Ak je reč o betóne, nemožno prehliadnuť pórobetón, inak by bolo naše rozprávanie neúplné. Vznik pórobetónu sa datuje do prvej polovice 20. rokov minulého storočia a ide teda o relatívne veľmi mladistvý betón. Platí to najmä, ak do našich úvah zahrnieme aj staroveké betóny, v ktorých bol aplikovaný cement na báze pucolánu, čo je jemný vulkanický popol, ktorého podstatnú časť tvorí hlinitokremičitan, ktorý za mokra reaguje s haseným vápnom Ca(OH)2 a následne tvrdne.
Ako sa rodí pórobetón
Pórobetón vzniká z bežne dostupných prírodných surovín. Základnými surovinami (ZS) je kremenný piesok, cement a vápno, v minulosti to u nás býval aj popolček. Pomocnými surovinami (PS) sú sadra alebo anhydrit, hliníkový prášok alebo hliníková pasta.
Existuje viac druhov pórobetónu, ktoré sa od seba viac či menej líšia (surovinami aj postupom). Základné suroviny sa najprv dôkladne miešajú s vodou a potom aj s pomocnými surovinami za vzniku väzkej, avšak tekutej hmoty, pripomínajúcej kašu. Tá sa ihneď naleje do formy, kde v silne zásaditom (alkalickom) prostredí dochádza k sérii exothermných (teplo uvoľňujúcich) reakcií, pri ktorých vzniká plynný vodík.
Túto reakciu je možné rozpísať do dvoch krokov:
Ľahké bublinky vodíka, ktoré v hojnej miere pritom vznikajú, majú síce tendenciu stúpať nahor, ale vysoká hustota a väzkosť prostredia to neumožňujú. Zotrvávajú preto na mieste, prípadne sa združujú do väčších bublín a materiál tak pórovatie a zároveň kysne. Po naliatí do formy dôjde vďaka produkcii bublín do 15 minút k zväčšeniu objemu materiálu až 4× a k vzniku vysoko porézneho materiálu. Ten postupne zatuhne, čím pórobetón získa tvarovú stálosť, aby potom mohol byť formátovaný do konkrétnych rozmerov tvárnic pomocou drôtových krájačov a následne vytvrdený v autokláve.
Autoklávovací proces
Potrebnú tvrdosť a pevnosť dostane pórobetón až v autokláve. Zmyslom autoklávovania je odštartovať a nechať prebehnúť hydratačné reakcie, vďaka ktorým sa tvoria chemické väzby medzi prítomnými zložkami za vzniku nových minerálov, špeciálne tobermoritu (5CaO • 6 SiO2• 5H2O). Drobné tzv. listovité kryštáliky tohto minerálu vzájomne prerastajú a vytvárajú tak pevný skelet autoklávovaného pórobetónu.
Deje v autokláve teda pripomínajú proces tvrdnutia a zrenia pri klasickom betóne, ktorý je však urýchlený extrémnymi podmienkami. Autokláva je vlastne veľký tlakový hrniec, v ktorom nastavujeme teplotu a tlak tak, aby vznikal tobermorit. Ten je výsledkom súbežnej hydratácie kremičitého piesku a vápna za zvýšenej teploty a vlhkosti, pri ktorej vznikajú pevné chemické väzby medzi kyslým plnivom a zásaditým spojivom. Táto hydratácia a špeciálne tobermorit, prebieha výhradne cez tekutú fázu. Preto má na vznik pevnej štruktúry vplyv rozpustnosť základných zložiek.
Optimálny stav tak nastáva v bode zhodnej rozpustnosti β–kremeňa a Ca(OH)2, k čomu dochádza pri teplote 174–193 °C [4]. To je zároveň ideálny interval teplôt pre účinné autoklávovanie.
Čo vo výsledku získavame? Prítomnosť veľkého obsahu pórov dodáva pórobetónu jeho výborné tepelno – izolačné vlastnosti. Murovací materiál je z rovnakého dôvodu aj veľmi ľahký, takže sa s ním jednoducho a dobre manipuluje. Proces autoklávovania potom dodáva tomuto materiálu dostatočnú finálnu pevnosť a robia tak vhodným na murovanie obvodových múrov aj priečok.
