Historie betonu sahá mnoho let do minulosti, tento materiál se používal pro opravy a stavební práce ve starém Egyptě, Indii a Římě. A budovy postavené před tisíci lety stále stojí, i když některé z nich jsou částečně zničeny. Pevnost, spolehlivost a trvanlivost betonu z něj činí dnes nepostradatelný materiál pro různé druhy prací.
Beton je druh stavebního materiálu umělého původu, který se získává smícháním různých složek v určitých poměrech.
Základem betonu je cement jako pojivo, písek a drť/štěrk působící jako plniva a také voda, která je potřebná k promíchání směsi a nastartování hydratační reakce. Do složení betonu lze také zavádět různé přísady pro zlepšení nebo změnu určitých vlastností materiálu.
Cement se vyrábí jemným mletím sádry a slínku. Slínek je produktem rovnoměrného výpalu při vysoké teplotě až do stavu slinování homogenní surovinové hmoty, která se skládá z jílu (s převahou křemičitanů vápenatých) a vápence. Samotný cement, stejně jako beton z něj vyrobený, může odpovídat různým třídám, pokud jde o pevnost, schopnost odolávat zatížení, vystavení teplotám atd.
Podle rozsahu použití může být beton jednoduchý nebo speciální, což znamená zvýšení určitých vlastností (mrazuvzdornost, tepelná odolnost, tepelná izolace). V některých případech se jako pojivo nepoužívá cement, ale jiné složky (takto se beton dělí na sádru, expandovanou hlínu, silikát atd.). Odlišné může být i plnivo (na bázi drceného kamene, štěrku atd.), struktura materiálu, jeho hustota, vlastnosti vytvrzování atd.
Původ betonu
Je těžké dát jednoznačnou odpověď na otázku, kdy se beton objevil. Stejně jako ostatní stavební materiály ušla cesta vývoje betonové směsi poměrně dlouhou cestu. Členové archeologické expedice tak při vykopávkách na břehu Dunaje našli pozůstatky 5000 let starého obydlí s podlahami o tloušťce 25 centimetrů z pravěkého betonu: červený jíl fungoval v roztoku jako pojivo, ale jemná řeka písek zpevnil konstrukci.
Některé příklady účinného spojování malých/velkých kamenů různými roztoky jsou známy již od dob Egypťanů, Féničanů, Babyloňanů a Kartaginců. Nejstarší použití betonu se datuje do roku 1950 před naším letopočtem. – z této doby pochází materiál nalezený v hrobce Tebese (Teve) v Egyptě. Dávno před naším letopočtem se beton používal při stavbě monolitické klenby pyramidy v Nîmes a galerií egyptského labyrintu (3600 př. n. l.).
Egypťané používali jako pojivo vápno a sádru. A před 25 lety svět překvapila zpráva profesora chemie ze Švýcarska Josepha Davidovitze, že Cheopsova pyramida je vyrobena z bloků geopolymerního betonu. Profesor našel ve hmotě jednoho z vápencových bloků lidský vlas a ten se tam mohl dostat jedině smícháním roztoku.
Vědec hledal dále a našel na zdi nápis z období třetí dynastie. Když byly hieroglyfy rozluštěny, našli recept na přípravu starověké verze betonu a původ betonu lze připsat právě tomuto období. V procesu nezávislého výzkumu se ukázalo, že základna Velkých pyramid byla vyrobena z přírodního vápence, ale horní řady byly vytvořeny z betonu vyrobeného z pískovcových třísek, palmového popela a sody z nilské vody.
O budovách z období římské říše, postavených s použitím „betonu“ jako hlavního konstrukčního materiálu, bylo napsáno mnoho. Vědci se domnívají, že skutečná cementová pojiva (nikoli vápno, jak tomu bylo u starověkých staveb) začali poprvé používat v jižní Itálii ve XNUMX. století. PŘED NAŠÍM LETOPOČTEM.
Mnoho lidí připisuje vynález cementu Římanům, protože i některá jména jsou vypůjčena odtud. U města Pozzuoli v Neapolském zálivu byl tedy poprvé použit speciální druh sopečného popela zvaný „pucolán“, který byl široce používán v cementu. Název samotného druhu pojiva, kterému se dnes říká pucolánový cement, pochází z města.
