Možnosti využití lehčeného kamenivapři výrobě cementotřískové desky
Jedním z deskových materiálů pro použití do vnitřního i venkovního prostředí je cementotřísková deska. Vzhledem k příznivým fyzikálněmechanickým vlastnostem je určena pro všestranné stavební použití. Omezení pro některé případy použití je dáno poměrně vysokou vlhkostní roztažností cementotřískových desek.
Snížení vlhkostní roztažnosti lze dosáhnout částečnou náhradou výchozích surovin. Základními složkami cementotřískové desky jsou pojivo – cement a plnivo – dřevní hmota. Zásadní vliv na vlhkostní roztažnost má v tomto případě dřevěné plnivo. Plnivo může být částečně nahrazeno surovinami, které mají vysokou odolnost vůči změnám vlhkosti a minimální smrštění.
Lehčené kamenivo Liapor
Na základě provedené rešerše mezi materiály vhodnými jako alternativní plnivo bylo vybráno pro laboratorní testování lehčené kamenivo. Protože v ČR působí přímo i výrobce tohoto kameniva, zvoleno bylo lehké kamenivo z expandovaných jílů a břidlic s obchodním označením Liapor.
Průmyslový proces výroby lehkých kameniv z expandovaných jílů a břidlic je různý podle vlastností vstupního materiálu. Záleží na obsahu vody a historii těchto přírodních materiálů. Výrobce firma Lias Vintířov používá plastický postup výroby, výrobu široké frakce a následné přesné třídění na úzké frakce.
Liapor je ve Vintířově vyráběn z třetihorních cypřišových jílů, které tvoří nadloží hnědouhelných slojí Sokolovské pánve. Vypalování a expandování probíhá v rotačních pecích při teplotě 1 100 °C až 1 200 °C Při výrobě nejsou používány žádné umělé porotvorné přísady, podmínkou expandace je pouze vhodné přírodní složení jílu a jeho dobré zpracování.
Díky vynikajícím vlastnostem jílů ve využívaném ložisku a díky úrovni jejich zpracování patří tento typ lehčeného kameniva se svou sypnou hmotností 300–500 kg/m3 mezi nejlehčí materiály tohoto druhu na světě.
Testování vzorků
Pro laboratorní testy vzhledem k tloušťkám vyráběných desek byla zvolena frakce umělého kameniva 0–2 mm. Postup těchto testů byl zvolen tak, aby co nejvěrněji simuloval provoz výrobní linky pro standardně produkované cementotřískové desky.
Při tomto výrobním procesu je do míchacího zařízení přes váhy dopravena připravená dřevní hmota, kvalitní portlandský cement, podle receptury mineralizační látky a voda, jejíž množství se přizpůsobuje podle naměřené vlhkosti dřeva. Ve vrstvícím zařízení se rozprostře namíchaný materiál na rovné, předem ošetřené ocelové plechy, které v přímém sledu obíhají dokola. Zařízení pracuje se čtyřmi oddělenými vrstvícími stroji umístěnými za sebou. První a čtvrtá komora vytváří pomocí větrného třídění krycí vrstvy desek, druhá a třetí komora jsou mechanické a rovnoměrným nanášením vytvářejí středovou provázanou vrstvu. Plechy s rounem jsou stohovány na sebe a lisovány vysokým tlakem na jmenovitou tloušťku (cca 1/3 sypné tloušťky). Po urychleném hydratačním procesu vytvrzováním se desky odstohují a převezou do klimatizačního skladu, kde min. sedm dní dozrávají. Potom se cementotřískové desky suší na vlhkost 9 % (± 4 váhová %) a formátují na základní rozměr.
Tab. 1: Výsledky testování| Receptura (vodní součinitel) | Pevnost v tahu za ohybu (MPa) | Modul pružnosti (MPa) | Objemová hmotnost (kg/m3) |
| 1 (0,4) | 2,07 | 765 | 1428 |
| 2 (0,5) | 2,57 | 938 | 1478 |
| 3 (0,6) | 4,25 | 1049 | 1550 |
Různé receptury
Navrženy byly tři různé receptury, ve kterých byla vždy dřevní hmota nahrazena lehčeným kamenivem a elektrárenským popílkem (plnivo s jemnou frakcí). Popílek ve směsi plní i funkci pojiva. Výrobce lehčeného kameniva nabídl recepturu z jejich zkoušek výroby deskových materiálů. Problematickým faktorem v této receptuře je ale vodní součinitel (0,6), který odpovídá vodním součinitelům z výroben betonových směsí. Směs pro výrobu standardně produkované cementotřískové desky je výrazně sušší – pohybuje se kolem 0,4.
Testované receptury se tedy navzájem lišily v hodnotě vodního součinitele, poměr mezi dalšími složkami (portlandský cement 42,5 R, elektrárenský popílek, lehčené kamenivo Liapor frakce 0–2 mm) byl konstantní.
Dávkování a míchání jednotlivých složek probíhalo v laboratorních podmínkách. Namíchaná směs byla volně sypána do malé formy, navrstvena na výšku 15 mm a stlačena na cca 10–12 mm. Aby výsledná deska měla dostatečnou pevnost v tahu za ohybu, byly do krajních vrstev (lícová i rubová) vloženy pásky z armovací tkaniny (perlinky). V sériově produkované cementotřískové desce pevnost v tahu za ohybu zajišťují dřevěné třísky. V lisu byl vzorek ponechán po dobu 10 hodin při teplotě 50 °C. Poté proběhlo odformování vzorku a volné skladování v klimatizačním boxu (teplota 20 °C).
V případě variant s vodním součinitelem 0,4 a 0,5 nebyla dokonale zapracována výztužná tkanina do obou povrchů. U směsi s nejvyšším vodním součinitelem (0,6) bylo zabudování armovací tkaniny velmi dobré. Po 7 dnech byly provedeny první fyzikální testy, s těmito průměrnými výsledky (viz tabulka).
Dosažené výsledky byly porovnány s parametry laboratorně vyrobené cementotřískové desky (ze standartní směsi). Nejlepší vzorek s plnivem z lehčeného kameniva (receptura 3) má poloviční pevnost v ohybu jako cementotřísková deska, přibližně třetinový modul pružnosti.
Z dosažených výsledků je zřejmé, že zvyšující vodní součinitel zlepšuje fyzikálně mechanické parametry a spojení hmoty s armovací tkaninou. Toto ale naráží na možnosti výrobní linky, která umí zpracovat směsi s nízkým vodním součinitelem. Na stávajícím technologickém zařízení nelze cementovou desku s plnivem z lehčeného kameniva vyrobit.
Vývoj inovované směsi pro výrobu cementové desky má ale pokračování. Případný produkt bez dřevěné hmoty by měl jednoznačné výhody. Především nehořlavost – vzhledem k složení desky (bez organických látek) by tento produkt byl zařazen do nejvyšší třídy reakce na oheň – A1. Rovněž lze předpokládat vysokou požární odolnost u konstrukcí opláštěných tímto deskovým materiálem. Pozitivem rozhodně je i tvarová stálost – minimální smrštění a roztažnost vlivem změny vlhkosti. Taková deska by byla vhodným a stabilním podkladem pod omítky, obklady do venkovního prostředí.
Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu v rámci projektu FR-TI3/595 „Inovace složení směsi pro výrobu cementotřískové desky”.
