Steinsteypa

Úr Wikipediu, frjálsa alfræðiritinu
Stökkva á: flakk, leita
Járnabinding lögð í steinsteypu.

Steinsteypa er byggingarefni sem samanstendur af sementi, grjóti (oft möl, kalksteini eða graníti), sandi, vatni og öðrum fylliefnum. Steinsteypa harðnar eftir blöndun við vatn. Vatn hefur áhrif á sement þannig að önnur efni límast saman. Þá myndast efni sem svipar til bergs. Steinsteypa er notuð í gangstéttir, húsgrunna, vegi og hraðbrautir, brýr, bílastæði, veggi og undirstöður fyrir grindverk, hlið og stangir.

Steinsteypa er mest notaða byggingarefni í heimi.[1] Frá og með 2006 eru um 7,5 rúmkílómetrar steinsteypu gerðir árlega, það er yfir einn rúmmetra á hvern jarðarbúa.[2] Í Bandaríkjunum á steinsteypumarkaður 35 milljarða bandaríkjadala á hverju ári. Samtals eru meira en 89.000 km af steinsteyptri hraðbraut í Bandaríkjunum. Járnbent steinsteypa og forspennt steinsteypa eru helstu steinsteyputegundir í notkun.

Saga[breyta]

Hvolfþak Panþeons, enn þá stærsta hvolfþak í heimi úr steinsteypu.

Rómverjar fundu upp rómverska steinsteypu (Opus caementicium á latnesku) og gerðu hana úr kalki, ösku og vikri. Hún var víðnotuð í rómverskum byggingum en upphaf hennar markaði tímamót í sögu byggingarlistar og eyddi þeim takmörkunum sem notkun steina og múrsteina setti. Notkun steinsteypu opnaði dyr fyrir nýjar og byltingarkenndar hannanir og gerði kleift að byggja í áður óþekktum lögunum og stærri stærðum.[3]

Nýlegar rannsóknir hafa komst að því að Opus caementicium er eins sterk og nútímaleg steinsteypa í þrýstiþoli, en nútímaleg járnbent steinsteypa er sterkari hvað togþol varðar.[4] Rómverjar notuðu ekki steinsteypu eins og hún er notuð í dag, til dæmis var hún lögð í lög með höndunum og ekki helt út í mót.

Vegna notkunar steinsteypu í Rómaveldinu eru margar rómverskar byggingar enn standandi í dag. Caracalla-almenningsbaðhúsið í Róm er gott dæmi um langlífi steinsteypu, sem gerði Rómverjum kleift að reisa þessa byggingu og aðrar af svipuðu tagi um allt Rómaveldi. Margar rómverskar vatnsveitubrýr og umferðarbrýr voru gerðar úr steinsteypu og þá klæddar með múrsteinum. Rómverjarnir notuðu þessa aðferð til að reisa mannvirki eins og Panþeon, sem er með hvolfþak úr steinsteypu.

Steinsteypuleyndarmálið var týnt í 13 aldir þar til 1756, þegar breski verkfræðingurinn John Smeaton notaði vökvakalk (e. hydraulic lime) í steinsteypu, með smásteinum og múrsteinum í duftformi sem fylliefnin. Portland-sement var notað í steinsteypu í fyrsta sinn um 1840. Hins vegar hafa fundist merki um notkun steinsteypu í byggingu Canal du Midi í Frakklandi, sem er síki byggt árið 1670.[5]

Í seinni tíð hefur notkun endurunninna efna í steinsteypu notið síaukinna vinsælda vegna lagasetninga um umhverfið sem eru að verða æ strangari. Helst þessara efna er svifaska (e. fly ash) sem er aukaafurð kolaknúinna virkjana. Notkun svifösku hefur stór áhrif á umhverfið með því að minnka landfyllingar. Þar að auki þarf ekki að framleiða eins mikið sement þar sem svifaska getur verið notuð sem staðgengill þess.

