prášku alebo kvapalín, ktoré sa pridávajú do betónu, aby mu dodali určité vlastnosti, ktoré nie je možné dosiahnuť pri zmesiach obyčajného betónu. Prísady sú definované ako prísady „vyrobené počas prípravy betónovej zmesi“. ^[50] Najbežnejšími prímesami sú spomaľovače a urýchľovače. Pri bežnom použití sú dávky prísad menšie ako 5 % hmotnostných cementu a pridávajú sa do betónu v čase dávkovania/miešania. ^[51] (Pozri § Výroba nižšie.) Bežné typy prímesí ^[52] sú nasledovné:

• Urýchľovače urýchľujú hydratáciu (tvrdnutie) betónu. Typické používané materiály sú chlorid vápenatý , dusičnan vápenatý a dusičnan sodný . Použitie chloridov však môže spôsobiť koróziu vo výstužnej oceli av niektorých krajinách je zakázané, takže môžu byť uprednostňované dusičnany, aj keď sú menej účinné ako chloridová soľ. Urýchľovacie prísady sú užitočné najmä na úpravu vlastností betónu v chladnom počasí.
• Prevzdušňovače pridávajú a strhávajú drobné vzduchové bublinky do betónu, čo znižuje poškodenie počas cyklov zmrazovania a rozmrazovania a zvyšuje trvanlivosť . Strhnutý vzduch však znamená kompromis s pevnosťou, pretože každé 1 % vzduchu môže znížiť pevnosť v tlaku o 5 %. ^[53] Ak sa v betóne v dôsledku procesu miešania zachytí príliš veľa vzduchu, môžu sa použiť odpeňovače , aby sa vzduchové bubliny zhlukovali, stúpali na povrch vlhkého betónu a potom sa rozptýlili.
• Spojivá sa používajú na vytvorenie spoja medzi starým a novým betónom (typicky typ polyméru) so širokou teplotnou toleranciou a odolnosťou proti korózii.
• Inhibítory korózie sa používajú na minimalizáciu korózie ocele a oceľových tyčí v betóne.
• Kryštalické prísady sa zvyčajne pridávajú počas dávkovania betónu na zníženie priepustnosti. Reakcia prebieha, keď je vystavená vode a nehydratovaným časticiam cementu za vzniku nerozpustných ihličkovitých kryštálov, ktoré vypĺňajú kapilárne póry a mikrotrhlinky v betóne a blokujú cesty pre vodu a vodné nečistoty. Betón s kryštalickou prímesou môže očakávať samotesnenie, pretože neustále vystavenie vode bude nepretržite spúšťať kryštalizáciu, aby sa zabezpečila trvalá vodotesná ochrana.
• Pigmenty môžu byť použité na zmenu farby betónu pre estetiku.
• Zmäkčovadlá zvyšujú spracovateľnosť plastu alebo "čerstvého" betónu, čo umožňuje jeho jednoduchšie umiestnenie s menšou námahou na spevnenie. Typickým plastifikátorom je lignosulfonát. Zmäkčovadlá možno použiť na zníženie obsahu vody v betóne pri zachovaní spracovateľnosti a kvôli tomuto použitiu sa niekedy nazývajú zmäkčovadlá vody. Takáto úprava zlepšuje jeho pevnosť a trvanlivosť.
• Superplastifikátory (tiež nazývané vysokotlakové zmäkčovadlá) sú triedou zmäkčovadiel, ktoré majú menej škodlivých účinkov a možno ich použiť na zvýšenie spracovateľnosti viac, než je praktické pri tradičných zmäkčovadlách. Na zvýšenie pevnosti v tlaku sa používajú superplastifikátory. Zvyšuje spracovateľnosť betónu a znižuje potrebu obsahu vody o 15–30 %. Superplastifikátory vedú k retardačným účinkom.
• Pomôcky na čerpanie zlepšujú čerpateľnosť, zahusťujú pastu a znižujú separáciu a krvácanie.
• Spomaľovače spomaľujú hydratáciu betónu a používajú sa pri veľkých alebo náročných zálievkách, kde je nežiaduce čiastočné stuhnutie pred dokončením zálievky. Typické polyolové retardéry sú cukor , sacharóza , glukonát sodný , glukóza , kyselina citrónová a kyselina vínna .

Minerálne prímesi a zmesové cementy

Zložky cementu:
porovnanie chemických a fyzikálnych vlastností ^{[a] [54] [55] [56]}

Nehnuteľnosť		Portlandský cement	Kremičitý [b] popolček	Vápnitý [c] popolček	Troskový cement	Kremičitý výpar
Hmotnostný podiel (%)	Si02 _	21.9	52	35	35	85–97
	Al203 _ _ _	6.9	23	18	12	—
	Fe203 _ _ _	3	11	6	1	—
	CaO	63	5	21	40	< 1
	MgO	2.5	—	—	—	—
	TAK 3	1.7	—	—	—	—
Špecifický povrch (m 2 /kg) [d]		370	420	420	400	15 000 – 30 000
Špecifická hmotnosť		3.15	2.38	2,65	2,94	2.22
Všeobecný účel		Primárne spojivo	Výmena cementu	Výmena cementu	Výmena cementu	Vylepšovač majetku
^ Uvedené hodnoty sú približné: hodnoty pre konkrétny materiál sa môžu líšiť. ^ ASTM C618 Trieda F ^ ASTM C618 Trieda C ^ Merania špecifického povrchu kremičitého úletu metódou adsorpcie dusíka (BET), iné metódou priepustnosti vzduchu (Blaine).

Anorganické materiály, ktoré majú pucolánové alebo latentne hydraulické vlastnosti, tieto veľmi jemnozrnné materiály sa pridávajú do betónovej zmesi na zlepšenie vlastností betónu (minerálne prímesi), ^[51] alebo ako náhrada portlandského cementu (zmiešané cementy). ^[57] Výrobky, ktoré do zmesi obsahujú vápenec, popolček, vysokopecnú trosku a iné užitočné materiály s pucolánovými vlastnosťami, sa testujú a používajú. Tento vývoj neustále narastá, aby sa minimalizovali dopady spôsobené používaním cementu, ktorý je známy tým, že je jedným z najväčších producentov (približne 5 až 10 %) globálnych emisií skleníkových plynov. ^[58]Použitie alternatívnych materiálov je tiež schopné znížiť náklady, zlepšiť vlastnosti betónu a recyklovať odpady, pričom najnovšie sú relevantné pre aspekty obehovej ekonomiky v stavebnom priemysle, ktorého dopyt neustále rastie s väčším dopadom na ťažbu surovín, tvorbu odpadu a skládkovanie. praktík.

• Popolček : Vedľajší produkt uhoľných elektrární , ktorý čiastočne nahrádza portlandský cement (až o 60 % hmotnosti). Vlastnosti popolčeka závisia od druhu spaľovaného uhlia. Vo všeobecnosti je kremičitý popolček pucolánový, zatiaľ čo vápenatý popolček má latentné hydraulické vlastnosti. ^[59]
• Mletá granulovaná vysokopecná troska (GGBFS alebo GGBS): Vedľajší produkt výroby ocele sa používa na čiastočnú náhradu portlandského cementu (až o 80 % hmotnosti). Má latentné hydraulické vlastnosti. ^[60]
• Kremičitý úlet : Vedľajší produkt pri výrobe kremíka a ferosilicínových zliatin. Kremičitý výpar je podobný popolčeku, má však 100-krát menšiu veľkosť častíc. Výsledkom je vyšší pomer povrchu k objemu a oveľa rýchlejšia pucolánová reakcia. Kremičitý úlet sa používa na zvýšenie pevnosti a trvanlivosti betónu, ale vo všeobecnosti vyžaduje použitie superplastifikátorov pre spracovateľnosť. ^[61]
• Metakaolín s vysokou reaktivitou (HRM): Metakaolín produkuje betón s pevnosťou a odolnosťou podobnou betónu vyrobenému z kremičitého úletu. Kým kremičitý úlet má zvyčajne tmavosivú alebo čiernu farbu, vysokoreaktívny metakaolín má zvyčajne svetlobielu farbu, čo z neho robí preferovanú voľbu pre architektonický betón, kde je dôležitý vzhľad.
• Uhlíkové nanovlákna sa môžu pridávať do betónu na zvýšenie pevnosti v tlaku a získanie vyššieho Youngovho modulu a tiež na zlepšenie elektrických vlastností potrebných na monitorovanie deformácie, hodnotenie poškodenia a monitorovanie vlastného zdravia betónu. Uhlíkové vlákno má mnoho výhod z hľadiska mechanických a elektrických vlastností (napr. vyššia pevnosť) a samokontrolného správania vďaka vysokej pevnosti v ťahu a vysokej vodivosti. ^[62]
• Uhlíkové produkty boli pridané, aby sa betón stal elektricky vodivým na účely odmrazovania. ^[63]

Výroba

Výroba betónu je proces zmiešania rôznych zložiek – vody, kameniva, cementu a akýchkoľvek prísad – na výrobu betónu. Výroba betónu je citlivá na čas. Akonáhle sú zložky zmiešané, pracovníci musia dať betón na miesto skôr, ako vytvrdne. V modernom použití sa väčšina výroby betónu uskutočňuje vo veľkom type priemyselného zariadenia nazývaného betonáreň alebo často vsádzka.

