BETON KOMÓRKOWY
Wstęp
Dlaczego beton komórkowy?
• Polska w roku 2000 z produkcją ponad 4,5 mln m
3
betonu
komórkowego wysunęła się na pierwsze miejsce w Europie, przed
Niemcami, chociaż jeszcze w 1998 r. minimalnie przegrywaliśmy z
nimi.
Produkcja
betonu
komórkowego
w Polsce w 1991 roku wynosiła 3 mln metrów sześciennych, zaś w
1999 osiągnęła prawie 4,5 mln metrów sześciennych przy spadku
budownictwa
w stosunku do 1991 roku. Największą produkcję betonu komórkowego
niezbrojonego wykonują:
Polska - 4.850,000 m
3
- 32 wytwórnie
Niemcy - 3.800,000 m
3
- 37 wytwórni
Anglia - 2.950,000 m
3
- 10 wytwórni.
•Materiał ten aktualnie oferowany przez przedsiębiorstwa posiada
znacznie lepszą niż jakość oferowany nawet kilka lat wcześniej.
Wynika
to
głównie
z zastosowania w 12 fabrykach nowego węzła krojenia, co umożliwiło
znaczną poprawę zwłaszcza gładkości powierzchni i dokładności
wymiarów (tolerancja od 0,5 mm do 1,0 mm). Można przyjąć że ok.
30% produkcji to wyroby nadające się do klejenia. Elementy te w
murze można łączyć za pomocą cienkiej zaprawy klejowej uzyskując
bardzo gładkie ściany. Do wykonania 1 m
2
potrzeba mało elementów,
ponadto rozprowadzenie zaprawy jest bardzo łatwe. Samą zaprawę
klejową można wymieszać na wznoszonej kondygnacji.
2
•Produkowane są również elementy profilowane (z wpustami i
wypustami oraz kieszeniami montażowymi), pozwalające na łączenie
ich
murze
na
pióro
i wpust, dzięki czemu eliminuje się spoinę pionową.
•Właściwości izolacyjności termicznej betonu komórkowego redukują
potrzebę ogrzewania i chłodzenia zmniejszając tym samym emisję
dwutlenku węgla, często nie jest wymagane stosowanie dodatkowych
materiałów izolacyjnych. Dzięki swojej porowatej strukturze
efektywność termiczna betonu komórkowego jest 2-4 razy wyższa niż
cegły ceramicznej. Beton komórkowy charakteryzuje się także dobrą
izolacyjnością akustyczną
•Beton komórkowy ma najkorzystniejsze własności izolacji termiczne
(0,15 do 0,29 W/mK) przy równoczesnej znacznej wytrzymałości (2,0
do 7,0 MPa) nie osiąganej w innych, równie lekkich materiałach. Ma
porowatość całkowitą rzędu 60 do 80%. Około 20-40% stanowi ciało
stałe otaczające różnej wielkości pory, podobne do gąbki.
•Łatwość obróbki wyrobów z betonu komórkowego pozwala na
dokładne cięcie co minimalizuje powstawanie odpadów i daje niską
pracochłonność.
•Zapotrzebowanie surowców i energii potrzebnej do wytworzenia 1m
3
betonu komórkowego jest niewielkie w porównaniu do innych
materiałów budowlanych. Podczas procesu produkcyjnego nie
powstają żadne gazy toksyczne ani zanieczyszczenie wody; odpady
produkcyjne podlegają całkowitemu recyklingowi. Wykorzystanie do
produkcji popiołów lotnych sprawia, że materiał ten można określić
jako ekologiczny.
3
• Doskonała odporność ogniowa betonu komórkowego zapewnia
największe bezpieczeństwo ogniowe. Ze względu na swój całkowicie
mineralny skład, beton komórkowy jest klasyfikowany jako niepalny
materiał budowlany. Jest on zarówno ognioodporny do temperatury
1200°C oraz, w przeciwieństwie do innych materiałów budowlanych,
żaroodporny.
