Historie armování betonu: Od starověku k moderním inovacím

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. Beton je jeden z nejvíce využívaných stavebních materiálů ve světě. 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.

Počátky betonu a jeho armování ve starověku

Sledujeme-li historický vývoj materiálu na bázi hydraulických pojiv (pojiv, která tuhnou a tvrdnou pod vodou), nalézáme první stopy již ve starověku. Používání materiálů s pucolánovými, případně hydraulickými, vlastnostmi je doloženo i písemně. V Jeruzalémě jsou dodnes využívány vodní nádrže z období 1 000 let př. n. l. 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. Na tyto znalosti navazovali Řekové, kteří ve 2. století př. n. l. 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 hydraulických malt mimořádně propracovali a rozvinuli Římané. Od Řeků převzali emplekton, který nazývali „opus caementum“. Tento termín v dalším vývoji změnil mnohokrát významový smysl, až se názvem cement začala označovat novodobá hydraulická pojiva.

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. 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. 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.

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. Po celém impériu byl jako kamenivo do betonu vždy užíván místní materiál, poměrně často i lehké lávové kameny. Z lehkého betonu jsou postaveny např. na některé oblouky římského Kolosea a také na nejznámější dochovaná betonová klenba - klenba římského Pantheonu. I když římský beton nebyl srovnatelný s dnešním betonem, byl to materiál, který Římanům umožnil realizovat řadu velkolepých staveb. Římský beton byl dlouho považovaný za poměrně standardní stavební hmotu podobnou dnešnímu betonu na bázi portlandského cementu. Na rozdíl od dnešního betonu však římský beton obsahoval příměs vulkanického popela, který díky své struktuře zabraňuje rozšiřování prasklin, respektive je schopen za určitých podmínek se regenerovat. Během osmi set let dokázali Římané z obyčejného výplňového materiálu metodami pokusů a omylů vyvinout uznávaný stavební materiál.

Znovuzrození a moderní vývoj betonu

Po pádu Římské říše se technika výroby betonu ztratila a v Evropě se při stavbě upřednostňovaly kameny a cihly. 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. Oživení zájmu o hodnotnější využití betonu přineslo až osmnácté století. Během renesance v 15. století začala být betonová technologie znovuobjevena. Během průmyslové revoluce v 18. a 19. století došlo ke zlepšení výrobních technik a materiálů.

Čtěte také: Dřevěný motýlek: Pohled do historie

Rozvoj průmyslové výroby v Západní Evropě během 17. a 18. století a z něj vyplývající vzrůst stavebních činností oživil zájem o přírodní hydraulická pojiva. Zlom v hledání tajemství umělé hydraulicity přináší činnost J. Smeatona (1724 - 1792). Smeaton nalezl klíč k poznání základních tajemství hydraulicity. 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. Pojivo bylo oblíbené mimo jiné i při zdění, protože je nebylo třeba hasit. Velmi rychle tuhlo (za 10 až 20 minut) a mělo také velmi dobré hydraulické vlastnosti. Na počátku 19. století přinesly shrnutí tehdejších teoretických vědomostí práce Vicatovy (1786 - 1861). V roce 1818 Vicat přihlašuje anglický patent.

Počátky moderního betonu jsou spjaty s poznáním technologie výroby hydraulických pojiv, zejména cementu. Byly objeveny nové směsi, jako je portlandský cement, který se stal klíčovou složkou moderního betonu. Přelomovým rokem pro samotný beton byl 1824, kdy Joseph Aspdin vynalezl cement. Za počátek výroby cementu lze považovat rok 1824, kdy byl udělen Josephu Aspdinovi anglický patent na výrobu maltoviny, kterou nazval portlandským cementem. V roce 1825 založil Apsdin továrnu, v níž vyráběl pojivo pod obchodním názvem „portlandský cement“. Objev potřeby pálení základní suroviny na mez slinutí byl patentován v polovině 19. století. 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.

V 50. letech 19. století se rozbíhá výroba portlandského cementu v Německu i v Rakousku. 110 let po dokončení Eddystonského majáku jsou obecně k dispozici přesné znalosti o způsobu výroby cementu, z něhož lze vyrobit beton s minimální pevnosti po 28 dnech vyšší než 10 MPa, jehož pevnost v čase dále významně narůstala. Výsledkem těchto snah bylo 24. ledna 1877 založení Spolku německých výrobců cementu, který sdružoval 24 firem. V jeho rámci vznikla pak první norma, formulující ustanovení týkající se vlastností a kvality dodávaného portlandského cementu. Tato první norma definuje pojem normové malty, z níž se zhotovovala zkušební tělesa. Teprve norma z roku 1887 předepisuje i zkoušení pevnosti v tlaku.

Počátky armování a rozmach železobetonu

Paralelně s vývojem a výrobou cementu šla ruku v ruce i výroba a teorie betonu a jeho vyztužování. Teprve objev možnosti ocelového vyztužení betonových průřezů namáhaných tahem udělal z betonu skutečně nejdůležitější moderní stavební materiál. Zásadní zlom nastal až v 19. století. 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.

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.

