Co to jest beton komórkowy?
Beton komórkowy jest lekkim i ciepłym materiałem budowlanym, który ma jednocześnie dobrą wytrzymałość. Jego cechą charakterystyczna jest jednorodność właściwości. W obiektach budowlanych w zależności od potrzeb pełni on rolę konstrukcyjną, izolacyjną, lub izolacyjno-konstrukcyjną.
Jego rola izolacyjno-konstrukcyjna jest szeroko wykorzystywana w budynkach jednorodzinnych. Beton komórkowy produkowany jest głównie z surowców krzemianowych, wapieni (wapno, cement) wody oraz środka porotwórczego- aluminium. W procesie produkcji aluminium wchodząc w reakcję ze składnikami masy zarobowej powoduje wydzielanie się wodoru, który uchodząc z masy powoduje jej wyrastanie spulchniając ją (podobnie jak drożdże w cieście). W efekcie w masie betonu wytwarza się tysiące porów, czyli komórek z „uwięzionych” w nim powietrzem (bo właśnie powietrze zajmuje miejsce uchodzącego wodoru). Zawarte w komórkach powietrze zapewnia wyjątkowo dobrą izolacyjność termiczną. Im więcej porów zawiera beton, tym jest lżejszy i cieplejszy.
Po odpowiednim stwardnieniu masy betonu dzieli się ją (kroi) na żądane elementy, a następnie poddaje procesowi autoklawizacji czyli obróbce cieplnej (podobnie jak ciasto w piekarniku). Właśnie dzięki procesowi autoklawizacji beton komórkowy uzyskuje odpowiednią wytrzymałość i inne korzystne właściwości.
Wspólną cechą wszystkich wyrobów z betonu komórkowego jest to, że spełniając wymagania techniczne zapewnia przyjemny mikroklimat mieszkania.
Właściwości betonu komórkowego
Beton komórkowy jest atrakcyjnym, lekkim materiałem budowlanym łączącym w sobie cechy materiału termoizolacyjnego i konstrukcyjnego. Ogólnym dążeniem w technice jest uzyskanie materiałów możliwie najlżejszych przy możliwie najwyższej wytrzymałości.
Według opinii użytkowników i producentów w betonie komórkowym znaleziono rozsądny kompromis między lekkością a wytrzymałością przy korzystnej izolacji termicznej. Budowane powszechnie obiekty z tego materiału, a głównie budynki mieszkalne, we wszystkich krajach europejskich, a także na innych kontynentach, to domy ciepłe, zdrowe i stosunkowo niedrogie, w których tradycja harmonijnie splata się z nowoczesnością. Wytwórnie betonów komórkowych podlegają ścisłemu nadzorowi wewnętrznemu jak i zewnętrznemu, jakość sprawdzana jest zarówno przez własne laboratoria jak i zewnętrzne jednostki badawcze. W Polsce badania te prowadzą głównie CEBET, ITB oraz Politechniki, Instytuty Naukowe.
Z betonu komórkowego można wykonać każdy rodzaj ścian (zewnętrznych i wewnętrznych, konstrukcyjnych i działowych). Nie bez powodu stał się on jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów do budowy ścian. Materiał ten zdał również egzamin podczas powodzi w Polsce (bardzo dobrze odsychał po zalaniu).
Znaczenie poszczególnych właściwości betonu komórkowego zależy od jego przeznaczenia. I tak np. w betonie konstrukcyjnym najważniejszą cechą jest wytrzymałość na ściskanie, w betonach izolacyjnych – izolacyjność cieplna zależna od jego porowatości i w konsekwencji od gęstości.
W betonach izolacyjno-konstrukcyjnych wyważona musi być wytrzymałość na ściskanie i gęstość.
