A szálerősítésű beton 

A beton közismerten rideg anyag, és minél nagyobb szilárdságú, annál ridegebb. Felmerült a gondolat, hogy a beton tulajdonságait szálerősítéssel javítsák. Legrégibb szálerősítésű cementkötésű anyag az azbesztcement, amelyet kb. 8 évtizeden át sikerrel alkalmaztak.
A szálerősítésű betonok elterjedt angol rövidítése FRC (Fiber Reinforced Concrete). A szál anyagát e rövidítés előtt tüntetjük fel, s így kapjuk például az acélszál-erősítésű beton (SFRC, S = steel), a polipropilén szál erősítésű beton (PPFRC), az üvegszál-erősítésű beton (GFRC, G = glass) vagy a szénszál-erősítésű beton (CFRC, C = carbon) megnevezéseket. Acélszálak esetén hazánkban forgalomban voltak még az acélhaj beton és az acélrost beton kifejezések is. A szálak befogadó anyagát ágyazóanyagnak (angolul: matrix) nevezzük. Az ágyazóanyag esetünkben beton (illetve esztrich vagy habarcs). A száltartalom megadja a szálak térfogatát, illetve tömegét a szálerősítésű beton egységnyi térfogatára vonatkoztatva, s ezek egymásban könnyen átszámíthatók a szál térfogatsúlyának figyelembevételével. Például 1 V% acélszál 78,5 kg/m3-nek felel meg. A V% használata ked­ve­zőbb az acél, illetve a műanyag és egyéb szá­lak vizsgálati eredményeinek összehasonlításakor, mint a térfogategységre vonatkoztatott tömeg. A szálhossznak (ℓ) határt szab részben a keverhetőség, részben a szál kihasználhatósága. A túl rövid szálak kihúzódhatnak, a túl hosszú szálak jelentős része nincs kihasználva. A szálak mentén ébredő kapcsolati feszültség fordítottan arányos a szálhosszal. A kritikus hossz adja meg azt a szálhosszat, amely éppen elegendő a szál folyási határának eléréséhez. Ennél rövidebb szálak kihúzódása várható, hosszabbak esetén azok szakadása. A szálak egyik fő geometriai jellemzője a szálkarcsúság (ℓ/Ø), amelyet a szálhossz és a szálátmérő arányával fejezünk ki. Acélszálak karcsúsága az 50–100 tartományba esik. A műanyag szálak kis átmérője miatt karcsúságuk ettől eltérő lehet [1].

Alkalmazott szálak

A szálerősítésű betonhoz elsősorban acél-, műanyag (polipropilén-, polietilén-, nejlon-, akril-), valamint korábban üveg-, azbeszt-, újabban pedig szén- és aramidszálakat használnak. A szálak tér­fogatsúlya, rugalmassági modulusa, húzószilárdsága és szakadó nyúlása jelentősen eltérő, és így elsődleges felhasználási körük is eltérő lehet.
A szálak alakjának megválasztása a szálak tapadását vagy lehorgonyzó képességét hivatott segíteni. Az egyenes acél­szálak mellett ezért megjelentek hullámos, kampós végű, rovátkolt vagy bordázott felületű szálak is. A műanyag szálak simák, hullámosak vagy egymással hálószerűen összekapcsoltak lehetnek. A szén- és aramidszálak sima felületűek és egyenesek [1]. Az acélszálak különböző kialakításai az 1. ábrán láthatók.

Általánosságban elmondható, hogy a szálerősítésű betonok tulajdonságainak nagy része függ a szálak betonhoz való tapadásától. A szálak tapadását nagymértékben növelhetjük a szál alakjának változtatásával.
Az 1. ábrán jól látható, hogy a különböző kísérletek, gyártási lehetőségek alapján milyen geometriai kialakítású acélszálakat készítenek. Hazánkban a kivitelezésben gyakran alkalmaznak kampós végű acélszálat, mely nagymértékben elősegíti a szálak tapadását.

