Lapszámok

Cikksorozatunkban folytatjuk annak az izgalmas építőanyagnak a történetét, amely mára a legfontosabb építőanyaggá, egyben a földön a víz után a legnagyobb mennyiségben használt anyaggá vált. A római kort követően áttekintettük a középkor történetét, eljutottunk a beton legújabb kori felfedezéséig, majd egy népcsoport, a nabateusok miatt visszatértünk a római kort megelőző időszakra. Megnéztük a mai korszerű vasbetonok kialakulásának folyamatát, majd áttekintettük, hogy hogyan alakultak ki a mai értelemben vett korszerű beton- és vasbeton szerkezetek. Az előző két részben időben egy kicsit ismét visszakanyarodtunk a cement kedvéért és megnéztük, hogyan terjedt el a portlandcement Európában, Észak-Amerikában, Törökországban és Ázsiában, ahol Kínával külön is foglalkoztunk.

Most azt fogjuk megvizsgálni, hogy milyen eszközöket, gépeket és berendezéseket használtak a beton előállítása közben, és ezek miként fejlődtek az idők során.

Először is nézzük meg, hogy kezdetben miként, milyen eszközökkel keverték meg a betont!
A betont hagyományosan cement, adalékanyag (homokos kavics = sóder) és víz keverékéből állították elő. Az adalékanyag megfelelő mennyiségének meghatározásához egykor ún. köbözőládát (1 m x 1 m alapoldalú) használtak. Az egy keverékhez szükséges adalékanyag mennyiségét általában egy zsák (50 kg) cementhez igazították, és a köbözőládában függőlegesen mérték cm-ben. A keverést kézzel, vagyis lapáttal végezték, de nem közvetlenül a talajon, hanem valamilyen szilárd anyagból kialakított keverőlemezen. Először az adalékanyagot mérték ki, majd a halom közepén lapáttal mélyedést készítettek, és ebbe töltötték a cementet. Szárazon keverték össze az anyagokat legalább háromszori átlapátolással, amíg a keverék teljesen egyszínűvé nem vált. Ezt követte a víz hozzáadása rózsás öntözőkannából, miközben a keveréket kétszer újból átlapátolták. Ha jó betont akartak készíteni, akkor földnedves vagy kissé képlékeny keveréket készítettek.

A földnedves konzisztenciájú beton megfelelő bedolgozása hagyományos, kézi eszközökkel nehéz fizikai munkát igényelt. A megkevert betont szintén kézi munkával, talicskákkal szállították az előre elkészített fa zsaluzatokba. A beöntött beton tömörítését Magyarországon még a XX. század első felében is kézi döngöléssel végezték, de a rétegek vastagsága legfeljebb 15–30 cm lehetett. Minél kisebb volt a rétegvastagság, annál jobb volt a tömörítés hatása. Döngölni csak földnedves és kissé képlékeny betont lehet. Ha a szükségesnél több víz volt a keverékben, akkor a döngölés hatására a beton hullámosan mozgott, és nem tömörödött megfelelően. Klösz György fotóművész jóvoltából ezeket a munkálatokat megtekinthetjük a Budapest Anno c. könyvben, ahol a földalatti vasút építése látható Budapesten, az Andrássy úton 1894-ben.

Milyen eszközökkel próbálták könnyíteni a betonkeverés fáradságos munkáját?
Ismereteink szerint az amerikai Frank B. Gilbert volt az első, aki létrehozott egy olyan berendezést, ami már könnyebbé tette ezt a nehéz fizikai munkát. Ő egy építőipari cégnél dolgozott Bostonban. 27 éves volt, amikor 1895-ben elhatározta: saját céget alapít New Yorkban a betontechnológiai berendezések fejlesztésére. Az első általa megalkotott berendezés egy ún. szabadesésű keverő volt, amelyet Gilbert keverőnek nevezett el, és 1908-ban szabadalmaztatott. A „Gilbert mixer” összekeverte az anyagokat, miközben azok lecsúsztak egy csúszdán. Az acél csapok és terelők fokozták a keverő hatást. A vizet félúton adták hozzá a lecsúszó anyagokhoz. A kész betonkeveréket azután kézi erővel, talicskákkal szállították el.

A szintén amerikai Frederik L. Ransome mérnök, építész és építőipari vállalkozó a betonkeverők fejlesztésére összpontosított az Egyesült Államokban. Büszke volt arra, hogy építkezéseit az új fejlesztésű építőgépekkel hatékonyabban tudták megvalósítani. Képzeljük el azt az általa létrehozott korai betonüzemet, amelyet az építési területekre szállított készbeton elkészítésére használtak. A kavicsot és a homokot egy magasított emelvényen csillékben vitték a csúszdákhoz. A beöntött anyagokhoz szintén felülről kézi erővel adták hozzá a cementet, amely hordókban volt odakészítve. Az anyagok egy lejtésben mozgó hengerben elhelyezett szállítószalagra érkeztek, amelyet gőzgép hajtott meg. A vizet – feltehetőleg – a már szárazon megkevert anyagokhoz félúton adták hozzá. A henger végén kiérkező megkevert betont lóvontatású kordékon szállították el.