Gęstość
Gęstość wyraża stosunek masy betonu komórkowego do objętości, jaką zajmuje, łącznie z porami. Jest to niezmiernie istotna cecha betonu, gdyż od niej w decydującym stopniu zależą jego pozostałe parametry. Podwyższeniu gęstości towarzyszy zwykle wzrost wytrzymałości. Natomiast im gęstość mniejsza tym, izolacyjność cieplna jest większa (materiał jest cieplejszy). W prosty sposób można to wytłumaczyć następująco: im mniejsza masa (ciężar) betonu, tym więcej znajduje się w nim porów i tym mniej szkieletu betonowego. Zamknięte w porach powietrze jest wspaniałym izolatorem (lepszym może być tylko próżnia).
Aktualna Norma Europejska, PN-EN 771-4:2011 wprowadzona jako Norma Polska, dla elementów murowych z autoklawizowanego betonu komórkowego podaje, że gęstość betonu komórkowego w stanie suchym mieści się w zakresie od 300 do 1000 kg/m³.
Badania elementów murowych wykazują że w kraju produkowany jest głównie beton komórkowy klas gęstości od 300 do 750 kg/m³.
Wytrzymałość na ściskanie
Wytrzymałość na ściskanie zależna jest od gęstości betonu oraz stopnia zawilgocenia. W zależności od wytrzymałości na ściskanie produkowane są betony komórkowe różnych klas wytrzymałości. Stosownie do wymagań aktualnej normy europejskiej PN-EN 771-4:2011 Wymagania dotyczące elementów murowych – Część 4: Elementy murowe z autoklawizowanego betonu komórkowego. wprowadzonej jako Norma Polska najniższa deklarowana przez producenta wytrzymałość na ściskanie powinna wynosić 1,5 MPa przy wilgotności betonu (6±2)% masy – (jest to stan naturalnego zawilgocenia muru w jakim pracuje beton).
Wilgotność betonu komórkowego ma istotny wpływ na wartość wytrzymałości. Badania wykazały, że wytrzymałość ABK oznaczona wg obecnie obowiązującej metodyki (przy zawilgoceniu (6±2) %) jest z reguły 20% mniejsza od wytrzymałości określonej na próbkach w stanie suchym, zgodnie z poprzednią normą.
Stabilność produkcji w wytwórniach autoklawizowanych betonów komórkowych sprawia, iż producenci deklarują wyroby w Kategorii I. Dla przypomnienia Czytelnikom – do Kategorii I zalicza się elementy murowe, których producent deklaruje, że prawdopodobieństwo wystąpienia wytrzymałości na ściskanie mniejszej od wytrzymałości zadeklarowanej jest nie większe niż 5 %.
Badania krajowe betonów komórkowych wykazują, że wytrzymałość betonów kształtuje się w zależności od gęstości od 1,5 MPa do 8 MPa. Z reguły im niższa gęstość, tym wytrzymałość betonu komórkowego niższa.
Zakres wytrzymałości na ściskanie betonu komórkowego pozwala realizować w bezpieczny sposób konstrukcje ścian nośnych w różnego rodzaju budynkach o zróżnicowanej konstrukcji i przeznaczeniu (również budynków wielokondygnacyjnych).
Izolacyjność cieplna (właściwości cieplne)
ABK charakteryzuje się najkorzystniejszą izolacyjnością cieplną spośród materiałów konstrukcyjnych stosowanych do wznoszenia ścian zewnętrznych.
Miarą izolacyjności cieplnej jest współczynnik przewodzenia ciepła λ zależny od gęstości, porowatości, wilgotności i składu surowcowego betonu.
Współczynnik λ określa ile ciepła przenika (ucieka) przez ścianę o powierzchni jednego metra kwadratowego w ciągu sekundy w momencie gdy różnica temperatury pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną stroną ściany wynosi 10oC. W budownictwie dąży się do jak największego zmniejszenia tego parametru, gdyż charakteryzuje on termoizolacyjność ściany. Czym mniejsza wartość współczynnika λ tym ściana cieplejsza i będzie w stanie utrzymać ciepło wewnątrz pomieszczenia.
