Systemy realizacji obiektów z betonu komórkowego
SyStem Building and Realization fRom the autoclaved aeRated concRete
Streszczenie
W referacie zaprezentowano walory autoklawizowanego betonu komórkowego (ABK) i komfort budowania z tego materiału. Przedstawiono stosowane w kraju, głównie dla potrzeb budownictwa mieszkaniowego, systemy realizacji obiektów trwałych i energo- oszczędnych w aspekcie nowego 7. wymagania podstawowego dotyczącego obiektów budowlanych „zrównoważone wykorzystanie zasobów naturalnych” (rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Europejskiej; 305/2011). Wskazano na możliwość zastosowania wyrobów z ABK do realizacji domów pasywnych.
Abstrakt
In article were presented value of autoclaved aerated (AAC) and comfort of building from this material. Systems applied in the country of the realization of long-lasting and energy-efficient objects were presented. Mainly for the purposes of the housing industry in the aspect new 7 – requirement „sustainable use of natural resources” regulation of the European Parliament and of European Council; 305 / 2011). We pointed out to the possibility of using products from AAC to completion passive houses.
dr inż. Genowefa Zapotoczna-Sytek prof. ICiMB. – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych – Centrum Badań Betonów CEBET
1. Wprowadzenie
Nowoczesność i ekologia to oczywisty wymóg dzisiejszego dnia. Trwałość, wysoka jakość materiałów budowlanych oraz systemowe rozwiązania gwarantują udaną inwestycję i optymalizację kosztów.
Ekologia wynika z zastosowania do produkcji odpowiednich materiałów oraz zacho- wania ostrego reżimu technologicznego o zamkniętym obiegu, dzięki temu do środowiska naturalnego nie są odprowadzane odpady.
Analiza procesu wytwarzania autoklawizowanego betonu komórkowego (ABK) wykazuje, iż współczesne technologie jego wytwarzania są procesami przyjaznymi dla środowiska, nieuwalniającymi substancji szkodliwych dla organizmów żywych i środo- wiska. Są to procesy bezodpadowe, charakteryzujące się małym zużyciem surowców i energii w stosunku do technologii wytwarzania innych materiałów budowlanych [1, 2].
Wyroby z autoklawizowanego betonu komórkowego charakteryzują się relatyw- nie korzystną wytrzymałością, wysoką izolacyjnością cieplną i znacząco wpływają na oszczędność energii potrzebnej na ogrzewanie obiektów, przy zapewnieniu zdrowego mikroklimatu. Współczesne technologie wytwarzania ABK i właściwości wyrobów wska- zują, że zarówno proces produkcji, jak i zastosowanie betonu komórkowego „wpisują się” w uwarunkowania zrównoważonego rozwoju. Przyczyniają się do ograniczenia do atmosfery emisji CO2 i NOx.
Problematyka zrównoważonego rozwoju wchodzi oczywiście także do budownictwa.
Zrównoważone budownictwo sprowadza się w pewnym uproszczeniu do minimalizacji zużycia energii i surowców w całym procesie powstania i istnienia obiektów budowlanych oraz do minimalizacji oddziaływań na środowisko naturalne.
Trzeba pamiętać, że budownictwo według zasad zrównoważonego rozwoju i tym samym jego przyszłościowy rozwój musi uwzględniać cele ekologiczne, ekonomiczne oraz społeczne i kulturowe [1].
Dla dążenia do zrównoważonego budownictwa przełomowym okazał się rok 2011, czyli po 25 latach od sformułowania idei zrównoważonego rozwoju, gdyż roz- porządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej (305/2011 z 9 marca 2011 r.) [3, 4] została wprowadzona nowa wersja wymagań podstawowych dotyczących obiektów budowlanych. Wśród nich wprowadzono nowe wymaganie 7. zatytułowane:
„Zrównoważone wykorzystanie zasobów naturalnych”. Nowe sformułowania związane z ochrona zasobów naturalnych pojawiły się również w 3. wymaganiu podstawowym
„Higiena, zdrowie i środowisko” oraz w 6. wymaganiu podstawowym „Oszczędność energii i izolacyjność cieplna”.