• Beton komórkowy może więc być stosowany na ściany ogniowe,
zabezpieczające przed rozprzestrzenianiem się ognia a tym samym
chroniąc życie i cenny dobytek. Zasadniczo ściana ogniowa powinna się
utrzymać przez 30-240 minut, natomiast badania wykazały, że ściana
ogniowa z betonu komórkowego o grubości zaledwie 150 mm może
przetrzymać co najmniej 360 minut.
• W warunkach rzeczywistego pożaru ściana ogniowa z betonu
komórkowego przetrzymała w stanie nienaruszonym nawet 120 godzin.
• Wykonywanie zewnętrznych ścian z betonu komórkowego, w
uzupełnieniu do wewnętrznych ścian ogniowych, znacząco wpływa na
bezpieczeństwo ogniowe, ponieważ większość pożarów zaczyna się na
zewnątrz.
• Beton komórkowy to materiał o największej izolacyjności cieplnej wśród
stosowanych do murowania ścian. Paroprzepuszczalność ścian z betonu
komórkowego umożliwia ich oddychanie, zapewniając pomieszczeniach
dobry mikroklimat. Mały ciężar własny ścian z betonu komórkowego
minimalizuje wymiary fundamentów, co oznacza kolejną oszczędność.
• Doświadczenia tureckie w strefie dotkniętej trzęsieniem ziemi dowodzą,
że beton komórkowy najlepiej wytrzymał wstrząsy sejsmiczne. Domy
wybudowane z niego uległy stosunkowo najmniejszym zniszczeniom.
4
Historia betonu komórkowego
Wytwarzanie betonu komórkowego z naturalnych surowców, odpowiednio
spulchnionych w celu uzyskania struktury komórkowej, znane było w końcu
XIX wieku. Najstarsze patenty, pochodzą z 1890 roku (Niemcy), z 1910 roku
(Norwegia), z 1921 roku (Dania), z 1924, 1931 roku (Szwecja). Spulchnianie
betonu komórkowego przez użycie proszku aluminiowego opracowali
Amerykanie Aylsworth i Dyer w 1914 r. Przemysłową produkcję podjęto
najwcześniej w Szwecji, gdzie na początku lat 30-tych XX wieku, chcąc
chronić lasy w królestwie król Szwecji nakazał rozpoczęcie poszukiwania
innych materiałów budowlanych o równie dobrych właściwościach
cieplnych, łatwo obrabialnych, niepalnych i trwałych. Rozwój betonu
komórkowego zapoczątkowała w 1929 roku firma Ytong w Szwecji, a w
1934 r. - firma Siporex, również w Szwecji. W 1943 r. do obu firm dołączyła
firma
Hebel
w Niemczech. Najkorzystniejszy sposób utwardzania betonu komórkowego
za pomocą pary wodnej w autoklawach opracował Szwed Erikson.
W Polsce już w 1949 r. w wytwórni cegły silikatowej w Redzie uruchomiono
pierwszą eksperymentalną produkcję betonu komórkowego. Prapremiera
produkcji tego materiału w Polsce odbyła się 15 lipca 1951 roku.
Produkcja
autoklawizowanego betonu komórkowego w Polsce ma już za sobą przeszło
pięćdziesięcioletnią tradycję. Wybudowano 30 wytwórni o zdolności
produkcyjnej ok. 5 mln m
3
rocznie. Ten rekordowy poziom produkcji
osiągnięto w 1975 r. Wyeksportowano 36 wytwórni o wydajności przeszło
4 mln m
3
(do Czech, Słowacji, dawnego ZSRR, Rumunii, Węgier, Egiptu,
Iraku, Indii i Chin). Opracowano i wdrożono system budownictwa z
elementów zbrojonych z betonu komórkowego (SEG).
