Beton to sztuczny kamień, został wynaleziony w starożytności i był używany w budownictwie w Asyrii, potem w starożytnym Rzymie, gdzie mieszano piasek i drobne kamienie z zaprawą wapienną do łączenia kamieni w murze i w sklepieniach. Rzymianie używali jako zaprawy naturalnej tzw. pucolany pochodzącej z popiołów wulkanicznych, najpierw z Wezuwiusza, później z innych miejsc. Dodatek popiołu wulkanicznego czynił rzymski beton szczelnym i wodoodpornym.
Wiele zabytków starożytnego Rzymu zostało wykonanych z betonu, niektóre z nich przetrwały do dnia dzisiejszego. Najwspanialszym przykładem jest kopuła Panteonu (okrągłej świątyni) w Rzymie z kładzionego betonu, o średnicy 43,3 m, ważąca ok. 5 tys. ton. Inne budowle to Termy Karakalli czy mosty i akwedukty. Niestety po upadku cesarstwa rzymskiego technologia produkcji cementu (a tym samym betonu) została zapomniana. W XIX w. (po wynalezieniu cementu portlandzkiego) beton jako materiał budowlany bardzo się upowszechnił.
Podstawowym wskaźnikiem jakości betonu jest jego klasa, czyli wytrzymałość na ściskanie (np.B-10, B-15, B-20 itd.). Powstaje w wyniku wiązania i twardnienia mieszanki betonowej, czyli zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego oraz ewentualnych domieszek i dodatków oraz wody.
Kruszywa mogą być naturalne, żwir, piasek lub sztuczne np. keramzyty. Dodatki i domieszki poprawiają właściwości betonów – zwiększają urabialność, opóźniają proces wiązania, zwiększają mrozoodporność, wodoszczelność itd. Nie wolno stosować do betonu słonej wody morskiej, wody mineralnej i zanieczyszczonej np. rzecznej. Betony dzielimy na:
- ciężki – wykonywany z ciężkich specjalnych kruszyw, stosowany jako osłona dla osłabienia promieniowania jonizującego kabin RTG i przy budowie elektrowni atomowych,
- zwykły – wykonywany z zastosowaniem kruszyw naturalnych stosowany do wykonywania elementów konstrukcyjnych betonowych i żelbetowych w budownictwie,
- lekki – wykonywany z zastosowaniem lekkich kruszyw, cementu, wody i środka pianotwórczego, stosuje się do wykonywania elementów ściennych i stropowych np. bloczki ścienne, prefabrykowane nadproża itp.
Najczęściej stosowanym w budownictwie rodzajem betonu jest żwirobeton wylewany na mokro na placu budowy, stosowany w:
- konstrukcjach monolitycznych – fundamenty, słupy, ściany, schody,
- budowlach inżynierskich – tunele, zapory, pasy startowe lotniskowe, filary, przyczółki,
- drogi o nawierzchniach betonowych i asfaltobetonowych,
- konstrukcjach żelbetowych – zbrojonych stalowymi prętami.
Świeżo ułożony beton należy pielęgnować czyli zapewnić jak najkorzystniejsze warunki do prawidłowego przebiegu jego dojrzewania (polewanie wodą, osłonięcie przed nadmiernym nasłonecznieniem, działaniem wiatru lub mrozu).
Ciekawym zastosowaniem betonu jest tzw. prefabrykacja czyli wytwarzanie wyrobów betonowych w innym miejscu niż miejsce jego wbudowania. Prefabrykat-półprodukt jest dostarczany na plac budowy do montażu np. bloczki betonowe, kostki brukowe do nawierzchni dróg i chodników, obrzeża chodnikowe, krawężniki itp.
Nową erę w budownictwie zapoczątkowało wynalezienie betonu wzmocnionego stalowymi prętami, zwanego dziś żelbetem. Żelbeton, żelbet, żelazobeton, czyli beton zbrojony wkładkami stalowymi stosowany jest dziś powszechnie w budownictwie do budowy budynków w technologii uprzemysłowionej i szkieletowej. W budownictwie inżynieryjnym do budowy mostów, tuneli, zapór, silosów, zbiorników, wysokich kominów itp.
Pierwszą konstrukcję z użyciem betonu, latarnię morską Eddystone w zatoce Plymouth w Wielkiej Brytanii, postawiono w 1756 roku, natomiast pierwsza konstrukcja z betonu w Polsce to fundamenty kościoła na Ostrowie Lednickim niedaleko Poznania, powstałe w średniowieczu około drugiej połowy X wieku.
