Beton - czym jest i jakie są jego rodzaje

Beton (concrete – ang.) to materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego, wody oraz ewentualnych domieszek i dodatków. Kiedy mamy do czynienia z całkowicie wymieszanymi składnikami betonu, które są jeszcze w stanie umożliwiającym zagęszczenie – nazywamy to mieszanką betonową. Jeżeli mieszanka jest w stanie stwardniałym i osiągnęła już pewien poziom wytrzymałości na ściskanie – staje się betonem stwardniałym.

Nazwa betonu zazwyczaj pochodzi od rodzaju użytego spoiwa (np. cementu, gipsu) albo kruszywa (np. keramzytu). Nazwa może pochodzić od struktury, np. autoklawizowany beton komórkowy, beton zwarty, półzwarty lub jamisty z lekkich kruszyw i spoiwa cementowego.

Z betonu wykonujemy elementy nośne budynku – fundamenty, stropy, schody – i dlatego powinien on przez długie lata bezpiecznie przenosić założone obciążenia. Jego najważniejszą cechą jest wytrzymałość. O jakości betonu decyduje także jego trwałość – odporność na czynniki niszczące: promienie słoneczne, mróz i uderzenia.Beton znajduje swoje zastosowanie również w procesie produkcji bloczków betonowych (od bloczków fundamentowych, po nowoczesne bloczki z betonu komórkowego). Od niedawna stosuje się również fibrobeton, czyli beton zbrojony włóknem szklanym. Jest do doskonały materiał dekoracyjny, używa się go zarówno jako pokrycie fasad jak i we wnętrzach. Materiał ten ma bardzo szerokie zastosowanie, ponieważ produkuje się z niego również posadzki, podjazdy, czy płyty parkingowe.

Ogromny wpływ na jakość betonu ma rodzaj i jakość składników (cementu, kruszywa i wody) użytych do wykonania mieszanki, oraz ich wzajemne proporcje. Zwykle przy ustalaniu składu mieszanki betonowej korzysta się z norm, tablic. Na ich podstawie ustala się recepturę roboczą 1 m3 mieszanki. Spore znaczenie ma również sam sposób przygotowania i układania mieszanki w deskowaniu, oraz późniejsza pielęgnacja betonu.

1. Podział ze względu na gęstość.

Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje betonu (klasyfikacja według gęstości objętościowej):

- beton lekki o gęstości objętościowej od 800 – 2000 kg/m3, wykonywany jest przede wszystkim z kruszyw lekkich (wśród kruszyw lekkich wyróżniamy naturalne, np. pumeks, tuf wulkaniczny, wapienie oraz kruszywa sztuczne, takie jak: żużel wielkopiecowy spieniony czy algoporyt). Przykładem betonu lekkiego jest np. beton komórkowy (gazobeton). Stosuje się go do produkcji drobnowymiarowych elementów ściennych (bloczki , nadproża) oraz do produkcji średniowymiarowych elementów stropowych i murowych (np. płyty stropowe). Niniejszy artykuł przedstawia wyłącznie ogólną charakterystykę betonu lekkiego.

- beton zwykły – o gęstości objętościowej większej niż 2000 kg/m3 i nie przekraczającej 2600 kg/m3, do jego wykonania stosuje się kruszywa naturalne, łamane (np. piasek, żwir, kamień bazaltowy) oraz kruszyw porowatych, które dzielą się na naturalne (np. węglanoporyt), i sztuczne (keramzyt, perlitoporyt, wermikulitoporyt). Zastosowanie betonu zwykłego to przede wszystkim konstrukcyjne elementy betonowe i żelbetowe oraz pustaki ścienne i stropowe. Przykłady takich wyrobów można znaleźć w następujących miejscach: bloczki betonowe oraz pustaki stropowe . To właśnie betonowi zwykłemu poświęcimy największą uwagę w tym artykule.

- beton ciężki – o gęstości objętościowej większej niż 2600 kg/m3, do jego wykonania stosuje się kruszywa specjalne (np. manganowe, barytowe). Zastosowanie betonowe jest dość nietypowe, stosuje się go np. w jednostkach naukowo-badawczych, elektrowniach atomowych czy szpitalach onkologicznych. Wykonuje się z niego zbiorniki odpadów radioaktywnych. Betony ciężkie stosowane są jako osłony biologiczne, osłabiają promieniowanie jonizujące.