Betónárne sa vo všeobecnosti dodávajú v dvoch hlavných typoch, závody na výrobu hotových zmesí a závody na centrálne miešanie. Miešacie zariadenie mieša všetky prísady okrem vody, zatiaľ čo centrálne miešacie zariadenie mieša všetky prísady vrátane vody. Zariadenie na centrálne miešanie ponúka presnejšiu kontrolu kvality betónu prostredníctvom lepších meraní množstva pridanej vody, ale musí byť umiestnené bližšie k pracovisku, kde sa bude betón používať, pretože hydratácia začína v závode.

Betonáreň pozostáva z veľkých zásobníkov na rôzne reaktívne zložky, ako je cement, skladu pre sypké zložky, ako je kamenivo a voda, mechanizmov na pridávanie rôznych prísad a doplnkov, strojov na presné váženie, premiestňovanie a miešanie niektorých alebo všetkých týchto zložiek, a zariadenia na dávkovanie zmiešaného betónu, často do domiešavača betónu .

Moderný betón sa zvyčajne pripravuje ako viskózna tekutina, takže sa môže naliať do foriem, čo sú nádoby postavené na poli, aby dali betónu požadovaný tvar. Betónové debnenie je možné pripraviť niekoľkými spôsobmi, ako napríklad posuvným debnením a konštrukciou z oceľových dosiek . Alternatívne môže byť betón zmiešaný do sušiacich, netekutých foriem a použitý vo výrobnom závode na výrobu prefabrikovaných betónových výrobkov.

Na spracovanie betónu sa používa široká škála zariadení, od ručného náradia až po ťažké priemyselné stroje. Bez ohľadu na to, aké zariadenie stavitelia používajú, cieľom je vyrobiť požadovaný stavebný materiál; zložky musia byť správne premiešané, umiestnené, tvarované a uchovávané v rámci časových obmedzení. Akékoľvek prerušenie nalievania betónu môže spôsobiť, že pôvodne uložený materiál začne tuhnúť skôr, ako sa naň pridá ďalšia dávka. Tým sa vytvorí horizontálna rovina oslabenia nazývaná studený spoj medzi dvoma dávkami. ^[64] Keď je zmes tam, kde má byť, proces vytvrdzovania musí byť kontrolovaný, aby sa zabezpečilo, že betón dosiahne požadované vlastnosti. Počas prípravy betónu môžu rôzne technické detaily ovplyvniť kvalitu a povahu výrobku.

Dizajnový mix

Konštrukčné zmiešavacie pomery určuje inžinier po analýze vlastností konkrétnych použitých zložiek. Namiesto použitia „nominálnej zmesi“ 1 dielu cementu, 2 dielov piesku a 4 dielov kameniva (druhý príklad vyššie), stavebný inžinier navrhne betónovú zmes na mieru tak, aby presne vyhovovala požiadavkám miesta a podmienkam, nastavenie pomerov materiálov a často návrh balíka prímesí na doladenie vlastností alebo zvýšenie výkonovej obálky zmesi. Konštrukčný betón môže mať veľmi široké špecifikácie, ktoré nemožno splniť so základnými nominálnymi zmesami, ale zapojenie inžiniera často zvyšuje náklady na betónovú zmes.

Betónové zmesi sa primárne delia na nominálnu zmes, štandardnú zmes a dizajnovú zmes.

Nominálne zmiešavacie pomery sú uvedené v objeme${\displaystyle {\text{Cement : Piesok : Agregát}}}$. Nominálne zmesi predstavujú jednoduchý a rýchly spôsob, ako získať základnú predstavu o vlastnostiach hotového betónu bez toho, aby ste museli vopred vykonávať testovanie.

Rôzne riadiace orgány (ako napríklad British Standards ) definujú nominálne zmiešavacie pomery do niekoľkých tried, zvyčajne v rozsahu od nižšej pevnosti v tlaku po vyššiu pevnosť v tlaku. Známky zvyčajne označujú 28-dňovú pevnosť kocky. ^[65]

Miešanie

Na vytvorenie rovnomerného, ​​vysokokvalitného betónu je nevyhnutné dôkladné premiešanie.

Oddelené miešanie pasty ukázalo, že zmiešanie cementu a vody do pasty pred spojením týchto materiálov s kamenivom môže zvýšiť pevnosť v tlaku výsledného betónu. ^[66] Pasta sa vo všeobecnosti mieša vo vysokorýchlostnom mixéri šmykového typu pri hmotnostnom pomere w/cm (pomer vody k cementu) 0,30 až 0,45. Predzmes cementovej pasty môže obsahovať prísady, ako sú urýchľovače alebo spomaľovače, superplastifikátory , pigmenty alebo kremičitý úlet . Vopred zmiešaná pasta sa potom zmieša s kamenivom a akoukoľvek zvyšnou vodou vsádzky a konečné miešanie sa dokončí v konvenčnom zariadení na miešanie betónu. ^[67]

Analýza vzorky - Spracovateľnosť

Spracovateľnosť je schopnosť čerstvej (plastickej) betónovej zmesi správne vyplniť formu/formu požadovanou prácou (nalievanie, čerpanie, rozprestieranie, podbíjanie, vibrácie) a bez zníženia kvality betónu. Spracovateľnosť závisí od obsahu vody, kameniva (tvar a distribúcia veľkosti), obsahu cementu a veku (úroveň hydratácie ) a môže byť modifikovaná pridaním chemických prísad, ako je superplastifikátor. Zvýšenie obsahu vody alebo pridanie chemických prísad zvyšuje spracovateľnosť betónu. Nadmerná voda vedie k zvýšenému krvácaniu alebo segregácii kameniva (keď sa cement a kamenivo začnú oddeľovať), pričom výsledný betón má zníženú kvalitu. Použitie zmesi kameniva s nežiaducou gradáciou ^{[ citácia ]}môže viesť k veľmi drsnému dizajnu zmesi s veľmi nízkym spadnutím, ktorý sa nedá ľahko upraviť pridaním primeraného množstva vody. Nežiaduca gradácia môže znamenať použitie veľkého kameniva, ktoré je príliš veľké na veľkosť debnenia, alebo ktoré má príliš málo menších tried kameniva na to, aby slúžilo na vyplnenie medzier medzi väčšími triedami, alebo použitie príliš malého alebo príliš veľkého množstva piesku na to isté. dôvod, alebo použitie príliš málo vody alebo príliš veľa cementu, alebo dokonca použitie zubatého drveného kameňa namiesto hladšieho okrúhleho kameniva, ako sú kamienky. Akákoľvek kombinácia týchto a iných faktorov môže viesť k príliš drsnej zmesi, tj. ktorá netečie alebo sa nerozprestiera hladko, ťažko sa dostáva do debnenia a ťažko sa povrchovo upravuje. ^[68]

Spracovateľnosť možno merať testom zosadnutia betónu , jednoduchým meradlom plasticity čerstvej dávky betónu podľa skúšobných noriem ASTM C 143 alebo EN 12350-2. Pokles sa normálne meria naplnením " Abramsovho kužeľa "." so vzorkou z čerstvej dávky betónu. Kužeľ sa položí širokým koncom nadol na rovný, nesavý povrch. Potom sa naplní do troch vrstiev rovnakého objemu, pričom každá vrstva sa utlačí oceľovou tyčou, aby sa spevnite vrstvu. Keď sa kužeľ opatrne zdvihne, uzavretý materiál sa vplyvom gravitácie o určité množstvo prepadne. Relatívne suchá vzorka sa zloží len veľmi málo, pričom hodnota spadnutia je jeden alebo dva palce (25 alebo 50 mm) z jednej päta (300 mm). Relatívne mokrá vzorka betónu môže klesnúť až o osem palcov. Spracovateľnosť možno merať aj skúškou toku .