Norma PN-EN ISO 10456 wprowadza dwie wartości współczynników przewodzenia ciepła materiałów – λD i λU:
Na podstawie przeprowadzonych badań producenci deklarują wartości cieplne swojego betonu komórkowego (λD wartość deklarowana odpowiadająca warunkom laboratoryjnym lub λU wartość obliczeniowa odpowiadająca warunkom stosowania materiałów budowlanych, służąca projektowaniu).
Badania wykazują, że wartość λD kształtuje się od 0,075 dla klas gęstości 300 do 0,185 W/m·K dla klas gęstości 750. Wartość obliczeniową λu współczynnika przewodzenia ciepła uzyskuje się poprzez konwersję wartości deklarowanej uzyskanej w warunkach laboratoryjnych (w CEBET badania te prowadzi się w temperaturze 10 °C, w stanie suchym) do warunków eksploatacyjnych (10 °C i wilgotność eksploatacyjna – zwykle jest to 4 % przy betonie piaskowym i 5 % przy betonie popiołowym).
Po przeprowadzeniu konwersji λD (deklarowanego) z uwagi na wilgotność i uzyskaniu wartości λU (obliczeniowego), stosowanie betonów komórkowych klas gęstości 350, 450, 500, a nawet 550 umożliwia wykonanie ciepłych jednowarstwowych ścian zewnętrznych (o grubościach od 36 do 42 cm) o współczynnikach przenikania ciepła U w granicach 0,19-0,30 W/(m2·K), a więc spełniających wymagania podane w warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2002 nr 75, poz. 690 wraz z późniejszymi zmianami).
Odporność ogniowa
Beton komórkowy jest materiałem niepalnym o wysokiej klasie odporności ogniowej, daje bezpieczeństwo przed rozprzestrzenianiem się ognia co jest szczególnie ważne przy zagęszczonym budownictwie.
Badania odporności ogniowej ścian z ABK przeprowadzone w Zakładzie Badań Ogniowych ITB przy współpracy CEBET wykazały, że ściany murowane z ABK pod względem odporności ogniowej spełniają wymagania stawiane materiałom budowlanym dla najwyższej klasy odporności pożarowej budynków – klasa A.
Wilgotność przegród
Autoklawizowany beton komórkowy po zakończeniu procesu autoklawizacji ma wilgotność od 26% do 36% (sporadycznie do 40%).
Szybkość wysychania przegród z ABK zależy od jego gęstości, a czas potrzebny na ustabilizowanie się wilgotności w przegrodach wynosi od 1 roku do 2 lat.
Pierwsze liczby w obu przypadkach dotyczą zwykle betonu komórkowego wyprodukowanego z zastosowaniem piasku, a drugie z zastosowaniem popiołów. Wynika to z większej wilgotności ABK z popiołów lotnych.
Podkreślić należy iż maksymalne odeschnięcie następuje w pierwszych kilku tygodniach (potwierdziły to również badania ścian budynków z ABK zalanych podczas powodzi).
Przy wykonywaniu przegród z ABK zaleca się wstępne jego wysezonowanie.
Przy wilgotności względnej powietrza wewnętrznego od 40 – 60% wilgotność ustabilizowana przegród z betonu komórkowego wynosi zwykle 1,5 – 5% masy, w warunkach bardziej niekorzystnych od 5-6%. Wielkości te zostały potwierdzone przez CEBET badaniami w budynkach, których wiek wynosił 25-35 lat. Okazało się, że wilgotność ścian z betonu komórkowego piaskowego nie przekracza 3% masy i dochodzi do 4,7 % masy w ścianach z betonu popiołowego.
Przy takim zawilgoceniu przegrody z betonu komórkowego charakteryzują się dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi. Uzyskane wartości wilgotności przegród przeczą głoszonym niekiedy opiniom o bardzo dużym zawilgoceniu ścian z ABK.
Odporność na bakterie pleśnie i grzyby
Badania betonu komórkowego na podatność występowania na nim pleśni i bakterii przeprowadzone przy symulacji warunków niekorzystnego, wilgotnego klimatu tropikalnego – tzn. w temperaturze od +25 do +30 °C oraz wilgotności względnej powietrza od 95 do 98 % wykazały, że nawet w takich warunkach beton komórkowy wykazuje całkowitą odporność na bakterie, pleśnie, grzyby. Badanie zachowania się betonu komórkowego po powodzi w Polsce w lipcu 1997 r. wykazały, że zalany w czasie powodzi beton wodą zawierającą różne substancje organiczne i związki chemiczne, a następnie swobodnie wysychający nie jest podatny na rozwój mikroorganizmów (bakterii, grzybów, pleśni). Stwierdzono jedynie występowanie pojedynczych kolonii grzybów. Według opinii ekspertów pojedyncze kolonie grzybów występują praktycznie na każdym rodzaju materiałów budowlanych mających kontakt z atmosferą.
Promieniotwórczość betonu komórkowego (wersja długa)
Jednym z mitów dotyczących betonu komórkowego jest jego rzekomo wysoka promieniotwórczość. Taka opinia jest spowodowana brakiem wiedzy w tym zakresie. Skrótowo zagadnienia promieniotwórczości można ująć następująco:
Wszystko co nas otacza posiada swoją naturalną radioaktywność i promieniuje. Promieniowania jest zjawiskiem naturalnym, a jego szczególnym rodzajem jest promieniowanie jonizujące nazwane tak, bo wywołuje w obojętnych elektrycznie atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych czyli jonizację.
Promieniowanie jonizujące stanowi nieodzowny składnik ekologiczny biosfery ziemskiej, warunkujący prawidłowy rozwój istot żywych.
Z drugiej strony wiadomo, że promieniowanie to wywołuje pewne zmiany chemiczne i biologiczne w komórkach oraz tkankach istot żywych. Dopóki nie są przekroczone określone poziomy promieniowania jonizującego, nie ma powodów do obaw, gdyż organizmy wykazują zdolność do samo-naprawienia niewielkich destrukcji. Z kolei uważa się, że zbyt zaniżone poziomy promieniowania również nie są pożądane, gdyż mogą przyczyniać się do żywiołowego rozwoju chorobotwórczych drobnoustrojów.
Wszystkie materiały budowlane pochodzenia mineralnego zawierają naturalne pierwiastki promieniotwórcze, z których istotne znaczenie ze względu na poziom promieniowania naturalnego tła jonizującego w środowisku mieszkalnym mają: potas K – 40, pierwiastki szeregu uranowo – radowego w tym izotop radu Ra -226 i jego produkt rozpadu – radon Rn -222 oraz szeregu torowego.
Dla zdrowia człowieka niebezpieczne są produkty rozpadu radu. Z rozpadu radu Ra – 226 powstaje gaz radon Rn – 222, który w dalszej kolejności rozpada się samoistnie – groźne są pochodne jego rozpadu – izotopy metali, ołowiu, bizmutu.
Radon i pochodne jego rozpadu, będące źródłem promieniowania alfa, pochodzą głównie z gruntu oraz – w znacznie mniejszym stopniu – z materiałów budowlanych.
Dla zapewnienia odpowiednich warunków higieniczno-zdrowotnych w pomieszczeniach budowlanych wprowadzono w Polsce i w krajach Unii Europejskiej wymagania i zasady kontroli promieniotwórczości naturalnej surowców, materiałów i wyrobów budowlanych oraz stężeń radonu w budynkach.
