STAVEBNÍ HMOTY V ROZVOJOVÉ SPOLUPRÁCI Z HLEDISKA UDRŽITELNOSTI
HODNOCENÍ SOUČASNÉ STAVEBNÍ PRAXE V ROZVOJOVÝCH ZEMÍCH A NÁVRHY INOVATIVNÍCH PŘÍSTUPŮ A MATERIÁLŮ
VYPRACOVAL: Milan Smrž Praha 2010
|
2
Obsah 1
PROČ BY MĚLY STAVEBNÍ MATERIÁLY ZAJÍMAT ROZVOJOVÉ SPOLUPRACOVNÍKY? .................................5
2
SOUČASNÝ STAV STAVEBNICTVÍ V AFRICE ...........................................................................................6
3
M ATERIÁLY VHODNÉ PRO UDRŽITELNÉ STAVEBNICTVÍ ........................................................................10
4
HLÍNA ..............................................................................................................................................11 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
5
SLAMĚNÉ STAVBY .............................................................................................................................17
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6
Vzdušné vápno ......................................................................................................................23 Vápno na omítky ....................................................................................................................25 Vápno na nátěry.....................................................................................................................25
NOVÉ TECHNOLOGIE.........................................................................................................................27 7.1 7.2
8
Historie ...................................................................................................................................17 Obavy a argumenty proti stavbám ze slámy..........................................................................17 Slaměné balíky.......................................................................................................................18 Technologie válků ..................................................................................................................21 Slaměné desky.......................................................................................................................21
VÁPNO .............................................................................................................................................23
6.1 6.2 6.3 7
Použití ve výstavbě ................................................................................................................11 Nepálené hliněné cihly ...........................................................................................................11 Dusaná hlína ..........................................................................................................................13 Hliněné omítky .......................................................................................................................13 Plněné pytle s hlínou..............................................................................................................15
„Staronová“ technologie - geopolymerace .............................................................................27 Celitement ..............................................................................................................................27
ZÁVĚR .............................................................................................................................................29
|
3
SEZNAM OBRÁZKŮ V TEXTU Obr. 1: Deforestace v okolí tradičních pecí na cihly z lokálních materiálů podpořená navíc ještě těžbou dřeva pro výrobu dřeveného uhlí na vaření, Zambie, Central province, Chibombo county, 2005..6 Obr. 2: Kuchyně, Zambie, Southern province, Choma county, misie Masuku, 2005 ..............................7 Obr. 3: Užitková stavba, Zambie, Southern province, Choma county, misie Masuku, 2005...................8 Obr. 4: Budovy vesnické kliniky, Zambie, Southern province, Choma county, misie Masuku, 2005 ......9 Obr. 5: Vypalování starých podrostů a trávy v okolí misie Masuku, 2005 .............................................10
|
4
1 PROČ BY MĚLY STAVEBNÍ MATERIÁLY ZAJÍMAT ROZVOJOVÉ SPOLUPRACOVNÍKY? Ne nepodobně mnohým dalším odvětvím v rozvojových zemích bylo stavitelství již v koloniální minulosti určeno především zájmem průmyslových zemí a dodnes se vyznačuje jen malým respektem k udržitelnosti i k tradičním podmínkám v zemi. Ve spojení se současným globalizovaným hospodářským zájmem došlo v rozvojových zemích k naprosté průmyslově determinované uniformitě i ve stavebnictví. Obrovské množství domů postavených z cementových malt s betonovými podlahami a střechami z nekvalitního vlnitého plechu dokládá stavební realitu jihovýchodní Asie a prakticky celé Afriky. Společnými aspekty těchto materiálů jsou vysoká cena, dlouhé dopravní cesty, vysoký obsah zabudované energie a centralizovaná výroba. Výslednicí je ekonomická závislost a uniformita stavebního stylu a převažující nevhodné životní prostředí v domech. Zatímco v severních průmyslových zemích se stále větší zájem veřejnosti upírá k přírodním materiálům a nízkoenergetickým stavbám, jsou země třetího světa zaplavovány množstvím nekvalitních a předražených materiálů, jejichž skutečný smysl tkví především v tom, odsát z těchto zemí to poslední, co zde ještě je – suroviny a potraviny. Smyslem této studie je povzbudit zájem o tradiční i nově koncipované ekologické postupy, procesy a materiály pro stavebnictví a poukázat na jejich výhodnost jak z hlediska ekologického a kulturního, tak z hlediska zachování a podpory lokálních ekonomických cyklů, bez nichž nemůže dojít k žádnému skutečnému rozvoji. Studie je věnována především technickým podmínkám pro využívání slámy, hlíny a vápna i zmínce o dvou nových materiálech, nízkoenergetickém celitementu a geopolymerních materiálech.