2. Ewolucja w rozwoju asortymentowym ABK w Polsce
Produkcję ABK w Polsce zapoczątkowano 60 lat temu. Jej historię, dotychczasowe osiągnięcia i kierunki dalszego rozwoju w kraju prezentowane były na 5. Międzynarodowej Konferencji Autoklawizowanego Betonu Komórkowego (ABK) pod hasłem „Zapewnie- nie zrównoważonego rozwoju”, która odbyła się w Bydgoszczy w dniach 14–17 września 2011 r. [5].
Warto podkreślić, że kolejno realizowane wytwórnie w kraju (obecnie jest ich 30) były coraz nowocześniejsze a ich poziom był zbliżony lub odpowiadający poziomowi światowemu, właściwemu dla okresów ich budowania. Na początku produkowane
były wyłącznie elementy drobnowymiarowe a z biegiem lat również elementy zbrojone (ścienne i stropowe), w tym ściany scalone z pełnym fabrycznym wykończeniem. Krach w budownictwie w końcu lat 80. i zaprzestanie realizacji obiektów metodami uprzemy- słowionymi były przyczyną wycofania się producentów z produkcji elementów zbro- jonych. Produkowane były wyłącznie elementy drobnowymiarowe. Ich jakość ulegała zdecydowanemu podwyższaniu, zwłaszcza od połowy lat 90., kiedy wytwórnie przeszły gruntowną modernizację.
Rozpoczęła się, kontynuowana obecnie, produkcja nowej generacji wyrobów o wy- sokim poziomie technicznym zarówno pod względem tolerancji wymiarowych, wyglądu zewnętrznego, jak i parametrów użytkowych.
Przeprowadzone przez COBRPB CEBET (obecnie w strukturze Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych) oraz Instytut Techniki Budowlanej i wytwórnie betonów komórkowych kompleksowe badania nowej generacji wyrobów wykazały, że spełniały one i w dalszym ciągu spełniają wymagania nowo wprowadzanych norm europejskich.
Duża dokładność wymiarowa produkowanych wyrobów (również o odchyłkach wy- miarowych od ± 1,0 do ±1,5 mm dla elementów o symbolu TLMB) [6] dała możliwość stosowania w opracowanych systemach realizacji obiektów łączenia elementów w murze tzw. zaprawami klejowymi na cienkie spoiny grubości 1 do 3 mm. Pozwala to na budowę obiektów spełniających zaostrzone wymagania ochrony cieplnej.
Jak diametralne zmienił się wygląd zewnętrzny i tolerancje wymiarowe wyrobów widać na fot. 1.
Fot. 1. Przykładowy asortyment wyrobów nowej generacji: a) profilowany element murowy, b) wi- dok muru wykonanego z elementów z pierwszych wytwórni betonów komórkowych
Warto podkreślić, idąc tokiem przeprowadzonych badań, iż ściany murowane z ABK pod względem odporności ogniowej spełniają wymagania stawiane materiałom budow- lanym dla najwyższej klasy odporności pożarowej budynków – klasa A.
Badania reakcji na ogień wykazały, że zarówno ABK piaskowe, jak i popiołowe zali- czają się do klasy A1 – najlepszej klasy obejmującej najbezpieczniejsze, niepalne wyroby, niebiorące udziału w pożarze.
W ostatnich latach wprowadzono na rynek szeroki asortyment ściennych elementów drobnowymiarowych i to zarówno w zakresie gęstości – klasy od 300 do 750, rodzaju oraz wymiarów. Przez niektóre wytwórnie produkowane są również nadproża ze zbrojonego betonu komórkowego, ponadto elementy stropowe (pustaki) do wypełniania stropów gę- stożebrowych oraz elementy osłonowe instalacji wentylacyjnych i spalinowych – fot. 2 [7].
