Prirodni kompoziti

Što su kompoziti?

Kompoziti su materijali sastavljeni od dvaju ili više elemenata koji se međusobno poboljšavaju. Važno za naglasiti je da kompoziti nisu kemijski spojevi elemenata, homogene smjese(idealna mješavina materijala) ili otopine. Svaki kompozit sastoji se od dva glavna materijala:

• polimerna matrica(faza matrice) - osnovni materijal

• armatura(faza ojačavala) - materijal za ojačavanje; vlakna, kuglaste čestice i kuglice

Prirodni kompoziti

• drvo - drvo je građeno od celuloznih vlakana koja rastu unutar lignina(matrica izrađena od organskih polimera na bazi ugljika)

• kost - kolagena vlakna pojačavaju matricu hidroksiapatita(kristalni mineral na bazi kalcijeva fosfata)

• cigla - slama kao vlakno koje pojačava blato ili glinu

• beton - cement kao vezivno sredstvo za najčešće šljunak i pijesak

Beton

Beton je građevni materijal dobiven stvrdnjivanjem smjese nekog veziva (npr. cementa), agregata (npr. pijeska, šljunka) i vode. Poznat je bio već u antici. Rimski arhitekt Vitruvije spominje ga u djelu O graditeljstvu (oko 25. pr. Kr.). Betona ima više vrsta, a najčešće se klasificira prema gustoći gotove smjese (uglavnom od 0,3 do 2,5 t/m³) ili prema vrsti veziva. Najčešće je u upotrebi beton s cementnim vezivom. To je mješavina cementa, agregata i vode. Za 1 m³ betona gustoće 2,2 do 2,5 t/m³ potrebno je 150 do 400 kg cementa, 1700 do 2100 kg agregata i 120 do 220 L vode. 

J. Aspdin je 1824. pronašao hidraulično vezivo kojemu je dao ime portland-cement, a cement u današnjem smislu pronašao je 1844. I. C. Johnson. 

Velika je prednost betona što se u svježem stanju lako i po volji može oblikovati i taj oblik trajno zadržati nakon stvrdnjivanja. Odlikuje se i velikom tlačnom čvrstoćom (10 do 60 N/mm²), ali mu je vlačna čvrstoća mnogo manja (iznosi 1/11 do 1/8 tlačne). Manja vlačna čvrstoća nadoknađuje se ojačavanjem betona u području vlačnih naprezanja čeličnom armaturom (armirani beton). Čvrstoća betona označuje se klasom (markom) betona. To je srednja vrijednost tlačne čvrstoće betona starog 28 dana, mjerena na kocki sa stranicama duljine 20 cm. Iako dosta dobro odolijeva atmosferilijama, beton je zbog bazičnog sastava cementa neotporan prema kiselinama. Već nakon nekoliko sati beton otvrdne, nakon tjedan dana postiže 70% iznosa predviđene čvrstoće, a nakon 4 tjedna praktički punu predviđenu čvrstoću. Beton izrađen od specijalne vrste cementa može se opteretiti već nakon 1 do 3 dana. Čvrstoća se cementnih betona povećava još godinama nakon što su izrađeni. Za vrijeme početnog skrućivanja beton treba biti vlažan, što se pri visokim temperaturama postiže stalnim kvašenjem svježe betonske površine. Skupljanje nakon stvrdnjivanja može se smanjiti primjenom specijalnih vrsta cementa, koje, dok je beton svjež, uzrokuju prividno širenje betonske mase i tako znatno ublažuju skupljanje. 

ARMIRANI BETON

Armirani beton kompozitni je materijal dobiven sprezanjem betona i armature. Budući da beton može preuzeti samo malena vlačna naprezanja, u većinu konstruktivnih elemenata, u kojima se obično javljaju takva naprezanja, umeće se čelična armatura koja ih u potpunosti preuzima, a beton ostaje opterećen samo tlačnim naprezanjima, koja izvrsno podnosi. Čelik steže beton i pospješuje njegovu otpornost na vlačnu silu, a beton štiti čelik od hrđe i propadanja.

Armaturu danas uglavnom čine čelične žice, glatke ili rebraste šipke te mreže s kvadratnim ili pravokutnim otvorima. Armaturni je čelik mekan, čvrstoće 360 do 520 N/mm², a promjer mu je najčešće 5 do 32 mm. Precizno proračunata armatura polaže se prije betoniranja na točno određena mjesta u budućem betonskom elementu te međusobno povezuje, nerijetko tvoreći zamršene spletove 

 Kako bi se postigla kasnija dobra sprega betona i čelika, kod betoniranja se nastoji postići što potpunija obavijenost armature betonom. Zahvaljujući gotovo jednakom koeficijentu toplinskog rastezanja betona i čelika, veza između betona i armature ne slabi ni pri većim promjenama temperature. Radi zaštite od vanjskih agresivnih tvari i sprječavanja korozije, čelične šipke trebaju biti prekrivene betonom debljine 1,5 do 5 cm.