Pórobeton. Vlastnosti, využití a jak se vyrábí

Rodištěm pórobetonu bylo Švédsko a tato adresa nebyla náhodná. Země tehdy totiž čelila rychle rostoucím požadavkům na zásobování stavebním dřevem, jehož těžba, zpracování a doprava ze stále vzdálenějších míst byly čím dál složitější a dražší. Proto se hledala řešení, aby se výroba stavebních dílců a jejich surovinové zdroje přiblížily k lidským sídlům.

Je-li řeč o betonu, nelze přehlédnout pórobeton, jinak by bylo naše vypravování neúplné. Vznik pórobetonu se datuje do první poloviny 20. let minulého století a jde tedy o relativně velmi mladistvý beton. To zejména platí, když do našich úvah zahrneme i starověké betony, v nichž byl aplikován cement na bázi pucolánu, což je jemný vulkanický popel, jehož podstatnou část tvoří hlinitokřemičitan, který za mokra reaguje s hašeným vápnem Ca(OH)₂ a následně tvrdne.

Jak se rodí pórobeton

Pórobeton vzniká z běžně dostupných přírodních surovin. Základními surovinami (ZS) je křemenný písek, cement a vápno, v minulosti to u nás býval také popílek. Pomocnými surovinami (PS) jsou sádra nebo anhydrit, hliníkový prášek nebo hliníková pasta.

Existuje více druhů pórobetonu, které se od sebe více či méně liší (surovinami i postupem). Základní suroviny se nejprve důkladně mísí s vodou a poté i s pomocnými surovinami za vzniku vazké, avšak tekuté hmoty, připomínající kaši. Ta se ihned nalije do formy, kde v silně zásaditém (alkalickém) prostředí dochází k sérii exothermních (teplo uvolňujících) reakcí, při kterých vzniká plynný vodík. Tuto reakci lze rozepsat do dvou kroků:

Lehké bublinky vodíku, které v hojné míře přitom vznikají, mají sice tendenci stoupat vzhůru, ale vysoká hustota a vazkost prostředí to neumožňují. Setrvávají proto na místě, případně se sdružují do větších bublin a materiál tak pórovatí a zároveň kyne. Po nalití do formy dojde díky produkci bublin do 15 minut ke zvětšení objemu materiálu až 4× a ke vzniku vysoce porézního materiálu. Ten postupně zatuhne, čímž pórobeton získá tvarovou stálost, aby pak mohl být formátován do konkrétních rozměrů tvárnic pomocí drátových kráječů a následně vytvrzen v autoklávu.

Pórobeton ve skeletových stavbách

Pórobeton slučuje nosnou i tepelněizolační funkci a umožňuje tak výstavbu rodinných či bytových domů v pasivním, nulovém i aktivním standardu běžnou a rychlou jednovrstvou…

Autoklávovací proces

Potřebnou tvrdost a pevnost dostane pórobeton až v autoklávu. Smyslem autoklávování je odstartovat a nechat proběhnout hydratační reakce, díky nimž se tvoří chemické vazby mezi přítomnými složkami za vzniku nových minerálů, speciálně tobermoritu (5CaO · 6 SiO₂· 5H₂O). Drobné listovité krystalky tohoto minerálu vzájemně prorůstají a vytvářejí tak pevný skelet autoklávovaného pórobetonu.

Děje v autoklávu tedy připomínají proces tvrdnutí a zrání u klasického betonu, který je však urychlen extrémními podmínkami. Autokláv je vlastně velký tlakový hrnec, v němž nastavujeme teplotu a tlak tak, aby vznikal tobermorit. Ten je výsledkem souběžné hydratace křemičitého písku a vápna za zvýšené teploty a vlhkosti, při které vznikají pevné chemické vazby mezi kyselým plnivem a zásaditým pojivem. A tato hydratace, a speciálně tobermorit, probíhá výhradně přes tekutou fázi. Proto má na vznik pevné struktury vliv rozpustnost základních složek. Optimální stav tak nastává v bodě shodné rozpustnosti β–křemene a Ca(OH)₂, k čemuž dochází při teplotě 174–193 °C [4]. To je zároveň ideální interval teplot pro účinné autoklávování.