Fot. 2. Przykładowy asortyment elementów z betonu komórkowego: a) element o gładkich po- wierzchniach, b) element z wyprofilowanymi powierzchniami czołowymi do łączenia na pióro i wpust, c) element z wyprofilowanymi powierzchniami czołowymi dodatkowo z uchwytem mon- tażowym, d) blok modułowy, e) elementy uzupełniające kształtowane specjalnie jako kształtki
„L” lub „U”, f) elementy uzupełniające kształtowane specjalnie jako kształtki osłonowe instalacji wentylacyjnych lub spalinowych, g) płyta na ściany działowe „PSM”, h) nadproża prefabrykowa- ne, i) element stropowy (bloczki pełne i z otworami do wypełniania stropów gęstożebrowych), j) wykonanie nadproża.
3. Systemy realizacji w kraju obiektów z ABK
Bogaty asortyment ściennych elementów drobnowymiarowych oraz nadproży zbrojonych i elementów do produkcji stropów gęstożebrowych produkowany w kraju oraz fakt, że materiał ten łączy w sobie cechy materiału izolacyjno konstrukcyjnego spowodował reali- zację obiektów głównie w budownictwie mieszkaniowym według określonych systemów.
Systemy te obejmują kompleksowe rozwiązania ścian budynków oraz stropów. Jest to
rozwiązanie alternatywne do stosowanych w niektórych krajach zachodnich rozwiązań wykonania całego budynku z betonu komórkowego – od piwnicy aż po dach [11]. Do tego celu niezbędne są elementy zbrojone, których produkcji w kraju zaniechano (p. 2).
Systemy realizacji w kraju obiektów z ABK opierają się na powiązaniu elementów murowych z ABK, o różnych gęstościach, na które składają się bloczki, płytki, nadproża zbrojone lub wykonane z kształtek U oraz chemii budowlanej w postaci zapraw, tynków, klejów do systemu ociepleń oraz narzędzi. Sytuacja najkorzystniejsza jest wówczas jeśli całość asortymentu wyrobów oraz materiałów uzupełniających i narzędzi oferowana jest przez jednego producenta [8], gdyż parametry i cechy tych produktów są wtedy staranie dobrane i dopasowane.
W wyżej wymienionych systemach ściana zewnętrzna budynku może być wykonana jako ściana jednowarstwowa bez ocieplenia lub warstwowa z ociepleniem.
Ścianę jednowarstwową wykonuje się z bloczków o najniższej klasie gęstości (300, 350, 400), a więc o bardzo dobrej izolacyjności cieplnej i dobranej wytrzymałości. Elementy murowe łączone na cienkie spoiny pełnią rolę izolacyjną oraz konstrukcyjną. Ściana jedno- warstwowa jest prosta i łatwa w wykonaniu (fot. 3.) i bez ocieplenia spełnia wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej – U zdecydowanie poniżej 0,30 W/m2 ·K. Projektanci na podstawie danych o właściwościach ABK od producenta sprawdzają, czy wybrana przez nich gęstość i grubość elementów murowych spełnia ustalone wymagania.
Fot. 3. Ściana jednowarstwowa z betonu komórkowego: 1. płytki z betonu komórkowego jako element obudowy wieńca, 2. podkład gruntujący, 3. siatka na kleju, 4. tynk zewnętrzny, 5. nad- proża zbrojone z betonu komórkowego, 6. tynk wewnętrzny, 7. podkład gruntujący, 8. zbrojenie murfor, 9. zaprawa murarska do cienkich spoin, 10. bloczki profilowane z betonu komórkowego, 11. zaprawa murarska tradycyjna
Ścianę warstwową z dodatkową izolacją termiczną wykonuje się z bloczków o klasie gęstości 500 i powyżej + izolacja termiczna. Zadaniem bloczków (i innych elementów murowych) łączonych zaprawą do cienkich spoin lub zwykłą zaprawą tradycyjną jest przeniesienie obciążeń w konstrukcji budynku. Natomiast izolacja termiczna budynku wykonywana jest z wełny mineralnej i styropianu. Ściany warstwowe (fot. 4.) są bardziej pracochłonne w wykonaniu. Oprócz ścian dwuwarstwowych wykonywane są ściany trójwarstwowe np. bloczek z ABK, ocieplenie, cegła klinkierowa.
