Silikaty – czy to się opłaca

Silikaty, czyli autoklawizowane wyroby wapienno-piaskowe, są jednym z głównych materiałów ściennych wykorzystywanych w Polsce. Technologię wytwarzania „sztucznego kamienia” opracowali oraz opatentowali G.E. Van Derburgh oraz Wilhelm Michaelis w 1880 r. [1]. Od tego czasu zainteresowanie silikatami rosło. Nastąpił intensywny rozwój technologii produkcji silikatów i w 1894 r. powstały pierwsze zakłady produkujące wyroby wapienno-piaskowe na skalę przemysłową. Obecnie silikaty produkowane są w postaci bloczków i cegieł, drążonych oraz pełnych, o różnych wymiarach i parametrach użytkowych. Swoją popularność zawdzięczają przede wszystkim bardzo dobrym właściwościom fizykomechanicznym i przystępnej cenie.

Proces produkcji

Silikaty składają się wyłącznie z naturalnych surowców, a sam proces produkcji jest ekologicznie neutralny i energooszczędny. Produkcja wyrobów wapienno-piaskowych składa się z kilku faz. Początkowo w mieszalnikach miesza się wapno i piasek (w zależności od oczekiwanych parametrów materiału można dobierać różne proporcje składników) [3, 4]. Po dodaniu wody mieszankę pozostawia się w reaktorach. Proces trwa od 2 do 4 godzin, a temperatura mieszanki wzrasta do ok. 60°C. Tak przygotowaną masę wapienno-piaskową poddaje się prasowaniu, a następnie umieszcza w autoklawach na 6 do 12 godzin. W autoklawach wyroby poddawane są hartowaniu w temperaturze ok. 200°C w warunkach hydrotermalnych. Ciśnienie pary nasyconej wynosi do 1,2 do 1,6 MPa. Reakcje chemiczne, które zachodzą między składnikami, nadają silikatom wysoką wytrzymałość na ściskanie, trwałość oraz zapewniają odporność na czynniki atmosferyczne [5-7].

Fot. 1 Różnorodność typów silikatów [2]

Zalety silikatów

Wyroby wapienno-piaskowe mają wiele zalet, przez co są chętnie stosowanym materiałem budowlanym. Do produkcji silikatów wykorzystuje się surowce powszechnie dostępne, wydobywane lokalne. Pozwala to na oszczędności związane z transportem oraz redukcję emisji spalin.

W domu spędzamy większość dnia, warto zatem pomyśleć podczas dobierania materiału na budowę o jego oddziaływaniu na środowisko oraz organizm ludzki. Chcąc zapewnić dobre warunki higieniczno-zdrowotne w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi lub zwierząt, należy eliminować wyroby budowlane, które zawierają w nadmiernej ilości pierwiastki promieniotwórcze. Naturalną radioaktywność materiałów powodują pierwiastki: tor, potas, rad i radon [9, 10]. Ich obecność w wyrobach budowlanych nie jest niebezpieczna, jeżeli mieści się w dopuszczalnych granicach. W zależności od wysokości stężenia naturalnych izotopów promieniotwórczych materiały budowlane dzieli się na trzy grupy: o najmniejszej, średniej i podwyższonej promieniotwórczości. Elementy silikatowe należą do pierwszej najkorzystniejszej dla zdrowia ludzkiego grupy [11].

W domach z silikatów panuje przyjazny mikroklimat, korzystny zwłaszcza dla małych dzieci i alergików. Produkty silikatowe utrzymują stałą wilgotność w pomieszczeniach, gdy powietrze jest zbyt wilgotne, pochłaniają nadmiar wilgoci, a gdy zbyt suche – oddają ją z powrotem. Zawarte w strukturze elementów silikatowych wapno nadaje wyrobom właściwości bakteriobójcze. Dzięki temu mur nie ulega korozji biologicznej, ściana nie niszczeje wskutek ataku mikroorganizmów [12].

Silikaty charakteryzuje wysoka ognioodporność, klasa reakcji na ogień – A1, są praktycznie niepalne. Nie rozprzestrzeniają ognia, nie topią się ani nie palą, nie wydzielają też żadnych szkodliwych substancji. Ściana grubości 18 cm jest w stanie wytrzymać pod pełnym działaniem ognia cztery godziny, co pozwala na bezpieczną ewakuację mieszkańców z płonącego budynku. Takie ogniochronne przegrody warto stosować zwłaszcza w domach bliźniaczych albo szeregowych. Pożar w jednym segmencie nie rozprzestrzenia się dalej, nie dochodzi też do naruszenia konstrukcji.

