Beton, jak ho známe dnes, má za sebou fascinující historii sahající tisíce let do minulosti. Beton je jeden z nejvíce využívaných stavebních materiálů ve světě. Důvodem jsou jednak jeho nenahraditelné vlastnosti - tvárnost, pevnost a odolnost, tak jeho snadná dostupnost. Základní materiály nutné k namíchání většiny druhů betonu (cement, voda, písek, štěrk a vzduch) jsou totiž hojně rozšířené, a není tak problém je sehnat kdekoliv na světě. Historie betonu je dlouhá a fascinující cesta, která sahá od starověkého Říma až po současnou dobu. Beton se stal klíčovým materiálem v oblasti stavebnictví a jeho vývoj pokračuje i dnes.
Počátky betonu ve starověku
Kdy začali lidé poprvé stavět z betonu? Záleží na tom, jak budeme beton definovat. Pokud se spokojíme s tím, že je to slepenec kameniva a jakéhokoli pojiva, můžeme jeho první použití datovat do doby až 7 tisíc let př. n. l.
- 12 000 př. n. l. - Reakce mezi vápencem a ropnými břidlicemi během samovznícení vytvořily na území dnešního Izraele přírodní ložiska cementových sloučenin. Ložiska byla popsána izraelskými geology v 60. a 70. letech 20. století.
- 3000 př. n. l. - První formy betonu se objevily už ve starověkém Egyptě. Egypťané používali směs bláta a slámy k výrobě cihel a směs páleného vápna a sádry pro omítky pyramid. Pro spojování sušených cihel používali bláto smíchané se slámou.
- V Jeruzalémě jsou dodnes využívány vodní nádrže z období 1 000 let př. n. l.
Stavitelé ve starověku současnou podobu cementu neznali. A tak kamení spojovali směsí tvořenou nejčastěji z vápna, sádry nebo jílu. Používání materiálů s pucolánovými, případně hydraulickými, vlastnostmi je doloženo i písemně.
Římský beton - "opus caementicium"
Skutečný průlom však přinesli staří Římané, kteří kolem roku 200 př. n. l. vynalezli tzv. „opus caementicium“ - římský beton. Řekové již ve 2. století př. n. l. navazovali na znalosti Féničanů a začali používat novou zdicí techniku - masivní zdi byly tvořeny dvěma lícovými stěnami z tesaného kamene. Různě široká mezera mezi nimi byla vyplňována litou maltou, prokládanou lomovým kamenem. Recept na hydraulický beton, který ztvrdne pod vodou, vymysleli Řekové. Největší dokonalosti ale dosáhli Římané.
- 300 př. n. l. - 476 n. l. - Římané 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 slouží živočišný tuk, mléko a krev.
Není zcela jisté, kdy vlastně do Říma užití betonu přišlo, ale někdy kolem roku 150 př. 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 př. 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 př. n. l. a materiály na bázi pojiva a plniva známe už z Egypta či Asýrie.
Čtěte také: Kdy se objevil beton?
Římský beton se stal základem pro stavby jako Pantheon v Římě, dokončený v roce 126 n. l., jehož kupole je dodnes největší nevyztuženou betonovou konstrukcí na světě. Použití betonu sahá až do starověkého Říma, kde byl používán pro stavbu rozsáhlých staveb jako jsou amfiteátry, akvadukty a cesty. Římané vyvinuli speciální typ betonu nazvaný "opus caementicium", který se skládal z vápence, písku, vody a popílku z hořícího vápna. Dlouhou životnost římskému betonu nejspíš zajistil pucolán - sopečný popel přimíchávaný do malty. 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.
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. Jako výztuž byla zkoušena měď, protože však má větší tepelnou roztažnost než beton, výsledky nedopadly dobře - v betonu vznikaly trhliny.
Úpadek a znovuzrození betonu
Po pádu Římské říše znalosti o výrobě betonu téměř zanikly. Stavební materiály se v té době zaměřovaly na kámen a dřevo. Kvalita spojovacích materiálů se zhoršila. Používání páleného vápna a pucolánu (přísada) bylo zapomenuto a znovu objeveno na počátku 14. století. S rozpadem římského impéria souvisel všeobecný úpadek využívání dosažených technických znalostí v běžném denním životě. 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 ve 14. století.
Skutečný návrat betonu nastal v 18. století. Během renesance v 15. století začala být betonová technologie znovuobjevena. Oživení zájmu o hodnotnější využití betonu přineslo až osmnácté století.