Stavba přístavu Aemelia (hlavní stavba z roku 193 př. n. l.) používala pucolán k efektivnímu spojení kamenů k vytvoření betonu. Jedná se o neobvyklý druh popela, který spouští chemickou reakci s vodou a vápnem a poté ztvrdne na pevnou hmotu (vlastnostmi podobnou skále), která se nebojí ani ponoření do vody. Římané používali tento cement pro stavbu doků, mostů, vodovodních potrubí, dešťových vpustí a budov.
římský beton
Římský beton byl položen ve vrstvách ve formátu směsi, která byla zpracována ručně. Typicky se beton naléval na kameny různých velikostí, přičemž hliněné kameny jej pokrývaly na obou stranách (pokud se jednalo o spodní část budovy). Stěny byly vyrobeny z betonu a kamenů, které fungovaly jako forma pro maltu. Tyto cihly neměly tolik konstruktivní hodnotu, jako byly použity k usnadnění stavebního procesu, stejně jako ve formě dekorativních prvků.
Tento typ stavby umožnil stejný pucolánový materiál, který se často používal v Římě a oblasti kolem Neapole, nikdy však v severní části země nebo jiných oblastech Římské říše.
Mnoho veřejných budov, včetně módních rezidencí v Římě a slavného Pantheonu, bylo postaveno z betonových cihel používaných při stavbě kleneb a zdí. Kopule Pantheonu, která byla postavena ve století II. AD, je stále považován za jedno z nejvýraznějších stavebních mistrovských děl všech dob.
Neuvěřitelně složitá konstrukce s velkým počtem dutin a výklenků snižujících hmotu a také malými klenutými stropy. Stavitelé Pantheonu měli dostatek znalostí k tomu, aby použili těžké prvky na úrovni země, snížili hustotu konstrukce ve zdech nad nimi a v samotné kupoli snížili zatížení na hodnotu, která umožňuje Pantheonu dnes stát bez destrukce.
Velké rozpětí Pantheonu, měřící 142 stop, zastínilo ve své velkoleposti menší předchozí rozpětí a vytvořilo pozoruhodný a neobvyklý efekt, který lze považovat za skutečnou architektonickou revoluci té doby, zejména z hlediska vnímání celého vnitřní prostor.
S největší pravděpodobností se pro nepřístupnost a absenci pucolánu ve světě tento typ betonu na jiných místech nepoužíval a hlavním stavebním materiálem bylo zdivo z kamene a cihel. Většina významných budov na světě byla touto metodou postavena po mnoho staletí.
V 18. stol Ve Francii se používal jiný typ betonu: zde byly stěny vyrobeny z drceného kamene pokrytého omítkou ve formě zdiva, což bylo v té době považováno za módní. A tak zedník z Lyonu, François Cointero, hledal ekonomický způsob vytváření protipožárních stěn pomocí cementové malty v kombinaci se starou nepálenou technikou neboli „stlačenou zeminou“.
Nepálená technika zahrnuje použití dřevěného bednění, které bylo vyplněno směsí hlíny a zeminy nebo slámy, s následným zhutněním. Ale pak se proces pěchování stal irelevantním kvůli použití silných a nových cementů. V roce 1824 si britský zedník Joseph Aspdin patentoval vylepšený cement, který nazval portlandský cement kvůli jeho podobnosti s přírodním kamenem těženým na sousedním ostrově Portland.
Všeobecně se uznává, že to byl Aspdin, kdo jako první použil vysoké teploty k ohřevu oxidu hlinitého, stejně jako křemenných materiálů, na bod skelného přechodu, což vedlo k fúzi materiálů. Cement se dodnes vyrábí stejným způsobem. V 19. stol beton se v Evropě používal pro stavbu budov, nejčastěji průmyslových, protože tento materiál byl odolný, levný a umožňoval urychlit stavební proces.
Použití výztuže
Existuje mnoho neshod ohledně odpovědi na otázku, kdo vynalezl beton a samotného principu výztuže. Většina badatelů se shoduje, že prvním úspěšným příkladem zpevnění betonového monolitu bylo dílo velkostatkáře z jižní Francie, pana Lamba.
Během stavby několika veslic na počátku 1850. let 1856. století je Jean-Louis Lambeau vyztužil drátěným pletivem a železnými tyčemi. Viděl, že vynález přinesl výsledky a chtěl tento materiál použít v různých oblastech konstrukce. Za tímto účelem požádal Jean-Louis v roce XNUMX o patent v Belgii a Francii, popisující beton.