2. Podział ze względu na składnik kruszywowy.

2.1 Beton żwirowy – typ mieszanki, w której dominującym kruszywem jest żwir.

2.2 Beton keramzytowy – kruszywem użytym do tego typu mieszanki jest keramzyt. Ten typ betonu znajduje swoje zastosowanie w produkcji pustaków konstrukcyjnych oraz stropowych. Produkty, o których mowa bez problemu można odnaleźć tutaj: pustaki stropowe

2.3 Beton łupkoporytowy¹ – głównym użytym kruszywem jest łupkoporyt.

1. Cement:

Cement jest spoiwem mineralnym, otrzymywanym z surowców mineralnych (margiel lub glina). Wymienione surowce wypala się w piecu cementowym na klinkier, następnie mieli się otrzymany spiek w raz z gipsem, który pełni rolę regulatora czasu wiązania.

Cement stosuje się przede wszystkim do zapraw cementowych, betonów. Jest on wykorzystywany do łączenia materiałów budowlanych.

1.1 Podział cementu:

• cement portlandzki
• cement portlandzki wieloskładnikowy
• cement hutniczy
• cement glinowy
• cement pucolanowy
• cement z dodatkiem kamienia wapiennego

Cementami portlandzkimi powszechnego użytku nazywamy spoiwa otrzymane ze zmielenia klinkieru cementowego z dodatkiem do 5% kamienia gipsowego lub dodatków żużla, pyłu krzemionkowego, popiołu lub wapienia. Przykład produktu należącego do grupy cementów portlandzkich: cement portlandzki

Cement murarski otrzymuje się przez drobne zmielenie klinkieru cementowego z dodatkami obojętnymi, np. mączką kamienną, ceglaną. Stosujemy go do zapraw murarskich i tynkarskich oraz do produkcji gruzobetonowych i żużlobetonowych. Można stosować do betonów klasy poniżej B75. Nie nadaje się do betonów zbrojonych. Przykład: cement murarski

Cement glinowy jest szybko twardniejącym spoiwem otrzymywanym przez stopienie składnika bogatego w tlenek glinu (boksytu) łącznie z wapieniami i domieszkami pomocniczymi. Główną zaletą jest szybki przyrost wytrzymałości; betony lub zaprawy z cementu glinowego uzyskują po 24 godzinach 80 – 90% wytrzymałości normowej. Cement glinowy stosuje się do zapraw murarskich i do betonu, gdy zależy na bardzo szybkim wykonaniu robót np. na jezdniach lub obiektach kolejowych, do budowli, które mają być wykonane w niskiej temperaturze lub są narażone na działanie wód agresywnych.

Cement hutniczy jest materiałem wiążącym, który otrzymuje się przez drobne zmielenie klinkieru cementowego i granulowanego żużla wielkopiecowego z dodatkiem siarczanu wapniowego. Wyglądem nie różni się od cementu portlandzkiego. Cement hutniczy jest szczególnie odpowiedni do betonów narażonych na działanie wód o małej agresywności, np. wody morskiej, wody pochodzącej z bagien. Betony, do których użyto cementu hutniczego wymagają w okresie twardnienia starannej pielęgnacji. Co najmniej przez 14 dni należy obficie i często polewać je wodą aby nie dopuścić do wyschnięcia nawet na powierzchni. Zaniedbanie tego warunku może doprowadzić do obniżenia wytrzymałości. Przykład: cement hutniczy

1.2 Klasa cementu

Klasę cementu określa liczba wyrażona w MP (mega Pascalach) informuje nas o wytrzymałości na ściskanie zaprawy po 28 dniach.

Rozróżnia się 6 klas cementu (symbol R jest wyróżnikiem klasy cementu o wysokiej wytrzymałości wczesnej):

• 32,5,
• 32,5R,
• 42,5,
• 42,5R,
• 52,5,
• 52,5R

Klasyfikacja wg normy PN-EN 197-1:2002 „Cement. Część 1. Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementu powszechnego użytku”.