Hydraulický cement a portlandský cement
- 1756 - Britský inženýr John Smeaton vynalezl hydraulický cement, který byl klíčový při stavbě Eddystonského majáku. John Smeaton zjistil, že kalcinací vápence s obsahem jílu vznikne vápno, které pod vodou tvrdne (hydraulické vápno). Jeho stavba byla zahájena v roce 1756, musel však nejprve vynalézt materiál, který by neničila voda.
- 1779 - Bry Higgins získal patent na vynález hydraulického cementu (štukové malty) pro omítání (štukování) exteriéru.
- 1796 - Maurice St. Leger získává patenty na hydraulický cement.
- 1824 - Angličan Joseph Aspdin vynalézá portlandský cement, když spaluje jemně mletou křídu s jemně rozdrobeným jílem ve vápenné peci s odtahem oxidu uhličitého. Jeho výrobu si nechal patentovat britský obchodník Aspdin. 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. Význam obsahu jílu na hydraulické vlastnosti byl objeven v 18. a 19. století (J. Smeaton, L. J. Vicat, J. F. John), když byly stanoveny poměry směsí 75 - 70 % vápence a 25 - 30 % jílu. Zásadní postup zavedl právě J. Aspdin vypalováním umělé směsi vápence a jílu, ne však až do slinutí. Šlo tedy vlastně o pojivo podobné románským cementům. Vzniklý produkt nazýval „Portlandským cementem”. Cement byl poprvé použit ve městě Portland v Anglii, proto se od té doby nazývá portlandský cement.
Moderní beton a jeho rozvoj
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. V průběhu 19. a 20. století se beton stal středobodem stavebnictví díky inovacím, jako je železobeton (kombinace betonu a oceli), který umožnil stavbu mrakodrapů, mostů a přehrad. Moderní beton obsahuje tzv. portlandský cement.
Čtěte také: Hydroizolace mostů v ČR
- První inženýrská aplikace portlandského cementu se připisuje I. K. Brunelovi.
- 1871 - David Saylor získává první americký patent na portlandský cement.
- 1887 - Francouz Henri Le Chatelier stanovil poměry kyslíku pro přípravu správného množství vápna pro výrobu portlandského cementu. Složky nazval alit (trikalciumsilikát, belit (dikalciumsilikát) a celit (tetrakalciumaluminoferit).
- 1889 - V americkém městě Bellefontaine ve státě Ohio provedl George Bartholomew betonáž první ulice.
V polovině 19. století byly velmi populární betonové dekorativní zahradní prvky, různé balustrády, ornamentální lemy záhonů, nádoby na květiny, spíše než architektonické elementy velkých rozměrů. 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.
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. Poznatky o vlivu obsahu trikalciumaluminátů na odolnost vůči síranovému iontu vedly k výrobě tzv. síranovzdorných cementů. Ve Spojených státech bylo zavedeno přidávání sádry při mletí slínku jako zpomalovače tuhnutí betonu.
Nový rozvoj betonových staveb přinesla až uplynulá dvě 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.
Železobeton a architektonické inovace
- 1898 - Společnost Hennebique & Le Brun postavila první vícepatrovou budovu s nosnou železobetonovou rámovou konstrukcí ve Velké Britanii, Weaverský mlýn ve Swansea. Systém vyvinutý Fransois Hennebiquem byl velmi úspěšný, brzy se začal rozšiřovat i do ostatních zemí a během následujících deseti let bylo postaveno tisíce staveb, které různým způsobem využívaly Hennebiqův systém.
- August a Gustav Perretovi byli pionýry použití železobetonu v první dekádě dvacátého století v Evropě. August Perret v letech 1903 až 1904 navrhnul a postavil známý sedmipatrový obytný dům s nosnou železobetonovou rámovou konstrukcí na Rue Franklin v Paříži. Betonové plochy jsou zde ještě obloženy deskami s ornamenty. Nosný skelet umožňuje příjemné prosvětlení obytných prostor velkými okny.
- 1910 - Robert Malliart, švýcarský inženýr a žák Hennebiqův, realizoval první železobetonovou skořepinovou střechu nad nádražím de Bercy v Paříži.
- 1911 - Gustav Perret navrhnul železobetonovou konstrukci divadla na Champs-Elysée a zvítězil v dobře obsazené soutěži i nad projektem známého belgického architekta Henryho van de Veldeho.
- 1911-1913 - Byla v rostoucí Wroclawi postavena dle návrhu architekta Maxe Berga Hala století (Hala Ludowa) jako víceúčelová výstavní budova. Jedná se o mohutnou kruhovou železobetonovou stavbu s gigantickými klenbami o úctyhodném poloměru 65 m.
- 1912 - Robert Malliart navrhnul pro sklad obilí ve Švýcarsku hřibový strop bez podvlaků, u něhož podpěry vybíhaly ze sloupů spojitou trychtýřovitou plochou do plochého deskového stropu.