5
Najważniejsze fakty z historii betonu komórkowego
Rok Nazwa
technolo
gii
Kraj
Podstawowe
spoiwo
Surowce,
kruszywo
Sposób przygotowania
surowców
191
4
USA
Patent na beton spulchniany przez wodór wydzielający się
wskutek reakcji proszku glinowego z wodorotlenkiem wapniowym
192
3
Szwecja Axel Eriksson przekazuje patent firmie „Skovde Stenhuggeri og
Kalkbruk
192
4
Szwecja Przemysłowa produkcja gazobetonu nieautoklawizowanego
192
9
Szwecja Zastosowanie autoklawizacji przy przemysłowej produkcji betonu
komórkowego. Pierwsza partia autoklawizowanego betonu
komórkowego
192
9
Ytong
Szwecja wapno palone
+ cement lub
żużel
wielkopiecowy
piasek kwarcowy,
piaskowiec,
kwarcyt, popioły
lotne, łupek
palony
w zależności od rodzaju
użytego kruszywa przemiał z
wodą na szlam lub suchy
wspólny przemiał ze spoiwem
194
3
Siporex
Szwecja cement
piasek kwarcowy |
ub piasek
kwarcowy + żużel
wielkopiecowy
przemiał piasku i żużla z wodą
na szlam
Hebel
Niemcy wapno palone
+ cement
piasek kwarcowy przemiał piasku z wodą na
szlam piaskowy
Calsilox Holandi
a
wapno palone
+ cement
piasek kwarcowy wspólny suchy przemiał
składników spoiwowych i
kruszywa
Dansk
Gasbeton
Dania
cement lub
wapno
piasek, popioły
lotne
6
Prace badawcze, normalizacyjne, publikacyjne i wdrożeniowe były i są
prowadzone oraz koordynowane przez Centralny Ośrodek Badawczo-
Rozwojowy Przemysłu Betonów CEBET i Instytut Techniki Budowlanej
ITB w Warszawie. W ostatnich latach znaczny udział w doborze prac
badawczych i normalizacyjnych jest podejmowany z inspiracji i na
zlecenia Stowarzyszenia Producentów Betonów. Beton komórkowy
występuje m.in. pod handlowymi nazwami „Gazobeton", „Unipol”
„Porobeton", „Siporex", „Belix", „Belit", „Termorex", „Ytong". W
Czechach i na Słowacji używa się nazwy porobeton. Angielski skrót
AAC – Autoclaved Aerated Concrete.
Pierwsze wytwórnie w Polsce przygotowane były wyłącznie do produkcji
elementów drobnowymiarowych. W kolejnych wykonywano szeroki
asortyment: od elementów drobnowymiarowych, poprzez średnio-
wymiarowe (dyle ścienne i płyty dachowe o długości do 3 m), aż do
wielkowymiarowych, jak dyle ścienne do 6 m i elementy w postaci
ścian kompletnie wykończonych z konfekcjonowaną stolarką. W latach
80-tych,
w wyniku deficytu materiałów Ściennych, w tym również betonu
komórkowego, powstał rynek producenta, któremu wygodniej było
wytwarzać drobnowymiarowe elementy z betonu komórkowego o
większych gęstościach objętościowych, czyli cięższe.
Po wprowadzeniu jednak ostrych rygorów w zakresie obowiązującego od
1992 r. współczynnika przenikania ciepła dla ścian na poziomie 0,45
W/(m
2
K) w krajowych zakładach betonu komórkowego dokonano wielu
modernizacji, które wpłynęły na poprawę jakości wyrobów (zwłaszcza
dokładności wymiarów) oraz przestawienie produkcji na odmiany
lekkie.
