Staviteľstvo bez betónu si v súčasnosti nevieme predstaviť. Betónové konštrukcie obklopujú moderného človeka prakticky na každom kroku. Vôkol nás je ho až priveľa. Či už sú to obytné, alebo kancelárske budovy, mrakodrapy, cestné i železničné mosty, podzemné tunely, priehrady, chladiace veže elektrární, protiatómové kryty... Betón je už viac ako storočie najpoužívanejším stavebným materiálom. A zrejme ním ešte dlho zostane.
Väzni z gulagov postavili Stalinovi sedem mrakodrapov Čítajte Betón (slovo má pôvod vo francúzštine) je vlastne umelý kameň plánovane vytvorený vďaka chemickým reakciám prebiehajúcim pri zmiešaní troch základných zložiek betónovej zmesi – spojiva, plniva a vody. Spojivom je obvykle cement a plnivom kamenivo rôzneho tvaru a veľkosti (frakcie). Tento ideálny stavebný materiál sa v masívnom meradle začal využívať na prelome 19. a 20. storočia.
Dnes, po asi 120 rokoch intenzívneho používania, je výroba betónu takmer vedou.
Pridávaním rôznych prísad k základným zložkám zmesi sa zlepšujú, respektíve upravujú jeho vlastnosti. Tak vznikajú rýchlotuhnúce (alebo naopak pomalytuhnúce), vodotesné, žiaruvzdorné a ďalšie betóny. Betón vynikajúco odoláva tlaku, ale neprenáša ťah. Preto sa do betónových konštrukcií vkladajú železné tyče (ťahová výstuž), čím vzniká vystužený betón, nazývaný železobetón.
Prvé stopy „betónu“
Je veľmi zložité až nemožné určiť, kto a kedy ako prvý objavil betón. S využitím istej dávky fantázie si môžeme predstaviť, že to mohlo byť už tesne po skrotení ohňa.
Primitívny človek žijúci v jaskyni, kde bol obklopený vápencom, sadrovcom a hlinou, mohol časom odpozorovať, že vysoká teplota z jeho ohniska vypálila vápenec, ktorý sa rozpadol na prach.
Doň sa dostala voda a po zatvrdnutí tejto zmesi vznikla dostatočne pevná hmota. Takto nejako mohol objaviť princíp fungovania hydraulických spojív, tzn. spojív tuhnúcich pod vodou. Týmto procesom vzniká materiál, oveľa neskôr nazvaný betón.
Archeologickými vykopávkami je použitie prvého prabetónu dokázané na lokalite Lepenski Vir v dnešnom Srbsku (pri Dunaji neďaleko Železných vrát). Tu bolo objavené sídlisko z kamennej doby (približne 6000 rokov pred n. l.), kde boli primitívne príbytky vybudované zo zmesi vápenca, piesku a vody.
Aj rímsky Pantheón je vybudovaný technológiou opus Caementum a zostáva po dvoch tisícročiach najväčším nevystuženým betónovým dómom. (zdroj: WIKIMEDIA.ORG/ AUTOR: ANTHONY M. (CC BY 2.0 DEED), MATTHIASKABEL (GFDL 1.2))V staroveku bol najpoužívanejším stavebným materiálom kameň, z ktorého sa budovali domy, ohrady, opevnenia... Spočiatku sa kamenné kvádre kládli na seba nasucho alebo sa spoje mazali živicou (Mezopotámia).
Neskôr boli škáry medzi kamennými blokmi vyplňované materiálom, svojím charakterom podobajúcim sa betónu, čím sa konštrukcie spevňovali. Takto boli stabilizované bloky používané pri výstavbe pyramíd v egyptskej Gíze okolo roku 2500 pred n. l.
Feničania okolo roku 1000 pred n. l. budovali v oblasti Jeruzalema vodné cisterny a privádzače zo zmesi vápna a úlomkov tehál, čo bol ďalší pokrok v používaní hydraulických spojív. Tieto znalosti využili a výrazne posunuli starí Gréci, ktorí približne od 2. stor. pred n. l. vyvinuli novú technológiu výstavby múrov.
Pomerne masívne múry sa skladali z dvoch lícových stien z opracovaného kameňa a priestor medzi nimi bol vyplnený maltou a kamením. Tieto konštrukcie, ktoré nazývali emplekton, boli pevné a stabilné a môžu byť považované za ďalší krok vo vývoji betónu.