Co ve výsledku získáváme? Přítomnost velkého obsahu pórů dodává pórobetonu jeho výborné tepelně izolační vlastnosti. Zdicí materiál je ze stejného důvodu i velmi lehký, takže se s ním snadno a dobře manipuluje. Proces autoklávování pak dodává tomuto materiálu dostatečnou finální pevnost a činí jej tak vhodným pro zdění obvodových zdí i příček.

Něco z historie pórobetonu

Autoklávový pórobeton v polovině 20. let minulého století významně zdokonalil švédský architekt a inovátor Dr. Johan Axel Eriksson, a to ve spolupráci s profesorem Henrikem Kreügerem v Královském Institutu Technologie ve Stockholmu [2], [3]. V reakci, jak říkají historikové, na rostoucí požadavky na zásobování stavebním dřevem.

Prvně jmenovaný Eriksson na jeho výrobu zformuloval recept už roku 1923. K objevu prý došlo skoro náhodou, když se vynálezce v časové tísni rozhodl urychlit vytváření porézní hmoty v laboratorním autoklávu přídavkem hašeného vápna, vody a hliníkového prášku.

Vlastní proces výroby byl pak patentován v roce 1924 a v roce 1929 byla v městě Yxhult ve Švédsku zahájena výroba pod zkratkou Y-Tong, odvozené z původního názvu "Yxhults Ånghärdade Gasbetong" (párou tvrzený plynobeton). Toto označení se později stalo první registrovanou značkou stavebního materiálu na světě: Ytong.

Původní pórobeton Ytong byl ve Švédsku vyráběn s obsahem kamencové břidlice, jejíž spalitelný obsah uhlíku se tehdy ukázal jako prospěšný ve výrobním procesu. Později se ale ukázalo, že břidlice obsahovala stopový obsah přírodního uranu, a proto Ytong v roce 1975 recepturu pozměnil, takže nová formulace obsahovala pouze křemenný písek, sádru, vápno, cement, vodu a hliníkový prášek. Popisované nové řešení mělo nad rámec ochrany zdraví ještě další nápadný přesah: nový Ytong byl čistě bílý. I to přispělo k celosvětovému rozšíření tohoto stavebního materiálu, jehož bílou variantu postupně přejímali či ještě přejímají všichni významní světoví výrobci.

Ytong je tedy nejen průkopníkem výzkumu, vývoje a vzniku pórobetonu, ale stal se synonymem pro kvalitní pórobeton.

Rostoucí zájem o pórobeton

Ytong ovšem nezůstal sám. Další obchodní značka Siporex, která reprezentuje pórobeton, byla založena také ve Švédsku, a sice v roce 1939. Tento typ lehkého betonu byl vyvinut v roce 1930 výzkumným týmem pod vedením inženýra Ivara Eklunda a profesora Lennarta Forsena. Její dnešní následník Siporex AB drží licence a vlastní závody ve 35 místech na celém světě. Původní švédská společnost, pojmenovaná jako Siporex, sídlila v městečku Dalby ve správní oblasti Lund poblíž Malmö.

V ČR je také dobře znám pórobeton HEBEL. V roce 1943 získal Josef Hebel technologii na výrobu autoklávovaného pórobetonu a koupil továrnu na vápenopískové cihly v Emmeringu, nedaleko Mnichova. Ihned pak začal výrobu pórobetonu. Po druhé světové válce byla většina poválečného Německa znovu vystavena právě z pórobetonu značky Hebel.

Profesionální strop i svépomocí? Ano, stropy a střechy Ytong!

Stropní a střešní konstrukce musí především přenášet svou tíhu do nosných stěn a měly by zároveň za daných okolností šetřit i prostor. Jejich výběr je dnes opravdu široký, a vždy…

Y-Tong a Hebel byly celou druhou polovinu dvacátého století hlavními výrobci pórobetonu a jejich působení se rozšířilo po celém světě. V roce 2000 se Y-Tong a Hebel spojily a v roce 2002 byly obě koupeny společností Haniel Bau Industrie a dále existují pod názvem Xella. Ta je mezinárodně účinkující společností se sídlem v Duisburgu (Německo).