7
Technologia produkcji betonu komórkowego
Wytwarzanie betonu komórkowego w Polsce odbywa się według kilku
technologii. Jest to bez większego znaczenia dla odbiorców, gdyż każda
z technologii zapewnia uzyskiwanie wyrobów o prawidłowych
właściwościach. W Polsce składnikami betonu komórkowego są wyłącznie
krajowe surowce mineralne. Spoiwo stanowią: cement + wapno lub samo
wapno. Kruszywo stanowią: piasek lub mieszanina piasku z popiołem, lub
popiół powstający przy spalaniu węgla w elektrowniach. Środkiem
spulchniającym jest aluminium w postaci rozdrobnionej. Aluminium
wchodząc w reakcję z wodorotlenkiem wapnia, powstającym w wyniku
hydratyzacji wapna lub hydrolizy cementu, powoduje wydzielanie się
wodoru, który uchodząc z masy spulchnia ją i umożliwia powstanie
porów. W spulchnionej masie miejsce wodoru zajmuje powietrze.
Spoiwo, w zależności od technologii, poddawane jest przemiałowi w
młynach kulowo-rurowych z częścią kruszywa. Stosowane jest również
spoiwo bez dodatkowego przemiału. Kruszywo jest mielone w całości lub
w części. Piasek wymaga przemiału w całości. Przemiał w każdym
przypadku uaktywnia składniki, dzięki czemu otrzymuje się beton o
wysokiej jakości.
Po odpowiednim przygotowaniu składników, dokładnym odmierzeniu
i wymieszaniu, płynna masa wylewana jest do form o objętości ca 3 lub
6 m
3
. Masa zajmuje około połowy objętości formy. Później następuje
wyrastanie masy w komorach lub halach o odpowiedniej, stałej
temperaturze. Forma wypełnia się w całości betonem komórkowym.
8
Po wyrośnięciu i związaniu z bloku masy zdejmowany jest nadrost.
W procesie dojrzewania masa staje się na tyle sztywna, że można
zdjąć ściany boczne formy i poddać masę krojeniu. Blok dzielony jest
na żądane wymiary za pomocą krajalnicy, umożliwiającej uzyskanie
prawidłowych kształtów elementów, w tym również profilowanych z
wpustami
i
wypustami,
z zachowaniem minimalnych tolerancji wymiarowych i dużej gładkości
powierzchni.
Dzięki pionowemu ustawieniu krojonego bloku, a co za
tym idzie skróceniu strun, precyzyjnym prowadnicom osiąga się dużą
dokładność.
• Kolejno wykonuje się podgrzewanie wstępne, które następuje w
komorach
o podwyższonej temperaturze. Stopniowe nagrzewanie przed
autoklawizacją zapobiega tworzeniu się naprężeń wewnętrznych
w materiale.
• Pokrojone zestawy bloków kierowane są do autoklawów , gdzie
poddawane zostają utwardzaniu w parze wodnej o ciśnieniu 1,1 -
1,3
MPa
i
temperaturze
180
-
190
o
C.
Dzięki procesowi autoklawizacji beton komórkowy uzyskuje
odpowiednią wytrzymałość, mrozoodporność, trwałość itp.
W Polsce większość fabryk betonu komórkowego, pracuje na
technologii przy użyciu piasku, a jedynie kilka przy stosowaniu
popiołów lotnych, powstających w elektrowniach przy spalaniu
węgla.