Z histórie pórobetónu
Autoklávový pórobetón v polovici 20. rokov minulého storočia významne zdokonalil švédsky architekt a inovátor Dr. Johan Axel Eriksson a to v spolupráci s profesorom Henrikem Kreügerem v Královskom Inštitúte Technológie v Stockholme [2], [3]. V reakcii, ako hovoria historici, na rastúce požiadavky na zásobovanie stavebným drevom. Prvý menovaný Eriksson na jeho výrobu sformuloval recept už roku 1923. K objavu vraj došlo takmer náhodou, keď sa vynálezca v časovej tiesni rozhodol urýchliť vytváranie poréznej hmoty v laboratórnej autokláve prídavkom haseného vápna, vody a hliníkového prášku.
Vlastný proces výroby bol potom patentovaný v roku 1924 a v roku 1929 bola v meste Yxhult vo Švédsku zahájená výroba pod skratkou Y-Tong, odvodené z pôvodného názvu "Yxhults Ånghärdade Gasbetong" (parou tvrdený plynobetón). Toto označenie sa neskôr stalo prvou registrovanou značkou stavebného materiálu na svete: Ytong.
Pôvodný pórobetón Ytong bol vo Švédsku vyrábaný s obsahom kamencovej bridlice, ktorej spáliteľný obsah uhlíka sa vtedy ukázal ako prospešný vo výrobnom procese. Neskôr sa ale ukázalo, že bridlica obsahovala stopový obsah prírodného uránu a preto Ytong v roku 1975 receptúru pozmenil, takže nová formulácia obsahovala iba kremenný piesok, sadru, vápno, cement, vodu a hliníkový prášok. Popisované nové riešenie malo nad rámec ochrany zdravia ešte ďalší nápadný presah: nový Ytong bol čisto biely. Aj to prispelo k celosvetovému rozšíreniu tohto stavebného materiálu, ktorého bielu variantu postupne preberali alebo ešte preberajú všetci významní svetoví výrobcovia. Ytong je teda nielen priekopníkom výskumu, vývoja a vzniku pórobetónu, ale stal sa synonymom pre kvalitný pórobetón.
Záujem o pórobetón stále rastie
Ytong však neostal sám. Ďalšia obchodná značka Siporex, ktorá reprezentuje pórobetón, bola založená tiež vo Švédsku a síce v roku 1939. Tento typ ľahkého betónu bol vyvinutý v roku 1930 výskumným tímom pod vedením inžiniera Ivara Eklunda a profesora Lennarta Forsena. Jej dnešný následovník Siporex AB drží licencie a vlastné závody v 35 miestach na celom svete. Pôvodná švédska spoločnosť, pomenovaná ako Siporex, sídlila v mestečku Dalby v správnej oblasti Lund v blízkosti Malmö.
Na Slovensku a v Čechách je známych viacero značiek pórobetónov. Spomeňme napríklad značku HEBEL. V roku 1943 získal Josef Hebel technológiu na výrobu autoklávovaného pórobetónu a kúpil továreň na vápennopieskové tehly v Emmeringu, neďaleko Mníchova. Ihneď potom začal výrobu pórobetónu. Po druhej svetovej vojne bola väčšina povojnového Nemecka znovu vystavaná práve z pórobetónu značky Hebel.
Y-Tong a Hebel boli celú druhú polovicu dvadsiateho storočia hlavnými výrobcami pórobetónu a ich pôsobenie sa rozšírilo po celom svete. V roku 2000 sa Y-Tong a Hebel spojili a v roku 2002 boli obe kúpené spoločnosťou Haniel Bau Industrie a ďalej existujú pod názvom Xella. Tá je medzinárodne účinkujúcou spoločnosťou so sídlom v Duisburgu (Nemecko).
Veľmi významným aktérom je aj skupina H+H Group. Jej počiatky siahajú do roku 1909, kedy podnikateľ Henrik Johan Henriksen a majiteľ výrobne dlaždíc Waldemar Kähler založili v Dánsku spoločnú baňu na ťažbu piesku a štrku. Firma sa neskôr stala priekopníkom vo výrobe pórobetónu, ktorého výrobu začala v roku 1937. Dnešná H+H Group sídli v meste Århus, druhom najväčšom meste v Dánsku a má pobočky v SRN, Fínsku, Beneluxe, Švédsku, Spojenom kráľovstve, Poľsku a v Rusku.