Milyen problémákkal szembesültek a beton építéshelyre történő szállításánál?
Ma már a betont gyárakban, gépi berendezésekkel keverik meg, speciális mixerkocsikkal szállítják a helyszínre, betonszivattyúk segítségével juttatják a zsaluzatba és vibrátorokkal tömörítik. E mai gépi berendezések kialakulásához azonban hosszú út vezetett. Manapság a készbeton a minőség és a költséghatékonyság szinonimája az építkezéseken, de ezt ebben a formában alig több mint 100 éve használják. Egy George Deacon nevű angol szennyvízmérnök nevéhez fűződik az a mondás, amit állítólag már 1872-ben lejegyeztek: „Kétségtelen, hogy nagy előnyt jelentene, ha a betont vagy habarcsot készre keverve szállítanánk az építkezésekre.” Ennek gyakorlati megvalósítása azonban a német Robert Guthman nevéhez fűződik, aki már 1875-ben létrehozta ezt a lóvontatású berendezést, amely mésszel vagy cementtel kevert homokot vitt az építkezésekre. A helyszínen ezután a rakományokat vízzel összekeverve habarcsot vagy betont készítettek. Újabb 20 évnek kellett azonban eltelnie ahhoz, hogy valóban sikeres betonkeverő üzemek működjenek, és rutinszerűen alkalmazzák a transzportbetont.

Ismereteink szerint a transzportbetont először a hamburgi Jürgen Heinrich Magens építész és építőmester használta. Már korán felismerte, hogy a szállított betonnál a megtett út során nagyon fontos a minőség megtartása. Építőipari cégével számos kísérletet tett arra, hogy a lehető leghosszabb ideig kitolja a friss beton kötési idejét, annak érdekében, hogy az minőségromlás nélkül élje túl a nagy szállítási távolságokat. Több ötlete is volt, amelyeket 1903 és 1907 között sorra szabadalmaztatott. Ezek közül az első, hogy a betont fagyponthoz közeli hőmérsékleten kell tartani. Nem sokkal ezt követően jött rá arra, hogy ugyanezt a hatást érheti el, ha az adalékanyagot hidegen tárolják. Végül világossá vált számára, hogy a friss beton kötését szállítás közben a folyamatos keverés is késlelteti. Ezzel egy időben különösen az USA-ban ismerték fel az építési helyszínekre szánt, előre megkevert beton előnyeit. A Schilling Corporation és még sokan mások valószínűleg az elsők, akik 1912-től széles körben alkalmazták ezt a gyakorlatot. Az első motoros teherautó éppen ebben az időben jelent meg a piacon, így az 1920-as években kezdték el használni az első transzportbeton-szállító járműveket.

Milyen gépi berendezések tették lehetővé a beton szállítását?
A beton nagy tömegű építőanyag, ráadásul a keverést követő képlékeny állapotban romlandó is, hiszen amikor belekeverik a vizet, már elkezdődik a kötés hosszú folyamata. A kötési folyamat nagyon sok tényezőtől függ. Ilyenek például a cement fajtája és mennyisége, az ún. víz-cement tényező (víz és cement aránya), az egyéb ásványi vagy pigmentanyagok jelenléte, a keverék és a levegő hőmérséklete stb. Általánosságban azt mondhatjuk, hogy a betont a víz hozzáadása után két és fél–három órával – hacsak nem használunk kötéskésleltető adalékszert – már nem szabad bolygatni, tehát addigra be kell dolgozni a zsaluzatba. Az áruk szállításának gépesítését a gőzgép feltalálása forradalmasította. Az első, gőzzel működő szerkezetet Hérón, egy alexandriai görög készítette, amely Hérón labdája néven ismert az i. e. 1. századból, ezt azonban csak játékként használták. Az első, iparilag használt gőzgépeket Thomas Savery 1698-ban és Thomas Newcomen 1712-ben tervezte. Végül 1769-ben James Watt szabadalmaztatta a később is használt megoldásokat gőzgépén. 1802-ben William Symington készítette el az első, gyakorlatilag is használható gőzhajtású csónakot, majd először 1807-ben Robert Fulton használta fel sikeresen Watt gőzgépét hajó hajtására.