Műanyag szálak

A műszálak elsődleges szerepe a friss betonban a repedésképződés megakadályo­zása. Itt elsősorban a friss betonban kialakuló, ún. korai repedésekről van szó, melyek a beton bedolgozását követő ~2–20 órában jönnek létre. Ismeretes, hogy a friss betonban megjelenő korai repedések kialakulásának az az oka, hogy a cement szilárdulása, hidratációja során belső feszültségek jönnek létre, melyek meghaladják a beton korai időszakában még kicsi húzószilárdságát. A betonban a cementkőhöz már korán jól tapadó szálszerkezet alkalmas e repedések kialakulásának meggátlására. Mivel azonban az alkalmazott műszálak rugalmassági modulusa a megszilárdult betonéhoz viszonyítva kicsi, így hatásukat csak addig képesek hatékonyan kifejteni, míg a habarcs szilárdulási folyamata során azt el nem éri.
A műanyag szálak jelentősen befolyásolják a konzisztenciát. Azonos, de szálerősítés nélküli betonkonzisztencia eléréséhez többletvízre van szükség. Ennek káros következményei is lehetnek, emiatt általában indokolt folyósítószer vagy képlékenyítőszer alkalmazása.
A szálak hatására a friss beton lassabban adja fel a vizet. Ennek következménye a kevesebb kapilláris pórus, melynek közvetve szilárdságnövelő hatása is van. A mű­­anyag szálak hozzáadásával akár 90%-kal is csökkenhet a friss beton kivérzése.
Friss betonhoz kevert szálak növelik a keverék tixotrópiáját. Függőleges vagy fej feletti szerkezet javítása esetén nagymértékben csökkentik a visszahullást.
Ellentétben az acélszálakkal, a műanyag szálak adagolásával nem kell növelni a cementpép mennyiségét, így nem alakul ki több pórus, zárvány.
A szálak repedésgátló hatásuk miatt csökkentik a habarcs zsugorodását. Különösen fontos a szálak e tulajdonsága javítóhabarcsoknál, mivel a friss habarcsot olyan betonfelületre hordják fel, melynek a zsugorodása vagy annak nagy része már végbement, így alakváltozása a habarcséhoz viszonyítva elhanyagolható.
A műanyag szálak használata a tűzállóság szempontjából kedvező. A hő hatására ugyanis a szálak kiolvadnak a beton felületéből, teret adva a betonban lévő víz távozásának, ezzel kisebb lesz a feszítőhatás a betonban [2].

Acélszálak

Ellentétben a műanyag szálakkal, az acélszálak nem befolyásolják számottevően a friss habarcs tulajdonságait, viszont adagolási mennyiségük függvényében jelentősen befolyásolhatják a megszilárdult beton mechanikai jellemzőit. Az acélszál rugalmassági modulusa és szilárdsága akár a tízszeresét is eléri a betonénak. Ezzel magyarázható az acélszálak megszilárdult betonban kifejtett repedéskorlátozó hatása [2].
Az acélszálak a beton nyomószilárdságára, húzószilárdságára és szívósságára gyakorolt hatását a későbbiekben részletesen ismertetem. A 2. ábrán jól látszik, hogy a szálak (az ábra esetében: acélszálak) alakjától nagymértékben függ a teherbírás. Egyenes acélszál esetén a húzóerő közel lineárisan növekszik a szál megcsúszásáig, majd visszaesik, és csekély mértékben csökken a kihúzódás (relatív elmozdulás) növekedtével. Hullámos, bordás vagy kampós végű szálak tapadási szilárdsága az egyenes acélszál tapadási szilárdságának 3-4-szeresét is eléri, s így a kihúzódáshoz szükséges energia is közel ilyen arányban növekszik.

A szálak véletlenszerű eloszlása miatt ismernünk kell a szálra ható húzóerő és a szál tengelye által bezárt szög hatását [1].
Tartóssági szempontból az acélszálak korróziója a felületi, karbonátosodott rétegre korlátozódik. Mangat, Molloy és Gurasamy kísérleti eredményei szerint a kloridionok behatolása nem befolyásolja a szálak korrózióját [1].
A felülethez közeli acélszálak korróziója miatt a korrodált acélszálak elszíneződést okozhatnak a beton felületén (lásd a Hungária körúti villamospálya 1980-as években a felüljáróra épített szakasza).