Spad je možné zvýšiť pridaním chemických prísad, ako je plastifikátor alebo superplastifikátor bez zmeny pomeru voda-cement . ^[69] Niektoré ďalšie prímesi, najmä prímesy na zachytávanie vzduchu, môžu zvýšiť spad zmesi.

Vysokotekutý betón, podobne ako samotuhnúci betón , sa testuje inými metódami merania prietoku. Jedna z týchto metód zahŕňa umiestnenie kužeľa na úzky koniec a pozorovanie, ako zmes prúdi cez kužeľ, zatiaľ čo sa postupne zdvíha.

Po zmiešaní je betón tekutý a môže byť čerpaný na miesto, kde je to potrebné.

Vytvrdzovanie

Betón musí byť počas vytvrdzovania udržiavaný vlhký, aby sa dosiahla optimálna pevnosť a trvanlivosť . ^[70] Počas vytvrdzovania dochádza k hydratácii , čo umožňuje tvorbu hydrátu kremičitanu vápenatého (CSH). Viac ako 90 % konečnej pevnosti zmesi sa zvyčajne dosiahne do štyroch týždňov, pričom zvyšných 10 % sa dosiahne v priebehu rokov alebo dokonca desaťročí. ^[71] Premena hydroxidu vápenatého v betóne na uhličitan vápenatý z absorpcie CO ₂ počas niekoľkých desaťročí ďalej spevňuje betón a robí ho odolnejším voči poškodeniu. Táto karbonizáciareakcia však znižuje pH roztoku cementových pórov a môže korodovať výstužné tyče.

Hydratácia a tvrdnutie betónu počas prvých troch dní je kritická. Abnormálne rýchle schnutie a zmršťovanie spôsobené faktormi, ako je odparovanie vetrom počas kladenia, môže viesť k zvýšeným ťahovým napätiam v čase, keď ešte nezískal dostatočnú pevnosť, čo má za následok väčšie praskanie pri zmrašťovaní. Počiatočná pevnosť betónu sa môže zvýšiť, ak je počas procesu vytvrdzovania udržiavaný vlhký. Minimalizácia napätia pred vytvrdnutím minimalizuje praskanie. Betón s vysokou počiatočnou pevnosťou je navrhnutý tak, aby rýchlejšie hydratoval, často zvýšeným používaním cementu, ktorý zvyšuje zmršťovanie a praskanie. Pevnosť betónu sa mení (zvyšuje) až tri roky. Závisí od rozmeru prierezu prvkov a podmienok využitia konštrukcie. ^[72]Pridanie nakrátko strihaných polymérových vlákien môže zlepšiť (znížiť) napätia vyvolané zmršťovaním počas vytvrdzovania a zvýšiť skorú a konečnú pevnosť v tlaku. ^[73]

Správne vytvrdzujúci betón vedie k zvýšeniu pevnosti a nižšej priepustnosti a zabraňuje praskaniu tam, kde povrch predčasne vysychá. Je tiež potrebné dbať na to, aby nedošlo k zamrznutiu alebo prehriatiu v dôsledku exotermického tuhnutia cementu. Nesprávne vytvrdzovanie môže spôsobiť tvorbu vodného kameňa , zníženú pevnosť, slabú odolnosť proti oderu a praskanie .

Techniky

Počas doby tuhnutia je betón ideálne udržiavaný pri kontrolovanej teplote a vlhkosti. Aby sa zabezpečila úplná hydratácia počas vytvrdzovania, betónové dosky sa často striekajú „vytvrdzovacími zlúčeninami“, ktoré vytvárajú na betóne film zadržiavajúci vodu. Typické filmy sú vyrobené z vosku alebo príbuzných hydrofóbnych zlúčenín. Po dostatočnom vytvrdnutí betónu sa fólia nechá z betónu odierať bežným používaním. ^[74]

Tradičné podmienky vytvrdzovania zahŕňajú striekanie alebo polievanie betónového povrchu vodou. Priľahlý obrázok ukazuje jeden z mnohých spôsobov, ako to dosiahnuť, ponorenie betónu do vody a zabalenie do plastu, aby sa zabránilo dehydratácii. Medzi ďalšie bežné metódy vytvrdzovania patrí vlhká pytlovina a plastová fólia pokrývajúca čerstvý betón.

Pre aplikácie s vyššou pevnosťou možno na betón použiť techniky zrýchleného vytvrdzovania . Bežnou technikou je zahrievanie liateho betónu parou, ktorá slúži na udržanie vlhkosti a zvýšenie teploty, takže proces hydratácie prebieha rýchlejšie a dôkladnejšie.

Alternatívne typy

Asfalt

Asfaltový betón (bežne nazývaný asfalt ^[75] asfalt alebo chodník v Severnej Amerike a asfalt , bitúmenový makadam alebo valcovaný asfalt v Spojenom kráľovstve a Írskej republike ) je kompozitný materiál bežne používaný na povrchy ciest , parkovísk , letiská , ako aj jadro nábrežných priehrad . ^[76] Asfaltové zmesi sa pri výstavbe chodníkov používajú od začiatku dvadsiateho storočia. ^[77] Pozostáva zminerálne kamenivo spájané asfaltom , ukladané vo vrstvách a zhutnené. Tento proces bol zdokonalený a zdokonalený belgickým vynálezcom a americkým prisťahovalcom Edwardom De Smedtom . ^[78]

Pojmy asfaltový (alebo asfaltový ) betón , bitúmenový asfaltový betón a bitúmenová zmes sa zvyčajne používajú iba v inžinierskych a stavebných dokumentoch, ktoré definujú betón ako akýkoľvek kompozitný materiál zložený z minerálneho kameniva spojeného spojivom. Skratka AC sa niekedy používa pre asfaltový betón , ale môže tiež označovať obsah asfaltu alebo asfaltový cement , pričom sa vzťahuje na tekutú asfaltovú časť kompozitného materiálu.

betón

Betón je veľmi podobný betónu okrem toho, že počas procesu miešania cementu sa pridáva malé množstvo grafénu (< 0,5 % hmotnosti). ^[79]

Mikrobiálne

Baktérie ako Bacillus pasteurii , Bacillus pseudofirmus , Bacillus cohnii , Sporosarcina pasteuri a Arthrobacter crystallopoietes zvyšujú pevnosť betónu v tlaku prostredníctvom svojej biomasy. Nie všetky baktérie svojou biomasou výrazne zvyšujú pevnosť betónu. ^{[ citácia ]} Bacillus sp. CT-5. môže znížiť koróziu výstuže v železobetóne až štvornásobne. Sporosarcina pasteurii znižuje priepustnosť vody a chloridov. B. pasteurii zvyšuje odolnosť voči kys. ^{[ citácia ]} Bacillus pasteuriia B. sphaericuscan vyvolávajú precipitáciu uhličitanu vápenatého na povrchu trhlín, čím zvyšujú pevnosť v tlaku. ^[80]

Nanobetón

Nanobetón (tiež uvádzaný ako „nanobetón“ alebo „nanobetón“) je trieda materiálov, ktorá obsahuje častice portlandského cementu, ktoré nie sú väčšie ako 100 μm ^[81] a častice oxidu kremičitého nie väčšie ako 500 μm, ktoré vypĺňajú dutiny, ktoré by sa inak vyskytli v normálnom betóne, čím by sa podstatne zvýšila pevnosť materiálu. ^[82] Široko sa používa pri mostoch pre chodcov a diaľnic, kde sa uvádza vysoká pevnosť v ohybe a tlaku. ^[83]

Priepustné

Priepustný betón je zmesou špeciálne triedeného hrubého kameniva, cementu, vody a malého až žiadneho jemného kameniva. Tento betón je tiež známy ako „bez jemných“ alebo pórovitých betónov. Miešaním zložiek v starostlivo kontrolovanom procese vzniká pasta, ktorá obaľuje a spája častice kameniva. Vytvrdnutý betón obsahuje vzájomne prepojené vzduchové dutiny v celkovej výške približne 15 až 25 percent. Voda steká cez dutiny v chodníku do pôdy pod ním. Prímesi na strhávanie vzduchu sa často používajú v podmienkach mrazu a rozmrazovania, aby sa minimalizovala možnosť poškodenia mrazom. Priepustný betón tiež umožňuje, aby dažďová voda prefiltrovala cez cesty a parkoviská, aby naplnila vodonosné vrstvy, namiesto toho, aby prispievala k odtoku a záplavám. ^[84]

Polymér

Polymerbetóny sú zmesi kameniva a akéhokoľvek z rôznych polymérov a môžu byť vystužené. Cement je drahší ako cementy na báze vápna, ale polymérové ​​betóny majú napriek tomu výhody; majú značnú pevnosť v ťahu aj bez vystuženia a do značnej miery sú nepriepustné pre vodu. Polymérové ​​betóny sa často používajú na opravy a výstavbu iných aplikácií, ako sú drenáže.