Fot. 4. Ściana warstwowa z zastosowaniem betonu komórkowego: 1. podkład gruntujący, 2a. klej do warstwy ocieplającej, 2b. warstwa ocieplająca np. styropian, 3. siatka na kleju, 4. tynk ze- wnętrzny, 5. nadproża zbrojone betonu komórkowego, 6. tynk wewnętrzny, 7. podkład gruntujący, 8. bloczki profilowane z betonu komórkowego, 9. zbrojenie murfor, 10. zaprawa murarska do cienkich spoin, 11. zaprawa murarska tradycyjna
Oferowanie produktów przez jednego producenta do realizacji opisanego systemu, stosowanego głównie w budownictwie mieszkaniowym, ułatwia inwestorom wybór materiałów, usprawnia projektowanie i upraszcza wykonawstwo.
Dobór materiałów do realizacji obiektów od kilku dostawców utrudnia zarówno proces projektowania, jak i wykonania.
Poniżej na fot. 5, 6, 7, podano przykłady realizacji rozwiązań ścian według systemu producenta, który oprócz elementów ściennych oferuje elementy wypełniające do stropów gęstożebrowych i elementy osłonowe przewodów spalinowych i instalacji wentylacyjnej oraz energobloczki stosowane do wznoszenia ścian fundamentowych [9] .
Fot. 5. Przykład systemu realizacji budynku mieszkalnego
Fot. 6. Połączenie ścianki działowej ze stropem
Dodać należy, że ściany z betonu komórkowego w opisanych systemach mogą być realizowane z elementów drobnowymiarowych o gładkich powierzchniach, wyprofilo- wanych na pióro i wpust; jedne i drugie mogą być z otworami chwytowymi, ułatwiają- cymi murowanie. Przy murowaniu z elementów profilowanych nie wypełnia się spoin pionowych.
Fot. 7. Elementy osłonowe: a) przewodów spalinowych, b) instalacji wentylacyjnej
W stosowanych systemach realizacji obiektów z ABK ściany wewnętrzne pełnią funk- cje rozdzielające lub/i konstrukcyjne. Grubość nośnych działowych ścian wewnętrznych jest zależna od przeznaczenia. Zaleca się stosowanie klas gęstości ABK – 600 i powyżej.
Ściany fundamentowe i ściany piwnic w stosowanych systemach realizacji budynków z ABK są wykonywane przeważnie z betonu kruszywowego (bloczki lub beton wylewany).
Niektórzy producenci oferują pustaki szalunkowe [7]. Bardzo rzadko w kraju do ścian piwnic stosowane są elementy z betonu komórkowego [10]. Do ścian piwnic nie należy stosować bloczków profilowanych. Ściany te należy dokładnie zaizolować i ocieplić.
W opisanych systemach realizacji ścian z elementów z ABK producenci zalecają stoso- wanie stropów gęstożebrowych. Oferują przy tym oprócz elementów wypełniających belki Teriva. Mogą być również stosowane stropy prefabrykowane lub stropy monolityczne.
Pamiętać należy o docieplaniu nadproży i wieńców stropowych (co niestety nie zawsze jest stosowane przez wykonawców).
W domach jednorodzinnych korzystne jest stosowanie dachów stromych – drewniana więźba dachowa i dowolne pokrycie (istnieją nie stosowane u nas inne rozwiązania np.
płyty dachowe ze zbrojonego betonu komórkowego [11]).
