Izolacyjność cieplna betonu komórkowego

Mówi się, że potrzeba jest matką wynalazków. Nie wszyscy jednak wiedzą, że dotyczy ono również betonu komórkowego. W obliczu kryzysu energetycznego w 1924 r. i wyczerpujących się zasobów drewna pojawiła się bowiem potrzeba wynalezienia materiału, który zastąpiłby dotychczasowy budulec. Wobec nowego materiału budowlanego sformułowano konkretne wymagania: miał mieć cechy najbardziej zbliżone do drewna, a więc być dobrze obrabialny, pełnić funkcję nośną oraz być dobrym izolatorem ciepła.

Opisane właściwości raczej się znoszą, a nawet wykluczają. Zdolność przewodzenia ciepła związana jest bowiem z masą objętościową oraz strukturą materiału. Materiały cięższe lepiej przewodzą ciepło. Wyroby, które są dobrymi izolatorami ciepła, nie mają z kolei cech materiału nośnego, i na odwrót. Dlatego też wynalezienie betonu komórkowego spełniającego postawione wymagania było nie lada wyczynem.

W rzeczywistości pomysł na ten budulec pojawił się już wcześniej. Pierwsze patenty zarejestrowano w Niemczech w 1890 r., a technologie jego produkcji, a także sposoby budowania z  tego materiału ciągle ewoluują i dynamicznie się rozwijają. Beton komórkowy popularny jest na wszystkich zamieszkanych kontynentach. Produkowane w Polsce ilości betonu komórkowego są mniejsze wyłącznie od ilości wytwarzanych w Chinach. Produkty oraz rozwiązania polskich producentów niczym nie ustępują produktom międzynarodowych koncernów. A zatem wkład polskich producentów betonu komórkowego w rozwój tego materiału i technologii budowania jest znaczący.

Udział betonu komórkowego w rynku w Polsce jest znaczny (rys. 1), co świadczy o dużej popularności tego materiału oraz zaufaniu, jakim się cieszy wśród klientów.

Skład betonu komórkowego

Beton komórkowy produkowany jest z surowców naturalnych, które występują w naturze: piasku, wody, wapienia, niewielkiej ilości cementu. Niezbędny w procesie produkcji jest również proszek aluminiowy lub pasta aluminiowa, które są środkiem porotwórczym. Składniki te wchodzą w reakcję podczas produkcji i powodują powstanie w betonie komórkowym porów powietrza.

Należy w tym miejscu wspomnieć o tzw. szarym betonie komórkowym, do którego podczas produkcji dodawany jest popiół lotny – odpad powstający w wyniku spalania np. węgla kamiennego w elektrowni. Beton komórkowy z dodatkiem popiołu lotnego nie jest produkowany w Polsce na wielką skalę, podczas gdy np. w Wielkiej Brytanii w większości wytwarza się beton szary. 

Izolacyjność cieplna – podstawowe pojęcia

Parametrem opisującym materiał jest współczynnik przewodności cieplnej λ. Jest to ilość strumienia ciepła, która w warunkach ustalonych przepływa przez 1 m² powierzchni jednolitej warstwy danego materiału o grubości 1 m przy różnicy temperatur na obu powierzchniach warstwy równej 1 K. Im ten współczynnik ma mniejszą wartość, tym materiał jest lepszym izolatorem ciepła.

Innym parametrem charakteryzującym przegrodę pod względem izolacyjności cieplnej jest współczynnik przenikania ciepła U. Określa on ilość ustalonego strumienia ciepła przepływającego przez 1 m² powierzchni przegrody rozdzielającej dwa ośrodki przy różnicy temperatur obu ośrodków wynoszącej 1 K. Im mniejsza wartość tego współczynnika, tym przegroda lepiej izoluje cieplnie.

Ponieważ izolacyjność cieplna materiału związana jest z jego gęstością, jest to też najważniejszy parametr betonu komórkowego. Gęstość objętościowa wyraża stosunek masy betonu komórkowego do objętości materiału łącznie z porami. W zależności od zakresu gęstości materiału elementy klasyfikuje się do odpowiednich klas gęstości. Klasa betonu komórkowego określa maksymalną gęstość objętościową.

