Beton je jeden z nejvíce využívaných stavebních materiálů ve světě. Jeho použití se datuje až do starověkého Říma, a od té doby prošel mnoha vývojovými fázemi, které vedly k vytvoření moderního betonu, jak ho známe dnes.
Počátky betonu ve starověku
Historie betonu sahá až do starověku, kdy bylo používáno přírodních pucolánů, které byly míchány s hydraulickým vápnem a dalšími složkami, které po ztvrdnutí vytvořily kompozit podobný dnešnímu betonu. Použití betonu sahá až do starověkého Říma, kde byl používán pro stavbu rozsáhlých staveb jako jsou amfiteátry, akvadukty a cesty.
Kolem roku 1000 př. n. l. stavěli Féničané v Jeruzalémě velké vodní cisterny a vodovodní přivaděče, a to s použitím částečně hydraulických malt získaných smísením vápna a rozdrcených cihel. V Jeruzalémě jsou dodnes využívány vodní nádrže z období 1 000 let př. n. l.
Řekové již ve 2. století př. n. l. navazovali na znalosti Féničanů a začali používat novou zdící techniku - masivní zdi byly tvořeny dvěma lícovými stěnami z tesaného kamene. Různě široká mezera mezi nimi byla vyplňována litou maltou, prokládanou lomovým kamenem. Používání materiálů s pucolánovými, případně hydraulickými, vlastnostmi je doloženo i písemně.
Římané vyvinuli speciální typ betonu nazvaný "opus caementicium", který se skládal z vápence, písku, vody a popílku z hořícího vápna. Římské lité zdivo obsahovalo drcený kámen nebo štěrk s maximálním zrnem obvykle do 70 mm, který byl důkladně promíchán s maltou skládající se z hydraulického pojiva, které bylo tvořeno směsí vápna a cihelné moučky, nebo sopečného tufu. I když římský beton nebyl srovnatelný s dnešním betonem, byl to materiál, který Římanům umožnil realizovat řadu velkolepých staveb.
Čtěte také: Míchání betonu krok za krokem
Není zcela jisté, kdy vlastně do Říma užití betonu přišlo, ale někdy kolem roku 150 před n.l. máme jasně dokázané, že šlo o obecně užívaný a dobře známý materiál. Betonové prvky můžeme najít při stavbě silnice Via Appia, podobně jako dnes potopeného přístavu v Puteoli, který vznikl někdy kolem roku 199 před n.l. Beton tak do Říma došel asi koncem třetího století před n.l., přičemž je možné, že šlo o import z řeckých měst na jihu Itálie nebo z východu - vůbec nejstarší struktury vytvořené z betonu vytvořili Nabatejci někdy kolem roku 700 před n.l. a materiály na bázi pojiva a plniva známe už z Egypta či Asýrie.
Jedna z prvních staveb, kde byl tento materiál ve větším měřítku použitý, bylo divadlo v Pompejích postavené kolem roku 75 př. n. l. Beton byl používán zejména do základů staveb a jako výplňový materiál, neboť měl nízkou tahovou pevnost. Po celém impériu byl jako kamenivo do betonu vždy užíván místní materiál, poměrně často i lehké lávové kameny. Z lehkého betonu jsou postaveny např. některé oblouky římského Kolosea a také nejznámější dochovaná betonová klenba - klenba římského Pantheonu. Během osmi set let dokázali Římané z obyčejného výplňového materiálu metodami pokusů a omylů vyvinout uznávaný stavební materiál.
Chronologie raného vývoje betonu
| Období | Významné události a použití |
|---|---|
| 12 000 př. n. l. - 476 n. l. | Reakce mezi vápencem a ropnými břidlicemi během samovznícení vytvořily na území dnešního Izraele přírodní ložiska cementových sloučenin. |
| 3000 př. n. l. | Pro spojování sušených cihel používají bláto smíchané se slámou. |
| 300 př. n. l. - 476 n. l. | Používají pucolánový cement z blízkosti italského města Pozzuoli nedaleko Vesuvu při budování známé Appiovy silnice, římských lázní, Kolosea a Pantheonu v Římě a akvaduktu Pont du Gard na jihu Francie. Jako cementový materiál se používá vápno. Plinius píše o maltové směsi sestávající z 1 dílu vápna a 4 dílů písku. Vitruvius zmiňuje 2 díly pucolánu na jeden díl vápna. Jako přísady (látky přidávané do cementu pro zlepšení vlastností) slouží živočišný tuk, mléko a krev. |
Znovuzrození a moderní vývoj betonu
Po pádu Římské říše se technika výroby betonu ztratila a v Evropě se při stavbě upřednostňovaly kameny a cihly. Během středověku byly ne příliš kvalitní cementové materiály opět spojovány pouze s výplněmi základů. Zapomnělo se na užívání páleného vápna a pucolánových příměsí, což bylo znovu objeveno na počátku 14. století. Kvalita spojovacích materiálů se zhoršila. Používání páleného vápna a pucolánu (přísada) bylo zapomenuto a znovu objeveno na počátku 14. století. Oživení zájmu o hodnotnější využití betonu přineslo až osmnácté století.