A gőzgépek meglehetősen súlyos berendezések voltak. A legelső tehergépjármű a világ első működőképes gőzautója volt, melyet Nicolas-Joseph Cugnot épített 1771- ben. A járművet ágyúk vontatására szerette volna használni a francia hadseregnél, de az elején lévő, meghajtásához szükséges gőzüst miatt az orrnehéz jármű irányíthatatlannak bizonyult. Az igazi áttörést a belső égésű motorok feltalálása jelentette. 1896- ban Gottlieb Daimler, a Daimler AG alapítója, Stuttgartban megépítette az első belső égésű motorral szerelt teherautót „Phönix” néven. Ennek a terhelhetősége 1,5 tonna volt; 2 hengeres, 4 ütemű, 1,6 literes motorral volt felszerelve. 16 LE-s teljesítményével 16 km/hás sebességre volt képes. Ezzel létrejött a beton szállításának lehetősége is. A közúti teherszállításnak további lendületet adott a dízelmotor feltalálása. A dízelmotor belső égésű motor, amelynek működési elvét a német Rudolf Diesel szabadalmaztatta 1893-ban. A dízelmotorok azért tudtak főképp a teherszállításban előretörni, mert a benzinmotorokhoz képest alacsonyabb a fajlagos fogyasztásuk. Áruszállítás esetén pedig igen fontos tényező a szállítási költség.

Említést kell tennünk még ezen a helyen a villanymotorról is, hiszen napjainkban már gyakorlattá vált az elektromos hajtású gépkocsik használata. Az elektromos energia mechanikus energiává való átalakítását Michael Faraday angol tudós mutatta be 1821-ben. Az első villanymotort Jedlik Ányos készítette 1825-ben, a gyakorlatban is alkalmazhatóvá pedig Werner Siemens német fizikus tette. Ma a betonkeverőink meghajtása – legyen az egyszerűbb ún. „kőműves keverő” vagy transzportbeton-üzemi keverő – mind villanymotorral működik. A gőzgépek ma már szinte mindenhol kimentek a divatból, a vasúti közlekedés is csak nosztalgiavonatoknál használja. A belső égésű motorok még erősen tartják magukat, teherszállításnál főként a dízelmotorokat használják. A villanymotorok előnyét azok egyszerűsége jelenti, azonban az elektromos áram hozzáférése telepített hálózatot igényel. Ez könnyen megoldható egy telepített transzportbeton-üzemben. Ez a magyarázata annak, hogy keverőink meghajtása ma kizárólag villanymotorral történik.

Átnézve a betonkészítés legfontosabb berendezéseit, megállapíthatjuk, hogy azok közül a keverés és a szállítás gépesítése jelentette a legfontosabb előrelépést. Ma már ezekkel sikerült kiváltani a nehéz fizikai munkát, a betont emberi kéz érintése nélkül tudjuk megkeverni és az építkezés helyszínére szállítani. Természetesen szükséges volt még nagyon sok kisebb fejlesztés is, hiszen elég csak megemlíteni a vibrátoros tömörítést, amely kiváltotta a kézi tömörítést, vagy a minőség biztosításának és ellenőrzésének témakörét, amelyhez nagyon sok eszköz, műszer és berendezés tartozik.

Felhasznált irodalom:
Balázs, Gy.: Beton és vasbeton I. – Alapismeretek története. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1994.
Asztalos, I.: Kutatás-fejlesztés és innováció a betoniparban. Beton 2006. december, 3–7. oldalak
Mesterházi, L.: Budapest Anno... Corvina Kiadó, 1979. Fotó: Klösz Gy.
Rainer Nobis: Illustrated History of Cement and Concrete – The Exciting Development of two Outstanding Building Materials. ZVD Kurt Döringer GmbH & Co. KG, Heidelberg, 2021.
Kausay, T.: Fiatal beton szilárdulási folyamata. 1. rész: Nurse-Saul-féle modell, Papadakis-Bresson-féle modell. Beton 2010. december, 5–8. oldalak
Wikipedia: Gőzgép. https://hu.wikipedia.org/wiki/G%C5%91zg%C3%A9p, 2022. május 15.
Wikipedia: A tehergépkocsi története. https://hu.wikipedia.org/wiki/Teherg%C3%A9pkocsi#A_teherg%C3%A9pkocsi_t%C3%B6rt%C3%A9nete 2021. július 18.
Wikipedia: Dízelmotor. https://hu.wikipedia.org/wiki/D%C3%ADzelmotor 2021. november 19.
Wikipedia: Villanymotor. https://hu.wikipedia.org/wiki/ Villany motor#T%C3%B6rt%C3%A9nete 2022. március 25.

(fotók: hu.123rf.com és Klösz György)