W przypadku silikatów gruz pobudowlany nie powoduje zanieczyszczenia i degradacji środowiska. Wyroby wapienno-piaskowe łatwo można poddać recyklingowi. Ich utylizacja nie wymaga dużych nakładów finansowych.

Po skruszeniu można go ponownie wykorzystać w produkcji nowych bloczków i cegieł silikatowych.

Fot. 2 Przebieg procesu produkcji silikatów (źródło: archiwum firmy SIL-PRO)

Wytrzymałość na ściskanie

Gotowe wyroby silikatowe mają zbitą strukturę i znaczny ciężar objętościowy, ponieważ ok. 90% składu elementu stanowi piasek. Dzięki reakcjom chemicznym zachodzącym między piaskiem a wapnem oraz procesowi autoklawizacji zyskują znaczną wytrzymałość na ściskanie. Wytrzymałość bloczków silikatowych jest porównywalna z wytrzymałością kamienia naturalnego (15-30 MPa). Pod względem wytrzymałości na ściskanie silikaty wypadają najkorzystniej spośród wszystkich elementów murowych. Duża wytrzymałość ułatwia też zagospodarowanie wnętrza – na ścianach bez obaw można wieszać ciężkie przedmioty.

W miarę upływu czasu ich wytrzymałość rośnie, gdyż luźne cząsteczki wapna wiążą się z dwutlenkiem węgla
obecnym w powietrzu. Wysoka wytrzymałość umożliwia wznoszenie nawet kilkunastopiętrowych kondygnacji bez konstrukcji szkieletowej. W budownictwie jednorodzinnym tak duże wytrzymałości nie są potrzebne, mimo wszystko w miejscach narażonych na pękanie, na które działają większe naciski (słupy, narożniki, filarki międzyokienne), silikaty z pewnością dobrze spełnią swoje zadanie.

Wspomniana wysoka masa wyrobów gwarantuje dobrą izolacyjność akustyczną, co jest istotne szczególnie w budownictwie mieszkaniowym, wielorodzinnym. Silikaty trudno wprawić w drgania, dzięki czemu dźwięki uderzeniowe oraz fale rozchodzące się w powietrzu ulegają wytłumieniu w obrębie ściany i w niewielkim stopniu przedostają się dalej.

Ekonomia

Podczas realizacji budowy inwestorzy szukają zazwyczaj oszczędności, zarówno dobierając materiały budowlane, jak również przewidując jej koszty eksploatacyjne. Autoklawizowane wyroby wapienno-piaskowe ze względu na niskie koszty surowca jak i energooszczędną produkcję są jednymi z najtańszych materiałów budowlanych.

Silikaty zachowują dokładność wymiarową oraz pozwalają na minimalizację grubości ścian (uzyskujemy większą powierzchnię użytkową pomieszczeń).

Uniwersalność, dokładność i stabilność wymiarów to cechy niezwykle istotne podczas murowania. Pozwalają zachować precyzyjność wykonania muru oraz zminimalizować czas pracy. Murowanie przy wykorzystaniu silikatów nie wymaga drogich narzędzi, ciężkiego sprzętu czy też skomplikowanych technologii.

Ściany wykonane z bloczków wapienno -piaskowych mogą pozostawać nieotynkowane, jednakże naturalna mineralna struktura materiału posiada korzystne właściwości adhezyjne i dobrze się łączy z klejami i tynkami. Ściany z silikatów są gładkie, podczas tynkowania nie trzeba niwelować znacznych nierówności, a zatem grubość tynku może być minimalna.

Rys. Wizualizacja punktowa poszczególnych parametrów

Wady

Silikaty, jak większość materiałów budowlanych, nie są wolne od wad, należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że jest ich stosunkowo niedużo. Wadą wyrobów wapienno-piaskowych jest ich ciężar. Gęstość bloczków silikatowych sięga od 1400 do 2000 kg/m3. Element pełny o grubości 24 cm waży ok. 20 kg. Ciężar całej ściany wykonanej z silikatów może więc wynieść nawet kilka ton więcej niż ściany z betonu komórkowego. Konieczne zatem są mocniejsze fundamenty.

Wyroby wapienno-piaskowe, jak również większość dostępnych na rynku materiałów, są twarde, ale i kruche. Podczas niewłaściwego transportu bądź obróbki mogą się pojawić spękania. Do cięcia oraz wycinania bruzd i otworów należy używać szlifierki kątowej o diamentowej tarczy, pilarki stołowej albo gilotyny przeznaczonej do twardego budulca [15].

