Autoklawizowany beton komórkowy – materiał konstrukcyjny o dobrej termoizolacyjności

W artykule:

• Izolacyjność cieplna a materiały konstrukcyjne
• Beton komórkowy – geneza powstania
• Struktura materiału ma znaczenie
• Ekologiczny beton komórkowy
• Z czego wynika bardzo dobra izolacyjność termiczna betonu komórkowego
• Dyfuzyjność betonu komórkowego ma znaczenie
• Wykorzystanie właściwości betonu komórkowego w praktyce
• Newralgiczne miejsca w murze
• Podsumowanie

Izolacyjność cieplna a materiały konstrukcyjne

Najczęściej, jeśli jakiś materiał budowlany jest konstrukcyjny, a więc ma odpowiednią wytrzymałość na ściskanie, to jest słaby pod względem izolacyjności cieplnej. I na odwrót, jeśli materiał ma dobrą izolacyjność cieplną, to nie nadaje się jako materiał konstrukcyjny. W zasadzie takim materiałem, które łączy te przeciwstawne cechy, jest drewno. Średni współczynnik przewodzenia ciepła lambda dla drewna, w poprzek włókien, wynosi około 0,16 W/(m·K). Jest on uzależniony od rodzaju drewna oraz jego wilgotności. Jest też inny w poprzek włókien i inny wzdłuż włókien, co jest związane z niejednorodnością drewna. To obecnie zbyt słaby wynik, by z tego materiału budować ściany budynku bez dodatkowego ocieplenia i spełnić wymagania [3]. Jednak, jeśli chodzi o materiał, który jest w tym kontekście lepszy, to jest to autoklawizowany beton komórkowy (ABK).

Beton komórkowy – geneza powstania

Celowo odwołano się do drewna, ponieważ zapewne nie jest ogólnie znany fakt, że właśnie materiałem, który miał zastąpić w Szwecji na początku XX wieku podstawowy budulec, jakim wówczas było drewno, był właśnie autoklawizowany beton komórkowy (ABK). To właśnie w 1923 r. wynaleziono w Szwecji beton komórkowy. Przed wynalazcami postawiono zadanie wynalezienia materiału budowlanego, który miał być materiałem konstrukcyjnym, łatwym w produkcji, łatwym w obróbce i budowaniu, z którego będzie można budować ciepłe i trwałe budynki oraz który zastąpi ówczesny podstawowy budulec, którego drastycznie ubywało, czyli drewno. Takie były założenia i oczekiwania związane z wynalezieniem betonu komórkowego. Odpowiedzią na to był właśnie autoklawizowany beton komórkowy, który stosuje się już od ponad 100 lat. Od tamtego czasu można stwierdzić, że za wiele się nie zmieniło, bo jest to ten sam beton komórkowy, chociaż technologicznie – w kontekście możliwości produkcyjnych, właściwości użytkowych oraz zastosowania wyrobów – nastąpił ogromny postęp. Beton komórkowy, pomimo że ma już nieco ponad 100 lat, to jest wciąż materiałem nowoczesnym, podążającym za trendami, a nawet je kreującym. Co prawda u podstaw wynalezienia ABK nie było postulatów, by był to materiał ekologiczny oraz dający możliwości kreacji architektonicznej, to jak praktyka pokazuje wpisuje się on również i w te oczekiwania.

Struktura materiału ma znaczenie

Żeby poznać najważniejsze właściwości betonu komórkowego, a więc izolacyjność cieplną oraz wytrzymałość na ściskanie, trzeba zajżeć w jego strukturę. Charakterystyczne dla betonu komórkowego jest to, że jest to materiał o porowatej strukturze. O skali tej porowatości świadczy fakt, że objętość porów powietrza w betonie komórkowym to około 80% objętości materiału. Waha się to nieznacznie i jest związane z gęstością betonu komórkowego, a więc przypisaną gęstości klasą betonu komórkowego [1]. Porowatość ta powoduje, że materiał ma specyficzne właściwości, m.in.: niewielką masę, dobrą izolacyjność termiczną, jest paroprzepuszczalny, łatwy w obróbce. Pomimo dużej porowatości szkielet materiałowy betonu komórkowego jest na tyle mocny, że jest to materiał konstrukcyjny. Elementy murowe z ABK, w zależności od klasy gęstości, uzyskują wytrzymałości na ściskanie od 1,5 do 5 N/mm². Elementy murowe są pełne – bloczki (a nie pustaki). W praktyce to wystarczy, by z ABK wykonywać mury konstrukcyjne w różnych budynkach. Oczywiście również też wypełniające.

***

Ekologiczny beton komórkowy

Beton komórkowy, chociaż nie jest produkowany w miejscu budowy, jest materiałem wysoko ekologicznym, minimalizującym ślad węglowy i nie są to wcale puste slogany. Widać to na każdym etapie, począwszy od pozyskania surowców do produkcji, poprzez łańcuchy dostaw, produkcję, transport na miejsce budowy, budowę, użytkowanie budynków, a skończywszy na rozbiórce, zdeponowaniu odpadów i użyciu ponownie do produkcji elementów murowych z betonu komórkowego. Wpisuje się idealnie w gospodarkę cyrkularną. Są już dostępne świadectwa środowiskowe EPD dla tego materiału i można z nich wyczytać, że materiał ten przy uwzględnieniu całego cyklu życia produktu nie ma sobie równych. Jego ślad węglowy jest najniższy wśród materiałów konstrukcyjnych.

***

Z czego wynika bardzo dobra izolacyjność termiczna betonu komórkowego

Bardzo dobra izolacyjność termiczna betonu komórkowego jest związana właśnie z jego budową. Wysoka porowatość powoduje, że materiał ten jest również materiałem o bardzo dobrej izolacyjności cieplnej. W zależności od klasy gęstości betonu komórkowego, współczynnik przewodzenia ciepła lambda dla bloczków waha się od 0,080 do 0,170 W/(m·K). Elementy murowe z ABK mają jeszcze jedną bardzo istotną cechę – to bloczki, a więc pełne elementy murowe, bez drążeń i otworowania, więc bloczki mają tę samą izolacyjność cieplną w każdym kierunku: w poziomie – na kierunku strona wewnętrzna–strona zewnętrzna muru, na kierunku w bok (czyli po długości muru) i w pionie. W rzeczywistości przepływ strumienia ciepła nie jest jednokierunkowy, więc ma to znaczenie.

W kontekście izolacyjności cieplnej beton komórkowy jest najcieplejszym materiałem wśród materiałów konstrukcyjnych i to nie tylko wśród materiałów murowych. Jak pokazuje RYS. 1, właściwości izolacyjności cieplnej są stale polepszane – uzyskuje się coraz mniejszaą wartość współczynnika lambda.

Dyfuzyjność betonu komórkowego ma znaczenie

W kontekście izolacyjności cieplnej oraz fizyki budowli istotne jest również to, że beton komórkowy jest materiałem o wysokiej dyfuzyjności (współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej wg [2] wynosi 5–10). Ma to znaczenie w kontekście wykonywania ścian jednowarstwowych, czyli bez ocieplenia spełniających wymagania [3] oraz ścian z ociepleniem wełną mineralną. To ma również znaczenie w kontekście zastosowania podczas budowy mokrych technologii. Beton komórkowy ma dzięki temu predyspozycje do szybkiego wysychania. Porowata struktura o dużych porach powoduje, że w betonie komórkowym nie występuje wysokie podciąganie kapilarne, a jeśli beton komórkowy zostanie zalany, to woda grawitacyjnie z niego wypłynie. Te właściwości decydują o tym, że materiał ten wysycha szybciej niż inne materiały o większej gęstości. Ponadto są to bloczki, więc w przypadku zawilgocenia murów podczas budowy lub podczas awarii podczas użytkowania nie ma efektu gromadzenia się wody w ścianie jak to może być w pustakach. Ponadto beton komórkowy ma silny odczyn zasadowy, więc jest odporny na działanie pleśni i innych grzybów, nawet przy zawilgoconych murach nie rozwijają się drobnoustroje.

***

W praktyce na budowach widać, że wilgoć działająca na ABK podczas budowy nie szkodzi temu materiałowi. Jest też wiele dowodów, w tym naukowych na to, że mury z betonu komórkowego szybko wysychają i zachowują swoje właściwości. Wykonano badania budynków wybudowanych z betonu komórkowego zalanych podczas powodzi w 1997 r., z których wynika, że ściany z ABK w tych budynkach szybko wyschły oraz to, że beton komórkowy zachowuje właściwości użytkowe po wyschnięciu. Wilgotność murów z betonu komórkowego w wybudowanych budynkach stabilizuje się na poziomie 2–4% i to uważa się już za stan suchy – wilgotność murów w świeżo wybudowanych budynkach, niezależnie od zastosowanych materiałów, stabilizują po upływie około 3 lat, a w przypadku betonu komórkowego ściany wysychają najszybciej.

***

Wykorzystanie właściwości betonu komórkowego w praktyce

Elementy produkowane z betonu komórkowego to bloczki, płytki, kształtki U, prefabrykowane zbrojone belki nadprożowe. Beton komórkowy wykorzystuje się w różnego rodzaju budynkach. Począwszy od budynków mieszkalnych jednorodzinnych, poprzez budynki komercyjne typu hale, biura itp., skończywszy na budynkach inwentarskich, kurnikach itp. Na te ostatnie zwraca się uwagę, ponieważ kurniki mają o wiele większe zapotrzebowanie na energię niż budynki mieszkalne. Dlatego wskazane jest, żeby kurniki były budynkami ultraenergooszczędnymi, ponieważ technologia chowu wymaga zapewnienia wysokich temperatur. Ponadto muszą to być budynki odporne na działanie wilgoci oraz odporne na uszkodzenia i wdarcie się do budynku gryzoni. Ściany jednowarstwowe z betonu komórkowego królują w tego typu budynkach.

Z betonu komórkowego łatwo można uzyskać ściany, które spełnią aktualne wymagania zawarte w przepisach [3]. Realizuje się ściany jednowarstwowe bez ocieplenia lub ściany z ociepleniem, które nie musi być wcale bardzo grube (TABELA). Najczęściej mury budynków ociepla się metodą ETICS, wykonując ocieplenie murów na całych powierzchniach murów za pomocą styropianu fasadowego lub wełny mineralnej. Miejsca narażone na wilgoć ociepla się polistyrenem ekstrudowanym XPS lub styropianem wodoodpornym. Najczęściej, jeśli nie ma problemów z wilgocią i nie ma wymagań przeciwpożarowych, to ociepla się budynki styropianem. W murach z ociepleniem to głównie warstwa ocieplenia decyduje o właściwościach izolacyjnych murów.

Jeśli chodzi o ściany jednowarstwowe, to ociepla się najsłabsze miejsca, czyli elementy żelbetowe (wieńce, trzpienie żelbetowe). Są one rozwiązywane systemowo przy zastosowaniu płytek z betonu komórkowego lub kształtek U – jako elementów traconego szalunku. W ścianach jednowarstwowych o właściwościach termicznych decyduje materiał konstrukcyjny.

W obu przypadkach, zarówno w ścianach z ociepleniem, jak i ścianach jednowarstwowych, są jednak miejsca, które szczególnie narażone są na powstanie mostków termicznych i które należy prawidłowo zaprojektować i wykonać.

Obecnie stosuje się coraz grubsze warstwy ocieplenia. Na RYS. 2 widać, że przypadku miejsc ocieplonych cienką warstwą ocieplenia znaczenie mają właściwości termoizolacyjne materiału, z którego wykonane są mury. Jeśli chciałoby się uzyskać ściany o lepszym współczynniku przenikania ciepła U, to można ocieplić budynek grubszą warstwę termoizolacji. Na RYS. 2 widać również, że przy dodawaniu coraz grubszych warstw termoizolacji nie ma już znaczącej poprawy współczynnika przenikania ciepła U.

Newralgiczne miejsca w murze

W kontekście betonu komórkowego zwraca się uwagę na to, że wszystkie elementy murowe to elementy pełne, czyli bez drążeń lub otworowania (jak to jest w pustakach). To kolejna duża zaleta, ponieważ izolacyjność cieplna muru z betonu komórkowego jest w każdym kierunku taka sama. Ma to znaczenie np. w narożach budynku, w strefie przyziemia, w miejscach przy otworach okiennych, drzwiowych garażowych, przy krawędziach muru, czyli wszędzie tam, gdzie w murach mogą być mostki termiczne. Jednakowa izolacyjność cieplna betonu komórkowego, a więc newralgicznych miejsc w murze powoduje, że te miejsca są mniej narażone na powstawanie mostków termicznych w porównaniu do innych materiałów.

Takimi newralgicznymi miejscami w ścianach w kontekście izolacyjności termicznej są:

• pierwsza warstwa muru, która jest posadowiona na żelbetowej ścianie fundamentowej lub żelbetowej płycie fundamentowej,
• węgarki, czyli miejsca w przekroju muru w miejscach wstawienia stolarki okiennej lub drzwiowe oraz bram,
• progi,
• nadproża,
• miejsca zamontowania rolokaset i skrzynek na żaluzje,
• ściany szczytowe od góry,
• attyki od góry,
• inne miejsca, w których nie ma możliwości zachowania ciągłości termoizolacji o odpowiedniej grubości.

Jak widać są to miejsca, w których najczęściej nie ma możliwości zastosowania grubej standardowej warstwy ocieplenia. Miejsca te należy odpowiednio zaprojektować i użyć do ich ocieplenia materiałów termoizolacyjnych o lepszych właściwościach termoizolacyjnych niż standardowe materiały. Dlatego w tych miejscach właściwości termoizolacyjne oraz jednorodność materiału konstrukcyjnego mają znaczenie.

Podsumowanie

Beton komórkowy jest jedynym materiałem konstrukcyjnym, który ma również bardzo dobrą izolacyjność cieplną, co nie jest spotykane wśród materiałów konstrukcyjnych. Zastosowanie tego materiału daję tę przewagę, że umożliwia wykonanie jednorodnych murów jednowarstwowych bez ocieplenia, że umożliwia zastosowanie cieńszej niż w przypadku innych materiałów budowlanych konstrukcyjnych warstwy ocieplenia oraz pozwala lepiej rozwiązać newralgiczne miejsca a murach, w których jest niewiele miejsca na termoizolację. W tym kontekście autoklawizowany beton komórkowy jest bezkonkurencyjny i się sprawdza od wielu lat.

Literatura

1. PN-EN 771-4+A1:2015-10, „Wymagania dotyczące elementów murowych – Część 4: Elementy murowe z autoklawizowanego betonu komórkowego”.
2. PN-EN 1745:2020-12, „Mury i wyroby murowe – Metody określania właściwości cieplnych”.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (z późniejszymi zmianami).