9
Przy ustalaniu receptury na beton komórkowy najważniejszą sprawą
jest właściwy dobór składników spoiwa i kruszywa, ich jakość,
proporcje i właściwe wstępne przygotowanie. Mikroporyzacja
tworzywa następuje wskutek wydzielającego się wodoru. Skład i
przygotowanie składników musi zapewnić możliwość właściwego
"wyrośnięcia masy" przed autoklawizacją, czyli zapewnić przebieg
zjawisk fizykochemicznych, w których wyniku powstanie ciało
porowate, na tyle sztywne, że można je pokroić i następnie poddać
autoklawizacji. I w tym etapie jeśli składniki zostały niewłaściwie
dobrane jakość uzyskanego wyroby będzie nie zadawalająca. W
porowatym betonie komórkowym można wyraźnie wyróżnić trzy
grupy porów o różnym promieniu: 1- pory o promieniu 50 do 5
mikrometrów - tzw. makropory, pory powietrzne; 2 - pory o promieniu
5 mikrometrów do 50 nm - tzw mezopory, pory makrokapilarne; 3 -
pory o promieniu mniejszym od 50 nm - tzw mikropory
wewnątrzziarnowe. Rozkład porów może być różny w zależności od
gęstości materiału i sposobu jego przygotowania. Różnice
porowatości, zmiana rozkładu porów i powierzchni właściwej
wpływają zasadniczo na właściwości betonu komórkowego. Najlepiej,
jeżeli proszek aluminium (jedyny znany i skutecznego środek
porotwórczy do produkcji betonu komórkowego) produkowany jest w
tak
zwanej
technologii
ciągłej
(gwarantującej
absolutną
powtarzalność własności produkowanego materiału) i atmosferze
obojętnej (bezpieczeństwo produkcji) oraz mieszany w mieszalniku,
który
zapewnia
homogeniczność
partii
proszku.
10
Cechy betonu komórkowego
• Wytrzymałość na ściskanie zależna jest od gęstości objętościowej
(odmiany), kierunku zgniatania próbek w stosunku do kierunku wyrostu
masy w formie oraz od stopnia zawilgocenia. W zależności od
wytrzymałości na ściskanie produkuje się betony różnych marek; wg
polskich norm są to marki: 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0. Marka to
średnia wytrzymałość na ściskanie w stanie suchym, określona na
kostkach o wym. 100x100x100 mm w kierunku prostopadłym do wyrostu
masy. W normach europejskich, wytrzymałość określa się w stanie
wilgotności
ustabilizowanej
6,2%
w stosunku do masy. Wytrzymałość ta stanowi 0,8 wytrzymałości na
ściskanie w stanie suchym. Wytrzymałość przy wilgotności 6,2%
wprowadzona została do normy na projektowanie konstrukcji murowych
PN-B-03002:1999.
• Odsychanie - szybkość odsychania czyli ustabilizowania się wilgotności
w przegrodach z betonu komórkowego wynosi 1,5-2 lat a przy wyjątkowo
niesprzyjających warunkach 2-3 lat. Przy wilgotności powietrza
wewnętrznego od 40 do 60% wilgotność ustabilizowana przegród z
betonu komórkowego wynosi zwykle 1,5-5% masy (bezpośrednio po
autoklawizacji 22-35%). Wolniej odsycha beton komórkowy popiołowy.
• Odporność na działanie pleśni, bakterii i grzybów - beton
komórkowy mimo swej porowatości jest odporny na działanie pleśni,
bakterii, grzybów. Badania mikrobiologiczne betonu komórkowego
zalanego w czasie powodzi w 1997 r. wykazały, że przy zapewnieniu
odsychania nawet w tak ekstremalnych warunkach jak powódź nie
następuje rozwój mikroorganizmów (bakterii, grzybów, pleśni).
11
• Mrozoodporność - beton komórkowy jest materiałem odpornym
na działanie mrozu, na zagrożenie mrozowe i nie ulega destrukcji
pod wpływem działania cyklicznych zamrażań. Pozytywnie wpływa
na mrozoodporność struktura betonu komórkowego.
• 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 prawie 50 lat temu a na świecie nawet 70
lat temu. Pamiętać jednak należy, że beton komórkowy posiada
specyficzne własności, odbiegające pod wieloma względami od
analogicznych własności betonu kruszywowego z uwagi na
porowatą strukturę, stosowanie autoklawizacji i wrażliwość na
zmiany wilgotności i temperatury otoczenia.
• Zasadowość betonu komórkowego sprawia, że szybko zobojętnia
on środowisko kwaśne wytwarzane przez czynniki biologiczne
(grzyby, pleśnie)
• Korzystne cechy betonu komórkowego sprawiają, że w 2002 roku
miał 40% udziału w polskim rynku materiałów budowlanych.
Document Outline