- 1917 - Eugene Freyssinet přispěl ke zlepšení vlastností betonu a tím k jeho širšímu využití ve stavebnictví vynálezem mechanického vibrování betonu během ukládání do bednění a zcela novým systémem předpínání výztužných lan v betonu.
- 1924-1928 - Bylo postaveno nové Goetheanum ve švýcarském Dornachu, navržené Rudolfem Steinerem. Objekt je od roku 1993 národní kulturní památkou a svému původnímu poslání je věrný dodnes.
- 1931 - Ve švýcarské Basileji byl dokončen kostel sv. Antonína, první stavba tohoto druhu na území konfederace. Jeho 62 m vysoká věž zřetelně ční nad okolní krajinu.
Od konce 19. století byl beton široce používán pro inženýrské stavby, mosty, doky, nábřeží, tovární haly, ne však pro „architekturu“. Beton byl považován za barbarský materiál, nevhodný pro křesťanské církevní objekty, a tím i další veřejné stavby. Materiál, který nemá svůj vlastní tvar, byl označován za bezcharakterní a pokud už byl použit, bylo ho třeba skrýt za nějaký „morálnější“ materiál, např. kámen. Nedostatek přirozené formy mátl architekty.
Koncem dvacátých let 20. století už byl železobeton pokrokovými architektonickými kruhy přijímán jako stavební materiál se svými specifickými vlastnostmi. Napomohly tomu také některé zásadní texty, např. „Et l`Architecture du Beton Armé“ A. & G. Perretových vydaný francouzsky, „Vers Une Architecture“ Le Corbusiera přeložený a vydaný v angličtině, „Architectural Design in Concrete“ T. P. Benneta a F. R. Yerburyho nebo The Ferro Concrete Style od F. Onderdonka připravený a vydaný v USA.
Čtěte také: První pomoc: Polystyren a jiné nebezpečné předměty v ústech
Vývoj technologií a materiálů
Probíhající bouřlivý technologický vývoj ve stavebnictví, v betonovém zvláště, přispěl k rychlému rozšiřování nových objevů a poznatků o betonu jako materiálu, jeho výrobě a použití ve stavbách. Řada nových objevů proběhla současně na různých místech Evropy. V 30. letech minulého století představoval beton materiál vhodný k budování nových měst, která se už nebudou dále roztahovat do krajiny. Vznikaly studie mnohaposchoďových obytných bloků s byty pro stovky obyvatel, které zabíraly velmi málo plochy a nechávaly dostatek prostoru pro parky a zahrady.
| Rok | Událost / Objev |
|---|---|
| 1756 | John Smeaton vynalezl hydraulický cement. |
| 1824 | Joseph Aspdin patentoval portlandský cement. |
| 1871 | David Saylor získal první americký patent na portlandský cement. |
| 1887 | Henri Le Chatelier stanovil poměry pro portlandský cement. |
| 1889 | George Bartholomew betonoval první ulici v USA. |
| 1898 | Hennebique & Le Brun postavili první vícepatrovou železobetonovou budovu v UK. |
| 1910 | Robert Malliart realizoval první železobetonovou skořepinovou střechu. |
| 1917 | Eugene Freyssinet vynalezl mechanické vibrování betonu a systém předpínání. |
| 1950-1960 | Exploze v užívání prefabrikovaných železobetonových dílů. |
| 1970 | Zavedení vláknobetonů. |
| 1980 | Zavádění superplastifikátorů. |
| 1985 | Používání mikrosiliky a výstavba budovy Union Plaza z vysokopevnostního betonu. |
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. Rychlá rekonstrukce bytů, továren, škol a dalších objektů zničených válkou byla velkou výzvou pro stavebnictví jako celek. Poptávku po stavebních materiálech a zkušených řemeslnících bylo třeba rychle uspokojit. 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.
Současné trendy a ekologické aspekty
V současné době se výzkum v oblasti betonu zaměřuje na zlepšování jeho vlastností a snižování negativního vlivu na životní prostředí. Výrobci se snaží najít způsoby, jak nahradit část cementu v betonu recyklovanými materiály a snižovat tak jeho uhlíkovou stopu. 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.
S dalším vývojem v oblasti betonu se začaly objevovat vysokopevnostní a ultra-vysokopevnostní betony, které jsou schopny i při malé tloušťce vydržet velké zatížení, což bylo jedním z impulsů pro využití betonu v interiérovém designu. Beton se proměnil ze stavebního materiálu na materiál, který je možné vkusně využít i v domácím prostředí jako designový doplněk.
Unikátními 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.
tags: #kdy #vznikl #první #beton #historie