Podstawę do projektowania konstrukcji murowych stanowi obecnie zestaw czterech norm europejskich (tzw. „norm eurokodowskich” – EN), PN-EN 1996-1-1; PN-EN 1996- 1-2; PN-EN 1996-2; PN-EN 1996-3 [12, 16, 17]. Równoprawne jest stosowanie normy PN-B-03002:2007 [13], mimo że została wycofana ze zbioru norm aktualnych. Wynika to stąd, że norma ta, w zdecydowanej większości, uwzględnia już wymagania PN-EN 1996-1-1, co oznacza, że ogólne zasady projektowania konstrukcji murowych (materiały, parametry wytrzymałościowe muru, nośność przekrojów murowych oraz wymagania konstrukcyjne), są takie same.
Sytuacja ta stwarza komfortowe warunki dla projektantów konstrukcji murowych, jako że zasady projektowania podane w PN-B-03002 można traktować, jako tożsame z PN-EN 1996 -1-1. Różnica pomiędzy obu normami wynika z odmiennych powołań na normy dotyczące oddziaływań (obciążeń) na konstrukcję.
Z betonu komórkowego można wykonywać budynki energooszczędne o małym zużyciu ciepła podczas eksploatacji. Beton komórkowy może być stosowany również jako element składowy ścian domów pasywnych o bardzo małym zużyciu ciepła
< 15 kWh/m2·rok [11, 14 ]. W zależności od rozwiązania ściany może to być ABK o zróż- nicowanych gęstościach.
Realizacja domów pasywnych w kraju jest ciągle w powijakach. O przyczynach i wnioskach odnośnie ich rozwoju traktuje m.in. praca [15].
4. Rodzaje konstrukcji budynków w jakich stosuje się ABK
W oparciu o wieloletnie doświadczenia w stosowaniu ABK [18], widać, że jest to materiał chętnie używany do realizacji różnego rodzaju budynków. Spektrum stosowania jest bar- dzo szerokie i w zależności od kategorii można wyróżnić następujące obszary zastosowań:
• Rodzaje budynków ze względu na przeznaczenie:
– budynki jednorodzinne – budynki wielorodzinne – budynki produkcyjne – budynki wielkokubaturowe – budynki inwentarskie
– budynki komercyjne (hale logistyczne, budynki wielkokubaturowe itp.)
• Rodzaje budynków ze względu na wysokość:
– budynki niskie
– budynki średniowysokie – budynki wysokie
• Rodzaje elementów według pełnionej funkcji:
– ściany zewnętrzne – ściany wewnętrzne
• Rodzaje konstrukcji, do których stosuje się ABK:
– ściany nośne – ściany działowe – ściany wypełniające
• Rodzaje elementów według podziału na miejsce zastosowania – ściany naziemne
– ściany fundamentowe (piwnic).
5. Podsumowanie
Produkowane obecnie w kraju wyroby z autoklawizowanego betonu komórkowego charakteryzują się bardzo korzystnymi właściwościami użytkowymi oraz wysoką do- kładnością wymiarową.
ABK łączy w sobie cechy materiału izolacyjnego i konstrukcyjnego. Powyższe oraz bogaty asortyment wyrobów wytwarzanych w kraju skutkuje szerokim spektrum sto- sowania tego materiału. Główny kierunek zastosowania to budownictwo mieszkaniowe jednorodzinne i wielorodzinne. Możliwość łatwej obróbki ABK i jego jednorodność po- zwala na wykonywanie obiektów w zasadzie o dowolnych kształtach.
System realizacji obiektów z betonu komórkowego w kraju obejmuje głównie wy- konawstwo z ABK elementów składowych ścian; bloczki płytki, nadproża zbrojone lub
wykonywane z kształtek U, elementy osłonowe instalacji wentylacyjnych i kominowych.
Ponadto część producentów w oferowanych rozwiązaniach ujmuje również elementy wypełniające z ABK do stropów gęstożebrowych. Do opracowanych systemów dochodzi oferta zapraw, tynków, klejów do systemu dociepleń dla ścian warstwowych oraz narzędzi.
