Dołącz do czytelników
Brak wyników

Budownictwo wielkogabarytowe

18 lipca 2018

NR 4 (Kwiecień 2018)

Ekologiczne i oszczędne – kruszywa lekkie w budownictwie

0 50

Choć znane od starożytności, na szeroką skalę kruszywa lekkie zaczęły być wykorzystywane w budownictwie dopiero po II wojnie światowej. A przecież mają one szereg zalet – zwiększają izolacyjność termiczną budynków, jednocześnie zmniejszając gęstość objętościową wykonanych przy ich użyciu materiałów budowlanych. Warto więc wykorzystywać je w większym zakresie.
 

Naturalne kruszywa lekkie (tuf, pumeks) stosowano w budownictwie już w starożytności. Świadczą o tym niektóre zachowane fragmenty akweduktów czy też rzymski Panteon. Złoża pumeksu na Wyspach Liparyjskich były eksploatowane już 2000 lat temu. Powszechnie przyjmuje się, że współczesna historia kruszyw lekkich zapoczątkowana została przez N.T. Hayde’a w 1913 r. patentem na produkcję keramzytu. Właściwy rozwój i zastosowanie kruszyw lekkich w budownictwie nastąpiły jednak dopiero po II wojnie światowej. W pierwszym etapie dotyczyło to głównie kruszyw lekkich odpadowych, takich jak gruz ceglany, żużel paleniskowy czy wielkopiecowy żużel granulowany.

Najsilniejszym bodźcem, który przyczynił się do masowego zastosowania kruszyw lekkich w budownictwie, był niewątpliwie kryzys naftowy w 1973 r. Gwałtowny wzrost cen energii spowodował wówczas wzrost zainteresowania produkcją materiałów budowlanych umożliwiających energooszczędne budownictwo.

Wymagania wg normy PN-EN 13055:2016-07

Kruszywem lekkim nazywamy kruszywo pochodzenia mineralnego o gęstości ziaren nie większej niż 2 kg/dm3 lub gęstości nasypowej w stanie luźnym nie większej niż 1,2 kg/dm3.
Przydatność kruszyw lekkich do wykonywania betonów ocenia się na podstawie następujących wymagań zawartych w normie PN-EN 13055:2016-07. Chodzi o wymogi w zakresie:

  • gęstości nasypowej w stanie luźnym oraz gęstości ziaren,
  • uziarnienia (wykonywanego metodą na sucho),
  • zawartości podziarna (< 15% masy) i nadziarna (< 10% masy),
  • kształtu ziaren,
  • zawartości pyłów i uziarnienia wypełniaczy,
  • nasiąkliwości i zawartości wody,
  • odporności na miażdżenie,
  • zawartości ziaren przekruszonych,
  • odporności na rozpad w wysokiej temperaturze,
  • mrozoodporności,
  • zawartości chlorków, siarczanów i siarki całkowitej,
  • ilości zanieczyszczeń organicznych.

Kruszywom lekkim stawia się wymaganie zachowania stałej objętości, by nie nastąpił ich rozpad (węglowy, siarkowy, ortokrzemianowy, wapniowy lub żelazawy) i rozpad wykonanych z nich elementów. Kruszywa lekkie badane są również pod względem radioaktywności. Śladowe ilości pierwiastków promieniotwórczych – potasu K-40, uranu U-238, toru Th-232 oraz izotopów promieniotwórczych szeregu uranowego i torowego – mogą być przyczyną nieco zwiększonej promieniotwórczości naturalnej kruszywa. Dotyczy to głównie kruszyw z odpadów przemysłowych, żużla paleniskowego i elporytu. Dopuszczalna zawartość pierwiastków promieniotwórczych w kruszywach lekkich jest podana w instrukcji ITB nr 234.

Podział kruszyw

Kruszywa lekkie, w zależności od ich pochodzenia, można podzielić na kruszywa otrzymane w wyniku rozdrobnienia naturalnych skał (występujących w przyrodzie) i otrzymane sztucznie w wyniku obróbki cieplnej naturalnych surowców mineralnych lub odpadów przemysłowych. Rozróżnia się następujące odmiany kruszyw lekkich:

  • łamane pochodzenia naturalnego ze skał porowatych,
  • pochodzenia naturalnego ze skał poddanych obróbce termicznej,
  • sztuczne z odpadów przemysłowych poddanych obróbce termicznej,
  • sztuczne z odpadów przemysłowych bez obróbki termicznej,
  • sztuczne z surowców mineralnych poddanych obróbce termicznej.

