Kasza Mária Ilona, Bodnár Benedek: Üveghab-adalékos könnyűbeton, az őszinte szerkezet
Az építészeti igények arra vezetnek, hogy egy szerkezet minél egyszerűbb legyen. A különféle anyagok használata azt vonja maga után, hogy több szakágat kell bevonni és nagyobb a hibalehetőség, több idő és költség a szerkezet megépítése. Az Egyetemi Tudományos Diákköri Konferenciára készített kutatásunk fókuszába az üveghab-adalékos könnyűbetont helyeztük, mely egyszerre homogén és hőszigetelő szerkezet, sőt a manapság igen hangsúlyos környezettudatosság szempontjából is kiváló választás.
Elsőként Svájcban kezdtek el gondolkodni azon, hogy az üveghulladék újrahasznosításával létrejövő üveghab granulátumot betonban alkalmazzák. Magyarországon még csak pár éve kezdték el gyártani és fejleszteni, de ha a termék közismertebb lesz, esély van rá, hogy itt is általánosan használt alapanyag legyen, hiszen a technológia és az erőforrások adottak.
Az üveghab a környezetbarát építészet egyik legelterjedtebb hőszigetelő anyaga. A cellás szerkezetű, nagy porozitású üveghabszemcsék gyártási eljárástól függően zárt vagy nyitott felületűek is lehetnek. A szakirodalom duzzasztott üveg vagy üveg habkavics néven is említi. Tisztán ásványi termék, 98%-ban olyan újrahasznosított üvegből készül, melyet másra nem lehet felhasználni. Az üveghab granulátum és tábla előállításához szükséges energiamennyiség nagyon alacsony (primer energia), alig 140 KWh/m³. Számos értékes tulajdonsággal rendelkezik: szigetelő, fagyálló, időtálló, teherhordó és nagyon könnyű szervetlen anyag. A frakciók gyártónként eltérnek, de a betonokba jellemzően 0,4 mm és 32 mm közötti nagyságú granulátumot alkalmaznak.
A granulátum előállítása már több európai országban is jelen van. A svájci Misapor és az osztrák TECHNOlith cégek üveghab-adalékos könnyűbetont is alkalmaznak. Magyarországon még csak az Energocell cég gyárt üveghab granulátumot, ám a betonba még nem használták adalékanyagként. Mindhárom cégre jellemző a környezet- és természetvédelem, illetve az ökológiai fenntarthatóság. A terméket hőszigetelő és nyomószilárdsági tulajdonságai miatt széles körűen alkalmazzák.
A kívánt üveghab-adalékos beton szilárdsági, bedolgozhatósági és hőtechnikai tulajdonságainak elérése optimumkeresési folyamat, melyben a cement, a víz és az adalék mennyisége, illetve minősége a befolyásoló tényezők. Az anyag tulajdonságait hazai és nemzetközi szinten is kutatják. Legátfogóbb képet dr. Nemes Rita Habüveg adalékanyagos könnyűbetonok PhD értekezéséből és Mukesh Limbachiya, Mohammed Seddik Meddah, Soumela Fotiadou - Performance of granulated foam glass concrete c. tanulmányából kaphatjuk.
Nyomószilárdság tekintetében kedvező könnyű adalékanyagnak számít az üveghab, mivel önmagában is jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A beton szilárdságának növelése a könnyű adalékanyagokra jellemzően elsősorban a cementpép mennyiségének növelésével – mellyel egyidejűleg a keverési arányban csökken az adalék – vagy mechanikai tulajdonságainak javításával érhető el.
Az üveghab-adalékos beton alkalmazása a kezdeti és hajlítószilárdság szempontjából kis mértékben még a hagyományos betontól is kedvezőbb lehet. Ez a szemcsék és a cementpép közti jobb kölcsönhatásnak köszönhető.
A porózus anyag miatt a kezdeti vízfelvétel nagyobb, mint a hagyományos betonnál, így a bedolgozásnál ezt figyelembe kell venni. Ennek következtében – a könnyű adalékos betonokra egyébként is jellemző – nagyobb zsugorodás figyelhető meg. Az anyag előkezelésével, mint például az előáztatás ez a viselkedés javítható. A jelenleg fellelhető kutatások és a gyártók által nyújtott információk nem terjednek ki részletesen a hőtechnikai jellemzőkre.