Zastosowane rozwiązania z ABK dają gwarancję realizacji budynków energoosz- czędnych, jakkolwiek elementy z ABK mogą być również stosowane w rozwiązaniach budynków pasywnych (EA < 15 kWh/m2·rok).
Literatura
[1] G. Zapotoczna-Sytek, J. Małolepszy: Zrównoważony rozwój, a proces wytwarzania i stosowania elementów z betonu komórkowego. Konferencja Dni Betonu – Tradycja i Nowoczesność. Wisła, 13–15 października 2008, Stowarzyszenie Producentów Cementu. Kraków 2008, s. 867–878.
[2] G. Zapotoczna-Sytek, M. Skorniewska: Beton komórkowy a zrównoważony rozwój. VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa. Energia i Środowisko w technologiach materiałów budowlanych, ceramicznych, szklarskich i ogniotrwałych. Szczyrk, 22–24.05.2012.
[3] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej (nr 305/2011 z 9 marca 2011 r.) CPR.
[4] L. Czarnecki, M. Kaproń, M. Piasecki, S. Wal: Budownictwo zrównoważone budownictwem przyszłości.
„Inżynieria i Budownictwo” Nr 1/2012.
[5] G. Zapotoczna-Sytek, M. Soboń: 60 lat betonu komórkowego w Polsce. Historia i nowoczesność. 5. Mię- dzynarodowa Konferencja dotycząca Autoklawizowanego Betonu Komórkowego „Zapewnienie zrównoważonego rozwoju”. Bydgoszcz, 14–17.09.2011 r., s. 27–42.
[6] PN-EN 771-4:2011 Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 4: Elementy murowe z autoklawizo- wanego betonu komórkowego.
[7] Materiały techniczne i informacyjne Stowarzyszenia Producentów Betonów oraz Producentów Be- tonów Komórkowych.
[8] System SOLBET Perfect. Katalog produktów 2012.
[9] System Śniadowo. PREFBET 2012.
[10] G. Zapotoczna-Sytek, P. Gębarowski: Czy można stosować elementy z autoklawizowanego betonu komór- kowego do ścian piwnic? „Materiały Budowlane” 4’2008, s. 28–29.
[11] Materiały techniczne Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Autoklawizowanego Betonu Ko- mórkowego (EAACA).
[12] Eurokody Eurokod 6:
PN-EN 1996-1-1 PN-EN 1996-2 PN-EN 1996-3 Eurokod 2:
PN-EN 1992-1-2
[13] PN-B-03002:2007 Konstrukcje murowe. Projektowanie i obliczenia
[14] C. Fudge: Zastosowanie betonu komórkowego do projektowania ekologicznych i zrównoważonych budynków 5. Międzynarodowa Konferencja dotycząca Autoklawizowanego Betonu Komórkowego „Zapewnienie zrównoważonego rozwoju”. Bydgoszcz, 14-17.09.2011 r., s. 233–242.
[15] K. Żmijewski: Kiedy opłacalna jest budowa domu pasywnego. „Materiały Budowlane” 1’2001 (nr 461).
[16] R. Gajownik, J. Sieczkowski: Ocena modelu obliczeniowego ustroju nośnego konstrukcji murowych niezbro- jonych wg Eurokodu 6 i PN-B-03002. „Materiały Budowlane” 3’2012 (nr 475).
[17] Ł. Drobiec: Mury skrępowane. „Materiały Budowlane” 4’2012 (nr 476) s. 18–20.
[18] T. Rybarczyk: Beton komórkowy materiałem o wielkich możliwościach przykłady realizacji budynków z ABK w Polsce. 5. Międzynarodowa Konferencja dotycząca Autoklawizowanego Betonu Komórkowego
„Zapewnienie zrównoważonego rozwoju”. Bydgoszcz, 14-17.09.2011 r., s. 311–322.