Zgodnie z obowiązującymi normami cementy powszechnego użytku można podzielić na cztery rodzaje (powyższy podział na klasy dotyczy każdego z niżej wymienionych rodzajów):

• CEM I – cement portlandzki (bez dodatków) – stosuje się do produkcji suchych mieszanek tynkarskich i w robotach elewacyjnych; jest to również podstawowy surowiec do produkcji cementów kolorowych.
• CEM II – cementy mieszane:
• CEM III – cement hutniczy – wysoka odporność na działanie siarczanów i kwasów humusowych pozwala na stosowanie w środowiskach o podwyższonej agresywności.
• CEM IV – cement pucolanowy – również wysoka odporność na negatywny wpływ środowisk o agresji kwaśnej (np. wody siarczanowej). Stosowany jako spoiwo do betonów i zapraw oraz do produkcji elementów z betonu komórkowego.

Do wymaganej klasy betonu należy dostosować odpowiednią klasę cementu. Przedstawia to poniższa tabela:

Rozdział zawiera wyłącznie podstawowe informacje na temat cementu, aby wzbogacić swoją wiedzę w tej kwestii przejdz do kolejnego artykułu. CEMENT

2. Woda:

W wielu procesach produkcji materiałów budowlanych oraz ich stosowania woda jest istotnym składnikiem. Woda zarobowa inicjuje proces wiązania mieszanki.

Woda stosowana jako składnik zapraw, zaczynów i betonów nazywana jest wodą zarobową. Ilość wody zarobowej potrzebnej do uwodnienia spoiw budowlanych, jest stosunkowo mała w porównaniu do całkowitej ilości wody dodawanej do zaczynu czy mieszanki betonowej. O całkowitej ilości wody decyduje przede wszystkim konsystencja oraz urabialność pożądanej mieszanki.

Jako wodę zarobową można stosować każdą wodę nadającą się do picia (wodociągową), oraz wodę z rzek, jezior i innych miejsc pod warunkiem, że odpowiada wymaganiom.

Wymagania dotyczące wody zarobowej do produkcji betonu zawarte są w normie PN-EN 1008:2003 „Woda zarobowa do betonu. Specyfikacja pobierania próbek, badanie i ocena przydatności wody zarobowej do betonu, w tym wody uzyskiwanej z produkcji betonu.”

Stosunek proporcjonalny składników używanych do wykonania mieszanki betonowej przedstawiony jest w dalszej części artykułu.

3. Kruszywo:

Kruszywo stanowi ok. 70% całej objętości betonu i ma znaczący wpływ na kształtowanie się cech mieszanki betonowej, a następnie betonu stwardniałego. Kruszywo stosowane do betonu powinno być mrozoodporne, a także mieć odpowiednia wilgotność i nasiąkliwość. Właściwości kruszywa maja decydujący wpływ na parametry otrzymanej mieszanki betonowej.

Do wykonania betonu o wysokiej wytrzymałości lepiej jest stosować kruszywa łamane (np. kliniec, tłuczeń, kamień łamany, grys, mieszanki kruszyw łamanych z otoczaków), których chropowata powierzchnia poprawia przyczepność zaczynu cementowego. Im więcej jest w kruszywie ziaren słabych, zwietrzałych i porowatych, tym większa jest jego nasiąkliwość. Cecha ta jest ważna podczas wykonywania mieszanki betonowej, ma bowiem niekorzystny wpływ na jej urabialność, a potem – na cechy gotowego betonu.

Podział kruszyw mineralnych do betonu ze względu na grupy asortymentowe:

• piasek i piasek łamany
• żwir, grys i grys z otoczaków
• sortowana mieszanka kruszywa naturalnego, kruszywa łamanego i kruszywa z otoczaków

W zależności od zawartości poszczególnych frakcji w kruszywach, kruszywa mineralne do betonu dzielimy na dwa gatunki: 1 i 2. Wyróżniamy również marki kruszywa grubego: 10, 20, 30 i 50

W zależności od zawartości grudek gliny w kruszywach łamanych ze skał węglanowych lub nasiąkliwości w grysach ze skał magmowych lub metamorficznych, wyróżniamy: odmianę I oraz odmianę II.

Powyższy akapit zawiera wyłącznie podstawowe informacje na temat kruszyw, aby dowiedzieć się więcej kliknij.

