Universalusis betonas: nuo romėnų laikų iki gėlininko išradimo ir XXI a. galimybių

2015 m. sausio 27 d.

Egidija Lekavičienė.

 

Svarbiausia – naudoti profesionaliai

Egzistuoja nuomonė, kad cementas ir betonas pastatų restauracijai netinkami. Ši nuomonė grindžiama daugeliu esą tai patvirtinančių „faktų“: atliktų „restauracijų“ rezultatai nedžiugina – paviršiuose matoma drėgmės dėmių, prasimušančios druskos, paviršiuje susidarantis garų kondensatas ir pan. Tačiau iš tiesų šie „rezultatai“ rodo ne neigiamą cemento poveikį, o tik netinkamą, neprofesionalų jo naudojimą. Defektus nulemia ne pati mineralinė rišamoji medžiaga (cementas, kalkės, gipsas), o iš jos pagaminto skiedinio ir betono fizikinės ir mechaninės savybės: poringumas, tankis, atviras poringumas, vandens įgeriamumas ir kt. Cemento pagrindu paruošti skiediniai gali „kvėpuoti“ ir „neprakaituoti“.

Visos rišamosios medžiagos skirstomos į orines ir hidraulines. Orinės – tai rišamosios medžiagos, galinčios kietėti tik ore. Prie jų iš tradicinių medžiagų priskiriamas gipsas ir kalkės. Prie hidraulinių – hidraulinės kalkės, romancementis, cementai. Kalkių betono kietėjimas vyksta dviem etapais: džiūvimas ir karbonizacija, todėl kalkės negali džiūti, o vėliau ir karbonizuotis, esant drėgnam paviršiui (W>6 %). Tai reiškia, kad drėgnas mūras negali būti tinkuojamas kalkių skiediniu, nes jis nedžius ir chemiškai nesijungs su anglies dioksidu – tinkas sušus. Vietoj Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O išeis Ca(OH)2 + H2O = Ca(OH)2 + H2O.

„Romėnų betonas“

Šią problemą suprato jau senovės romėnai, o prieš juos, ko gero, – dar ir šumerai bei egiptiečiai. Romėnai pradėjo ieškoti medžiagų, turinčių hidraulinių savybių, t. y. galinčių kietėti drėgnoje aplinkoje. Gamtoje galima surasti susicementavusių medžiagų. Pavyzdžiui, smiltainis yra ne kas kita kaip gamtoje susicementavęs smėlis, todėl smiltainis atsparus vandeniui. Atsitiktinumas (o gal ir intuicija) lėmė, kad romėnai atrado pucolaną – vulkaninės kilmės pelenus. Juos sutrynę ir įmaišę į kalkių skiedinį arba sumaišę kartu su akmenų ir plytų skalda jie išgavo „romėnų betoną“, turintį gerų hidraulinių ir stiprumo savybių. Statiniai iš „romėnų betono“ funkcionuoja iki šiol, nors jų amžius viršija du tūkstančius metų.

„Kiautinio mūro“ sistema

Kartu su „romėnų betonu“ senovės romėnai išrado ir „kiautinio mūro“ sistemą: buvo mūrijami du akmenų mūro kiautai, o tarpai tarp jų pasluoksniui buvo užpildomi „romėnų betonu“. Tai pagreitindavo statybas ir leisdavo senovės romėnams statyti milžiniškus kupolus, skliautus ir gynybines sienas. Tačiau sugriuvus Romos imperijai šis išradimas buvo prarastas, ir tik viduramžiais, „atradus“ Vitruvijų, Europa vėl sužinojo apie „romėnų betoną“.

XIII a. – kartu su mūrinės statybos pradžia – jį atrado ir Lietuva. Pirmi mūriniai statiniai buvo būtent kiautinės konstrukcijos su kalkių betono užpildu. Lietuvoje vulkaninių priedų nebuvo, tad mūsų statybininkai, kad pagreitintų kalkių skiedinio kietėjimą ir būtų galima vykdyti darbus drėgmės sąlygomis, išrado negesintų kalkių miltų priedą. Jis, nors ir turėjo nežymių hidraulinių savybių, kėlė skiedinio temperatūrą, vadinasi, didino ir džiūvimo bei karbonizacijos greitį. Ir dabar, žiūrėdami į gotikinį ir barokinį mūrą, mes skiedinyje matome baltų intarpų („insertų“) – negesintų kalkių pėdsakų. Retkarčiais buvo naudojamos maltos degintos plytos ir malti pelenai, suteikiantys skiediniui hidraulinių savybių. Taip pat buvo naudojamos vadinamosios hidraulinės kalkės. Jos buvo gaminamos iš kalkakmenio, turinčio daug molio priemaišų, dėl to įgaudavo hidraulinių savybių.

