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.