EFG Stuttgart Projekt (http://www.technopor.com/ )
Ennek okán kutatásunkban hőtechnikai szimulációkat végeztünk el. Egy olyan modellre volt szükségünk, amiben változó szemnagyságú és mennyiségű adalék helyezhető el. Próbáltunk olyan eljárást találni, melyet később nemcsak ellenőrzésre, hanem tervezésre is fel lehet használni. A sokváltozós anyagmodellhez parametrikus tervezőszoftvert választottunk. A felépített modellben a keverési arányokat és az adalék szemeloszlását is változtatni lehet. A hőtechnikai vizsgálataink azt mutatták ki, hogy a szerkezet hővezetési tényezőjére a keverékben található összadalék mennyiségén túl az üveghab szemeloszlása is komoly hatással van. Továbbá a hőáramsűrűség vizsgálata megmutatta, hogy ha az adalék hatását pontosan és tervezhetően szeretnénk kimutatni, csak 3D-s szimuláció ad értékelhető eredményt. A metszeti kép piros területein mérhető a legnagyobb hőáramsűrűség, mely a metszősík közelében levő szemcsék hatását mutatja.
Napjainkban a nagyobb költségvetésű beruházásoknál szinte mindig találkozhatunk igényes homogén, minimalista felületekkel, melyek egyik kedvelt anyaga a látszóbeton. Az egyre növekvő hőtechnikai követelmények miatt a maghőszigeteléses látszóbeton szerkezetalkalmazása a legelterjedtebb.
A Misapor cég kifejlesztett egy maghőszigetelt szerkezetet (KDS – MISAPOR), aminek a szigorú előírások miatt már kizárólagos a használata Svájcban. Ennek az U értéke 0.15 W/m2 *K és 44 cm vastagságú a Misapor cég hivatalos honlapján publikál adatok szerint. Ez a szerkezet megfelel az új MINERGIE-ECO minősítésnek is, amely ökologikus és egészségügyi elvárásokat támaszt az új és a felújított alacsony energiafogyasztású épületek számára, melyről bővebben a www.ecolabelindex.com honlapon lehet tájékozódni.
A kortárs építészek szívesebben alkalmaznak egyszerű, akár monolit szerkezeteket. Több megépült példa is bizonyítja, hogy az anyag monolit szerkezetként esztétikus épületek építésére alkalmas, mind lakó-, mind középületek esetén.
Erre szolgál példaként a Svájban található Meuli Ház (Bearth + Deplazes Architecten, 2001), ami az első MISAPOR betonnal készült homogén szerkezetű épület. Külső falain az érdesség és a zsaluzat által hagyott nyomok látszanak, melyet a szigetelés minőségű szerkezeti beton miatt tudtak megőrizni. Az épület háromszintes. Az 50 cm vastag, egyhéjú monolit külső falak belső síkjára helyezték el az ablakokat. Fényűző és esztétikus a megjelenése.
A stuttgarti EFG projekt (MBA/S Matthias Bauer Associates, 2012) érdekes példa arra, hogy az anyag nagy építészeti szabadságot enged. Szerkezete TECHNOlith Dämmbeton, azaz a TECHNOpor cég által gyártott üveghab-adalékos monolit vasbeton. „Az MBA/S otthonának lényege a különleges atmoszféra és helyszín, egy monolit kőház a domboldalon a stuttgarti házak felett, egybefüggő fallal és tetővel, mely egyesíti a biztonság és a nyitottság érzetét. A környezetből és a formából adódóan olyan, mint egy precízen kivájt kristály a lejtőn” - nyilatkozta a tervező.
A szakirodalom és a gyártók által publikált anyagokból kiderült, hogy az üveghab-adalékos anyag szerkezeti könnyűbetonként vasalva alkalmazható néhány szintes épületek esetében is, az építészeti szabadságot nem korlátozza. Szilárdsági, zsugorodási és bedolgozhatósági kérdések miatt különös figyelmet kell szentelni a cement minőségére, a víz/cement tényezőre és a keverési arányokra.
A szimulációk azt mutatják, hogy a hőtechnikai tulajdonságokat két tényező alakítja: az adalék százalékos összmennyisége a betonban, valamint az adalék szemeloszlása. Az általunk kifejlesztett módszer finomhangolása és validálása még hátra van, de akár tervezési eszközzé is válhat. A jövőre nézve ezt tűztük ki célunknak.
A témát a XXXIV. OTDK Műszaki Tudományi Szekcióban dolgozta fel a BME két hallgatója. Témavezetők: dr. Dobszay Gergely, egyetemi docens, BME ÉPK és Heincz Dániel, mérnöktanár, BME ÉPK.