Za wadę wyrobów silikatowych uznaje się wciąż stosunkowo dużą wartość współczynnika przewodzenia ciepła. Izolacyjność termiczna ścian silikatowych jest niewystarczająca do murowania ścian jednowarstwowych [16].

Analiza wielokryterialna

Inwestorzy, przystępując do budowy, niejednokrotnie stawiają sobie pytanie: Jakich elementów użyć do budowy murów? Dostępne na rynku rozwiązania mają nie tylko swoje zalety, ale też wady. Czy budowa z silikatów się opłaca? Jak silikaty wypadają na tle innych produktów ściennych? W celu porównania silikatów z innymi popularnymi ściennymi materiałami budowlanymi przeprowadzono analizę wielokryterialną. Do porównania wybrano najpopularniejsze obecnie materiały ścienne na rynku: silikat, pustak ceramiczny oraz beton komórkowy.

Mogłoby się wydawać, że najistotniejszym parametrem porównania jest cena materiału za metr kwadratowy. Koszt cegieł/bloczków do budowy murów stanowi niewielką część kosztów całej inwestycji, średnio 5-8%. Oszacowanie rzeczywistych kosztów wykonania metra kwadratowego muru jest bardzo trudne, gdyż to nie tylko koszt materiału (pustaka lub bloczka oraz zaprawy), ale również robocizny czy też koszty wypożyczenia i użytkowania potrzebnego sprzętu. Wybór materiału do budowy muru determinuje odpowiednią technologię, materiały pomocnicze, konieczność liczenia się z określonymi stratami, odpowiednim wykończeniem i w końcu z użytkowaniem. Z betonu komórkowego można wybudować ścianę jednowarstwową, natomiast z silikatów ze względu na izolacyjność termiczną należy budować mur dwu- bądź trzywarstwowy. W związku z tym, aby jak najlepiej porównać koszty materiałów i jednocześnie uprościć samo porównanie, zakłada się wykonanie metra kwadratowego ściany dwuwarstwowej z ociepleniem o współczynniku przenikania ciepła 0,23 W/m²K. Do porównania wybrano bloczek silikatowy o grubości 18 cm, pustak ceramiczny o grubości 25 cm oraz bloczek z betonu komórkowego odmiany 600 o grubości 24 cm [17].

Pozostałe parametry porównania zostały dobrane z uwzględnieniem najważniejszych cech materiałów ściennych, jak: wytrzymałość na ściskanie, trwałość, izolacyjność termiczna, akumulacja cieplna, ognioodporność. Ponadto ze względu na rosnący trend budownictwa zrównoważonego istotnym parametrem oceny jest ekologia. Pod uwagę wzięto również zachowanie materiału podczas obróbki i montażu, czy nie pęka i się nie kruszy [18].

Na podstawie wybranych parametrów podjęto próbę analizy i porównania cech poszczególnych materiałów przy wykorzystaniu wielokryterialnej analizy techniczno-ekonomicznej.

W tab. 2 zestawiono średnie wartości ocen przyznane poszczególnym kryteriom dla każdego z materiałów.

Pięć punktów oznacza parametr bardzo dobry, dwa punkty – zły. Ponadto tab. 2 przypisuje każdemu z kryteriów jego ważność na tle pozostałych.

Oceny oraz wagi zostały określone na podstawie ankietyzacji wśród inwestorów oraz użytkowników budynków. Suma wag równa jest 100%.

Tab. 3 przedstawia ilorazy poszczególnych ocen i ich wagi.

Na podstawie tab. 3 sporządzono wizualizację danych w formie wykresu radarowego (rys.). Na wykresie zostały przedstawione trzy wielokąty, każdy dla określonego materiału. Im większe pole powierzchni figury, tym lepsze rozwiązanie materiałowe.

Wyznaczona sumaryczna ocena jest najwyższa dla elementów silikatowych. Jest to potwierdzenie bardzo dobrych właściwości fizykomechanicznych oraz rosnącej popularności tego budulca.