Pórobetón – materiál pre celý svet
Po historickej exkurzii sa presunieme do prítomnosti. Pórobetón je dnes hojne vyrábaný v mnohých spoločnostiach a ich pobočkách, najmä v Európe a Ázii. Časť sa ho vyrába aj v Severnej a Južnej Amerike, v Afrike je výrobný závod v Egypte. Naopak v Európe jeho výroba (podľa Wikipédie) znateľne poklesla, avšak priemysel pórobetónu naopak rýchlo rastie v Ázii z dôvodu vysokých dopytov z oblasti.
Najväčším svetovým odbytiskom pórobetónu je dnes Čína, ktorá je s niekoľkými stovkami výrobných závodov aj jeho najväčším svetovým producentom. V iných porovnaniach je za najväčší trh s pórobetónom označovaný ázijský región Čína, Stredná Ázia, India a Stredný Východ, či už ide o výrobu alebo spotrebu autoklávovaného pórobetónu.
V európskom porovnaní je najväčším výrobcom pórobetónu Poľsko (28,4 %), nasledované Nemeckom (13,4 %), Rumunskom (12,9 %) a Spojeným kráľovstvom (10,1 %). Ďalšie miesta obsadzujú Česká republika (6,3 %) a Slovensko (5,7 %). Na úplnom chvostu sú Estónsko, Fínsko a Škandinávia, napriek tomu, že práve v tej pórobetón vznikol. Údaje sa vzťahujú k roku 2009 a sú prevzaté z [5].
Čo sa týka Slovenska a Čiech, najväčším výrobcom autoklávovaného pórobetónu je spoločnosť Xella, s.r.o. s ročným objemom cca 800 000 mil. m3 z prevádzok Hrušovany pri Brna, Chlumčany a Horné Počáply. Potom nasleduje spoločnosť PORFIX a.s.
Fyzikálne vlastnosti pórobetónu
Tuhosť a pevnosť
Obidve tieto dôležité vlastnosti získava pórobetón v autokláve. Tu za presne definovanej teploty, tlaku a času pôsobenia dochádza k vytvrdzujúcej reakcii. S ohľadom na to, do akej miery je pórobetón odľahčený – objemová hmotnosť tepelnoizolačných a zároveň nosných murovacích tvárnic dosahuje výnimočnej hodnoty necelých 300 kg/m3 – dobre plní aj nosnú funkciu v triede P2. To zodpovedá pevnosti min. 2 MPa. A možnosti postaviť z nich obvodovú stenu pozostávajúcu až z niekoľkých podlaží.
Tepelná izolácia
Pórobetón je možné napeniť tak, že sa správa ako tepelná izolácia. To je prípad pórobetónovej izolácie Multipor so súčiniteľom tepelnej vodivosti λ = 0,045 W/(m.K) a objemovou hmotnosťou 115 kg/m3. Ani murovacie tvárnice s nosnou funkciou nie sú pozadu. Termoizolačné tvárnice Lambda Q s objemovou hmotnosťou 300 kg/m3 majú súčiniteľ λ = 0,077 W/(m.K) pri zachovaní pevnosti v triede P2. Murivo z týchto tvárnic sa nezatepľuje a v tomto prevedení je vhodné aj k výstavbe pasívneho domu.
Akumulácia tepla
Táto vlastnosť obvodového aj vnútorného muriva ponúka stabilnú interiérovú teplotu na príjemnej úrovni bez vĺn tepla alebo chladu. Občas počujeme, že to isté „zariadi” hrubá tepelná izolácia. Skúsenosť z krajín s oveľa teplejším podnebím, než je u nás, a v ktorých zároveň najrýchlejšie rastie záujem o pórobetón (Stredná Ázia, India a Stredný Východ, Čína), je opačná: Tamojšie domy musia mať veľkú tepelnú akumuláciu, ktorá stabilizuje vnútornú teplotu na váženom strede medzi nočným chladom a dennou horúčavou pod ostrým slnkom, ktoré rozpaľuje strechy a fasády.
Pórobetón tejto akumulačnej požiadavke vyhovuje a ako novú hodnotu ponúka tepelnú izoláciu, ktorá zníži výdavky na vykurovanie alebo chladenie v studenom, resp. horúcom ročnom období.