Sopečný

Sopečný betón nahrádza vápenec, ktorý sa spaľuje na slinok, sopečnú horninu. Spotrebuje podobné množstvo energie, ale priamo nevypúšťa uhlík ako vedľajší produkt. ^[85] Sopečné horniny/popol sa používajú ako doplnkové cementové materiály v betóne na zlepšenie odolnosti voči síranom, chloridom a reakcii alkalického oxidu kremičitého v dôsledku zjemnenia pórov. ^[86] Vo všeobecnosti sú tiež nákladovo efektívne v porovnaní s iným kamenivom, ^[87] dobré pre polo a ľahké betóny, ^[87] a dobré pre tepelnú a akustickú izoláciu. ^[87]

Pyroklastické materiály, ako je pemza, škória a popol, sa tvoria z chladiacej magmy počas výbušných sopečných erupcií. Používajú sa ako doplnkové cementové materiály (SCM) alebo ako prísady do cementov a betónov. ^[88] Od staroveku sa vo veľkej miere používali na výrobu materiálov pre stavebné aplikácie. Napríklad pemza a iné vulkanické sklá boli pridané ako prírodný pucolánový materiál do mált a omietok pri stavbe vily San Marco v rímskom období (89 pred Kristom – 79 po Kr.), ktoré zostávajú jedným z najzachovalejších otium villae Neapolský záliv v Taliansku. ^[89]

Odpadové svetlo

Odpadové svetlo je vo forme polymérom modifikovaného betónu. Špecifická polymérna prímes umožňuje nahradiť všetky tradičné kamenivo (štrk, piesok, kameň) akoukoľvek zmesou tuhých odpadových materiálov so zrnitosťou 3–10 mm, čím vznikne nízkotlaková pevnosť (3-20 N/mm). ² ) výrobok ^[90] pre cestné a pozemné stavby. Jeden meter kubický odpadového ľahkého betónu obsahuje 1,1-1,3 m ³ drveného odpadu a žiadne iné kamenivo.

Sírový betón

Sírový betón je betón, ktorý využíva síru a nevyžaduje cement ani vodu.

Vlastnosti

Betón má relatívne vysokú pevnosť v tlaku , ale oveľa nižšiu pevnosť v ťahu . ^[91] Preto býva vystužený materiálmi, ktoré sú pevné v ťahu (často oceľou). Elasticita betónu je relatívne konštantná pri nízkych úrovniach napätia, ale začína klesať pri vyšších úrovniach napätia, ako sa rozvíja praskanie matrice. Betón má veľmi nízky koeficient tepelnej rozťažnosti a pri zrení sa zmršťuje. Všetky betónové konštrukcie do určitej miery praskajú v dôsledku zmršťovania a napätia. Betón, ktorý je vystavený dlhotrvajúcim silám, je náchylný na dotvarovanie .

Je možné vykonať testy, aby sa zabezpečilo, že vlastnosti betónu zodpovedajú špecifikáciám pre aplikáciu.

Prísady ovplyvňujú silu materiálu. Hodnoty pevnosti betónu sú zvyčajne špecifikované ako dolná hranica pevnosti v tlaku buď valcovej alebo kubickej vzorky, ako je určená štandardnými skúšobnými postupmi.

Pevnosť betónu je daná jeho funkciou. Betón s veľmi nízkou pevnosťou – 14 MPa (2 000 psi) alebo menej – sa môže použiť, ak musí byť betón ľahký. ^[92] Ľahký betón sa často dosahuje pridaním vzduchu, pien alebo ľahkého kameniva, pričom vedľajším efektom je zníženie pevnosti. Pre väčšinu bežných použití sa často používa betón s tlakom 20 až 32 MPa (2 900 až 4 600 psi). 40 MPa (5 800 psi) betón je ľahko komerčne dostupný ako odolnejšia, aj keď drahšia možnosť. Pri väčších občianskych projektoch sa často používa betón s vyššou pevnosťou. ^[93]Pre špecifické stavebné prvky sa často používajú pevnosti nad 40 MPa (5 800 psi). Napríklad stĺpy na dolnom poschodí výškových betónových budov môžu používať betón 80 MPa (11 600 psi) alebo viac, aby bola veľkosť stĺpov malá. Mosty môžu používať dlhé nosníky z vysokopevnostného betónu, aby sa znížil počet požadovaných rozpätí. ^{[94] [95]} Príležitostne môžu iné konštrukčné potreby vyžadovať betón s vysokou pevnosťou. Ak musí byť konštrukcia veľmi tuhá, môže byť špecifikovaný betón s veľmi vysokou pevnosťou, dokonca oveľa pevnejšou, ako sa vyžaduje na znášanie prevádzkového zaťaženia. Z týchto dôvodov sa komerčne používajú pevnosti až 130 MPa (18 900 psi). ^[94]

Energetická účinnosť

Požiadavky na energiu na prepravu betónu sú nízke, pretože sa vyrába lokálne z miestnych zdrojov, zvyčajne do 100 kilometrov od staveniska. Podobne sa pri výrobe a kombinovaní surovín spotrebuje relatívne málo energie (hoci veľké množstvo CO ₂ vzniká chemickými reakciami pri výrobe cementu ). ^[96] Celková stelesnená energia betónu približne 1 až 1,5 megajoulov na kilogram je preto nižšia ako u väčšiny konštrukčných a konštrukčných materiálov. ^[97]

Keď je betón na svojom mieste, ponúka veľkú energetickú účinnosť počas celej životnosti budovy. ^[98] Betónové steny prepúšťajú vzduch oveľa menej ako tie z drevených rámov. ^[99] Únik vzduchu predstavuje veľké percento energetických strát z domu. Tepelno-hmotnostné vlastnosti betónu zvyšujú efektívnosť obytných aj komerčných budov. Ukladaním a uvoľňovaním energie potrebnej na vykurovanie alebo chladenie poskytuje tepelná hmota betónu celoročné výhody znížením teplotných výkyvov vo vnútri a minimalizáciou nákladov na vykurovanie a chladenie. ^[100]Zatiaľ čo izolácia znižuje energetické straty cez plášť budovy, tepelná hmota využíva steny na ukladanie a uvoľňovanie energie. Moderné betónové stenové systémy využívajú vonkajšiu izoláciu aj tepelnú hmotu na vytvorenie energeticky efektívnej budovy. Izolačné betónové formy (ICF) sú duté bloky alebo panely vyrobené buď z izolačnej peny alebo rastra , ktoré sú naskladané tak, aby vytvorili tvar stien budovy, a potom vyplnené železobetónom na vytvorenie konštrukcie.

Požiarna bezpečnosť

Betónové budovy sú odolnejšie voči ohňu ako budovy postavené s použitím oceľových rámov, pretože betón má nižšiu tepelnú vodivosť ako oceľ, a preto môže vydržať dlhšie pri rovnakých podmienkach požiaru. Betón sa niekedy používa ako protipožiarna ochrana oceľových rámov s rovnakým účinkom ako vyššie. Betón ako protipožiarny štít, napríklad Fondu fyre , možno použiť aj v extrémnych prostrediach, ako je odpaľovacia rampa rakiet.

Možnosti nehorľavých konštrukcií zahŕňajú podlahy, stropy a strechy vyrobené z liateho a dutinkového prefabrikovaného betónu. Pre steny sú ďalšími možnosťami technológia betónového muriva a izolačné betónové formy (ICF). ICF sú duté bloky alebo panely vyrobené z ohňovzdornej izolačnej peny, ktoré sú naskladané do tvaru stien budovy a potom vyplnené železobetónom na vytvorenie konštrukcie.

Betón tiež poskytuje dobrú odolnosť proti vonkajším silám, ako sú silný vietor, hurikány a tornáda, vďaka svojej bočnej tuhosti, čo má za následok minimálny horizontálny pohyb. Táto tuhosť však môže pôsobiť proti určitým typom betónových konštrukcií, najmä tam, kde je potrebná relatívne vyššia ohybová štruktúra, aby odolala extrémnejším silám.

Bezpečnosť pri zemetrasení

Ako je uvedené vyššie, betón je veľmi pevný v tlaku, ale slabý v ťahu. Väčšie zemetrasenia môžu vytvárať veľmi veľké šmykové zaťaženie na konštrukciách. Tieto šmykové zaťaženia vystavujú konštrukciu zaťaženiu ťahom aj tlakom. Betónové konštrukcie bez výstuže, podobne ako iné nevystužené murované konštrukcie, môžu počas silného zemetrasenia zlyhať. Nevystužené murované konštrukcie predstavujú jedno z najväčších rizík zemetrasenia na svete. ^[101] Tieto riziká možno znížiť seizmickou úpravou rizikových budov (napr. školských budov v Istanbule v Turecku ^[102] ).

Konštrukcia z betónu

Betón je jedným z najodolnejších stavebných materiálov. Poskytuje vynikajúcu požiarnu odolnosť v porovnaní s drevenou konštrukciou a časom získava pevnosť. Konštrukcie vyrobené z betónu môžu mať dlhú životnosť. ^[103] Betón sa používa viac ako ktorýkoľvek iný umelý materiál na svete. ^[104] Od roku 2006 sa každý rok vyrobí asi 7,5 miliardy metrov kubických betónu, čo je viac ako jeden meter kubický na každého človeka na Zemi. ^[105]

Železobetón

Použitie výstuže vo forme železa zaviedol v 50. rokoch 19. storočia francúzsky priemyselník François Coignet a až v 80. rokoch 20. storočia nemecký stavebný inžinier GA Wayss použil oceľ ako výstuž. Betón je relatívne krehký materiál, ktorý je pevný v tlaku, ale menej v ťahu. Obyčajný nevystužený betón je pre mnohé konštrukcie nevhodný, pretože relatívne zle znáša namáhanie spôsobené vibráciami, zaťažením vetrom atď. Preto na zvýšenie celkovej pevnosti môžu byť oceľové tyče, drôty, pletivo alebo laná zapustené do betónu predtým, ako sa zatvrdí. Táto výstuž, často známa ako výstuž, odoláva ťahovým silám. ^[106]

Železobetón (RC) je všestranný kompozit a jeden z najpoužívanejších materiálov v modernom stavebníctve. Je vyrobený z rôznych základných materiálov s veľmi odlišnými vlastnosťami, ktoré sa navzájom dopĺňajú. V prípade železobetónu sú materiálmi komponentov takmer vždy betón a oceľ. Tieto dva materiály spolu tvoria silné spojenie a sú schopné odolávať rôznym aplikovaným silám, pričom účinne pôsobia ako jeden konštrukčný prvok. ^[107]

Železobetón môže byť prefabrikovaný alebo betón liaty na mieste (in situ) a používa sa v širokej škále aplikácií, ako napr. doska, stena, nosník, stĺp, základ a rámová konštrukcia. Výstuž sa vo všeobecnosti umiestňuje do oblastí betónu, ktoré budú pravdepodobne vystavené napätiu, ako je spodná časť nosníkov. Zvyčajne je nad aj pod oceľovou výstužou minimálne 50 mm kryt, aby odolal odlupovaniu a korózii, ktorá môže viesť k štrukturálnej nestabilite. ^[106] Iné typy neoceľovej výstuže, ako sú betóny vystužené vláknami , sa používajú na špecializované aplikácie, predovšetkým ako prostriedok na kontrolu praskania. ^[107]

Prefabrikovaný betón

Prefabrikovaný betón je betón, ktorý sa odlieva na jednom mieste na použitie inde a je mobilným materiálom. Najväčšia časť výroby prefabrikátov sa vykonáva v závodoch špecializovaných dodávateľov, aj keď v niektorých prípadoch, v dôsledku ekonomických a geografických faktorov, rozsahu výrobku alebo ťažkostí s prístupom, sú prvky odlievané na stavenisku alebo v jeho blízkosti. ^[108] Predliatie ponúka značné výhody, pretože sa vykonáva v kontrolovanom prostredí, chránenom pred poveternostnými vplyvmi, ale jeho nevýhodou je prispievanie k emisiám skleníkových plynov z dopravy na stavenisko. ^[107]

Výhody, ktoré možno dosiahnuť použitím prefabrikovaného betónu: ^[108]

• Existujú preferované rozmerové schémy s prvkami osvedčených návrhov dostupnými z katalógu.
• Veľké úspory času vyplývajú z výroby konštrukčných prvkov, okrem sérií udalostí, ktoré určujú celkové trvanie stavby, známej medzi projektantmi ako „kritická cesta“.
• Dostupnosť laboratórnych zariadení schopných vykonávať požadované kontrolné testy, mnohé z nich sú certifikované na špecifické testovanie v súlade s národnými normami.
• Zariadenia so schopnosťou prispôsobené špecifickým typom výroby, ako sú napínacie lôžka s vhodnou kapacitou, formy a strojové zariadenia určené pre konkrétne produkty.
• Vysokokvalitné povrchové úpravy dosiahnuté priamo z formy eliminujú potrebu dekorácie interiéru a zaisťujú nízke náklady na údržbu.

Hromadné konštrukcie

V dôsledku exotermickej chemickej reakcie cementu počas nastavovania vytvárajú veľké betónové konštrukcie, ako sú priehrady , plavebné komory , veľké rohožové základy a veľké vlnolamy , nadmerné teplo počas hydratácie a súvisiacej expanzie. Na zmiernenie týchto účinkov je potrebné dodatočné chladenie ^[109]sa bežne používa počas výstavby. Prvý príklad na priehrade Hoover Dam používal sieť rúr medzi vertikálnymi uloženiami betónu na cirkuláciu chladiacej vody počas procesu vytvrdzovania, aby sa zabránilo škodlivému prehriatiu. Podobné systémy sa stále používajú; v závislosti od objemu nálevu, použitej betónovej zmesi a teploty okolitého vzduchu môže proces chladenia trvať mnoho mesiacov po uložení betónu. Na predchladenie betónovej zmesi v hromadných betónových konštrukciách sa používajú aj rôzne metódy. ^[109]

Ďalším prístupom k hromadným betónovým konštrukciám, ktorý minimalizuje tepelné vedľajšie produkty cementu, je použitie valcovaním zhutňovaného betónu , ktorý využíva suchú zmes, ktorá má oveľa nižšie požiadavky na chladenie ako konvenčné mokré ukladanie. Ukladá sa v hrubých vrstvách ako polosuchý materiál a potom sa zhutňuje valcovaním do hustej pevnej hmoty.

Povrchové úpravy

Surové betónové povrchy bývajú porézne a majú pomerne nezaujímavý vzhľad. Na zlepšenie vzhľadu a ochranu povrchu proti zafarbeniu, prenikaniu vody a mrazu je možné použiť mnoho povrchových úprav.

Príklady zlepšeného vzhľadu zahŕňajú lisovaný betón , kde má mokrý betón vzor vtlačený na povrch, aby sa vytvoril dláždený, dláždený alebo tehlový efekt, a môže byť sprevádzaný sfarbením. Ďalším obľúbeným efektom pre podlahy a stolové dosky je leštený betón , kde je betón opticky vyleštený diamantovými brusivami a utesnený polymérmi alebo inými tmelmi.

Iné povrchové úpravy možno dosiahnuť sekaním alebo konvenčnejšími technikami, ako je maľovanie alebo pokrytie inými materiálmi.

Správna úprava povrchu betónu a tým aj jeho vlastností je dôležitou etapou pri výstavbe a renovácii architektonických štruktúr. ^[110]

Predpäté konštrukcie

Predpätý betón je forma vystuženého betónu, ktorý vytvára tlakové napätia počas výstavby, aby odolal ťahovým napätiam, ktoré sa vyskytujú pri používaní. To môže výrazne znížiť hmotnosť nosníkov alebo dosiek lepším rozložením napätí v konštrukcii, aby sa optimálne využila výstuž. Napríklad vodorovný nosník má tendenciu klesať. Proti tomu pôsobí predpätá výstuž pozdĺž spodnej časti nosníka. V predpätom betóne sa predpätie dosiahne použitím oceľových alebo polymérových výstuží alebo tyčí, ktoré sú vystavené ťahovej sile pred odlievaním, alebo pre dodatočne predpätý betón po odliatí.

