Betong

Gjutning av vägbana i betong i Auckland, Nya Zeeland.

Betong är ett material som består av bergmaterial, ballast, sammanbundet av cementpasta (cement och vatten). Betongens egenskaper bestäms till största del av förhållandet mellan vatten och cement, vattencementtalet. Hållfasthet är betongens viktigaste egenskap näst efter beständighet. Betongens hållfasthet bestäms förutom av vattencementtalet, även av cementtyp och ballastens egenskaper och sammansättning. Därmed är en annan mycket viktig faktor för betongens hållfasthet själva partikelfördelningen hos ballasten - alltså fördelningen av bergmaterial med olika partikelstorlekar. Vanligtvis används sten, grus och sand samt filler av olika typer. Ballastmaterialet består vanligtvis av material med partikelstorlekar ner mot en tiondels millimeter.

Produktion

Nästan all betong som används kommersiellt tillverkas i betongfabriker där man blandar cement, ballast (sand, grus och sten), vatten samt kemiska tillsatsmedel för att ge betongen vissa egenskaper. När detta har blandats till en betongmassa vid fabrik måste den transporteras till den plats där den ska användas. Transporten sker vanligen med en lastbil där betongen förvaras i en behållare som roterar. Denna rotering sker för att betongen inte ska hårdna och för att ytterligare blanda till betongmassan så att den är helt homogen när den ska användas.

Vid byggplatsen pumpas betongmassan från lastbilen till den form som har förberetts. Vanligtvis gjuter man in korslagda armeringsstänger för att ge betongen större draghållfasthet. När massan har placerats i formen måste den komprimeras vilket vanligen sker med handhållna stavvibratorer. Syftet är att få massan att helt uppfylla formen så att inte luftfickor uppkommer. Det finns även självkompakterande betong. Betongmassan kommer inom några timmar att hårdna men helst bör betongens yta skyddas mot uttorkning under några dygn, till exempel genom vattning.

Betongen hårdnar på grund av den kemiska reaktion som uppkommer när vatten blandas med cement. Därigenom utvecklas värme och detta gör att man kan gjuta i betong även när det är mycket kallt. Om betongen tillåts frysa i färskt tillstånd finns dock risk för betydande hållfasthetsförluster.

Tillsatser

I modern betong används ofta olika tillsatsmedel för att ge betongen förbättrade eller önskade egenskaper.

Luftporbildande medel, ofta tensider, används för att skapa mikroskopiska bubblor i betongen. I dessa bubblor kan iskristaller expandera då vatten övergår till is när betongen utsätts för kyla. Detta ger betongen frostbeständighet och hindrar att den spricker.

Då betongen i tunnelväggar och vägar ofta innehåller mycket fukt blir den livsfarlig i en brandsituation. När det absorberade vattnet i betongen når kokpunkten kan betongen spricka med oerhörd kraft. Detta kallas för spjälkning och kan undvikas genom att plastfibrer tillsätts i betongen. När betongen utsätts för brand smälter plastfibrerna och lämnar efter sig mikroskopiska gångar ur vilka vattenånga kan ta sig ut. Därmed undviks okontrollerade explosioner.

Vid gjutning vintertid kan acceleratorer tillsättas. Detta påskyndar härdningsförloppet och ökar därmed värmealstringen under den kemiska reaktionen. Värmen kan tas tillvara genom att konstruktionen hålls isolerad. I länder med mycket varmt klimat kan det istället vara aktuellt att ersätta en del av vattnet i betongen med is, detta för att inte härdningsförloppet och uttorkningen skall ske okontrollerat och för snabbt. Även i Sverige kan kylning av betong krävas under härdningen, framför allt vid gjutning av mycket grova konstruktioner. Detta sker normalt genom att rör ingjutes i konstruktionen där kylvatten cirkulerar.