Eddystonský maják na obraze britského maliara Johna Lynna a pôvodný plánik stavby. (zdroj: WIKIMEDIA.ORG)Na Grékov nadviazali Rimania. Prevzali od nich emplekton, ktorý sami nazývali opus caementum. Od Rimanov tak pochádza nám známe slovo cement, ktorým sa v stavebníctve označujú najčastejšie používané hydraulické spojivá. Rimania používanie hydraulických mált veľmi významne rozvinuli a dotiahli skoro až do dokonalosti.
Ako hydraulické spojivo používali zmes vápna a prachu z tehál alebo sopečného tufu. Výplň opus caementum bola tvorená z tohto spojiva a štrku alebo drveného kameniva s veľkosťou zrna obvykle do 70 mm. Takto boli Rimania schopní vybudovať ohromné paláce, ktoré udivujú i dnes.
Po páde Rímskej ríše nastalo i v staviteľstve obdobie temna, aspoň čo sa týka používania hydraulických spojív. Na opus caementum sa takmer zabudlo, v stredoveku sa tieto konštrukcie objavujú len sporadicky v sopečných oblastiach s dostatkom vhodného tufu.
Znovuobjavenie hydraulických spojív
Až výrazný rozvoj priemyslu v západnej Európe v období 17. a 18. storočia opäť prebudil záujem o staviteľské techniky na báze hydraulických spojív. Španielske Nizozemsko potrebovalo budovať hrádze na morskom pobreží, preto vzrástol dopyt po vhodnom stavebnom materiáli. Stavitelia si spomenuli na pevný a odolný rímsky materiál.
Vhodné ložisko tufu sa našlo v pohorí vulkanického pôvodu Eifel v Nemecku, kde ho ťažili a po Rýne dopravovali do Nizozemska. Následne ho v mlynoch mleli na prach a takto získané hydraulické spojivo sa na trhu objavovalo pod označením tras. Kvalitatívne vlastnosti stavebného materiálu na báze hydraulických spojív boli nepopierateľné. Dopyt po nich neustále rástol, preto sa hľadali možnosti, ako vyrobiť hydraulické spojivo lacnejšie z dostupných surovín.
Portrét Johna Smeatona, britského stavebného inžiniera, s jeho slávnym Eddystonským majákom v pozadí. (zdroj: wikimedia.org)Priekopníkom v tomto smere bol anglický inžinier John Smeaton (1724 – 1792), ktorý sa preslávil predovšetkým stavbou Eddystonského majáka (v poradí tretieho) v rokoch 1756 až 1759. O tejto stavbe vydal spis (až tesne pred svojou smrťou), v ktorom zhrnul svoje poznatky z oblasti účinnosti hydraulických spojív vo vodnom staviteľstve.
Predovšetkým vyvrátil vtedajší názor, že kvalitu páleného vápna ovplyvňuje tvrdosť vápenca a dokázal, že pálené vápno závisí v prvom rade od množstva hlinitých prímesí v materskej hornine (vápenci).
Dielo Smeatona bolo inšpiráciou pre podnikateľa v oblasti stavebných hmôt Jamesa Parkera, ktorý v roku 1796 prihlásil patent výroby tzv. románskeho cementu.
V mestečku Northfleet založil fabriku, kde spolu so Samuelom a Charlesom Wyattovcami začal vyrábať hydraulické spojivo podľa svojho patentu. Románsky cement sa vďaka svojim vlastnostiam osvedčil a až do polovice 19. storočia to bolo najčastejšie využívané spojivo v staviteľstve.
V prvej polovici 19. storočia sa vývojom cementu zaoberalo niekoľko inžinierov a stavebných podnikateľov. Bol medzi nimi i Francúz Louis Vicat (1786 – 1861), ktorý ako prvý v roku 1817 určil potrebné množstvo vápenca a oxidu kremičitého v zmesi na výrobu hydraulického spojiva na inžinierske stavby.
Tento cement bol v roku 1818 použitý pri stavbe mosta cez rieku Dordogne v Souillacu, ktorý je považovaný za prvý most s použitím moderného spojiva. Jeho syn Joseph (1821 – 1902) v roku 1853 založil spoločnosť, ktorá je dnes svetovým lídrom vo výrobe cementu.
Viacerí Vicatovi súčasníci podnikajúci v stavebníctve pochádzali predovšetkým z Anglicka. No známymi sa stalo len niekoľko z nich. Hlavne vďaka tomu, že dokázali vyrobiť hydraulické spojivo pomerne lacno z dostupných miestnych surovín. James Frost (1780 – 1840) v rozmedzí rokov 1811 a 1822 prihlásil okolo 20 patentov zlepšujúcich technologický postup výroby a vlastností spojiva.