Používajú sa dva rôzne systémy: ^[107]

• Predpätý betón je takmer vždy prefabrikovaný a obsahuje oceľové drôty (šľachy), ktoré sú držané v napätí, kým sa betón ukladá a okolo nich usadzuje.
• Dodatočne predpätý betón má cez seba kanály. Keď betón nadobudne pevnosť, šľachy sa pretiahnu cez kanály a napnú sa. Potom sa kanály naplnia injektážnou maltou. Mosty postavené týmto spôsobom zaznamenali značnú koróziu výstuží, takže sa teraz môže použiť vonkajšie dodatočné predpínanie, pri ktorom výstuže prebiehajú pozdĺž vonkajšieho povrchu betónu. V predpätom betóne sa predpätie dosiahne použitím oceľových alebo polymérových výstuží alebo tyčí, ktoré sú vystavené ťahovej sile pred odlievaním, alebo pre dodatočne predpätý betón po odliatí.

Viac ako 55 000 míľ (89 000 km) diaľnic v Spojených štátoch je vydláždených týmto materiálom. Železobetón , predpätý betón a prefabrikovaný betón sú v súčasnosti najpoužívanejšími typmi betónových funkčných nadstavieb. Viac informácií nájdete v časti Brutalistická architektúra .

Umiestnenie v chladnom počasí

Extrémne poveternostné podmienky (extrémne teplo alebo chlad, veterné podmienky a zmeny vlhkosti) môžu výrazne zmeniť kvalitu betónu. Pri umiestnení v chladnom počasí sa dodržiava veľa opatrení. ^[111] Nízke teploty výrazne spomaľujú chemické reakcie spojené s hydratáciou cementu a tým ovplyvňujú vývoj pevnosti. Zabránenie zamrznutiu je najdôležitejším opatrením, pretože tvorba kryštálikov ľadu môže spôsobiť poškodenie kryštalickej štruktúry hydratovanej cementovej pasty. Ak je povrch betónovej zálievky izolovaný od vonkajších teplôt, hydratačné teplo zabráni zamrznutiu.

Definícia umiestnenia v chladnom počasí od American Concrete Institute (ACI), ACI 306, ^[112] je:

• Obdobie, keď počas viac ako troch po sebe nasledujúcich dní priemerná denná teplota vzduchu klesne pod 40 °F (~ 4,5 °C), a
• Teplota zostáva pod 50 °F (10 °C) viac ako polovicu z akéhokoľvek 24-hodinového obdobia.

V Kanade , kde teploty bývajú počas chladného obdobia oveľa nižšie, používa CSA A23.1 tieto kritériá:

• Keď je teplota vzduchu ≤ 5 °C, a
• Keď je pravdepodobnosť, že teplota môže klesnúť pod 5 °C do 24 hodín od uloženia betónu.

Minimálna pevnosť pred vystavením betónu extrémnemu chladu je 500 psi (3,4 MPa). CSA A 23.1 špecifikovala pevnosť v tlaku 7,0 MPa, ktorá sa považuje za bezpečnú pri vystavení mrazu.

Umiestnenie pod vodou

Betón je možné ukladať a ošetrovať pod vodou. Je potrebné dbať na spôsob ukladania, aby sa zabránilo vymývaniu cementu. Metódy umiestňovania pod vodou zahŕňajú tremie , pumpovanie, preskakovanie, manuálne umiestnenie pomocou prepínacích tašiek a bagwork. ^[113]

Injektované kamenivo je alternatívnou metódou formovania betónovej hmoty pod vodou, kde sa formy vyplnia hrubým kamenivom a dutiny sa potom úplne vyplnia čerpanou maltou. ^[113]

Cesty

Betónové cesty sú úspornejšie z hľadiska spotreby paliva, ^[114] viac odrážajúce a vydržia podstatne dlhšie ako iné dlažobné povrchy, no zároveň majú oveľa menší podiel na trhu ako iné dlažobné riešenia. Moderné spôsoby dlažby a postupy navrhovania zmenili ekonomiku betónovej dlažby, takže dobre navrhnutá a umiestnená betónová dlažba bude menej nákladná na počiatočné náklady a výrazne nižšia počas životného cyklu. Ďalšou veľkou výhodou je, že je možné použiť priepustný betón , čo eliminuje potrebu umiestňovať dažďové vpustyv blízkosti cesty a zníženie potreby mierne naklonenej vozovky, aby dažďová voda mohla odtekať. To, že sa už nevyžaduje vypúšťanie dažďovej vody pomocou kanalizácie, tiež znamená, že je potrebné menej elektriny (inak je potrebné viac čerpania v systéme distribúcie vody) a žiadna dažďová voda sa neznečisťuje, pretože sa už nemieša so znečistenou vodou. Skôr je okamžite absorbovaný zemou. ^{[ potrebný citát ]}

Životné prostredie, zdravie a bezpečnosť

Výroba a používanie betónu má široké spektrum environmentálnych, ekonomických a sociálnych dopadov.

Betón, cement a životné prostredie

Hlavnou zložkou betónu je cement , jemná, mäkká látka práškového typu, ktorá sa používa hlavne na spojenie jemného piesku a hrubého kameniva v betóne. Hoci existujú rôzne druhy cementu, najbežnejší je „ portlandský cement “, ktorý sa vyrába zmiešaním slinku s menším množstvom iných prísad, ako je sadra a mletý vápenec. Výroba slinku, hlavnej zložky cementu, je zodpovedná za väčšinu emisií skleníkových plynov v tomto sektore, vrátane energetickej náročnosti a emisií z procesov. ^[115]

Cementársky priemysel je jedným z troch primárnych producentov oxidu uhličitého, hlavného skleníkového plynu – ďalšie dva sú odvetvia výroby energie a dopravy. V priemere každá tona vyrobeného cementu uvoľní do atmosféry jednu tonu CO _{2 .} Výrobcovia cementu Pioneer tvrdili, že dosahujú nižšie intenzity uhlíka s 590 kg CO ₂ ekv. na tonu vyrobeného cementu. ^[116] Emisie sú spôsobené spaľovacími a kalcinačnými procesmi, ^[117] ktoré tvoria približne 40 % a 60 % skleníkových plynov. Vzhľadom na to, že cement je len zlomkom zložiek betónu, odhaduje sa, že tona betónu je zodpovedná za emisie asi 100 – 200 kg CO ₂ .^{[118] [8]} Každý rok sa na celom svete použije viac ako 10 miliárd ton betónu. ^[8] V nadchádzajúcich rokoch sa bude naďalej používať veľké množstvo betónu a znižovanie emisií CO ₂ z tohto odvetvia bude ešte kritickejšie.

Betón sa používa na vytváranie tvrdých povrchov, ktoré prispievajú k povrchovému odtoku , ktorý môže spôsobiť silnú eróziu pôdy, znečistenie vody a záplavy, ale naopak môže byť použitý na odklonenie, prehradenie a kontrolu záplav. Betónový prach uvoľnený pri demolácii budov a prírodných katastrofách môže byť hlavným zdrojom nebezpečného znečistenia ovzdušia. Betón prispieva k efektu mestského tepelného ostrova , hoci menej ako asfalt.

Betón a zmiernenie klimatických zmien

Zníženie obsahu cementového slinku môže mať pozitívny vplyv na environmentálne hodnotenie životného cyklu betónu. Niektoré výskumné práce na znižovaní obsahu cementového slinku v betóne sa už vykonali. Existujú však rôzne výskumné stratégie. Nahradenie určitého slinku za veľké množstvo trosky alebo popolčeka sa často skúmalo na základe konvenčnej technológie betónu. To by mohlo viesť k plytvaniu vzácnymi surovinami, akými sú troska a popolček. Cieľom ďalších výskumných aktivít je efektívne využitie cementu a reaktívnych materiálov ako troska a popolček v betóne na základe modifikovaného prístupu návrhu zmesi. ^[119]

Environmentálny prieskum zistil, že obsah uhlíka v prefabrikovanej betónovej fasáde môže byť znížený o 50 % pri použití prezentovaného vláknom vystuženého vysokovýkonného betónu namiesto typického železobetónového obkladu. ^[120]

Štúdie boli vykonané s očakávaním, že budú použité ako údaje na komercializáciu nízkouhlíkových betónov. Hodnotenie životného cyklu (LCA) nízkouhlíkového betónu sa skúmalo podľa náhradných pomerov mletej granulovanej vysokopecnej trosky (GGBS) a popolčeka (FA). Potenciál globálneho otepľovania (GWP) GGBS sa znížil o 1,1 kg CO ₂ ekv./m ³ , zatiaľ čo FA sa znížil o 17,3 kg CO ₂ ekv./m ³ , keď sa pomer náhrady minerálnych prímesí zvýšil o 10 %. Táto štúdia tiež porovnávala vlastnosti pevnosti v tlaku binárneho zmesového nízkouhlíkového betónu podľa náhradných pomerov a bol odvodený použiteľný rozsah zmiešavacích pomerov. ^[121]

Výskumníci z University of Auckland pracujú na využití biouhlia v betónových aplikáciách na zníženie emisií uhlíka počas výroby betónu a na zlepšenie pevnosti. ^[122]

Betón a prispôsobenie sa zmene klímy

Vysokovýkonné stavebné materiály budú obzvlášť dôležité pre zvýšenie odolnosti vrátane protipovodňovej ochrany a ochrany kritickej infraštruktúry. Riziká pre infraštruktúru a mestá, ktoré predstavujú extrémne poveternostné javy, sú obzvlášť závažné pre miesta vystavené povodniam a škodám spôsobeným hurikánmi, ale aj tam, kde obyvatelia potrebujú ochranu pred extrémnymi letnými teplotami. Tradičný betón môže byť vystavený vlhkosti a vyšším koncentráciám atmosférického CO ₂ . Zatiaľ čo betón pravdepodobne zostane dôležitý v aplikáciách, kde je prostredie náročné, sú potrebné aj nové, inteligentnejšie a prispôsobivejšie materiály. ^{[8] [123]}

Betón – zdravie a bezpečnosť

Brúsenie betónu môže produkovať nebezpečný prach . Vystavenie cementovému prachu môže viesť k problémom, ako je silikóza , ochorenie obličiek, podráždenie kože a podobné účinky. Americký Národný inštitút pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci v Spojených štátoch odporúča pripevniť kryty lokálnej odsávacej ventilácie k elektrickým brúskam betónu na kontrolu šírenia tohto prachu. Okrem toho Správa bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci(OSHA) zaviedla prísnejšie nariadenia pre spoločnosti, ktorých pracovníci pravidelne prichádzajú do kontaktu s kremičitým prachom. Aktualizované pravidlo oxidu kremičitého, ktoré OSHA vstúpilo do platnosti 23. septembra 2017 pre stavebné spoločnosti, obmedzilo množstvo priedušného kryštalického kremíka, s ktorým by pracovníci mohli legálne prísť do kontaktu, na 50 mikrogramov na meter kubický vzduchu za 8-hodinový pracovný deň. Rovnaké pravidlo nadobudlo účinnosť 23. júna 2018 pre všeobecný priemysel, hydraulické štiepeniea námorné. Konečný termín bol predĺžený do 23. júna 2021 pre technické kontroly v priemysle hydraulického štiepenia. Spoločnosti, ktoré nesplnia sprísnené bezpečnostné predpisy, môžu čeliť finančným poplatkom a vysokým pokutám. Prítomnosť niektorých látok v betóne, vrátane užitočných a nežiaducich prísad, môže spôsobiť zdravotné problémy v dôsledku toxicity a rádioaktivity. Čerstvý betón (pred dokončením vytvrdzovania) je vysoko alkalický a musí sa s ním manipulovať pomocou vhodných ochranných prostriedkov.

Cirkulárna ekonomika

Betón je vynikajúcim materiálom na stavbu budov s dlhou životnosťou a energetickou úspornosťou. Aj pri dobrom dizajne sa však ľudské potreby zmenia a vznikne potenciálny odpad. ^[124]

Koniec životnosti: degradácia betónu a odpad

Betón môže byť poškodený mnohými procesmi, ako je expanzia produktov korózie oceľových výstužných tyčí , zamrznutie zachytenej vody, oheň alebo sálavé teplo, expanzia kameniva, účinky morskej vody, bakteriálna korózia, vylúhovanie, erózia rýchlo tečúcou vodou, fyzické poškodenie a chemické poškodenie ( sýtením oxidom uhličitým , chloridmi, síranmi a destilovanou vodou). ^[125] Mikrohuby Aspergillus alternaria a Cladosporium boli schopné rásť na vzorkách betónu používaných ako bariéra proti rádioaktívnemu odpadu v reaktore v Černobyle ; lúhovanie hliníka, železa, vápnika a kremíka. ^[126]

Betón možno považovať za odpad podľa rozhodnutia Európskej komisie 2014/955/EÚ pre Zoznam odpadov pod kódmi: 17 (stavebné a demolačné odpady vrátane výkopovej zeminy zo znečistených lokalít) 01 (betón, tehly, dlaždice a keramika) , 01 (betón) a 17.01.06* (zmesi, samostatné frakcie betónu, tehál, obkladačiek a keramiky obsahujúce nebezpečné látky) a 17.01.07 (zmesi, samostatné frakcie betónu, tehál, obkladačiek a keramiky iné ako tie, ktoré sú uvedené v 17.01.06). ^[127] Odhaduje sa, že v roku 2018 Európska únia vyprodukovala 371 910 tisíc ton minerálneho odpadu zo stavebných a demolačných prác a takmer 4 % z tohto množstva sú považované za nebezpečné. Nemecko, Francúzsko a Spojené kráľovstvo boli s produkciou stavebného odpadu 86 412 tis. ton, 68 976 a 68 732 tis. ton najväčšími znečisťovateľmi. ^[128]

V súčasnosti v EÚ neexistujú kritériá konca odpadu pre betónové materiály. Rôzne sektory však navrhujú alternatívy pre betónový odpad a opätovne ho využívajú ako druhotnú surovinu v rôznych aplikáciách, vrátane samotnej výroby betónu. ^[129]

Opätovné použitie betónu

Opätovné použitie blokov v pôvodnej forme alebo rozrezaním na menšie bloky má ešte menší dopad na životné prostredie; v súčasnosti však existuje len obmedzený trh. Zlepšené návrhy budov, ktoré umožňujú opätovné použitie dosky a transformáciu budovy bez demolácie, by mohli zvýšiť toto využitie. Dutinkové betónové dosky sa ľahko demontujú a rozpätie je zvyčajne konštantné, vďaka čomu sú vhodné na opätovné použitie. ^[124]

Ďalšie prípady opätovného použitia sú možné s prefabrikovanými betónovými kusmi: prostredníctvom selektívnej demolácie je možné takéto kusy rozobrať a zhromaždiť na ďalšie použitie na iných stavbách. Štúdie ukazujú, že plány spätnej výstavby a opätovného namontovania stavebných jednotiek (tj opätovné použitie prefabrikovaného betónu) je alternatívou pre taký druh konštrukcie, ktorý chráni zdroje a šetrí energiu. Najmä stavebné materiály s dlhou životnosťou, trvanlivosťou a energiou, ktoré sú náročné na energiu, ako je betón, možno vďaka recyklácii udržať v životnom cykle dlhšie. Prefabrikované konštrukcie sú predpokladom pre konštrukcie, ktoré sa dajú nevyhnutne rozoberať. V prípade optimálnej aplikácie v kostre budovy sa úspora nákladov odhaduje na 26 %, čo je lukratívny doplnok k novým stavebným metódam. To však závisí od niekoľkých kurzov, ktoré je potrebné nastaviť.^[130] Je potrebné preskúmať životaschopnosť tejto alternatívy, pretože logistika spojená s prepravou ťažkých kusov betónu môže finančne ovplyvniť prevádzku a tiež zvýšiť uhlíkovú stopu projektu. Taktiež neustále sa meniace predpisy o nových budovách na celom svete môžu vyžadovať vyššie štandardy kvality pre konštrukčné prvky a brániť používaniu starých prvkov, ktoré môžu byť klasifikované ako zastarané.

Recyklácia betónu

Recyklácia betónu je čoraz bežnejšou metódou likvidácie betónových konštrukcií. Betónový odpad sa kedysi bežne vyvážal na skládky na likvidáciu, ale recyklácia sa zvyšuje vďaka lepšiemu povedomiu o životnom prostredí, vládnym zákonom a ekonomickým výhodám.