W kruszywach lekkich z reguły nie występują zanieczyszczenia organiczne, mogą one natomiast zawierać przypadkowe zanieczyszczenia obce. Występują one przede wszystkim w kruszywach z grupy odpadów przemysłowych, eksploatowanych ze zwałów. Są to głównie: związki siarki, niespalony węgiel, żużle, a także CaO i MgO. Występujące niekiedy w kruszywach lekkich związki chloru mogą powodować korozję stali zbrojeniowej.

Pierwszą ww. odmianą kruszyw lekkich są kruszywa łamane pochodzenia naturalnego ze skał porowatych, do których należą tuf wulkaniczny i pumeks.

Tuf wulkaniczny

Tuf wulkaniczny (tufoporyt) jest to rodzaj lekkiej, porowatej skały osadowej należącej do skał okruchowych. Składa się głównie z popiołu wulkanicznego, często z domieszką innego materiału okruchowego (np. piasku),scementowanego spoiwem krzemionkowym lub ilastym. Tufy są skałami o dużej porowatości. Wycięte z niego bloki ze względu na małą wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ są stosowane w budownictwie m.in. jako ścienny materiał budowlany oraz jako kruszywo do wykonywania betonów lekkich.

Pumeks

Natomiast pumeks to wulkaniczna skała magmowa zbudowana z porowatego szkliwa wulkanicznego powstałego z silnie gazującej, pienistej lawy. Ma szklistą, drobnoziarnistą strukturę i porowatość sięgającą 50%.

Tekstura pumeksu jest gąbczasta na skutek obfitego wydzielania się gazów z szybko krzepnącej lawy wulkanicznej. Pumeks ma najczęściej jasne kolory: brunatny, szary lub czasem niebieskawy. Występuje jako wierzchnia warstwa na potokach lawowych lub (rzadziej) w postaci nieregularnych brył wyrzucanych podczas wybuchu wulkanu. Pod względem mineralogicznym składa się głównie z kwarcu, plagioklazu i biotytu, a pod względem chemicznym z SiO2 (ok. 70%), Al2O3 (ok. 15%),  FeO (ok. 3–4%) oraz z TiO2, MgO i CaO (pozostałe 11%). Z uwagi na swoje cechy fizyczno-mechaniczne jest szeroko stosowany w przemyśle i w budownictwie. Jest używany jako materiał szlifierski i filtracyjny, surowiec do produkcji cementu (duża zawartość tlenków hydraulicznych) oraz jako materiał termoizolacyjny. W budownictwie najczęściej stosuje się go w postaci kruszywa przeznaczonego do wytwarzania betonów lekkich. Gęstość nasypowa kruszywa pumeksowego wynosi 400–700 kg/m3. Wytrzymałość na ściskanie lekkiego betonu jamistego wykonanego z jego udziałem może sięgać 4–5 MPa. Znaczne złoża pumeksu znajdują się na Wyspach Liparyjskich we Włoszech oraz w rejonie wulkanu Hekla w Islandii.

Pumeks – m.in. z uwagi na zawartość tlenków hydraulicznych – jest naturalną pucolaną. W jej skład wchodzą głównie reaktywny dwutlenek krzemu i tlenek glinu. Drobno zmielona pucolana nie twardnieje samodzielnie po zmieszaniu z wodą, lecz reaguje stopniowo z roztworem wodorotlenku wapnia, tworząc mieszaninę krzemianów i glinianów wapnia o rosnącej wytrzymałości. Stosowana jest często jako dodatek do zapraw, zwiększający ich odporność na działanie wody (hydrauliczność).

Kruszywa sztuczne uzyskuje się w wyniku obróbki termicznej różnego rodzaju surowców mineralnych lub odpadów przemysłowych. Naturalne surowce mineralne są bazą do otrzymywania m.in.: keramzytu, glinoporytu, perlitoporytu oraz wermikulitoporytu.

Kolejną odmianą są kruszywa pochodzenia naturalnego ze skał poddanych obróbce termicznej, czyli perlitoporyt i wermikulitoporyt.

Perlitoporyt

Perlitoporyt (perlit), nazywany także obsydianem jest skałą magmową, kwaśną, wylewną, złożoną niemal wyłącznie ze szkliwa wulkanicznego, najczęściej koloru brunatnego, ciemnoszarego lub czarnego. Obsydian powstaje w wyniku natychmiastowego stygnięcia magmy pod wodą. Z czasem ulega zniszczeniu i przyjmuje wygląd zwyczajnej, drobnoziarnistej skały. Nazwa wywodzi się przyp...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy