Ściany z betonu komórkowego

Beton komórkowy jest obecnie jednym z najpopularniejszych materiałów stosowanych w konstrukcjach murowych w Polsce. Produkowany na całym świecie ma ponad 100-letnią historię, a budynki wybudowane z betonu komórkowego potwierdzają jego trwałość oraz szeroki zakres zastosowań. Beton komórkowy biały (bez popiołów lotnych) to jeden z najzdrowszych materiałów budowlanych dostępnych na rynku. Naturalne pochodzenie surowców (piasek, wapno, woda) sprawia, że produkty charakteryzują się bardzo małą promieniotwórczością naturalną. Zależnie od metody wprowadzania powietrza do mieszanki rozróżnia się gazobeton i pianobeton. W  połączeniu z wysoką paroprzepuszczalnością ściany z betonu komórkowego gwarantują zdrowy i przyjazny mikroklimat pomieszczeń.

Autoklawizowany beton komórkowy jest stosowany w budownictwie w postaci elementów murowych zwanych bloczkami. Konstrukcyjny beton komórkowy produkowany jest w odmianach gęstości od 300 do 1000 kg/m³. Wprost proporcjonalnie do gęstości betonu rośnie jego wytrzymałość na ściskanie oraz współczynnik przewodzenia ciepła. Obecnie na rynku istnieje jeszcze beton komórkowy odmiany 115 kg/m³, ale nie posiada on właściwości fizycznych pozwalających na wznoszenie ścian. Natomiast jego współczynnik przewodzenia ciepła l jest na poziomie 0,043 W/m?K i ma zastosowanie w systemach ociepleń od wewnątrz oraz powoli wchodzących do Polski systemach dociepleń od zewnątrz.

Tab. 1 Cechy fizyczne betonu komórkowego

Na podstawie danych producenta Xella Polska.

Projektowanie

Wytrzymałość betonu komórkowego, choć w porównaniu do np. silikatów jest nieduża, pozwala na wznoszenie budynków kilkukondygnacyjnych o urozmaiconej konstrukcji i przeznaczeniu. W tab. 1 przedstawiono cechy fizyczne  betonu komórkowego z podziałem na klasy gęstości. Analizując tabelę,  można łatwo zauważyć jedną z najważniejszych zalet gazobetonu – bloczki mogą pełnić jednocześnie funkcję konstrukcyjną i termoizolacyjną, a ściany zewnętrzne wykonane z lekkich odmian nie wymagają dodatkowej warstwy izolacji termicznej, uzyskując współczynnik przenikania ciepła U rzędu 0,19 W/(m²K).

Kolejną z najważniejszych cech betonu komórkowego jest jego izotropowość. Wykonywanie wszelkiego rodzaju połączeń, narożników czy docięć bloczków nie wpływa w żadnym stopniu na pogorszenie wytrzymałości czy termoizolacyjności muru w tych miejscach, oczywiście przy stosowaniu wytycznych danego producenta.

Beton komórkowy pozwala na swobodne kształtowanie brył budynków przez architektów, wszelkiego rodzaju krzywizny, wykusze, łuki można wykonać na budowie w sposób łatwy i bez odpadów.

W Eurokodzie 6 Projektowanie konstrukcji murowych oraz ciągle wykorzystywanej w praktyce normie PN-B 03002:2007 Konstrukcje murowe niezbrojone – Projektowanie i obliczanie przedstawione są rozwiązania dla murów z autoklawizowanego betonu komórkowego. Dla konstruktorów ważnym wskaźnikiem jest wartość współczynnika redukcyjnego K. Mniejsza ilość drążeń (wyższa grupa) umożliwia stosowanie korzystniejszego współczynnika redukcyjnego K przy wyznaczaniu charakterystycznej wytrzymałości muru na ściskanie. Dla betonu komórkowego nie rozróżnia się grup elementów murowych jak w przypadku np. ceramiki. W każdym przypadku współczynnik K wynosi 0,75, dla porównania dla ceramiki kształtuje się w zależności od grupy od 0,6 do 0,35 (przy zastosowaniu zaprawy do cienkich spoin). Według PN-EN 1996-1-1 pod obciążeniem skupionym powinny być zastosowane elementy murowe grupy 1 lub inne pełne elementy. Eurokod 6 nie dopuszcza zatem opierania chociażby nadproży na elementach grupy 2, 3 czy 4.

© Onidji – Fotolia.com

Warto zauważyć ciekawą właściwość rozwiązań konstrukcji murowych z betonu komórkowego, jaką jest możliwość wykonania tak zwanego przewieszenia muru. Przyjmując odpowiednie modele obliczeniowe, możliwe jest wystawienie poza krawędź muru fundamentowego ściany z betonu komórkowego o szerokości 1/3 szerokości zewnętrznej ściany nadziemia. Przy grubości ściany fundamentowej np. 24 cm możemy nad nią wznieść  ścianę zewnętrzną kondygnacji parteru o grubości 36,5 cm zlicowaną od strony wewnętrznej budynku. Przyjmując takie rozwiązanie, w obliczeniach konstrukcyjnych należy uwzględnić, że mur pracuje na ściskanie tylko na grubości odpowiadającej grubości oparcia muru na ścianie fundamentowej. W związku z tym zaleca się takie projektowanie budynku, aby obciążenia przypadające na ścianę zewnętrzną były przyłożone w osi, czyli połowie grubości oparcia na ścianie fundamentowej; takie założenie należy przyjąć przede wszystkim przy obliczaniu nośności w dolnym przekroju muru.

Od kilku lat zyskują na popularności bloczki termiczne stosowane jako pierwsza warstwa muru kondygnacji nadziemnych. Elementy takie mają na celu zminimalizowanie mostka termicznego na styku ściana–fundament. Idealnie w tę rolę wpisują się bloczki z betonu komórkowego (ich producenci to np. firmy Xella, Hebel,Solbet). W Belgii od dłuższego czasu zaleca się stosowanie bloczków na pierwszą warstwę o przewodności cieplnej l< 0,2 W/(m?K). W tab. 2 można znaleźć wartości dopuszczalnych obciążeń osiowych, jakie może przenieść pierwsza warstwa wykonana z bloczków Ytong w zależności od odmiany.

Projektując budynek z wykorzystaniem ściany jednowarstwowej, należy pamiętać o odpowiednim doborze tynku. Wysoka paroprzepuszczalność gazobetonu pozwala na oddychanie ścian, jednak aby takie zjawisko miało miejsce, muszą być spełnione pewne warunki. Dyfuzyjność poszczególnych warstw powinna rosnąć w kierunku zewnętrznym muru, czyli warstwa cienkowarstwowego tynku zewnętrznego powinna charakteryzować się jak najmniejszym współczynnikiem oporu dyfuzyjnego. W przypadku ścian jednowarstwowych zalecane są tynki mineralne lub silikatowe. Zastosowanie tynków akrylowych na ścianach wykonanych z materiału o dużej paroprzepuszczalności może powodować ich odspojenie w przyszłości.

Tab. 2 Dopuszczalne obciążenia osiowe, jakie może przenieść pierwsza warstwa wykonana z bloczków termicznych Ytong

Decydując się na projektowanie ścian z autoklawizowanego betonu komórkowego, można wybrać, czy ściany będą jedno-, dwu- lub trzywarstwowe. Ściana jednowarstwowa grubości 36,5 cm odmiany 300 pozwala osiągnąć współczynnik przenikania ciepła ściany U równy 0,25 W/(m²K).

Stosując grubsze elementy ścienne, poprawiamy właściwości termoizolacyjne danej przegrody i tak dla grubości 40 cm uzyskujemy współczynnik U rzędu 0,23 W/(m²K), a dla grubości muru 48 cm współczynnik U osiąga wynik 0,19 W/(m²K).  Bloczki z betonu komórkowego można stosować również w przypadku ścian wielowarstwowych. W przypadku ściany dwu- i trzywarstwowej na współczynnik U będzie miał wpływ system termoizolacji. Jako warstwa termoizolująca może służyć styropian, wełna mineralna lub beton komórkowy Multipor. Oczywiście zastosowanie lżejszej odmiany gazobetonu poprawia końcowy współczynnik przenikania ciepła przegrody. I tak dla porównania tab. 3 przedstawia przykładowe analizy paru rodzajów ścian. W ścianach wielowarstwowych jako docieplenie może służyć styropian, wełna mineralna lub wspomniany gazobeton Multipor. Zastosowanie tego ostatniego pozwala na zachowanie paroprzepuszczalności ściany.  W przypadku stosowania systemów dociepleń należy bezwzględnie stosować kompletny system jednego producenta.

Ściany z betonu komórkowego są często wykorzystywane w budownictwie ze względu na swoje właściwości pozwalające na uzyskanie odporności ogniowych rzędu REI 240. Odporności EI 60 można uzyskać już przy grubości muru około 75 mm. Dodatkowym plusem w przypadku stosowania tego typu przegród przeciwpożarowych jest również izolacyjność termiczna danej przegrody.

Fot. a) Produkcja płyt do ociepleń (Ytong Multipor), b) przyklejanie płyt

Fot. K. Wiśniewska

Najwięksi producenci bloczków gazobetonowych mają również w swojej ofercie elementy docieplenia wieńca (EDW) oraz płyty stropowe i dachowe. Element EDW służy jako izolacja termiczna wieńca w budynkach ze ścianami jednowarstwowymi. Jednocześnie elementy te pełnią funkcję szalunku traconego. EDW muruje się na zaprawie do cienkich spoin. Szerokość i wysokość stosowanych bloczków dobiera się ze względu na projektowany przekrój wieńca. Dzięki zastosowaniu elementów EDW powierzchnia elewacji pozostaje jednorodna, wykonana w całości z betonu komórkowego, pozwalając na łatwe wykończenie całej powierzchni.

Płyty stropowe oraz dachowe mają bardzo szerokie zastosowanie. Wykorzystywane są m.in. do wykonywania stropów i dachów w budynkach mieszkalnych, użyteczności publicznej, handlowych i przemysłowych. Elementy zbrojone z betonu komórkowego pozwalają na wykonanie stropów o rozpiętości do 7,50 m. Nośność stropu o rozpiętości 6 m wynosi od 3,5 nawet do 5 N/mm². Wykonanie stropu o powierzchni 100 m² trwa jeden dzień. W większości przypadków strop z elementów zbrojonych można obciążać tuż po jego ułożeniu. Dzięki temu nie ma konieczności wstrzymywania prac murowych na kolejnych kondygnacjach. Płyty ze zbrojonego betonu komórkowego produkowane są na indywidualne zamówienie zgodnie z projektem budynku. Gotowe płyty są od razu przygotowane do montażu bez konieczności dalszej obróbki na placu budowy. Wyjątkową zaletą elementów stropowych jest możliwość wykonywania balkonów o wysięgu do 1,5 m. Dzięki wysokiej izolacyjności termicznej oraz jednorodnej strukturze stropy oraz balkony nie stanowią mostków termicznych.

Tab. 3 Przykładowe analizy rodzajów ścian

Wykonawstwo 

Najczęstszym rozwiązaniem obecnie stosowanym jest murowanie bloczków na zaprawie do cienkich spoin (na tzw. kleju), oczywiście dotyczy to bloczków charakteryzujących się wysoką dokładnością wymiarową. Większość renomowanych producentów posiada w swojej ofercie bloczki z uchwytami montażowymi, ułatwiającymi przenoszenie, oraz z zamkiem, czyli tak zwanym piórem i wpustem. W przypadku bloczków wyposażonych w pióra i wpusty nie ma potrzeby stosowania spoiny pionowej łączącej dwa elementy. Jednak w każdym przypadku, gdy łączone są elementy bez zamków, należy wykonać spoinę pionową, czyli np. w narożnikach. Zastosowanie cienkiej spoiny, wielkości 2–3 mm, pozwala uniknąć mostków termicznych przy łączeniu elementów murowych. Dodatkowo zmniejsza ilość wilgoci technologicznej wprowadzanej do budynku. Porównując, dla budynku jednorodzinnego o powierzchni ok. 140 m² do wzniesienia ścian potrzeba około 1 tony kleju – zaprawy – do cienkich spoin, dla tego samego budynku wykonanego na zaprawie tradycyjnej zużylibyśmy około 10 ton zwykłej zaprawy murarskiej. Pierwsza warstwa bloczków musi być wykonana na zaprawie tradycyjnej o grubości 2–3 cm. Ma to na celu wypoziomowanie pierwszej warstwy. Murowanie należy rozpoczynać od narożników najwyżej położonego punktu fundamentu. W praktyce pierwszą warstwę po wymurowaniu pozostawia się na jeden dzień w celu ustabilizowania, a następnego dnia przystępuje się do murowania kolejnych warstw.

Często spotykanym mitem jest przeświadczenie, iż bloczków z betonu komórkowego nie można używać do wykonywania ścian piwnicznych czy fundamentowych.Ściany fundamentowe wykonuje się z bloczków o gładkich powierzchniach bocznych, czyli bez pióra i wpustu na zaprawie tradycyjnej. Zaprawa układana jest zarówno w spoinach poziomych, jak i pionowych. W Polsce nie jest to zbyt popularne rozwiązanie ze względu na konieczność dochowania szczególnej staranności związanej z pracami izolacyjnymi, mającymi na celu zabezpieczenie elementów ściennych  przed zawilgoceniem. W Niemczech tego typu rozwiązanie nie jest natomiast niczym niezwykłym.

Podczas prac wykonawczych warto pamiętać o kilku podstawowych zaleceniach producentów betonu komórkowego. Murując kolejne warstwy, trzeba zwrócić uwagę na spoiny pionowe, a dokładniej na przesunięcie spoin pionowych w stosunku do warstwy poprzedniej o co najmniej 8 cm.  Natomiast przy krawędziach otworów, krawędzi ścian, narożnikach budynku długość wmurowywanego bloczka powinna być większa niż 11,5 cm. Przy otworach okiennych należy pamiętać o tak zwanym zbrojeniu podokiennym (zbrojenie strefy okiennej). Siły ścinające występujące przy krawędziach otworów mogą spowodować powstanie rys ukośnych. W celu zabezpieczenia przed powstawaniem tego typu spękań należy zastosować zbrojenie podokienne. Zbrojenie to wykonuje się w przedostatniej warstwie bloczków (w najwyższej spoi-nie pod otworem). Dostępne są dwa rozwiązania. Pierwsze to stosowanie zbrojenia systemowego wykonanego ze stali nierdzewnej o małym przekroju, można je umieszczać bezpośrednio w spoinie cienkowarstwowej. W tym celu na powierzchni bloczków rozprowadzamy zaprawę, w której zatapia się zbrojenie. Drugim rozwiązaniem jest stosowanie prętów zbrojeniowych o średnicy 8 mm ze stali żebrowanej. W tym celu należy wykonać dwie bruzdy pozwalające zatopić pręty w zaprawie cementowej. Niezależnie od rodzaju wykonanego zbrojenia, czy to wykonanego za pomocą prętów stalowych czy za pomocą zbrojenia spoin wspornych, należy je przedłużyć poza krawędź otworu co najmniej o 0,5 m z każdej strony.

Zostając przy temacie otworów okiennych, należy zwrócić uwagę na systemy nadproży systemowych. Nadproża wykonywane są z gazobetonu najczęściej odmiany 600, zbrojone są prętami stalowymi pokrytymi warstwą antykorozyjną. Zastosowanie takich rozwiązań pozwala na wykorzystanie precyzji i wysokiego tempa prac przy jednoczesnym zachowaniu właściwości termoizolacyjnych przegrody, np. w porównaniu do tradycyjnych nadproży żelbetowych. Nadproża systemowe Ytong nie wymagają stemplowania ani wykonywania deskowania. Są samonośne i pozwalają na wykonywanie kolejnych warstw muru bezpośrednio po ułożeniu nadproży. Rozpiętości otworów mogą sięgać 250 cm w świetle. W przypadku otworów o większych szerokościach można zastosować tak zwane kształtki U. Są to szalunki tracone wykonane z betonu komórkowego. Kształtki U układa się na uprzednio przygotowanym stemplowaniu, a następnie umieszcza się w nim przygotowane zbrojenie. Takie rozwiązanie pozwala na dowolne kształtowanie otworów okiennych lub drzwiowych. Możliwość podwyższenia wysokości kształtki U pozwala na projektowanie podciągów o znacznych rozpiętościach. Te same kształtki mogą służyć do wykonania słupów w murze.

Koszty 

Koszty związane z budową domu kształtują się różnie, w zależności od wielkości oraz skomplikowania inwestycji. Jednak koszt materiałów ściennych w koszcie całej inwestycji oscyluje w granicy 5%. Inwestorzy, decydując się na wybór materiału ściennego, powinni spojrzeć globalnie na końcową wartość wykonania ściany. Często pomijalnym etapem jest wykonanie instalacji elektrycznych. W ścianach wykonanych z betonu komórkowego możemy przy użyciu ręcznych rylców wykonać bruzdy pod kable elektryczne. Dzięki takiemu rozwiązaniu i dokładności wymiarowej bloczków a zarazem ściany możemy wykonać cienkowarstwowy tynk wewnętrzny. Wykorzystując tę zaletę betonu komórkowego, znacznie oszczędzamy finalny koszt otrzymanej ściany przez zmniejszenie grubości tynku w porównaniu z instalacją elektryczną położoną na murze.

Koszt ściany zarówno jednowarstwowej, jak i dwuwarstwowej o takim samym współczynniku U = 0,25 W/(m²K) kształtuje się na podobnym poziomie.

Na korzyść ściany jednowarstwowej przemawia jednak znacznie krótszy czas wzniesienia przegrody o danym współczynniku U ściany. 

Grzegorz Markiewicz