Na rozdiel od všeobecného presvedčenia je regenerácia betónu dosiahnuteľná – betón možno rozdrviť a opätovne použiť ako kamenivo v nových projektoch. ^[124]

Recyklácia alebo regenerácia betónu znižuje využívanie prírodných zdrojov a súvisiace náklady na dopravu a znižuje skládkovanie odpadu. Má však malý vplyv na znižovanie emisií skleníkových plynov, keďže väčšina emisií vzniká pri výrobe cementu a samotný cement nemožno recyklovať. V súčasnosti sa väčšina regenerovaného betónu používa na cestné podklady a projekty inžinierskych stavieb. Z hľadiska udržateľnosti tieto relatívne nízkokvalitné použitia v súčasnosti poskytujú optimálny výsledok. ^[131]

Proces recyklácie sa môže vykonávať in situ , v mobilných zariadeniach alebo v špecifických recyklačných jednotkách. Vstupným materiálom môže byť vrátený betón čerstvý (mokrý) z autodomiešavačov, odpad z výroby prefabrikátov, odpad zo stavby a demolácie. Najvýznamnejším zdrojom je demolačný odpad, prednostne predtriedený zo selektívnych demolačných procesov. ^[124]

Jednoznačne najbežnejšou metódou recyklácie suchého a vytvrdnutého betónu je drvenie. Na staveniskách sa často inštalujú mobilné triediče a drviče, ktoré umožňujú spracovanie na mieste. V iných situáciách sú zriadené špecifické spracovateľské miesta, ktoré sú zvyčajne schopné produkovať kamenivo vyššej kvality. Sitá sa používajú na dosiahnutie požadovanej veľkosti častíc a odstránenie nečistôt, cudzích častíc a jemného materiálu z hrubého kameniva. ^{[132] [124]}

Chlorid a sírany sú nežiaduce kontaminanty pochádzajúce z pôdy a poveternostných vplyvov a môžu spôsobiť problémy s koróziou na hliníkových a oceľových konštrukciách. ^[132] Konečný produkt, Recycled Concrete Aggregate (RCA), predstavuje zaujímavé vlastnosti ako: hranatý tvar, drsnejší povrch, nižšia špecifická hmotnosť (20 %), vyššia absorpcia vody a pH vyššie ako 11 – toto zvýšené pH zvyšuje riziko alkalických reakcií. ^[124]

Nižšia hustota RCA zvyčajne zvyšuje efektivitu projektu a zlepšuje náklady na prácu – recyklované betónové kamenivo poskytuje väčší objem podľa hmotnosti (až o 15 %). ^[131] Fyzikálne vlastnosti hrubého kameniva vyrobeného z drveného demolačného betónu z neho robia preferovaný materiál pre aplikácie, ako je základ cesty a podklad. Je to preto, že recyklované kamenivo má často lepšie zhutňovacie vlastnosti a vyžaduje menej cementu na použitie ako podklad. Okrem toho je vo všeobecnosti lacnejšie získať ho ako pôvodný materiál. ^[124]

Aplikácia recyklovaného betónového kameniva

Hlavné komerčné aplikácie konečného recyklovaného betónového kameniva sú:

• Podkladová vrstva kameniva (základ vozovky) alebo neošetrené kamenivo používané ako základ pre vozovku je podkladová vrstva (pod povrch vozovky), ktorá tvorí štrukturálny základ pre dlažbu. K dnešnému dňu je to najobľúbenejšia aplikácia pre RCA kvôli technicko-ekonomickým aspektom. ^[133]
• Kamenivo do hotového betónu jednoduchým nahradením 10 až 45 % prírodného kameniva v betónovej zmesi zmesou cementu, piesku a vody. Niektoré koncepčné budovy ukazujú pokrok v tejto oblasti. Pretože RCA obsahuje cement, pomery zmesi sa musia upraviť tak, aby sa dosiahli požadované štrukturálne požiadavky, ako je spracovateľnosť, pevnosť a absorpcia vody. ^[124]
• Stabilizácia pôdy so zapracovaním recyklovaného kameniva, vápna alebo popolčeka do materiálu podložia okrajovej kvality, ktorý sa používa na zvýšenie únosnosti tohto podložia. ^[133]
• Rúrové podložie: slúži ako stabilné lôžko alebo pevný základ na uloženie podzemných inžinierskych sietí. Predpisy niektorých krajín zakazujú používanie RCA a iných stavebných a demolačných odpadov vo filtračných a drenážnych lôžkach kvôli potenciálnej kontaminácii chrómom a vplyvom na hodnotu pH. ^{[124] [133]}
• Krajinné materiály: podporovať zelenú architektúru. K dnešnému dňu sa recyklované betónové kamenivo používa ako skalné steny, podchodné oporné konštrukcie, erózne konštrukcie, vodné prvky, oporné múry a ďalšie. ^[133]

Výzvy od kolísky po kolísku

Doposiaľ vyvinuté aplikácie pre RCA nie sú vyčerpávajúce a je potrebné vyvinúť mnoho ďalších využití, pretože nariadenia, inštitúcie a normy nájdu spôsoby, ako bezpečne a ekonomicky využiť stavebný a demolačný odpad ako druhotné suroviny. Avšak vzhľadom na účel cirkulácie zdrojov v životnom cykle betónu, jediná aplikácia RCA, ktorá by sa mohla považovať za recykláciu betónu, je nahradenie prírodného kameniva v betónových zmesiach. Všetky ostatné aplikácie by spadali do kategórie downcycling . Odhaduje sa, že aj takmer úplné zhodnotenie betónu zo stavebného a demolačného odpadu pokryje len asi 20 % celkových potrieb kameniva v rozvinutom svete. ^[124]

Cesta k kruhovitosti presahuje samotnú technológiu betónu v závislosti od mnohostranného pokroku v cementárskom priemysle, výskume a vývoji alternatívnych materiálov, projektovaní a správe budov a demolácii, ako aj vedomom využívaní priestorov v mestských oblastiach na zníženie spotreby.

Svetové rekordy

Svetovým rekordom v najväčšom množstve betónu v rámci jedného projektu je priehrada Tri rokliny v provincii Hubei v Číne od spoločnosti Three Gorges Corporation. Množstvo betónu použitého pri stavbe priehrady sa odhaduje na 16 miliónov metrov kubických za 17 rokov. Predchádzajúci rekord bol 12,3 milióna kubických metrov, ktorý mala vodná elektráreň Itaipu v Brazílii. ^{[134] [135] [136]}

Svetový rekord v čerpaní betónu bol stanovený 7. augusta 2009 počas výstavby hydroelektrárneho projektu Parbati neďaleko dediny Suind, Himáčalpradéš , India, keď bola betónová zmes čerpaná cez vertikálnu výšku 715 m (2 346 stôp). ^{[137] [138]}

Priehrada Polavaram v Andhra Pradesh sa 6. januára 2019 zapísala do Guinessovej knihy rekordov naliatím 32 100 metrov kubických betónu za 24 hodín. ^[139] Svetový rekord pre najväčší nepretržite liaty betónový plť bol dosiahnutý v auguste 2007 v Abú Zabí zmluvnou firmou Al Habtoor-CCC Joint Venture a dodávateľom betónu je Unibeton Ready Mix. ^{[140] [141]} Zálievka (súčasť základov pre vežu Abu Dhabi's Landmark Tower ) predstavovala 16 000 metrov kubických betónu naliateho v priebehu dvoch dní. ^[142] Doterajší rekord, 13 200 metrov kubických vylialo za 54 hodín napriek silnej tropickej búrke, ktorá si vyžadovala zakrytie miestaplachty , ktoré umožnia pokračovanie prác, dosiahli v roku 1992 spoločné japonské a juhokórejské konzorciá Hazama Corporation a Samsung C&T Corporation na výstavbu Petronas Towers v Kuala Lumpur , Malajzia . ^[143]

Svetový rekord pre najväčšiu súvisle liatu betónovú podlahu dokončila 8. novembra 1997 v Louisville v štáte Kentucky dizajnérska firma EXXCEL Project Management. Monolitické uloženie pozostávalo z 225 000 štvorcových stôp (20 900 m ² ) betónu uloženého za 30 hodín, dokončeného s toleranciou rovinnosti _FF 54,60 a toleranciou rovinnosti FL _43,83 . To prekonalo predchádzajúci rekord o 50 % v celkovom objeme a 7,5 % v celkovej ploche. ^{[144] [145]}

Rekord pre najväčší súvisle umiestnený podvodný betón bol dokončený 18. októbra 2010 v New Orleans v Louisiane dodávateľom CJ Mahan Construction Company, LLC z Grove City, Ohio. Umiestnenie pozostávalo z 10 251 kubických yardov betónu umiestneného za 58,5 hodiny pomocou dvoch čerpadiel na betón a dvoch vyhradených betonární. Po vytvrdnutí toto umiestnenie umožňuje odvodnenie koferdamu s rozlohou 50 180 štvorcových stôp (4 662 m ² ) približne 26 stôp (7,9 m) pod hladinou mora, aby bolo možné dokončiť výstavbu projektu Inner Harbor Navigation Canal Sill & Monolith Project v suché. ^[146]

Pozri tiež

Referencie

Externé odkazy

• Médiá súvisiace s Concrete na Wikimedia Commons
• Výhody a nevýhody betónu