Vzduchotesnosť a kondenzácia
Kto sa chystá stavať v našich tuzemských podmienkach pasívny dom (a nielen ten), zvládne to pri použití pórobetónových tvárnic (Lambda YQ) aj jednovrstvovú technológiu. Jednovrstvová pórobetónová stena nielen izoluje a akumuluje teplo, ona je navyše dokonale vzduchotesná aj bez vzduchotesných fólií a lepiacich pások s obmedzenou životnosťou. Popri vysokej tepelnej izolácii sa tým rieši a to natrvalo, aj problém vzduchotesnosti obvodových stien.
Projektantov zaujímajú tiež otázky v záležitostiach prípadnej kondenzácie vodnej pary v konštrukcii. Ak sú parametre pórobetónu na úrovni Lambda YQ, výpočet hovorí, že v obvodovej konštrukcii kondenzuje para od teploty –13 °C nižšie, inak je konštrukcia v režime vysychania (pri vnútornej teplote 20 °C a relatívnej vlhkosti 40 %).
Reakcia na vlhkosť
Základným stavom pórobetónu je byť suchý. Pórobetón spontánne neabsorbuje vzdušnú vlhkosť. Je však difúzne veľmi otvorený, takže – ako bolo uvedené – pri veľkom poklese vonkajšej teploty vlhne v miestach vzniku rosného bodu. Po oteplení vlhké miesta rýchlo vysychajú, pričom odvod vlhkosti urýchľuje spomínaná difúzna otvorenosť pórobetónu.
Objemová stálosť
Proces autoklávovania, ktorým sa urýchľuje proces tvrdnutia pórobetónu a sprievodnej chemickej reakcie, vedie k mimoriadne vysokej pevnosti a stabilite, tzn. trvanlivosti pevnej fázy materiálu. A tak aj keď je materiál veľmi riedky, je tvarovo stabilný a v čase stály, teda tvarovo trvanlivý. S tým je úzko spätá vysoká odolnosť pórobetónu voči atmosférickým, chemickým, tepelným a biologickým vplyvom. A odtiaľ sa zároveň odvíja rovnomerná a trvalá kvalita výrobkov bez kolísania kvality.
Záver
Keď Johan Axel Eriksson a Henrik Kreüger v laboratórnych podmienkach vyvíjali nový stavebný materiál, boli motivovaní, možno nadšení myšlienkou chrániť prírodu a lesy a zároveň otvoriť novú cestu pre výstavbu obydlí, škôl, tovární a ďalších prospešných budov a stavieb. Pozitívna motivácia a prístupy v kombinácii s nadšením vždy vedú k úspechu. Ten nie je ale vždy zrejmý, ani hneď viditeľný vo svojej plnej sile a očami tých, ktorí stáli na samom začiatku.
Všetky osobnosti, ktoré v tomto pojednaní zohrávajú hlavnú úlohu, by dnes boli možno prekvapené. V rodisku väčšiny z nich, v Škandinávii, bola myšlienka AAC (Autoclaved aerated concrete), čiže pórobetónu prvýkrát realizovaná a potom takmer zmetená zo stola. Zato sa ujala a rozrástla južnejšie a východnejšie. Pod heslami Udržateľná budúcnosť cez nákladovo efektívny stavebný systém alebo Typové konštrukcie a univerzálne použitie vo všetkých klimatických podmienkach sa pórobetón v obrovských množstvách aplikuje aj v Saudskej Arábii, Indii alebo Číne.
Literatúra a zdroje:
[1] Straka, Radek: Pórobeton – kynutý stavební materiál, VUT v Brně, Fakulta chemická, uveřejněno 9.3.2011 na chempoint.cz.
[2] "Hebel: The History of AAC", Načteno a archivováno podle originálu z 2010-11-04.
[3] Swedish Association of Historical Buildings: Pioneering work in the early days of concrete – history 1890–1950 (from Byggnadskultur issue 4/2004) (Swedish)
[4] Výborný, J., Drochytka, R., Košatka, P., Pume, D., Tobolka, Z.: Nauka o materiálech 20 (21) – Pórobeton. 1. vydání. Vydavatelství ČVUT Praha 1999.
[5] Bednárik, Vít: Optimalizace technologie výroby popílkového pórobetonu. SVOČ, akademický rok 2011/2012.
Súvisiace články:
Veľkoformátové tvárnice v systéme Ytong
Ytong nám na jeseň predstaví inovácie v technológiách rýchlej výstavby
Nové veľkoformátové tvárnice Ytong, priečkový panel Ytong Jumbo a Silka Tempo