Mity jest najtrudniej obalać. Nikt nie kwestionuje bardzo dobrej wytrzymałości silikatów, akustyki, akumulacyjności cieplnej, dokładności wymiarów, ognioodporności, mrozoodporności, odporności na korozję biologiczną. Ale hasła potoczne „zimny” i „ciężki”, wygłaszane zwłaszcza przez murarzy, zniechęcają inwestorów. W czasie wzrostu wymagań prawnych dotyczących izolacyjności cieplnej ścian, w zasadzie każda ściana zewnętrzna powinna mieć warstwę konstrukcyjną oraz izolującą cieplnie. Hasło „zimny” jest więc nieaktualne. Hasło „ciężki” było i jest aktualne dla murarza. Z materiałów lekkich łatwiej budować. Ale właśnie dzięki dużej masie silikaty wyprzedzają wszystkie pozostałe materiały budowlane w izolacyjności akustycznej, wytrzymałości, akumulacyjności cieplnej.

Józef Macech, Stowarzyszenie Producentów Silikatów „Białe murowanie”

Podsumowanie

Silikaty są coraz popularniejszym materiałem budowlanym, chętnie wybieranym przez projektantów i inwestorów. Pomimo krążących mitów, że są budulcem drugiego sortu, „zimnym” materiałem, nienadającym się do budowy domu, ich pozycja na rynku stale się umacnia. W czasie wzrostu wymagań prawnych dotyczących izolacyjności cieplnej ścian, w zasadzie każda ściana zewnętrzna powinna mieć warstwę konstrukcyjną oraz izolującą cieplnie. Hasło „zimny” jest więc nieaktualne. Z materiałów lekkich łatwiej budować. Ale właśnie dzięki dużej masie silikaty wyprzedzają pozostałe materiały budowlane w izolacyjności akustycznej, wytrzymałości, akumulacyjności cieplnej. Zainteresowanie produktami wapienno-piaskowymi powoduje ich nieustanne unowocześnianie i modyfikowanie w celu uzyskania jeszcze lepszych parametrów tego wyrobu.

mgr inż. Paulina Kostrzewa

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach

Literatura

1. J. Sawicki, Właściwości wyrobów silikatowych, „Izolacje” nr 10/2010.
2. Materiały informacyjne firmy PPMB Niemce SA: dostęp on-line 22.07.2017r.
3. R. Dachowski, A. Stępień, The impact of various additives on the microstructure of silicate products, International Conference on Green Buildings and Sustainable Cities, „Procedia Engineering” vol. 21/2011.
4. Z. Pytel, Modyfikowanie składu fazowego i mikrostruktury autoklawizowanych tworzyw wapienno-piaskowych, „Ceramika” vol. 116/2014.
5. G. Zapotoczna-Sytek, S. Balkovic, Autoklawizowany beton komórkowy. Technologia, właściwości, zastosowanie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
6. S. Wolfke, Technologia wyrobów wapienno-piaskowych, Arkady, Warszawa 1986.
7. A. Stępień, Influence of lithium silicate on mictostructural and mechanical properties of autoclaved silicate products, Technical Transactions, Civil Engineering, z. 1-B/2014.
8. Materiały informacyjne firmy Sil-Pro: dostęp on-line 22.07.2017 r.
9. L. Czarnecki, T. Broniewski, O. Henning, Chemia w budownictwie, Arkady, Warszawa 1994.
10. S. Lewowicki, Zarys technologii materiałów budowlanych, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2000.
11. G. Zapotoczna-Sytek, K. Mamont-Cieśla, T. Rybarczyk, Naturalna promieniotwórczość wyrobów budowlanych, w tym autoklawizowanego betonu komórkowego (ABK), „Przegląd Budowlany” nr 7-8/2012.
12. A. Sieniawska-Kuras, Tradycyjne i nowoczesne materiały budowlane, Wydawnictwo KaBe, Krosno 2011.
13. L. Misiewicz, Izolacyjność akustyczna ścian międzymieszkaniowych, „Materiały Budowlane” nr 8/2009.
14. R. Dachowski, A. Stępień, Efektywność techniczno-ekonomiczna stosowania wyrobów silikatowych z polepszoną ich izolacyjnością akustyczną, „Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym”, 1(5)/2008.
15. R. Dachowski, P Kostrzewa, Silikaty w świetle ekologii i ekonomii, Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym, 1(19)/2017.
16. J. Małolepszy, Podstawy technologii materiałów budowlanych i metody badań, Wydawnictwo AGH, Kraków 2013.
17. Materiały informacyjne sklepu internetowego: dostęp on-line 22.07.2017 r.
18. R. Jarmontowicz, J. Sieczkowski, Trwałość murów z ceramiki i silikatów, „Materiały Budowlane” nr 4/2006.