|
5
2 SOUČASNÝ STAV STAVEBNICTVÍ V AFRICE Soudobá stavební praxe v převážné většině afrických zemí již dlouhá desetiletí není založena na tradičních lokálních stavebních materiálech, ale je parafrází evropského stavebnictví minulého století. Současně ale ve svém konzervatizmu nevnímá materiálové alternativy, které v severních průmyslových zemích ve stále větší míře nabývají na významu. Ve většině rozvojových zemí již mnoho let nejsou v popředí zájmu tradiční stavební materiály či postupy, které by využívaly dostupné a přírodní suroviny, které by tedy byly do životního prostředí integrovány „biocenotickým“ způsobem. Stěží tam najdeme větší využití surovin s nízkým podílem energie potřebné pro jejich získání či výrobu, či s nízkou spotřebou energie na jejich zpracování a dopravu na místo určení - tedy suroviny lokální provenience. Místo toho dochází k odklonu od tradičních materiálů směrem k cementu, betonu a páleným cihlám. Biologické a místní nízkoenergetické stavební materiály jsou využívány stále méně a vyjma některých turistických objektů nejsou prakticky vůbec středem zájmu tamější společnosti ani stavebních firem. Není to však proto, že by novodobé materiály měly z komplexního pohledu nějaké zásadní přednosti. Příčinou je, jako v mnoha jiných případech, nedostatek informovanosti. Vysoká spotřeba cementu na stavbu přízemních rodinných domků i komunitních staveb určuje centralistickou závislost na zdrojích cementu, mnohdy vzdálených mnoho hodin cesty, determinuje vysokou finanční spotřebu a vylučuje aktivizaci lokálních ekonomických struktur. Pálení cihel, zejména je-li provozováno ve větším měřítku, se bohužel mnohdy děje na úkor deforestace okolí, viz obr. 1.
Obr. 1: Deforestace v okolí tradičních pecí na cihly z lokálních materiálů podpořená navíc ještě těžbou dřeva pro výrobu dřeveného uhlí na vaření, Zambie, Central province, Chibombo county, 2005 Vedle aspektů ekologických a lokálně ekonomických je nutno vyjmenovat další – především nevhodné klima v budovách, díky tomu, že jejich zdi jsou hermetizovány cementovými omítkami a neposkytují
|
6
snadno možné zvýšení kvality bydlení ve srovnání s omítkami vápennými či hliněnými, právě díky omezeným sorpčním vlastnostem povrchové vrstvy.
Obr. 2: Kuchyně, Zambie, Southern province, Choma county, misie Masuku, 2005 Příklad tradiční kuchyně v Zambii je na obrázku č. 2. Její konstrukce je sice postavena z domácího stavebního dřeva vázaného lokálně dostupným lýkem, pokryta travnatou střechou z místních zdrojů a se zídkou vystavěnou z pálených cihel opět místní provenience, ale spojované maltou, jež byla zhotovena z betonu, tedy suroviny, která má vysoký obsah zabudované energie. Stavba neobytné budovy s obdobnými vlastnostmi je na obrázku č. 3. Rovněž cihly jsou sice vyrobeny za použití lokálního dřeva, ale jejich výroba, není-li provozována v malé měřítku, se rovněž podílí nepříznivě na ekologické rovnováze v okolí.
|
7
Obr. 3: Užitková stavba, Zambie, Southern province, Choma county, misie Masuku, 2005 Uvedené je pravidelným případem zejména u větších vesnických staveb, kde je ještě pravidelně užívána nekvalitní a pro život uvnitř velmi nevýhodná krytina ve formě slabých, téměř nepochozích vlnitých plechů, přičemž, zřejmě z důvodů úspory, je volen poměrně malý sklon střechy. Tato konstrukce neposkytuje vhodnou ochranu proti tropickému slunci a v případě srážek v deštivém období je zdrojem silného nepříjemného hluku.
