Dlaczego beton jest tak mocny?

Beton to fantastyczny materiał, który jest używany na całym świecie do tworzenia jednych z najbardziej imponujących, silnych i długotrwałych konstrukcji. Nadaje się do całego szeregu konstrukcji, w tym chodników, domów, wylewek betonowych, drapaczy chmur, zapór i mostów. Wytrzymałość betonu bardzo rzadko zawodzi. W związku z tym, że beton jest tak integralną częścią budownictwa, w tym artykule zastanawiamy się nad pytaniem: dlaczego beton jest tak mocny?

Produkcja

Najprostsza odpowiedź sprowadza się do procesu produkcji: beton powstaje, gdy pasta z cementu portlandzkiego i wody jest mieszana z małymi i dużymi kruszywami. Kiedy pasta i kruszywo mieszają się, pasta pokrywa powierzchnię kruszywa i zachodzi reakcja chemiczna zwana hydratacją, powodująca twardnienie pasty i wzrost wytrzymałości całej mieszanki.

Nauka

Nauka stojąca za reakcją jest nieco bardziej złożona: Beton jest materiałem kompozytowym, który składa się ze spoiwa (pasta cementowa) i wypełniacza (kruszywo), które po zmieszaniu tworzą wiązania chemiczne z cząsteczkami wody, stając się uwodnione. Ta hydratacja powoduje utwardzenie betonu.

To krzemianu trójwapniowy jest odpowiedzialny za większość wytrzymałości betonu, uwalniając jony wapnia, jony wodorotlenku i ciepło, które przyspiesza proces reakcji. Po nasyceniu materiału jonami wapnia i wodorotlenku, wodorotlenek wapnia zaczyna się krystalizować i tworzy się hydrat krzemianu wapnia. Proces krystalizacji prowadzi do tworzenia się coraz większej ilości hydratu krzemianu wapnia i jego zagęszczania, aż do momentu, gdy droga cząsteczek wody zostanie zablokowana i w mieszaninie nie będzie już żadnych pustych, słabych przestrzeni. W ten sposób powstaje bardzo mało porowata, a więc bardzo mocna struktura.

Jeszcze mocniejszy beton

Zgodnie z nauką o tworzeniu betonu, istnieją proste kroki, które można podjąć, aby uczynić beton jeszcze mocniejszym. Beton o wysokiej wytrzymałości jest tworzony przez proste dostosowanie proporcji cementu, wody, kruszyw i domieszek, aby stworzyć silniejsze wiązania, które sprawiają, że beton jest bardziej wytrzymały i długotrwały. Im niższy jest stosunek wody do cementu, tym mocniejsza będzie mieszanka, ale ponieważ woda jest niezbędnym elementem procesu hydratacji, należy zapewnić, że nadal używa się jej wystarczająco dużo, aby nasycić mieszankę. Ogólnie rzecz biorąc, cement jest produkowany ze stosunkiem masy wody do cementu w granicach 0,35-0,6.