I tillämpningar där betongen i sig är en del av byggnadens mera synliga delar kan färgpigment tillsättas. En annan ofta använd teknik är att synliggöra ballasten, ofta då sjösten, genom att behandla någon av formytorna med en fördröjare, ofta kolhydrat av något slag. Vid avformning (även kallat formlossning) kommer den behandlade ytan ännu inte att ha uppnått någon egentlig hållfasthet varför cementpastan kan spolas bort med vatten. Kvar blir då den synliga ballasten av sjösten som ger ett dekorativt utseende.

Egenskaper

Betong används för bland annat broar. Här stöden som bär upp Tranebergsbron i Stockholm.

Avgörande för betongens kvalitet är hur porös den är. Mellan 12 och 20 procent av härdad betong består av hålrum; ju högre kvalitet hos betongen desto mindre andel hålrum.

Densiteten på betong kan variera men vanligt är att den ligger mellan 2 300 och 2 400 kg/m³

Betong är mycket tryckhållfast, men har inte alls lika hög draghållfasthet, varför man vanligen använder armering. För betong med hållfasthetsklass C25/30 är tryckhållfastheten 30 MPa och draghållfastheten endast 1,8 MPa. Valet av hållfasthetsklass styrs förutom av kravet på att betongen skall tåla en viss last, även av vilken exponeringsklass som gäller för konstruktionsdelen. Ju högre hållfasthet desto beständigare anses betongen bli. Därför är, för anläggningskonstruktioner såsom broar, vilka utsätts för frysning och tösalt, hållfasthetsklassen C35/45 standard. Men för byggnader, vars delar inte är utsatta för sådant, används ofta lägre klasser såsom C25/30.

Tryckhållfastheten för betong anges normalt efter 28 dagar; betongprovet tillåts härda 28 dagar varefter det utsätts för tryck till dess att brott uppstår. Även om huvuddelen av hållfasthetstillväxten då skett så utvecklas den dock ytterligare under mycket lång tid. Mätbar hållfasthetstillväxt sker normalt 5 år eller mer.

Eftersom betong i sig inte är så draghållfast så gjuter man in armeringsjärn i betongen för att motverka detta. Man kan även blanda in korta fibrer i betongmassan som alternativ. I alla byggnadsverk som ska kunna bära upp en last använder man armerad betong, betong utan armering används till exempel som ytbeläggning på vägar.

Eftersom betong är poröst kan det ta upp fukt direkt ur luften. Detta gör att betongen både kan svälla och krympa, något som kan leda till att det uppstår sprickor. Det är dock möjligt att tillverka betong som inte är så poröst och som därför är helt vattentät för konstruktion av vattentorn, dammar et cetera.

Betong är mycket beständigt. Betong av låg kvalitet är dock poröst vilket gör att porerna fylls med vatten vilket kan bli ett problem om vattnet sedan fryser och spränger betongen. Detta kan undvikas genom att använda betong som inte är så poröst. Ett annat hot mot beständigheten är att rost angriper armeringsjärnen vilket i sin tur gör att armeringen spränger betongen. Detta kan undvikas genom att man lägger armeringen på tillräckligt avstånd från ytan.

Betong är inte brännbart och vid en ordinär byggnadsbrand kommer inte betongkonstruktionen att kollapsa på grund av betongen i sig. Hotet kommer snarare från att armeringsjärnen förlorar sin hållfasthet vid höga temperaturer vilket gör att betongen deformeras.

Miljöpåverkan

För tillverkning och transport av 1 kubikmeter betong till kund behövs 2 ton ballast, 180 liter vatten, 350 kilo cement, 1 kilo betongtillsats, 7 liter eldningsolja och diesel samt 15 kWh el. Dessutom tillkommer energi för tillverkning av cement vilket har uppskattats till 40 kilo kol och 40 kWh el. 40 kilo kol ger vid förbränning motsvarande cirka 400 kWh i form av värme och det är värmen som behövs vid cementtillverkning.