Podkreślić należy, na podstawie kontroli prowadzonych systematycznie w kraju od 1980 r. m.in. przez COBRPB CEBET, Instytut techniki Budowlanej, Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej (CLOR), że betony komórkowe zarówno piaskowe jak i popiołowe spełniają wymagania w zakresie dopuszczalnych stężeń naturalnych pierwiastków promieniotwórczych. Przy czym wartości stężeń tych pierwiastków są korzystnie bardzo niskie w betonach komórkowych piaskowych, a w betonach komórkowych popiołowych są na poziomie wartości uzyskiwanych dla ceramiki budowlanej, powszechnie uznawanej za materiały „najzdrowsze”.
Podobnie pozytywne dla rozwiązań z zastosowaniem betonu komórkowego okazały się wyniki pomiarów stężeń radonu wewnątrz budynków wykonywanych z betonu komórkowego oraz dla porównania w budynkach z innych materiałów.
Pomiary wykazały, że najwyższy średni poziom radonu (mierzony w Bq/m³) występuje w budownictwie drewnianym. Ponieważ drewno nie jest źródłem radonu, potwierdzają się wyniki badań uzyskane w innych krajach, że nie materiał jest czynnikiem decydującym o podwyższonym stężeniu radonu, lecz grunt, na którym stoi budynek, oraz łatwość infiltracji radonu z gruntu do wnętrza budynku. Budynki drewniane nie mają zwykle tak solidnych fundamentów jak murowane, co sprzyja dyfuzji radonu z podłoża do budynku.
Reasumując
[badlist]
- Wprowadzone w Polsce wymagania i zasady kontroli promieniotwórczości naturalnej surowców i wyrobów budowlanych zapewniają spełnienie wymagań higieniczno – zdrowotnych, zarówno krajowych jak i rekomendowanych przez Radę Unii Europejskiej.
- Betony komórkowe zarówno piaskowe jak i popiołowe są materiałem zdrowym i bezpiecznym z punktu widzenia ochrony radiologicznej.
[/badlist]
Promieniotwórczość naturalna
Wbrew głoszonym niekiedy opiniom, stężenie naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w betonie komórkowym jest podobne, a w wielu przypadkach niższe aniżeli w innych materiałach budowlanych. Stężenia ww. pierwiastków kształtują się w betonie komórkowym popiołowym na poziomie cegły i wyrobów ceramicznych, uważanych w powszechnej opinii za materiały najzdrowsze; w betonie komórkowym piaskowym stężenia te są znacznie niższe. Według prowadzonych od 1980 r. systematycznych badań nie zdarzyło się, aby w betonie komórkowym popiołowym wystąpiło przekroczenie dopuszczalnych wartości współczynników f1 i f2 określających promieniotwórczość naturalną.
Trwałość
Beton komórkowy nie ulega korozji chemicznej ani biologicznej. Poprawnie wyprodukowany i wbudowany jest materiałem o stabilnych właściwościach. Potwierdziły to wieloletnie badania starzeniowe i trwałość budynków z betonu komórkowego wznoszonych w Polsce 60 lat temu.
Korzystnie na trwałość betonu komórkowego wpływa skład fazowy, na który składają się najbardziej trwałe produkty w postaci uwodnionych krzemianów wapnia, takie jak są w zabytkowych budowlach, które przetrwały do dnia dzisiejszego. Trwałość często określana jest jako mrozoodporność. Beton komórkowy jest materiałem odpornym na działanie mrozu i nie ulega destrukcji pod wpływem cyklicznych zamrażań i rozmrażań. Korzystnie na tę właściwość wpływa mikrostruktura (budowa) ABK albowiem pory w ABK nie ulegają całkowitemu nasyceniu wodą, jest miejsce na ewentualną krystalizację lodu.
Jak przykład trwałości ABK niech posłuży zdjęcie wejścia do budynku Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych – Centrum Badań Betonów CEBET (w jego strukturze organizacyjnej jest dawny COBRPB CEBET). Portal tego budynku został wykończony z betonu komórkowego prawie 58 lat temu. Widać, że doskonale w dalszym ciągu wygląda.