Portlandcementis – tikrasis cementas

XVIII a. pab. anglų inžinierius statybininkas Jamesas Parkeris, išnagrinėjęs senovės Romos dokumentus ir atlikęs daugybę eksperimentų, išgavo romancementį. Jis sumaišė molį su gesintų kalkių milteliais ir „iškepė“ 900 °C temperatūroje, po to sumalė į miltus. Tai jau buvo prekinė hidraulinių savybių turinti medžiaga, nors jos hidraulinės savybės nebuvo labai ryškios.
Tikras cementas buvo išrastas XIX a. pradžioje. Anglų mūrininkas Josephas Aspdinas virtuvėje 1450 °C temperatūroje iškepė tas pačias medžiagas ir, sumalęs jas į miltelius, išgavo tikrą cementą, kurį pavadino portlandcemenčiu ir patentavo. Portlandcementis – tai išradėjo gimtosios salos pavadinimas. Beje, čia randami cemento spalvos akmenys neturi su cementu nieko bendra.
Cementą iki karo Lietuva gabendavosi iš Anglijos, romancementį – iš Rygos. Taigi rišamųjų medžiagų istorija – tai hidraulinių savybių gerinimo istorija. Dabar mes galime moduliuoti rišamųjų medžiagų, skiedinių ir betono savybes ir taikyti šias medžiagas renovacijai.

Kas yra tikrasis betonas?

Išradus cementą, atėjo laikas tikrajam betonui. Analogiškai kaip ir „romėnų betonas“ tikrasis betonas susideda iš tam tikrų rišamosios medžiagos (cementas) ir inertinių užpildų (smėlis, skalda) proporcijų. Maišant betono medžiagas ir vandenį, gaunama betono masė, kurią tinkamai sutankinus išgaunamas betonas, galintis kietėti vandenyje arba ore, nes jis kietėja dėl hidratacijos, vandens prisijungimo prie cemento molekulių principu. Tikrasis betonas – tai medžiaga, turinti didelį stiprį gniuždymui ir mažą (10–15 kartų mažesnį) stiprį tempimui. Todėl betonas nėra tinkamas stipriai apkrautoms sijoms, kolonoms, pamatams, kur yra ir tempimas. Betoninius elementus reikėjo stiprinti tempiamoje zonoje. Beje, apie akmenų stiprinimą metalu žinojo jau senovės graikai. Jie stiprino didelių angų architravus įklijuotais metaliniais strypais, įmontuotais į vagas akmenyje tempiamoje zonoje.

Gelžbetonio eros pradžia

Gelžbetonio išradėju laikomas gėlių augintojas Josephas Monier. Jis augino palmes ir jas veždamas patirdavo didelių nuostolių, nes mediniai vazonai kelyje dažnai subyrėdavo. J. Monier sugalvojo gaminti vazonus iš metalinio tinklelio, iš abiejų pusių aptepto cementiniu skiediniu. Nors iki jo analogiškos konstrukcijos jau buvo gamintos, pavyzdžiui, gelžbetoninės valtys, tačiau jis pirmas patentavo šį išradimą, t. y. sujungė betono ir metalo „darbą“ statybinėse konstrukcijose. Tiesa, gėlininkas nesuprato gelžbetonio esmės ir klojo armatūrą neutralioje zonoje, ten, kur ji iš esmės nereikalinga…
Tikra gelžbetonio istorija prasidėjo 1879 m., kai vokiečių inžinierius Gustavas Adolfas Wayssas, išsipirkęs patentą iš J. Monier, pradėjo konstruoti gelžbetonines konstrukcijas klodamas armatūrą tempiamoje darbo zonoje. Beje, juridiškai gelžbetonis buvo įteisintas tik 1906 m. Prancūzijoje.

Monolitinio gelžbetonio naudojimas renovuojant pastatų konstrukcijas

Šiuolaikinės betono ir gelžbetonio technologijos (transportavimas, betono siurblių, vibracijos įrangos bei specialių metalų gaminių naudojimas ir kt.) leidžia įvairiai naudoti gelžbetonį renovuojant pastatus: pamatams ir poliniams pamatams įrengti, sienoms inkaruoti, perdangoms įrengti su nenuimamais klojiniais, taip pat cementinių lipdinių gamybos procese ir kt.

Kad ir kaip būtų keista, betono ir gelžbetonio savybė – didelis jo paties svoris (~22,00–24,00 kN/m3) dažniau tampa pranašumu nei trūkumu. Didelis konstrukcijos svoris gerina stiprinamos perdangos garso izoliacijos savybes, mažina įlinkius ir svirumą, didina jos gaisrinę saugą. Monolitiniai gelžbetonio laiptai nevibruoja.

Norėdami tinkamai panaudoti požeminę miesto erdvę, neapsieisime be srautinių injekcijų, gręžinių injekcinių polių, stulpinių monolitinių pamatų ir pan.

 

 

 

Temos:

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *

Būk pirmas!