Ďalším (a úspešnejším) bol Joseph Aspdin (1778 – 1855), ktorý v októbri 1824 prihlásil patent pod názvom Zlepšenia vo výrobe umelého kameňa. V podstate nenavrhoval žiadnu prevratnú novinku. I jeho cement mal kolísavú kvalitu, pretože v tej dobe najväčšie problémy spôsobovalo zaistiť dostatočne kvalitnú vstupnú surovinu so stabilným obsahom oxidov vápnika, hliníka a kremíka.
Patent Josepha Aspdina z roku 1824 na výrobu „umelého kameňa“. (zdroj: WIKIMEDIA. ORG)V nasledujúcom roku 1825 J. Aspdin začal vyrábať cement podľa svojho patentu pod obchodným názvom portlandský cement (svojou farbou sa podobal na známy portlandský vápenec). Je to najpoužívanejšie hydraulické spojivo až do súčasnosti. William Aspdin (1815 – 1864), druhorodený syn Josepha Aspdina, rozšíril podnikanie a v roku 1846 prevzal fabriku Parkera a Wyattovcov v Northfleete, kde jeho spoločnosť vyrábala portlandský cement až do roku 1901.
Bádanie a pokusy pokračovali i v nasledujúcom období. Až v polovici 19. storočia možno považovať technológiu výroby cementu za dovŕšenú, výsledný produkt je zrovnateľnej kvality ako v súčasnosti. Zaslúžil sa o to predovšetkým Isaac Charles Johnson (1811 – 1911). Aspdinov portlandský cement bol na trhu úspešný, ale zároveň pomerne drahý. Navyše proces jeho výroby bol patentovo chránený. Preto Johnson hľadal vlastnú cestu, ako vyrobiť portlandský cement aspoň rovnakej kvality a lacnejšie.
V roku 1844 došiel k poznatku, že surovinu treba páliť až na medzu slinovania, čo bol kľúčový objav k výrobe kvalitných cementov.
Most cez rieku Dordogne v Souillacu, ktorý bol vybudovaný ako prvý most s použitím moderného betónového spojiva. (zdroj: ADOBE STOCK)V 50. rokoch 19. storočia sa s výrobou portlandského cementu zahájenou i v nemecky hovoriacich krajinách na kontinente. Teoretickou stránkou jeho výroby sa zaoberal nemecký chemik Wilhelm Michaëlis (1840 – 1911), autor cementárskej terminológie a mnohých metodík kontroly jeho kvality. Cement bol stále považovaný za novinku a nie každý staviteľ ho akceptoval.
Michaëlisove práce pomohli dostať cement do širšieho povedomia a vzbudiť k nemu dôveru. Výsledkom bol rastúci počet fabrík na jeho výrobu a v roku 1877 založenie Spolku nemeckých výrobcov cementu, ktorý združoval až 24 firiem.
Moderný betón
Po objave a technologickom zvládnutí výroby dostatočne kvalitného hydraulického spojiva bol už len krôčik k výrobe betónu v dnešnom zmysle slova. Podobne ako pri cemente aj s výrobou betónu experimentovalo nezávisle od seba viacej podnikavých osobností. V Anglicku to bol napríklad William B. Wilkinson (1819 – 1901).
Ďalší inovátori pochádzali predovšetkým z opačného brehu La Manche, z Francúzska. Jedným z prvých bol François Coignet (1814 – 1888). Bol to priemyselník, a tak sa snažil nájsť spôsob, ako betón vyrábať efektívne a vo veľkom. Svoje návrhy technologických postupov jeho výroby a použitia zhrnul v roku 1855.
V tom istom roku sa zúčastnil i na Svetovej výstave v Paríži, kde propagoval konštrukcie z betónu. Coignet si uvedomoval problematickú vlastnosť tohto materiálu – nedostatočnú únosnosť pri namáhaní v ťahu. Preto začal experimentovať s vystužením betónu kovom a už v roku 1856 získal patent na železobetón.
V roku 1861 založil vlastný podnik, ktorý sa zameriaval spočiatku na betonáže spodných stavieb objektov (základov, pivníc, oporných múrov...). Postavil i prvý dom zo železobetónu, stojaci na severnom okraji Paríža dodnes. Jeho najväčšími projektmi, na ktorých sa podieľal, boli parížsky privádzač vody Aqueduc de la Vanne, maják v Port Saide v Egypte, oporné múry na parížskom cintoríne Passy alebo pobrežné múry v Saint-Jean-de-Luz.
