Betoni – uhka ja mahdollisuus

Betoni on maailman yleisin rakennusmateriaali. Sitä valmistetaan vuosittain yli 10 miljardia kuutiometriä. Jos tästä määrästä rakentaisi 8 metriä halkaisijaltaan olevan pilarin, se ylettyisi Maasta kuuhun. Lähes kaikki rakennukset perustetaan betonirakenteiden päälle ja valtaosa kerrostaloista rakennetaan betonirunkoisena. Infrarakentaminen olisi käytännössä mahdotonta ilman betonia. Voidaan siis todeta, että betoni on käytännössä korvaamaton materiaali. On totta, että betonin valmistus on suuri ympäristökuorma. Mutta koska betonin käyttö on välttämätöntä, siitä on syytä jalostaa ympäristöystävällisempää.

Maailman käytetyin materiaali on vesi. Seuraavaksi käytetyin betoni. Tämä komponenttimateriaali koostuu yksinkertaisimmillaan sementistä, vedestä ja runkoaineena toimivista eri raekokoisista kivistä.

Sementin valmistuksen tiedetään olevan ympäristölle erittäin kuormittavaa, ja noin 8 % maapallon vuotuisista kasvihuonepäästöistä syntyy sementin valmistuksesta. Sementin lisäksi myös runkoaines aiheuttaa ongelmia. Hiekan tarve yhteiskunnan kehittämiseen ja ylläpitämiseen on suurempi, kuin sen saatavuus. Tämä on johtanut rikolliseen toimintaan, josta Denis Delestrac on tehnyt silmiä avaavan dokumenttielokuvan Sand Wars. Vesikään ei ole täysin ongelmaton komponentti betonin valmistuksessa. Vuosittain 9 % osuus teollisuuden vedentarpeesta kohdistuu betoniin. Kaikesta veden tarpeesta tämä on   1,7 %. Etenkin kasvavilla ja kehittyvillä alueilla veden tarve betonin valmistuksessa tulee kasvamaan dramaattisesti ja aiheuttamaan ongelmia. Näitä epäkohtia täytyy selättää pala kerrallaan, sillä betoni on kaikesta huolimatta lyömätön materiaali!

Betoni – mahdollisuuksien materiaali

Betoni yksinään kestää hyvin puristuksen aiheuttamia kuormia, mutta taivutuskuormitusta verrattain huonosti. Lujuuden parantamiseksi ranskalainen puutarhuri Joseph Monier keksi vahvistaa betonisia kukkaruukkuja rautaverkolla vuonna 1849. Vuonna 1853 Pariisiin rakennettiin nelikerroksinen talo, jossa käytettiin raudalla vahvistettua betonia. Rautaa sitkeämpi teräs päätyi betonin vahvistukseksi muutamaa vuosikymmentä myöhemmin, kun saksalainen rakennusinsinööri kehitti teräsbetonin. Haaste taivutuslujuuden puutteessa selätetty!

Vahvistettu betoni on monikäyttöinen komposiitti ja yksi nykyrakentamisen käytetyimmistä materiaaleista. Se koostuu erilaisista materiaaleista, joilla on hyvin erilaisia, toisiaan täydentäviä ominaisuuksia. Vahvistetun betonin osalta komponenttimateriaalit ovat yleisimmin betoni ja teräs. Materiaaleilla on sama lämpölaajenemiskerroin, ja betoni toimii alkalisena aineena teräksen korroosiosuojana. Nämä kaksi materiaalia muodostavat vahvan siteen toisiinsa ja pystyvät vastustamaan erilaisia rakenteeseen kohdistuvia voimia. Terästankojen lisäksi betonia voi vahvistaa erilaisilla kuiduilla. Betonin valmistuksen yhteydessä massaan voidaan sekoittaa mm. teräs-, polypropeeni- tai lasikuituja.

Vaikka betonin vahvistaminen on vielä melko tuore menetelmä, on kestäviä betonirakenteita tehty jo muinaisina aikoina. Kreikkalaisessa Tirynsin palatsissa on valettu betonilattia jo 1400 eaa., Mayojen rakentamassa kaupungissa Uxmalissa on käytetty betonia yli 800 vuotta ennen ajanlaskun alkua ja maailman suurin raudoittamattomasta betonista rakennettu kupoli Pantheonissa Roomassa on rakennettu 20-luvulla.