Velice významným aktérem je také skupina H+H Group. Její počátky sahají do roku 1909, kdy podnikatel Henrik Johan Henriksen a majitel výrobny dlaždic Waldemar Kähler založili v Dánsku společný důl na těžbu písku a štěrku. Firma se později stala průkopníkem ve výrobě pórobetonu, jehož výrobu zahájila v roce 1937. Dnešní H+H Group sídlí v městě Århus, druhém největším městu v Dánsku a má pobočky v SRN, Finsku, Beneluxu, Švédsku, Spojeném království, Polsku a v Rusku.

Pórobeton – materiál pro celý svět

Po historickém exkurzu se přesuneme do přítomnosti. Pórobeton je dnes hojně vyráběn v mnoha společnostech a jejich pobočkách, zejména v Evropě a Asii. Část se ho vyrábí také v Severní i Jižní Americe, v Africe je výrobní závod v Egyptě. Naopak v Evropě jeho výroba (podle Wikipedie) znatelně poklesla, avšak průmysl pórobetonu naopak rychle roste v Asii z důvodu vysokých poptávek z oblasti výstavby bytových a rodinných domů, ale i obchodních či průmyslových staveb.

Téma: Rodinné domy

Největším světovým odbytištěm pórobetonu je dnes Čína, která je s několika stovkami výrobních závodů i jeho největším světovým producentem. V jiných srovnáních je za největší trh s pórobetonem označován asijský region Čína, Střední Asie, Indie a Střední Východ, ať už jde o výrobu nebo spotřebu autoklávovaného pórobetonu.

V evropském srovnání je největším výrobcem pórobetonu Polsko (28,4 %), následované Německem (13,4 %), Rumunskem (12,9 %) a Spojeným královstvím (10,1 %). Další místa zaujímají Česká republika (6,3 %) a Slovensko (5,7 %). Na úplném chvostu jsou Estonsko, Finsko a Skandinávie, přestože právě ta dala pórobetonu vzniknout. Údaje se vztahují k roku 2009 a jsou převzaty z [5].

Co se týče České republiky, největším výrobcem autoklávovaného pórobetonu je Xella CZ, s.r.o. s ročním objemem ca 800 000 mil. m³ z provozoven Hrušovany u Brna, Chlumčany a Horní Počáply. Následuje PORFIX CZ a.s. se závody v Ostravě-Třebovicích a Trutnově-Poříčí.

Fyzikální vlastnosti pórobetonu

Tuhost a pevnost

Obě tyto důležité vlastnosti získává pórobeton v autoklávu. Zde za přesně definované teploty, tlaku a času působení dochází k vytvrzující reakci. S ohledem na to, do jaké míry je pórobeton vylehčený – objemová hmotnost tepelněizolačních a zároveň nosných zdicích tvárnic dosahuje výjimečné hodnoty necelých 300 kg/m³ – dobře plní i nosnou funkci ve třídě P2. To odpovídá pevnosti min. 2 MPa. A možnosti vystavět z nich obvodovou stěnu až o několika podlažích.

Tepelná izolace

Pórobeton lze napěnit tak, že se chová jako tepelná izolace. To je případ pórobetonové izolace Multipor se součinitelem tepelné vodivosti λ = 0,045 W/(m.K) a objemovou hmotností 115 kg/m³. Ani zdicí tvárnice s nosnou funkcí nejsou pozadu. Termoizolační tvárnice Lambda  Q s objemovou hmotností 300 kg/m³ mají součinitel λ = 0,077 W/(m.K) při zachování pevnosti ve třídě P2. Zdivo z těchto tvárnic se nezatepluje a v tomto provedení vhodné i k výstavbě pasivního domu.

Akumulace tepla

Tato vlastnost obvodového i vnitřního zdiva nabízí stabilní interiérovou teplotu na příjemné úrovni bez vln horka nebo chladu. Občas slyšíme, že totéž „zařídí” silná tepelná izolace. Zkušenost ze zemí s mnohem teplejším podnebím, než je u nás, a ve kterých zároveň nejrychleji roste zájem o pórobeton (Střední Asie, Indie a Střední Východ, Čína), je opačná: Tamní domy musí mít velkou tepelnou akumulaci, která stabilizuje vnitřní teplotu na váženém středu mezi nočním chladem a denním horkem pod ostrým sluncem, které rozpaluje střechy a fasády.

