Wykorzystanie styrobetonu w ścianach budynków niskoenergochłonnych

W artykule zaprojektowano i przebadano cztery rodzaje styrobetonu, różniące się zawartością granulatu styropianowego (TAB. 1).

Do wykonania styrobetonu zastosowano następujące materiały:

• cement I 42,5R: 350 kg, gęstość objętościowa: 3,1 Mg/cm³;
• popiół lotny: 150 kg, gęstość objętościowa: 2,0 Mg/cm³,
• styropian: 5,8-9,0 kg, gęstość objętościowa: 0,0162 Mg/cm³,
• woda: 140 dm³.

Przekroje próbek czterech rodzajów styrobetonu przedstawiono na FOT. 1-4.

Współczynniki przewodzenia ciepła zaprojektowanych rodzajów styrobetonu oraz wytrzymałości na ściskanie pomierzone na próbkach sześciennych 150×150×150 według normy PN-EN 12390-3:2011+AC:2012 podano w TAB. 2.

Ponadto zbadano konsystencję mieszanek styrobetonu według normy PN-EN 12350-2. Zostały one zakwalifikowane do klasy S4. Przy takim opadzie stożka mieszanki zachowywały najlepsze parametry pod względem urabialności w stosunku do lepkości, dzięki temu granulat styropianowy nie wypływał na wierzch pod czas wibrowania, co zapewniało jednorodność mieszankom (FOT. 1-4).

Współczynniki przenikania ciepła oraz koszty ścian z warstwą konstrukcyjną ze styrobetonu oraz innych materiałów

Rozpatrzono 21 różnych ścian warstwowych z warstwą konstrukcyjną ze styropianu i różnej grubości izolacji oraz dla porównania 9 ścian z innych materiałów. Współczynniki przenikania ciepła tych ścian obliczono zgodnie z normą [1], a koszt 1 m² tych przegród na podstawie informacji o cenach materiałów budowlanych IMB Sekocenbud z IV kwartału 2015 r. oraz z biuletynu cen robót budowlanych BRB Sekocenbud z IV kwartału 2015 r.

Ceny składników wykorzystywanych do produkcji 1 m³ betonu są cenami własnymi z wytwórni. Ceny obejmowały koszty materiałów, robocizny i sprzętu. Współczynniki przenikania ciepła tych ścian oraz koszty 1 m² tych przegród zestawiono w TAB. 3.

Wybór optymalnej ściany

Optymalną ścianę z 30 rozpatrywanych wybrano na podstawie dwóch kryteriów:

• minimum współczynnika przenikania ciepła,
• minimum kosztu 1 m² ściany [2].

Jako rozwiązanie preferowane przyjęto rozwiązanie leżące najbliżej punktu idealnego na wykresie obejmującym wszystkie rozpatrywane ściany w układzie współrzędnych U/U_max i K/K_max.

Bezwymiarowe wartości współczynników przenikania ciepła i kosztu 1 m² ściany zestawiono w TAB. 4 i pokazano na RYS. 1.

Punkt idealny ma współrzędne: 0,15 i 0,55. Najbliższy jemu punkt preferowany ma współrzędne 0,22 i 0,57. Odpowiada mu ściana ze styropianu o 45% i 55% piasku grubości warstwy konstrukcyjnej 0,25 m ocieplona warstwą styropianu o grubości 0,20 m. Współczynnik przenikania ciepła tej przegrody wynosi 0,16 W/(m²·K), a koszt 1 m² - 223,55 zł.

Wnioski

Na FOT. 1-4 widać, że zaprojektowane rodzaje styrobetonu są materiałami dostatecznie jednorodnymi. Wytrzymałość na ściskanie we wszystkich przypadkach była wystarczająca do przenoszenia obciążenia w budownictwie jednorodzinnym. Współczynniki przewodzenia ciepła wynosi od 0,412 do 0,735 W/(m·K), w zależności od zawartości granulatu styropianowego.

Ściany grubości 25 cm są najbardziej ekonomiczne i po ociepleniu współczynniki przenikania ciepła wahają się pomiędzy 0,15-0,3 W/(m²·K). To oznacza, że każda ze ścian wykonana ze styrobetonu o różnej zawartości granulatu, spełnia dotychczasowe rozporządzenie ministra infrastruktury U  ≤  0,3 W/(m²·K).

Ściany grubości 37 cm ze styrobetonu są droższe, ale po ociepleniu spełniają dotychczasowe rozporządzenie, a z grubością styropianu 15 cm wszystkie spełniają przyszłe wymagania bardziej rygorystyczne U  ≤  0,2 W/(m²·K).

Ściany ocieplone styropianem grubości 18 i 20 cm spełniają wymagania nowego rozporządzenia o mniejszym współczynniku przenikania U  ≤  0,2 W/(m²·K).

Współczynniki przenikania ciepła wahają się między 0,15, a 0,18 W/(m²·K). Grubość całej przegrody nie przekracza 47,5 cm.

Cena styrobetonu w porównaniu do najpopularniejszych materiałów do budowy przegród budynków jednorodzinnych, jak beton komórkowy i pustaki ceramiczne, jest niższa o 31-46 zł/m² od pustaków ceramicznych i o 5-20 zł/m² od bloczków z betonu komórkowego. Bloczki z keramzytobetonu są droższe średnio o 120 zł/m². Izolacyjność jak i grubość przegród jest porównywalna, jednak czas wykonania jednej przegrody z pustaków lub bloczków wyniesie około 25 roboczogodzin, a w przypadku styrobetonu około 6 godzin. W czasie wiązania betonu, co trwa dobę, można wykonywać inne pracę na budowie.

Trzeba też pamiętać, że dzięki dużej ilość spoiwa i zastosowaniu specjalnych środków antyadhezyjnych, polepszających odpowietrzenie mieszanki betonowej w szalunku, możliwe jest uzyskanie ściany bez porów powietrznych (beton architektoniczny). Dlatego tak wykonana ściana może stać się częścią aranżacji wnętrza budynku, taki efekt w dzisiejszej architekturze jest niezwykle popularny i pożądany.

Współczynnik przenikania ciepła ściany optymalnej wynosi 0,16 W/(m2·K), a koszt 1 m2 - 223,55 zł. Ściana ta spełnia wymagania, które będą obowiązywały po 2020 r.

Literatura

1. PN-EN ISDO 6946, "Kompozyty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".
2. W. Marks, S. Owczarek (red.), "Optymalizacja wielokryterialna budynków energooszczędnych", Studia z Zakresu Inżynierii nr 46, Warszawa 1999.
3. Z. Jamroży, "Beton j jego technologie", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 nr 75, poz. 690).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!