W normie PN-EN 771-4 – „Wymagania dotyczące elementów murowych. Elementy murowe z autoklawizowanego betonu komórkowego” ujętych zostało 15 klas, od 300 do 1000 ze stopniowaniem co 50 (tabela). Z klas wynikają takie parametry, jak izolacyjność cieplna, klasa wytrzymałości i inne.

Właściwości izolacyjności cieplnej betonu komórkowego

Jak wspomniano wcześniej, beton komórkowy jest jedynym materiałem, z którego można wykonywać elementy nośne budynku przy zachowaniu bardzo dobrych parametrów izolacyjności cieplnej. Wiadomo, że obie te cechy nie idą ze sobą w parze – wysoka wytrzymałość na ściskanie zazwyczaj pociąga za sobą obniżenie izolacyjności cieplnej, i na odwrót.

Aby poznać sekret dobrej izolacyjności cieplnej tego materiału, należy przyjrzeć się jego strukturze. Jeśli przyjrzymy się bloczkowi z betonu komórkowego, zauważymy od razu, że to materiał tworzy jednorodną porowatą strukturę. Szkielet materiałowy otoczony jest regularnymi porami powietrza (fot. 1).

W przypadku betonu odmiany 400 można śmiało stwierdzić, że ok. 80% betonu komórkowego to powietrze. Wiadomo, że powietrze jest bardzo dobrym izolatorem ciepła (najlepszym izolatorem jest próżnia), a zatem to mikropory i zawarte w nich powietrze stanowią o znakomitej izolacyjności cieplnej betonu komórkowego. Zatem im mniejsza gęstość objętościowa betonu komórkowego, tym lepsze parametry izolacyjności cieplnej (rys. 2).

Jak już wspomniano, zdolność przewodzenia ciepła uzależniona jest od czynników związanych z materiałem. Do czynników zewnętrznych natomiast wpływających na izolacyjność cieplną należą stopień zawilgocenia materiału oraz, w mniejszym stopniu, temperatura materiału i kierunek przewodzenia.

W przypadku betonu komórkowego kierunek przewodzenia nie ma znaczenia, ponieważ beton komórkowy jest materiałem jednorodnym. Otoczenie szkieletu materiałowego jest we wszystkich kierunkach takie samo (fot. 2). Oznacza to m.in., że i przewodność cieplna jest we wszystkich kierunkach jednakowa.

Czynnikiem zewnętrznym, który ma wpływ na właściwości izolacyjności cieplnej betonu komórkowego, jest wilgotność materiału. Ponieważ woda dobrze przewodzi ciepło, zawilgocenie wpływa na pogorszenie parametrów izolacyjności cieplnej. Nie jest to jednak problem, ponieważ beton komórkowy bardzo dobrze oddaje wilgoć.

Praktyczne wykorzystanie parametrów izolacyjności cieplnej

Niska masa, bardzo dobra izolacyjność cieplna oraz dobra wytrzymałość betonu komórkowego pozwalają budować przegrody, które pełnią funkcję nośną i zarazem izolacyjną. Od dawna budowane są jednowarstwowe ściany zewnętrzne. Warunkiem jest murowanie na cienką spoinę lub na zaprawie ciepłochronnej. Ponieważ zaprawa ciepłochronna jest droższa od zaprawy cienkowarstwowej, a elementy z betonu komórkowego produkowane są z dużą dokładnością (±1 mm na wysokości bloczka oraz ±1,5 mm na szerokości i długości), w praktyce najczęściej muruje się te elementy na cienką spoinę.

Do budowy ścian zewnętrznych jednowarstwowych używa się bloczków o grubościach od 36 cm do 42 cm i klasie gęstości 400. W pierwszym przypadku uzyskuje się współczynnik przenikania ciepła U = 0,27 W/(m²·K) oraz U = 0,23 W/(m²·K) (dla ściany z bloczków o grubości 42 cm). Są to parametry dla przegród w budynkach energooszczędnych. Tak wznoszone budynki są energooszczędne nie tylko podczas eksploatacji, lecz także podczas budowania.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!