4. Domieszki i dodatki

Obecnie na rynku jest dostępnych wiele typów domieszek oraz dodatków do betonu. Pozwalają one uzyskać lepsze właściwości mieszanki betonowej. Domieszki mogą posiadać różną konsystencję, występują w proszku lub w płynie. Tak jak zostało wyszczególnione wyżej, domieszki służą między innymi do zwiększania lepkości czy skurczu mieszanki betonowej, a także umożliwiają betonowanie pod wodą czy podczas niskich temperatur. Produkowane dziś domieszki uplastyczniają lub uszczelniają mieszankę betonową potrafią także przyspieszać wiązanie oraz napowietrzać mieszankę. Czołowi producenci plastyfikatorów, domieszek chemicznych do betonu to: Lafarge, JKK Chemia Sp. z o.o., Den Braven East Sp. z o.o

Najbardziej popularną domieszką dodawaną do mieszanki jest wapno, które poprawia urabialność betonu. Mieszanka z dodatkiem wapna zazwyczaj służy jako cementowo-wapienna zaprawa murarska lub tynkarska.

Domieszki znacznie wpływają na zmianę właściwości mieszanek betonowych oraz betonu stwardniałego. Wyróżniamy następujące typy domieszek:

• uplastyczniające i upłynniające– ich cechą charakterystyczną jest to, że po dodaniu wody oraz wymieszaniu składników mieszanki uzyskuje się uplastycznienie mieszanki. Przykłady: domieszki uplastyczniające i upłynniające
• regulujące warunki wiązania i twardnienia– zawierają chlorki wapnia, sodu oraz potasu co sprawia, że przyśpieszają wiązanie i twardnienie betonu. Przykład: domieszki regulujące wiązanie
• uszczelniające mieszankę betonową– powodują zmniejszenie nasiąkliwości. Efekt uszczelnienia uzyskujemy poprzez dodanie do betonu gliny bentonitowej, której cechą charakterystyczna jest zwiększanie objętości po nasyceniu wodą. Przykład: domieszki uszczelniające
• umożliwiające wykonanie mieszanki betonowej przy temperaturach bliskich 0⁰C -  dodatek chlorku wapnia obniża temperaturę zamarzania wody w betonie do -5⁰C. Chlorek wapnia ułatwia korozję stali. Maksymalna ilość domieszki nie może przekraczać 1% masy cementu w betonie niezbrojonym i 0,2% w żelbecie. Przykład: domieszki do zapraw zimowych
• zwiększające wytrzymałość betonu stwardniałego – poprzez dodanie pyłu krzemionkowego w ilości 7-10% masy cementu możemy podnieść wytrzymałość betonu o 10-15 MPa w porównaniu z betonem bez dodatku.
• barwią beton – pigmenty, najczęściej pochodzenia nieorganicznego, najprostszym przykładem może być zmielona cegła.
• napowietrzające beton– do zaprawy cementowej zostają wprowadzone liczne mikropęcherzyki, które poprawiają jej urabialność. Przykład: domieszki napowietrzające
• spęczniające – domieszka o działaniu plastyfikującym i spęczniającym, jest przeznaczona do produkcji betonów i zapraw służących do szczelnego wypełniania luk i szczelin w betonie
• stabilizujące – domieszka stabilizująca do zmniejszania rozdzielania i osadzania materiałów mieszanki betonowej, szczególnie do betonów samozagęszczających się
• spieniające – Domieszka do produkcji bardzo lekkich zapraw i pianobetonów, także z udziałem lekkich kruszyw. W zależności od wyjściowego składu mieszanki betonowej można uzyskać zaprawy i betony o gęstościach od 2000 kg/m³ nawet do 400 kg/m³.
• emulsje polimerowe – Poprawia urabialność mieszanki, umożliwia łatwiejsze jej wbudowanie i zagęszczenie.

Produkcja mieszanki betonowej:

Składniki 1m3 mieszanki betonowej przy dozowaniu wagowo-objętościowym (konsystencja K1 – wilgotna)

Autor: 

Karol Latosiński

Zapraszam do zapoznania się z artykułem na stronie źródłowej Leksykon-budowlany.pl ponieważ zawiera konkretne przykłady w/w cementów, domieszek, kruszyw występujących na rynku polskim. Zademonstrowane przykłady na stronie źródłowej nie są reklamą 1 producenta a obrazem dostępności wszystkich materiałów tego typu na rynku. Leksykon budowlany tworzony jest we współpracy z c-n-f.pl

Zezwalam na przedruk tego artykułu w niezmienionej formie pod warunkiem zamieszczenia linku do wyżej wymienionej strony źródłowej.