Čtěte také: Podrobný rozbor úvodní epizody VINYL

Použití železobetonu je zakořeněno již v 19. století, kdy Joseph Monier přišel s návrhem svého vyztuženého květináče. Jak vyplývá z tohoto textu, byl však ve své době jedním z mnoha, kteří usilovali o řešení tradičních stavebních úkolů netradičními prostředky. Nevynalezl železobeton, ale osobní energií a podnikavostí přispěl k jeho popularizaci a rozšíření. Jeho základní patent pochází z roku 1867. Následně přihlašuje řadu dalších patentů, např. patenty na železniční pražce (1877). V roce 1885 především zásluhou M. Koenena (1849 - 1924) se vytváří první teorie interpretující působení vnitřních sil v železobetonovém průřezu. Již v roce 1886 ověřuje svou teorii pokusy s deskami o rozpětí 1 m, šířce 0,6 m a tloušťce 5 cm.

Jedním z nejznámějších dovršitelů aplikačních možností železobetonu je Francouz F. Hennebique (1842 - 1921). Tento objev rychle našel uplatnění ve stavebnictví a inspiroval další inovátory. Mezi ně patřil i François Hennebique, který na konci 19. století vyvinul první systém železobetonových konstrukcí. 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. 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.

Významné stavební realizace na přelomu 19. a 20. století

Rozmach železobetonu ve 20. století se železobeton stal dominantním stavebním materiálem. Do České Republiky se betonové konstrukce začali dostávat na začátku 20. století. Po 1. Světové válce nastal masivní nedostatek oceli, a tak byl beton vhodně používán místo ocelových dříve nýtovaných konstrukcí. Zároveň se rok 1900 považoval za významný předěl ve vztahu odborníků, podnikatelů i veřejnosti k železobetonu. Nedůvěra a pochyby definitivně ustupují a dochází k prudkému rozvoji železobetonu v oblasti praktických aplikací i v oblasti teoretické.

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. Betonové plochy jsou zde ještě obloženy deskami s ornamenty. Bod zvratu přišel v roce 1911, kdy Gustav Perret, do té doby známý převážně jako kontraktor, navrhnul železobetonovou konstrukci divadla na Champs-Elysée a zvítězil v dobře obsazené soutěži. V letech 1911 až 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. Další z velkých betonových staveb první poloviny 20. století je nové Goetheanum ve švýcarském Dornachu postavené v letech 1924 až 1928.

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.

Čtěte také: Klíč k pevné stavbě s Ytongem

Vývoj technologií a moderní výzvy

Druhá polovina 20. století přinesla další technologické pokroky. Byly vyvinuty předpjaté betonové konstrukce, které umožňovaly překlenout delší vzdálenosti bez nutnosti masivních podpěr. V roce 1917 - Technický průvodce (sepsal F. Červený, F. Klokner) - Svazek třetí - Statika stavebních konstrukcí (1. díl). V roce 1923 - Technický průvodce (sepsal F. Červený, V. Řehořovský) - Svazek čtvrtý - Statika stavebních konstrukcí (3. díl). V roce 1934 - Stavitelství betonové (sepsal S. Bechyně) - I. díl. V roce 1938 - Stavitelství betonové (sepsal S. Bechyně) - II. díl. V roce 1947 - Železový beton - Část I. - Stavivo a konstruktivní prvky, Část II. - Výpočty, Část III. V roce 1959 - Železový beton - Část I. - Technologie betonu, konstruktivní prvky a výpočty, Část II. V roce 1960 nastává úmrtí F. Kloknera a zároveň slučování fakulty inženýrského stavitelství a fakulty architektury. Vzniká nová katedra betonových konstrukcí a mostů. Vedoucím katedry se stal Jan Paul, který převzal publikační činnost po F. Kloknerovi.

Dnes je armování betonu sofistikovanější než kdy dříve. Moderní metody umožňují nejen zvýšit pevnost konstrukcí, ale také optimalizovat jejich životnost a snižovat náklady na údržbu. Dnešní beton se vyrábí smísením vody, písku, portlandského cementu a případně i štěrku nebo jiného plniva, přičemž jeho nejčastější užití v dnešní době je pro lité betonové konstrukce, takže beton je nejčastěji připravován v tekutém stavu.

Moderní technologie armování a udržitelnost

Od jednoduchých železných výztuží v 19. století přes předpjaté betonové konstrukce 20. století až po současné inovace, jako jsou kompozitní materiály, robotizace a samoregenerační betony, se otevírá nová kapitola ve vývoji armování. 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 současné době se výzkum v oblasti betonu zaměřuje na zlepšování jeho vlastností a snižování negativního vlivu na životní prostředí. Moderní beton a jeho využitíS 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.

Tabulka: Přehled vývoje betonu a armování

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.

Vývoj armování betonu se nezastavuje a budoucnost slibuje další zásadní inovace. Samoregenerační beton - Výzkumníci pracují na betonech s obsahem bakterií nebo chemických látek, které dokážou samy opravovat drobné praskliny. Alternativní výztuže - Vývoj směřuje k výztužím, které nejsou závislé na kovech. Plně automatizovaná výroba - Stavební průmysl se stále více digitalizuje a automatizuje.

tags: #prvni #armaturado #betonu #historie

Oblíbené příspěvky:

• průvodce instalací soklových lišt
• Jak souvisí zámková dlažba a geologie Chvaletic?
• Kompletní průvodce pro dokonalý sádrokartonový povrch
• Pravidla rybolovu a rybinová lišta pro lovce
• Odolné řešení pro interiér