Ballasten består av sten, grus och sand och kommer vanligen från grus- och bergtäkter. Dessa orsakar både buller och att damm sprids. Betong kan i princip återanvändas till fullo som fyllnadsmaterial.

Historia

Bakkehaugens kyrka i Norge, byggd i naturbetong, invigd 1959

Ett betongliknande material tillverkat av kalk användes av etruskerna. Även i Romarriket användes en antik betong med ett bindemedel som bestod av bränd kalk och pulveriserat material som innehöll kiselsyra, till exempel krossat tegel eller vulkanaska, puzzolan, från Pozzuoli utanför Neapel. Romarna använde denna antika betong till byggnader, akvedukter, amfiteatrar, hamnar, dammar och så vidare. Pantheon i Rom med sin betongkupol med en diameter på 45 meter står kvar ännu idag. Den romerske arkitekten Vitruvius beskrev hur den antika betongen kunde användas i Tio böcker om arkitektur.

Efter Romarrikets undergång hamnade betongbyggnadstekniken i glömska ända tills Vitruvius verk hittades i ett kloster i Schweiz 1414. Det dröjde dock flera sekel innan tekniken började användas igen. Den engelske arkitekten John Smeaton uppförde 1759 en fyr vid Engelska kanalen, Eddystone, som hade ett fundament av betong och användandet av betong blev snabbt spridd i Storbritannien. 1796 lanserades Parker cement eller Romancement gjord på lerhaltig kalksten från Northfleet i Kent i England. Denna cementtyp fick stor betydelse och användes bland annat vid byggandet av West India Docks i London. Två andra stora byggnationer som där parkercementen användes är tunneln under Themsen i London som uppfördes 1825-1828 och återuppbyggnaden av Parlamentshuset i London år 1834 efter en ödeläggande brand.

1824 fick engelsmannen Joseph Aspdin patent på en ny typ av cement som fick namnet Portlandcement och som hade bättre egenskaper. Aspdins medarbetare Isaac Charles Johnson vidareutvecklade denna cement så att den var mera snabbreagerande. 1871 byggdes den första svenska cementfabriken, i Lomma, för framställning av Johnsons moderna Portlandcement. Redan 1834 hade dock fabrikören Carl Gustaf Rydin i Borås börjat bygga hus med väggar av kalkbruk.

Vattencementtal

Vattencementtalet, vct, är kvoten av mängden vatten i kg och mängden cement i kg.

$vct=vatten/cement\$

Ofta anges också ekvivalent vattencementtal där man utöver cement också tar hänsyn till ingående tillsatsmaterial, exempelvis silikastoft eller flygaska. Ingående tillsatsmaterial kan ha olika effektivitetsfaktor.

$vctekv=vatten/(cement+k*s+k*FA)$

där s och FA är mängden silikastoft respektive flygaska i kilo och k är deras effektivitetsfaktorer (anges i SS 137003 samt SS-EN 206-1).

Ibland anges också betongens vattenpulvertal vilket är förhållandet mellan mängden vatten och mängden pulver (material med partikelstorlek under 0,125 mm.)

$vpt=vatten/(cement+filler+s)$

där s kan vara mängden silikastoft, slagg eller annat pulvermaterial. Observera att man i beräkningen av vpt inte tar hänsyn till någon effektivitetsfaktor.

Se även

• Betongelement
• Formvirke
• Cement
• Lättbetong
• Lättklinkerbetong
• Tungbetong
• Sprutbetong
• Svenska betongföreningen

Källor

Tryckta källor

• Sven Olof Ahlberg (2012). Bevara Betongen. Stockholm: Svensk Byggtjänst. ISBN 978-91-7333-491-4 
• Björn Gillberg m.fl. (1999). Betong och miljö. Fakta från Betongforum. Stockholm: Svensk Byggtjänst. ISBN 91-7332-906-1 

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Betong.
  Bilder & media
• Vad är betong