Bætiefni hafa verið notuð í steinsteypu frá tímum Rómverja og Egypta þegar uppgötvaðist að hægt væri að nota ösku úr eldfjöllum til að fastsetja sement neðansjávar. Á svipaðan hátt vissu Rómverjar að það að bæta hrosshárum við steinsteypu gerir hana ómóttækilega fyrir sprungum, og að bæta blóði við gerir hana frostþolna.[6]

Nú á dögum hafa verið gerðar tilraunir til að bæta steinsteypu með því að bæta öðrum efnum við, til dæmis til þess að auka styrk hennar eða gefa henni leiðandi eiginleika.

Samsetning[breyta]

Blanda af sementi og sandi.

Til eru margar tegundir steinsteypu sem eru búnar til með því að breyta hlutföllum innihalda.

Sement[breyta]

Portland-sement er algengasta tegund af sementi í notkun. Það er notað í steinsteypu, múrblöndu og pússningu. John Aspdin, enskur verkfræðingur, fékk einkaleyfi á Portland-sementi árið 1824; það heitir svo vegna þess hve það líkist Portland-steini á litinn. Steinn þessi er grafinn upp úr grjótnámu á Portlandey við England, og er víðnotuð í byggingum í London. Hann samanstendur af blöndu af kalsín-, kísil- og áloxíði. Portland-sement og önnur lík efni eru búin til með því að hita kalkstein (uppsprettu kalsíns) og leir, mala þessa blöndu (sem heitir harður múrsteinn) og loks að blanda henni með súlfati, oftast gifsi. Framleiðsla Portland-sements stendur fyrir um það bil 5% þess koltvísýrings sem mannkyn gefur frá sér.[7]

Vatn[breyta]

Þegar sementi og vatni er blandað saman myndast klístur. Þetta klístur límir saman grjót í blöndunni, fyllir bil á milli þeirra og gerir sementinu kleift að flæða á auðveldan hátt. Sé lítið vatn í blöndunni verður steinsteypan sterkari og endingarbetri. Hærra hlutfall vatns gerir steinsteypuna meira fljótandi. Ef vatnið sem notað er í blönduna er óhreint, getur steinsteypan átt erfitt með að harðna og orðið veikbyggð.

Efnahvarf sem gerist í steinsteypu er svona:

Ca3SiO5 + H2O → (CaO)•(SiO2)•(H2O)(gel) + Ca(OH)2

Fylliefni[breyta]

Helstu fylliefni í steinsteypu eru grjót af mismunandi kornastærðum. Mest notuðu fylliefnin eru sandur og malaður steinn. Nú á dögum má nota endurunnin fylliefni (úr uppbyggingu eða eyðileggingu) í bland við hefðbundin fylliefni. Einnig eru til framleidd fylliefni eins og sori og botnaska úr málmbræðsluofnum.

Ef ætlast er til þess að steinsteypan verði til sýnis er stundum bætt við hana skrautefnum eins og kvarsíti, lítlum steinum eða möluðu gleri.

Styrking[breyta]

Steinsteypa hefur hátt þrýstiþol af því að fylliefnin geta borið þrýstinginn. Hins vegar er togþol steinsteypu veilt, af því að sementið sem skorðar fylliefnin getur brostið með þrýstingi. Járnbent steinsteypa er sterkari en venjuleg steinsteypa vegna járnabindingar sem ber teygjanlegar þyngdir.

Tengt efni[breyta]

Heimildir[breyta]

  1. The Skeptical Environmentalist: Measuring the Real State of the World, af Bjørn Lomborg, bls. 138.
  2. „Minerals commodity summary - cement - 2007“. United States Geographic Service, skoðað þann 16. janúar 2008.
  3. Lynne Lancaster. Concrete Vaulted Construction in Imperial Rome. Innovations in Context. Cambridge University Press, 2005.
  4. Henry Cowan: The Masterbuilders, New York 1977, bls. 56, ISBN 978-0-471-02740-9
  5. „The Politics of Rediscovery in the History of Science: Tacit Knowledge of Concrete before its Discovery“, skoðað þann 22. desember 2009.
  6. „Brief history of concrete“, skoðað þann 22. desember 2009.
  7. Fountain, Henry. „Concrete Is Remixed With Environment in Mind“, The New York Times, 30. mars 2009, skoðað þann 30. mars.