Pierwsza konstrukcja żelbetowa w Polsce
Jest nią most żelbetowy przez rzekę Rudawę w Krakowie, który wykonała firma wiedeńska w 1891 r. Był to most łukowy o rozpiętości 17,5m obecnie nieistniejący. Polskim pionierem zastosowania żelbetu w budownictwie był inżynier Marian Lutosławski, który jako pierwszy w kraju opracował naukowo i praktycznie zagadnienia konstrukcji żelbetowej. Zaprojektował stropy żelbetowe pierwszego domu zbudowanego z użyciem tej techniki przy ul. Solec w Warszawie oraz elementy konstrukcji nośnej w kościele św. Zbawiciela w Wilnie. W latach 1908–1909 zaprojektował i zbudował dwa pierwsze żelbetowe mosty w Lublinie, jeden z nich istnieje do dzisiaj i nosi imię Mariana Lutosławskiego. A w 1913 r. wzniesiono we Wrocławiu halę tzw. Halę Stulecia – przekrytą żelbetową kopulą żebrową o największej wówczas w świecie średnicy, wynoszącej 65 m, która stoi do dziś.
Pierwsze konstrukcje żelbetowe na świecie
Jako pierwszy, beton ze zbrojeniem, połączył Francuz B. Lamboi, który z tego materiału zbudował barkę zaprezentowaną na wystawie w Paryżu w 1855 r. A w 1867 r. francuski ogrodnik Joseph Monier wykonał z betonu zbrojonego siatką doniczki na kwiaty i uzyskał patenty na konstrukcje żelbetowe: donice do kwiatów, płytę, most, schody, podkład kolejowy itp., a w 1875 r. zbudowano we Francji według jego patentu pierwszy w świecie most żelbetowy (o rozpiętości 16 m i szerokości 4 m).
Najciekawsze konstrukcje żelbetowe w Polsce
Budynek mieszkalny we Wrocławiu tzw. Trzonolinowiec z 1967 r. wyróżnia się nietypową konstrukcją wiszącą, której podstawę stanowi żelbetowy trzon, do którego przymocowane są liny podtrzymujące betonowe stropy. Trzonolinowiec budowany był od najwyższego piętra, co jest znamienne dla tego typu nadzwyczajnych form. Takich konstrukcji w Polsce jest kilka i niewiele na świecie,
Spodek w Katowicach z 1971 r. był jednym z pierwszych na świecie obiektów wykorzystujących pionierskie technologie konstrukcyjne, innowacyjną koncepcję tensegrity, czyli wzajemnego utrzymywania się luźnych i stałych elementów zgodnie z prawami fizyki, którą można zaobserwować w konstrukcji kopuły i pokrycia dachu.
Gmach Sądu Najwyższego w Warszawie z 1999 r., oryginalną koncepcję czteropiętrowej bryły uzupełniają ogromne żelbetowe kolumny, ułożone wzdłuż całego obiektu. Łącznie jest ich aż siedemdziesiąt sześć, a na każdej są umieszczone krótkie sentencje prawnicze w języku polskim i łacińskim.
Centrum Dialogu Przełomy w Szczecinie z 2013 r., Plac Solidarności w Szczecinie zyskał nową formę architektoniczną i charakter, stając się miejscem upamiętnienia wydarzeń z grudnia 1970 r. Wspaniała zaprojektowana forma żelbetowego pawilonu, do którego prowadzi wejście w formie pochylni do części pod powierzchnią ziemi gdzie znajduje się pawilon wystawienniczy.
Filharmonia im. Mieczysława Karłowicza w Szczecinie z 2014 r., charakterystyczna i niepowtarzalna biała bryła budynku, przypomina wierzchołek lodowej góry lub makietę z białych domków. Obiekt z dwiema salami koncertowymi, z fenomenalną akustyką i niebywale zaaranżowanymi wnętrzami.
Muzeum II Wojny Światowej w Gdańsku z 2017 r., o nowoczesnej formie, która symbolizować ma współczesny sposób opowiadania o historii. Gmach przyciąga uwagę nachyleniem ścian w kierunku ziemi i spektakularnie „wypchniętą” formą. Jest tam prowadzona działalność edukacyjna i wystawiennicza.
Żelbet używany jest do budowy niemal każdego elementu budynku, począwszy od fundamentów, na schodach, ścianach oraz stropach skończywszy. Ponadto, konstrukcje żelbetowe mają swoje zastosowanie w obiektach przemysłowych, drogowych i inżynieryjnych. Od ponad wieku konstrukcje wykonane z tego materiału otaczają nas na co dzień, są tanie i łatwe w kształtowaniu. Zapewniają dowolność kształtów oraz form konstrukcji co wykorzystują inżynierowie i projektanci tworząc ciekawe obiekty budowlane o złożonych kształtach i rozmiarach.
Artykuł powstał przy współpracy z Lubuską Okręgową Izbą Inżynierów Budownictwa w ramach cyklu 1000 słów o budownictwie. Inżynier opowiada.