Popis zněl takto: jedná se o vylepšený stavební materiál, který lze použít místo dřeva v architektonických a námořních stavbách a také pro různé domácí účely, kde je velmi důležité vyhnout se vlhkosti.
Již v roce 1856 postavil štukatér William B. Williamson malou dvoupatrovou chatu, betonovou podlahu a střechu zpevnil železnými tyčemi a drátěným lanem. Získal britský patent na vyztužený beton a podařilo se mu vynalézt a postavit několik podobných staveb, které se chovaly jako předchůdce prvních staveb ze železobetonu.
V roce 1867 získal francouzský zahradník Joseph Monnier patent na zpevnění zahradních koupelí, poté mohl vydat patent na vyztužené trámy a piloty, z nichž se vyrábí ploty pro železnice a dálnice.
Pak se ukázalo, že Monier byl schopen sám vymyslet metodu zpevňování betonu, protože nikdy nevěděl, jak Wilkinson vyrobil svou výztuž pro zpevnění.
Zpevnění podlahy
První rozšířené použití portlandského cementu při stavbě budov začalo pod vedením francouzského stavitele jménem Francois Coigner. V letech 1850-1880 postavil několik velkých betonových domů ve Francii a Velké Británii. V těchto domech byly poprvé použity železné tyče při lití podlahy, aby se eliminovalo riziko oddálení stěn. Později Francois použil výztuž jako ohýbací prvky v různých konstrukcích.
První etapou použití železobetonu ve stavebnictví byla stavba konstrukce americkým strojním inženýrem jménem William E. Ward. Stalo se tak v letech 1871-1875. Dům postavený pak stále stojí a lze jej nalézt v Port Chester (ve státě New York). Budova se proslavila díky píli a péči, s jakou pan Ward vedl všechny své záležitosti, pečlivě zkoumal a pečlivě dokumentoval každý krok.
William chtěl postavit spolehlivý a bezpečný dům, protože jeho žena se velmi bála ohně. Plánováním a designem byl pověřen architekt Robert Mook, který se díla ujal v roce 1870. Tato stavba měla svým vzhledem připomínat zdivo a stát se společensky přijatelným řešením mnoha problémů.
Ward vyřešil všechny technické a konstrukční problémy sám, trávil spoustu času prováděním zátěžových zkoušek a různých experimentů. Pro označení stavební směsi bylo použito slovo francouzského původu beton. V roce 1883 měl Ward přednášku s Americkou společností strojních inženýrů o kombinování betonu s železnými tyčemi.
Posluchači však nebyli příliš pozorní, protože je více než železobeton zajímaly unikátní systémy vytápění a zásobování vodou, nedostatečně chápaly význam objevu a vývoje.
V roce 1879 německý stavitel G.A. Weiss koupil patentová práva na systém Monier a začal používat železobetonové konstrukce v Rakousku a Německu, kde byly inzerovány pod názvem „systém Weiss-Monnier“. Mnoho budov bylo následně postaveno i ve Francii.
Monolitická rámová konstrukce
Koncem 19. století se souběžně vyvíjela technologie vytváření rámových železobetonových konstrukcí. G.A. působil v Německu a Rakousku. Weiss, v USA Ernest L. Ransom, ve Francii Francois Ennibec. Koncem 1870. let XNUMX. století se L. Ransom stal manažerem úspěšné společnosti vyrábějící betonové bloky z umělého kamene v San Franciscu.
Zde bylo poprvé použito vyztužení v roce 1877 a systém byl patentován v roce 1884. Tento systém předpokládal přítomnost kroucených čtvercových tyčí v konstrukci, které byly navrženy pro zvýšení adheze mezi výztuží a betonem. Největší dílo té doby, Leland Stanford (nachází se v muzeu Stanfordské univerzity), bylo první budovou, která používala technologii výplně pohledového betonu na vnější straně.
Ransom byl také zodpovědný za několik průmyslových budov v New Jersey (Pensylvánie) – například v letech 1903-1904 byla postavena strojírna Kelly and Jones (USA, Greensburg). Ransomův systém byl použit při stavbě Ingalls Building v Cincinnati v roce 1904. Byl to první betonový mrakodrap s 16 patry (210 stop vysoký) a byl navržen firmou Elzner a Henderson.
Mezitím se na druhé straně Atlantiku zedník François Ennibeck etabloval jako úspěšný dodavatel v Paříži, kde získal patenty v Belgii a Francii na stavební systém Ennibeck a začal zakládat kanceláře ve většině velkých měst. Francois vyvinul nový způsob prostřednictvím pořádání konferencí a vytváření standardů v rámci své sítě společností. Většina jeho budov byla průmyslová.
Když Ennibeckova firma vzkvétala, vytvářel zhruba patnáct set zakázek ročně a přispěl tak k rychlému růstu počtu železobetonových konstrukcí v celé Evropě.
Betonové kopule a klenby
Díky nástupu železobetonu bylo možné postavit nový typ budovy – s tenkými stěnami. A v roce 1930 vytvořil skvělý španělský inženýr Eduardo Torroja nízkou kopuli, 3.5 stop silnou a 150 stop širokou, pro trh v Algeciras. K napínání používal ocelová lana. Kromě toho byl Torroja autorem elegantní konzolové střechy stadionu, který se nachází v madridském hipodromu, který byl vytvořen v roce 1935.
Matematik, architekt a inženýr Felix Candela se stal skutečným mistrem panelových konstrukcí. Praktikoval převážně v Mexico City: pro univerzitu v Mexico City vytvořil laboratoř kosmického záření se střechou o tloušťce 5/8 palce. Paraboloidní tvar klenby se stal skutečnou obchodní značkou architekta, svého času dokázal využít levné pracovní síly, a tak vytvořil mnoho kostelů a továren v okolí Mexico City se stejnou designovou formou.
Nejvýraznější a nejslavnější budovou Candely byla budova restaurace v Xochimilco, která byla postavena v roce 1958 a zahrnovala šest paraboloidních kleneb stejného designu.
Další využití betonu v moderní architektuře
Jedním ze slavných architektů pracujících s betonem byl Le Corbusier. Ostře nesouhlasil se svými zaměstnavateli, odmítal v designu aplikovat klasický designový základ. Později, když se Le Corbusier stal uznávaným architektem, přešel zcela na železobeton.
Nejznámější díla architekta: panelová vila Savoye (1931), bytové domy Pilotes v Marseille a Nantes (konec 1940. let), betonem vyplněná kaple Ronchamps (1957), klášter La Monastery Tourette (1959), vládní komplex v Čandígarhu (Indie, 1961).
Le Corbusier se aktivně zajímal o hru přirozeného světla, používal ho jako designový prvek, v čemž mu pomohl beton se vší rozmanitostí jeho textury a odstínu.
V roce 1919 Mies van der Rohe představil myšlenku konstrukčního rámce ve výškových budovách vyrobených s konzolovou podlahovou deskou. Wright přivedl nápad k životu v Johnson Towers (Wisconsin). Komplex byl uznán jako nejlepší Wrightův výtvor, kde byly ztělesněny všechny jeho nápady.
Vysokopevnostní beton a výškové budovy
Vývoj výškových betonových budov šel od stavby Ingalls Building v roce 1904 pomalu, ale jistě. Obří a středně vysoké výškové budovy z 1930. let byly všechny vyrobeny ze železobetonových konstrukcí. Nejprve to byla Johnson Wax Tower, pak byla postavena dvojčata v Chicagu v komplexu Marina City.
Výšková budova Chicago byla postavena v roce 1962 a symbolizovala počátek používání železobetonu při stavbě moderních mrakodrapů a stala se konkurencí budov na ocelovém rámu. Výšková budova postavená v Montrealu v roce 1964 tak dosáhla výšky 624 stop.
Železobeton se stal klíčem ke zvýšení výšky budov při zachování rozumné velikosti sloupů ve spodních patrech. Tak mrakodrap Shell Plaza, který byl postaven v roce 1970 v Houstonu, dosáhl výšky 714 stop. Největší koncentrace výškových budov ze železobetonu byla vyrobena v Chicagu s velkými zásobami vysoce kvalitního popílku (který také pomáhá zvyšovat pevnost cementové směsi).
Věž byla postavena v Torontu v roce 1989 a dosáhla výšky 907 stop a v roce 1990 dvě chicagské věže dosáhly 900 stop, což bylo v architektuře těch let neslýchané. Od té doby se železobeton aktivně používá při stavbě malých a velkých budov, materiál je relevantní v Moskvě a ztracených vesnicích, při opravách a mnoha dalších typech prací.