Během renesance v 15. století začala být betonová technologie znovuobjevena. Rozvoj průmyslové výroby v Západní Evropě během 17. a 18. století a z něj vyplývající vzrůst stavebních činností oživil zájem o přírodní hydraulická pojiva.
Během průmyslové revoluce v 18. a 19. století došlo ke zlepšení výrobních technik a materiálů. Byly objeveny nové směsi, jako je portlandský cement, který se stal klíčovou složkou moderního betonu. Zlom v hledání tajemství umělé hydraulicity přináší činnost J. Smeatona (1724 - 1792). John Smeaton zjistil, že kalcinací vápence s obsahem jílu vznikne vápno, které pod vodou tvrdne (hydraulické vápno). Hydraulické vápno použil při přestavbě majáku Eddystone v anglickém Cornwallu. Jeho stavba byla zahájena v roce 1756, musel však nejprve vynalézt materiál, který by neničila voda.
Čtěte také: Beton pro základy
V roce 1796 přihlašuje J. Parker, inspirovaný pravděpodobně Smeatonovou knihou z roku 1791 anglický patent, v němž popisuje postup drcení a pálení vhodné vápencové suroviny s přiměřenou příměsí hliněných součástí. Výsledek byl nazván románským cementem. Tento typ materiálu se stal na více než půl století převažujícím typem komerčně dostupného hydraulického pojiva.
Počátky moderního betonu jsou spjaty s poznáním technologie výroby hydraulických pojiv, zejména cementu. Za počátek výroby cementu lze považovat rok 1824, kdy byl udělen Josephu Aspdinovi anglický patent na výrobu maltoviny, kterou nazval portlandským cementem. J. Apsdin (1778 - 1855) roku 1824 přihlašuje patent s názvem „Zlepšení ve výrobě umělého kamene“. Sám patent nepřináší principiálně nové poznatky a vyráběný cement měl velmi nerovnoměrnou kvalitu, i když v průměru pravděpodobně převyšoval cementy románské. V roce 1825 založil Apsdin továrnu, v níž vyráběl pojivo pod obchodním názvem „portlandský cement“.
Teprve I. CH. Johnson (1811 - 1911) dovršuje úsilí mnoha generací a v roce 1844 dochází k poznatkům o nutnosti pálení suroviny až na mez slinutí. Na přelomu první a druhé poloviny 19. století tak nastává situace, kdy teoreticky je výroba cementu, rámcově již srovnatelného s cementy dnešními, zvládnuta.
Koncem 19. století byly objeveny latentní hydraulické vlastnosti vysokopecní strusky. Zjištěný poznatek vedl k zavedení výroby struskoportlandských cementů (do 30 % strusky) a vysokopecních cementů (více jak 70 % strusky). Zavedením strusky jako příměsi ke slínku byly položeny základy k pojivové složce lépe odolávající agresivnímu prostředí.
Armování a železobeton
Armování betonu je jedním z nejzásadnějších procesů ve stavebnictví, který umožňuje vznik pevných, stabilních a odolných konstrukcí. I když je železobeton považován za moderní materiál, jeho principy lze vysledovat už ve starověku. Zásadní zlom nastal až v 19. století. Teprve objev možnosti ocelového vyztužení betonových průřezů namáhaných tahem udělal z betonu skutečně nejdůležitější moderní stavební materiál. Nějakou dobu ještě trvalo, než byly postupně objeveny a prozkoumány všechny vztahy a vlivy přispívající k spolupůsobení betonu a oceli a beton mohl být považován za kompozitní materiál.
Čtěte také: Parametry fréz do betonu
Mezi průkopníky betonových staveb patří Francouz F. Coigniet (1814 - 1888). Ve svém patentu z roku 1855 formuluje řadu zásad, jejichž realizace má umožnit, aby se z betonu stal konkurenčně schopný konstrukční materiál. V témže roce buduje v Paříži soukromý obytný dům s plochou betonovou střechou - terasou. V případě střešní terasy, která sestává z betonových desek tloušťky 27 cm musí řešit i otázku její dostatečné únosnosti. Proto navrhuje do desky výztuž z 12 cm vysokých I nosníků vzdálených od sebe 1 metr. V roce 1867 staví Coigniet šestipodlažní, dodnes zachovaný betonový dům a 1,5 km dlouhý betonový akvadukt.
Častá interpretace dějin vývoje železobetonu podle naší odborné literatury považuje za klíčovou osobu Francouze J. Moniera (1823 - 1906). Nevynalezl železobeton, ale osobní energií a podnikavostí přispěl k jeho popularizaci a rozšíření. Jeho základní patent pochází z roku 1867. Je zřejmé, že Monier neuvažoval o statickém spolupůsobení betonu a oceli. Výztuž umísťoval do osy vyztužovaných průřezů.