Pórobeton tomuto akumulačnímu požadavku vyhovuje a jako novou hodnotu nabízí tepelnou izolaci, která sníží výdaje na vytápění nebo chlazení ve studeném, resp. horkém ročním období.

Realizace RD v systému Ytong s využitím masivní konstrukce střechy Ytong Komfort

V Hamrech nad Sázavou vyrostl od léta do zimy 2013 nenápadný dvoupodlažní RD. Vlastně nenápadný až nyní, poté co dostal klasickou čepici v podobě hladké krytiny a čeká na finální…

Vzduchotěsnost a kondenzace

Kdo se chystá stavět v našich tuzemských podmínkách pasivní dům (a nejen ten), zvládne to při použití pórobetonových tvárnic (Lambda YQ) i jednovrstvou technologií. Jednovrstvá pórobetonová stěna nejen izoluje a akumuluje teplo, ona je navíc dokonale vzduchotěsná i bez vzduchotěsných fólií a lepicích pásek s omezenou životností. Vedle vysoké tepelné izolace se tím řeší, a to natrvalo, i problém vzduchotěsnosti obvodových stěn.

Projektanty zajímají také otázky ve věcech případné kondenzace vodní páry v konstrukci. Jsou-li parametry pórobetonu na úrovni Lambda YQ, výpočet říká, že v obvodové konstrukci kondenzuje pára od teploty –13 °C níže, jinak je konstrukce v režimu vysýchání (při vnitřní teplotě 20 °C a rel. vlhkosti 40 %).

Reakce na vlhkost

Základní stav pórobetonu je být suchý. Pórobeton spontánně neabsorbuje vzdušnou vlhkost. Je však difúzně velmi otevřený, takže – jak bylo uvedeno – při velkém poklesu venkovní teploty vlhne v místech vzniku rosného bodu. Po oteplení vlhká místa rychle vysychají, přičemž odvod vlhkosti urychluje zmíněná difúzní otevřenost pórobetonu.

Objemová stálost

Proces autoklávování, kterým se urychluje proces tvrdnutí pórobetonu a doprovodné chemické reakce, vede k mimořádně vysoké pevnosti a stabilitě, tzn. trvanlivosti pevné fáze materiálu. A tak přestože je materiál velmi řídký, je tvarově stabilní a v čase stálý, tedy tvarově trvanlivý. S tím je úzce spjata vysoká odolnost pórobetonu vůči atmosférickým, chemickým, tepelným a biologickým vlivům. A odtud se zároveň odvíjí stejnoměrná a trvalá kvalita výrobků bez kolísání jakosti.

Závěr

Když Johan Axel Eriksson a Henrik Kreüger v laboratorních podmínkách vyvíjeli nový stavební materiál, byli motivovaní, možná nadšeni myšlenkou chránit přírodu a lesy a zároveň otevřít novou cestu pro výstavbu obydlí, škol, továren a dalších prospěšných budov a staveb. Pozitivní motivace a přístupy v kombinaci s nadšením vždy vedou k úspěchu. Ten je ale ne vždy zřejmý, ani hned viditelný ve své plné síle a očima těch, kteří stáli na samém začátku.

Všechny osobnosti, které v tomto pojednání hrají hlavní roli, by dnes byly možná překvapené. V rodišti většiny z nich, ve Skandinávii, byla myšlenka AAC (Autoclaved aerated concrete), neboli pórobetonu poprvé realizována a poté téměř smetena ze stolu. Zato se ujala a rozrostla jižněji a východněji. Pod hesly Udržitelná budoucnost skrze nákladově efektivní stavební systém nebo Typové konstrukce a univerzální použití ve všech klimatických podmínkách se pórobeton v obrovských množstvích aplikuje i v Saúdské Arábii, Indii nebo Číně.

Literatura 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.