Beton - klasy, rodzaje i właściwości

Beton jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów we współczesnym budownictwie. Na jego rodzaj i jakość wpływają składniki wykorzystane do przygotowania mieszanki, a także ich wzajemne proporcje. Jakie właściwości posiada beton? Czym charakteryzują się poszczególne klasy i rodzaje betonu?

Czym jest beton?

Beton jest materiałem powstałym poprzez połączenie cementu (spoiwa) z wodą oraz kruszywem (wypełniaczem), a także ewentualnymi dodatkami. Woda pozwala na uzyskanie pożądanej konsystencji wyrobu, a wypełniacze nadają mu odpowiednie właściwości. Kruszywem jest zwykle piasek lub żwir,  którego średnice ziaren dobierane są w zależności od pożądanych cech betonu  Receptura robocza jednego metra sześciennego wyrobu najczęściej ustalana jest na podstawie norm składu betonu. Wymieszane składniki, których stan umożliwia dalsze zagęszczenie, nazywane są mieszanką betonową. Kiedy natomiast ulega ona stwardnieniu i osiąga konkretny poziom wytrzymałości na ściskanie, staje się betonem stwardniałym. Konieczność rozróżniania klas betonu wynika z różnorodnego zastosowania tego materiału. Beton wykorzystywany jest m.in. do wykonywania ścian nośnych, fundamentów czy stropów budynków, w związku z czym musi przenosić duże obciążenia przez długi okres czasu. O jakości betonu decyduje przede wszystkim jego klasa, podczas gdy marka ma zwykle drugorzędne znaczenie.

Klasy betonu

Wytrzymałość na ściskanie jest najważniejszą cechą betonu i decyduje o jego klasie. Największy wpływ na ten parametr ma wskaźnik wodno-spoinowy, a także procentowa zawartość cementu. Im mniej wody i więcej spoiwa, tym mocniejszy jest beton. Zwiększanie udziału cementu wpływa jednak negatywnie na właściwości reologiczne mieszanki. Wywołuje nadmiar naprężeń, które w tak wczesnej fazie są dla betonu zbyt trudne do przeniesienia. Zwiększeniu ulega także temperatura procesu hydratacji, przez co w strukturze materiału zaczynają się pojawiać pęknięcia. Sposobem na ograniczenie ich ilości jest wykorzystanie odpowiedniego zbrojenia przeciwskurczowego, a także stosowanie domieszek chemicznych w betonach o dużej wytrzymałości.

Wytrzymałość na ściskanie określa wielkość naprężeń, jakie przenieść może beton. Oznaczenia liczbowe mieszanek o określonych klasach podawane są w dwóch wartościach, które dotyczą wytrzymałości próbek o kształcie walca i sześcianu. W sześciennych elementach rozkład naprężeń jest najbardziej korzystny, przez co ich wytrzymałość uznaje się za większą. Budowa elementów betonowych rzadko jednak posiada budowę foremną, w związku z czym wytrzymałość określana na próbkach walcowych często okazuje się bardziej adekwatna.  Oznaczenia opierają się na gęstości pozornej. Zgodnie z oficjalnymi normami europejskimi, klasa betonu opisywana jest literą "C" oraz dwoma oddzielonymi liczbami. W starszym nazewnictwie przyjmowano oznaczenie literą "B" z jedną liczbą, jednak obecnie jest ono rzadko stosowane.

Dostępność wielu różnych typów betonu daje praktycznie nieograniczone możliwości zastosowań projektowych. Materiał ten klasyfikować można ze względu na ciężar objętościowy - wyróżnia się beton ciężki, zwykły oraz lekki.

• Beton ciężki - jego ciężar objętościowy wynosi powyżej 2600 kg/m³. Do jego wykonania wykorzystuje się specjalne kruszywa, np. manganowe lub stalowe. Materiały z tej grupy stosowane są przede wszystkim w formie osłon biologicznych, które osłabiają promieniowanie jonizujące.
• Beton zwykły - może mieć ciężar objętościowy od 2000 do 2200 kg/m³ lub od 2200 do 2600 kg/m³. Cięższy z nich powstaje z mieszanki kruszyw naturalnych i łamanych, np. piasku z kamieniem bazaltowym lub żwirem. Wykorzystuje się go do  tworzenia elementów konstrukcyjnych z betonu i żelbetu. Lżejszy beton  zwykły wykonywany jest przy użyciu kruszyw porowatych, np. keramzytu. Wykorzystuje się go do wytwarzania elementów o wysokiej izolacyjności cieplnej, np. pustaków stropowych czy ścian osłonowych. Zwykły beton jest ciężki i mocny. Po stwardnieniu ulega jednak rozwarstwianiu i pękaniu, przez co nie można stosować go w zimie.
• Beton lekki posiada z kolei ciężar objętościowy od 800 do 2000 kg/m³. Powstaje z kruszyw lekkich i stosowany jest głównie w formie średniowymiarowych elementów stropowych i ściennych, a także drobnowymiarowych nadproży czy bloczków. Wykorzystuje się go także jako warstwę podkładową i wyrównawczą.

Klasy wytrzymałości na ściskanie betonu ciężkiego, zwykłego oraz lekkiego

Wyróżnia się klasy betonu ciężkiego i zwykłego od C8/10 do C100/115, a także lekkiego od LC8/9 do LC80/88. Najczęściej stosowane są klasy  C8/10, C12/15, C16/20, C20/25 oraz C25/30.

Betony ciężki i zwykły

• C8/10 (dawniej B10)
• C12/15 (dawniej B15)
• C16/20 (dawniej B20)
• C20/25 (dawniej B25)
• C25/30 (dawniej B30)
• C30/37 (dawniej B37, B35 i B40)
• C35/45 (dawniej B45)
• C40/50 (dawniej B50)
• C45/55 (dawniej B55)
• C50/60 (dawniej B60)
• C55/67
• C60/75
• C70/85
• C80/95
• C90/105
• C100/115

Beton lekki

• LC8/9
• LC12/13
• LC16/18
• LC20/22
• LC25/28
• LC30/33
• LC35/38
• LC40/44
• LC45/50
• LC50/55
• LC55/60
• LC60/66
• LC70/77
• LC80/88

Klasyfikacji podlegają także poszczególne zakresy wytrzymałości betonu. Materiały posiadające klasy wyższe od C50 nazywane są wysokowartościowymi (BWW). W przypadku tych mieszanek, wytrzymałość na ściskanie przekracza 60 MPa. Do wytworzenia betonu wysoko-wytrzymałego stosuje się cement oraz kruszywa o dużej wytrzymałości. Wykonane z nich elementy cechują się wysoką nośnością i rozpiętością, ale jednocześnie posiadają stosunkowo małą masę.

Betony bardzo wysokowartościowe (BBWW) to takie, które wymagają zastosowania składników jeszcze wyższej jakości. Górne granice wytrzymałości na ściskanie są w tym przypadku różnie przyjmowane - zwykle od C100 do C150.

Beton ultra wysokowartościowy (BUWW) posiada natomiast klasę wytrzymałości powyżej 150 MPa. Najczęściej stosuje się go ze zbrojeniem rozproszonym. Betony BUWW cechują się unikalnymi, znacząco odbiegającymi od najpopularniejszych betonów składami mieszanek.

Lekki beton wysokowartościowy (LBWW) posiada wytrzymałość na ściskanie w granicach LC60 do LC85, przy gęstości ustalonej na 1850 - 2000 kg/m³. Wysokowartościowy włókno-beton (WBWW) to beton ze zbrojeniem rozproszonym w formie włókien - np. węglowych, metalowych czy polipropylenowych. Wyróżnia się także betony samo-zagęszczające się (SCC) oraz prawie samo-zagęszczające się (ASCC), należące do najbardziej upłynnionych. Można je układać bez wibrowania, nawet przy gęstym zbrojeniu oraz skomplikowanych kształtach.

Rodzaje betonu

Właściwości betonu zależą przede wszystkim od jego składu oraz proporcji. Wyróżnia się beton płukany, w którym kruszywo w pewnym stopniu wystaje z mieszanki i zapewnia ciekawy efekt estetyczny. Beton stemplowany może imitować inne materiały, np. kamień, drewno czy cegłę. Beton samozagęszczalny nie wymaga wibrowania, ponieważ zagęszcza się pod wpływem swojej masy. Beton siarkowy wzbogacany jest o siarkę, co zapewnia mu odporność na kwasy. Suchy beton praktycznie pozbawiony jest wody, podczas gdy wodoszczelny - wykazuje zwiększoną odporność na ciecze.

Wyróżnia się także beton samoczyszczący, który utlenia wiele zanieczyszczeń. Materiały te zaliczają się do betonów płynnych, jednak mogą być nabyte także w stałej formie. W zależności od przeznaczenia, poszczególne typy betonu wytwarzane są w różny sposób. W formie stałej dostępne są m.in. prefabrykaty czy płyty z betonu, a także elementy podjazdowe,  bloczki komórkowe, kolumny, kominki, blaty, donice czy zlewy.

Beton podzielić można także ze względu na metodę zagęszczania, na: wałowany, wirowany, natryskowy oraz próżniowy. Mieszanki najczęściej klasyfikowane są na beton towarowy oraz architektoniczny. W pierwszym przypadku materiał nie jest wyrabiany na placu budowy, tylko zamawiany w betoniarni. Beton architektoniczny wytwarzany jest natomiast samodzielnie, dzięki czemu można nadać mu określony kształt, fakturę czy kolor. Powstają z niego m.in. ściany działowe, elewacje domów, elementy armatury czy ogrodzenia i ozdoby.

Rodzaje betonu a zastosowanie

Poszczególne rodzaje betonu klasyfikowane są także na podstawie zastosowania. Obecnie produkuje się mieszanki o specjalnym przeznaczeniu, zawierające różne mineralne dodatki oraz chemiczne domieszki. Beton zyskuje dzięki temu lepszą urabialność oraz płynność, a nierzadko także szybszy czas wiązania oraz mniejszy ciężar.

Ze względu na otrzymane w ten sposób właściwości, wyróżnić można beton:

• jastrychowy,
• polimerowy,
• komórkowy,
• autoklawizowany,
• żużlobeton,
• asfaltobeton.

Osobną kategorię zajmuje fibrobeton, czyli zbrojony włóknem szklanym beton dekoracyjny. Doskonale sprawdza się zarówno we wnętrzach, jak i na zewnątrz. Stosowany jest przede wszystkim do wyrobu posadzek i płyt parkingowych.

Klasy ekspozycji betonu

Poza standardową klasyfikacją pod względem wytrzymałości na ściskanie, właściwości czy zastosowania, poszczególne typy betonu rozróżnić można także na podstawie klas ekspozycji. Opisują one wpływ czynników środowiska naturalnego na dany materiał, a tym samym określają ryzyko wystąpienia w nim zniszczeń chemicznych lub mechanicznych. Klasyfikacja ta znacząco ułatwia wybór odpowiedniego betonu do rodzaju tworzonej konstrukcji.

Podatność na poszczególne zniszczenia wyrażana jest liczbowo z przedrostkiem "X" - im wyższy stopień, tym bardziej ekstremalne oraz intensywne może być oddziaływanie danej kategorii zagrożenia na materiał:

1. Ryzyko agresji środowiska lub korozji nie występuje,
2. Występuje ryzyko korozji spowodowanej karbonatyzacją,
3. Występuje ryzyko korozji spowodowanej chlorkami,
4. Występuje ryzyko korozji spowodowanej chlorkami wody morskiej,
5. Występuje ryzyko agresywnego oddziaływania zamrażania lub rozmrażania, z uwzględnieniem środków odladzających lub bez,
6. Występuje ryzyko agresji chemicznej,
7. Występuje ryzyko korozji spowodowanej ścieraniem,

Konstrukcje betonowe narażone mogą być nawet na kilka oddziaływań - wówczas opisywane są wszystkimi rozpoznanymi klasami. Jeżeli nie występuje żadne z zagrożeń, stosowane jest oznaczenie "X0", gdzie "0" reprezentuje brak niebezpieczeństwa.