Jedním z nejznámějších dovršitelů aplikačních možností železobetonu je Francouz F. Hennebique (1842 - 1921). V roce 1892 přihlašuje Hennebique svůj první patent. Typickým znakem Hennebiqova systému je důsledná monolitičnost celé konstrukce, což z hlediska statiky mimořádně zvyšuje její tuhost a únosnost. V roce 1898 společnost Hennebique & Le Brun postavila první vícepatrovou budovu s nosnou železobetonovou rámovou konstrukcí ve Velké Britanii, Weaverský mlýn ve Swansea.
Beton ve 20. a 21. století
Ve 20. století se beton stal jedním z nejvíce používaných stavebních materiálů na světě. Byly vyvinuty různé druhy betonu, jako je vysoce pevný beton (HPC), samozhutnitelný beton a sklolaminátový beton. V roce 1910 realizoval Robert Malliart, švýcarský inženýr a žák Hennebiqův, první železobetonovou skořepinovou střechu nad nádražím de Bercy v Paříži. V roce 1912 navrhnul pro sklad obilí ve Švýcarsku hřibový strop bez podvlaků. O pět let později přispěl ke zlepšení vlastností betonu a tím k jeho širšímu využití ve stavebnictví další francouzský inženýr, Eugene Freyssinet, vynálezem mechanického vibrování betonu během ukládání do bednění a zcela novým systémem předpínání výztužných lan v betonu, který Freyssinetovo jméno nese dodnes.
August a Gustav Perretovi byli pionýry použití železobetonu v první dekádě dvacátého století v Evropě. August Perrot v letech 1903 až 1904 navrhnul a postavil známý sedmipatrový obytný dům s nosnou železobetonovou rámovou konstrukcí na Rue Franklin v Paříži.
Koncem dvacátých let 20. století už byl železobeton pokrokovými architektonickými kruhy přijímán jako stavební materiál se svými specifickými vlastnostmi. Rozšíření betonu v Americe napomohla zejména jeho vyšší požární odolnost ve srovnání s ocelovými konstrukcemi. Ve stejné době beton pronikl i do tradičně konzervativní společnosti s konzervativní katolickou církví. Za velmi bouřlivých diskuzí byla ve švýcarské Basileji v roce 1931 po čtyřech letech budování dokončena neobvykle vysoká betonová stavba - kostel sv. Antonína, první stavba tohoto druhu na území konfederace. Jeho 62 m vysoká věž zřetelně ční nad okolní krajinu.
Po druhé světové válce byl během rozsáhlých rekonstrukcí zničených staveb a objektů velký nedostatek oceli, a tak se architekti opět obrátili k železobetonu či předpjatému betonu. Odpovědí na situaci byl rychlý vývoj systémů výstavby objektů z prefabrikovaných železobetonových dílů. Úplná exploze v užívaní a dalším rozšiřování prefabrikace vedla během padesátých a šedesátých let v Evropě k vývoji stovek různých průmyslově vyráběných železobetonových stavebních systémů.
Od osmdesátých let dvacátého století se situace zvolna mění. Oživení významně podporuje zájem o rozvoj technologií přípravy a zpracování betonu a vývoj nových materiálů. V sedmdesátá léta přinášejí vláknobetony, v osmdesátých jsou zaváděny superplastifikátory, od roku 1985 je používána mikrosilika a ve stejném roce byla postavena v Seattlu ve státě Washington budova Union Plaza z vysokopevnostního betonu. Rychlost změn a vývoje se stále zvyšuje. Beton je opět přijímán jako materiál, který poskytuje architektům a designérům možnost volby a výsledkem je významné množství nových zajímavých a působivých staveb postavených z betonu. Jedinečnými vlastnostmi betonu jsou jeho pevnost, forma a textura. Každá z nich má své neuvěřitelně široké spektrum, které nabízí architektům, inženýrům a technologům pro realizaci představ a požadavků investorů a stavebníků.
Snahy o snížení dopadu na životní prostředí
V současné době se výzkum v oblasti betonu zaměřuje na zlepšování jeho vlastností a snižování negativního vlivu na životní prostředí. V moderní době se čím dál více objevují snahy o náhradu cementu jako hlavního pojiva v betonu vzhledem k vysokým emisím CO2 při jeho výrobě. Uhlíková stopa cementu je obrovská a při výrobě 1 tuny cementu je vyprodukováno 0,6 až 1 t CO2. Snížení uhlíkové stopy cementu nyní nejčastěji probíhá použitím tzv. směsných cementů, kdy se část portlandského slínku v cementu nahrazuje pucolánovou příměsí (vysokopecní mletá granulovaná struska, popílek, mikrosilika, mletý vápenec). Tyto příměsi mají oproti samotnému portlandskému slínku nízkou uhlíkovou stopu, proto se jejich mísením snižuje i celková uhlíková stopa cementu.
Dalším problémem dnešní doby je nedostatek přírodního kameniva pro výrobu betonu, v České republice nebyl již desítky let otevřen nový lom a zásoby přírodních zdrojů nám rychle dochází. Výrobci se snaží najít způsoby, jak nahradit část cementu v betonu recyklovanými materiály a snižovat tak jeho uhlíkovou stopu.
tags: #datovani #pocatku #betonu #historie