Terakotová busta francúzskeho inžiniera Louisa Vicata z r. 1884. (zdroj: WIKIMEDIA.ORG/ AUTOR: JULIEN PEYTARD (CC BY-SA 4.0 DEED)Ďalším propagátorom železobetónových konštrukcií bol Joseph Monier (1823 – 1906). Tohto záhradníka frustrovali neustále praskajúce kvetináče z prostého betónu a tak mu napadlo, že ich steny vystuží sieťou zo železných prútov. Zafungovalo to a i keď sa Monier nezaoberal teoretickou stránkou spolupôsobenia betónu a železnej výstuže, získal niekoľko patentov. V roku 1875 vybudoval most vo francúzskom Chazelete, ktorý sa považuje za prvý železobetónový most na svete. Významný je Monierov podiel na propagácii železobetónu mimo rodného Francúzska – v Nemecku, Rusku, Škandinávii, Rakúsko-Uhorsku i v ďalekej Austrálii.
Cestu železobetónu ako univerzálnemu stavebnému materiálu vydláždila druhá polovica 19. storočia. Na jeho konci už bolo jasné, že železobetónu bude patriť budúcnosť pre jeho výnimočne vhodné pevnostné charakteristiky. Správnym umiestnením a spolupôsobením výstuže v železobetónových konštrukciách sa po teoretickej stránke zaoberali napríklad Američan Thaddeus Hyatt, Nemci Gustav Adolf Wayss a Matthias Koenen alebo Francúz François Hennebique. Práve práce a patenty v Bruseli usadeného Hennebiquea (1842 – 1921) železobetónu definitívne otvorili dvere dokorán. Za zlomovú udalosť, keď odborníci, podnikatelia, mestskí činovníci a verejnosť získali dôveru k železobetónu, možno považovať Svetovú výstavu v roku 1900 v Paríži, na ktorej svoje železobetónové monolitické konštrukcie vystavoval aj Hennebique.
Netrvalo dlho a vznikli i prvé normatívne predpisy týkajúce sa železobetónu – v roku 1903 vo Švajčiarsku, 1904 v Nemecku, 1906 vo Francúzsku, 1907 vo Veľkej Británii, 1910 v USA.
Od začiatku 20. storočia prudko stúpal počet realizovaných železobetónových konštrukcií, či už to boli mosty, priemyselné haly a závody, hospodárske budovy, obytné domy a neskôr aj vojenské objekty. Betón sa stal kľúčovým stavebným materiálom. A nič nenasvedčuje tomu, že by sa to mohlo v dohľadnej budúcnosti zmeniť.
Unikátny most v Krásne nad Kysucou
Medzi prvé realizované konštrukcie zo železobetónu patria inžinierske stavby, predovšetkým mosty.
Tradičnými materiálmi na ich výstavbu boli drevo alebo kameň, v 19. storočí prišla do módy oceľ. Tá však vyžadovala zvýšené nároky na údržbu, navyše postupom času začali mať oceľové mosty i statické problémy. Priekopníci železobetónu vycítili príležitosť.
Ešte i v dnešnej dobe sa v stavebnej terminológii používa pojem „Monierov oblúk“. Pochádza z roku 1875, keď Monier vo francúzskom Chazelete naprojektoval prvý most so železobetónovou nosnou oblúkovou konštrukciou, ktorý premosťoval 14 metrov širokú vodnú priekopu na miestnom zámku (v súčasnosti je most už mimo prevádzky).
Železobetónový most v Krásne nad Kysucou ponad riečku Bystricu, postavený v roku 1891. Fotografia mosta krátko po jeho rekonštrukcii v roku 2014. (zdroj: TASR)Dokonca aj v takých progresívnych krajinách, ako boli USA alebo Veľká Británia, sa prvé železobetónové mosty postavili až v roku 1893 (USA) resp. 1902 (Veľká Británia). Prekvapujúco, politicky skostnatené Rakúsko-Uhorsko bolo v tomto smere oveľa pokrokovejšie.
V rakúskej časti monarchie sa prvý most zo železobetónu postavil už v roku 1887 a v pomerne krátkom čase ho nasledovalo niekoľko ďalších mostov aj na území Uhorska. Najstarším dochovaným z nich je most v Krásne nad Kysucou. Ide o dvojoblúkový železobetónový most ponad riečku Bystrica vybudovaný v roku 1891 firmou Wayss. Jeho dĺžka premostenia je 16,5 m a i v súčasnosti je funkčný a v dobrom technickom stave.