|
8
Obr. 4: Budovy vesnické kliniky, Zambie, Southern province, Choma county, misie Masuku, 2005 Na obr. 4 je vesnická klinika v misii Masuku, postavená opět z lokálně vyrobených cihel, ale současně z cementové malty, jejíž hlavní ingredience – cement není lokálního původu a jeho výroba je energeticky náročná. Stavba je vyzděna betonovou maltou, omítnuta betonovou omítkou a opatřena betonovými podlahami. Má velmi malý přesah střešní krytiny, který nezajišťuje dostatečnou ochranu zdí před deštěm či sluncem. Střešní krytina je provedena z tenkého vlnitého plechu.
|
9
3 MATERIÁLY VHODNÉ PRO UDRŽITELNÉ STAVEBNICTVÍ V této práci nebudou probírány lokálně tradiční stavební materiály usedlých či kočovných národů, nebudeme psát o tradičních stanech, jurtách ani o pletených rákosových stavbách od jezera Titicaca. V pořizování těchto staveb potvrzovaných generacemi jsou mistry především místní lidé. Jde o to, nalézt vhodné postupy, kterými by bylo možné v budoucnu efektivně nahradit drahé a často logisticky, ekonomicky i ekologicky nevyhovující stavební materiály používané v současné době majoritní venkovskou populací v rozvojových zemích. Předmětem zájmu se opět musí stát tradiční stavební materiály lokální provenience, mezi něž patří především obecné všudypřítomné materiály jako hlíny, písek, jíly, ale i organické materiály, které se vyskytují na mnoha místech a pro něž mnohdy není v rozvojových zemích žádné současné racionální využití, jako sláma, trávy a další substance, které se naopak často spalují za nebezpečí vzniku větších požárů, viz obr. 5.
Obr. 5: Vypalování starých podrostů a trávy v okolí misie Masuku, 2005 S ohledem na specifiku tropických zemí je nutno vybírat postupy a materiály, které jsou kompatibilní s místními podmínkami (vysoký sluneční osvit, deštivé sezóny apod. …). Meritum zájmu stavebníků v rozvojových zemích by mělo ležet především na průniku tradičních a moderních alternativních stavebních materiálů a postupů nově vynalezených nebo znovu objevených (geopolymerace). Především by se mělo jednat o materiály, které jsou přírodní a které se opět bez větších problémů mohou vrátit do přírody, aniž by způsobovaly nějaké větší problémy. S ohledem na zpracovávané objemy stavebních materiálů je především v této oblasti důležité, aby praxe stavebnictví rozvojových zemí byla udržitelná a ekologicky dlouhodobě přínosná.
| 10
4 HLÍNA Tento všudypřítomný materiál patří mezi základní stavební hmoty. Nejstarší použití jsou známa z Číny a Íránu. Před 6000 lety byla hlína nejužívanějším materiálem pro stavby v Mezopotámii. Byla používána pro chýše i chrámy a paláce pro panovníky, na hliněné hradby i silnice. Nepálená cihla z hlíny se prokázala na stavbách egyptských pyramid z údobí Staré říše a v mezopotamských zikkuratech. Tyto skutečnosti ukazují nejenom to, jak dlouho se hlína jako stavební materiál používá, ale svědčí také o tom, jakou má nepálená cihla životnost, když si v mnoha případech stále ještě pořád udržuje i funkčnost a mechanickou pevnost. Do konce devatenáctého století byla nepálená hlína běžným stavebním materiálem i v Evropě.
4.1
Použití ve výstavbě
Hlínu možno použít na vnější a vnitřní zdivo, na výplně stropů a podlah, ale i na klenby. Je citlivá na promočení, proto se musí proti působení vody a vlhkosti chránit jak zvýšenou úrovní zdiva vůči terénu, dostatečnou izolací proti vzlínající zemní vlhkosti, tak obkladem a dostatečným přesahem střechy proti dešťové vodě. Přednosti hlíny: · · · · ·
je lokálním, levným a prakticky všude dostupným materiálem; je velmi dobře tvárným materiálem; absorbuje nejrůznější škodlivé a nepříjemné pachy a alergeny a tím zvyšuje kvalitu bydlení; má výtečnou akumulaci tepla; absorbuje a desorbuje vodní páru, a tím zajišťuje příhodné klima (vlhkost a teplotu) v objektech.
Stavebně mechanické a tepelně technické vlastnosti hlíny a vylehčené hlíny Tab. 1 Součinitel tepelné vodivosti, měrná tepelná kapacita a tepelný obsah ve vztahu k objemové hmotnosti objemová hmotnost -3 ρ [kg.m ]
součinitel tepelné vodivosti -1 -1 λ [W.m .K ]
měrná tepelná kapacita -1 -1 c [J.kg .K ]
tepelný obsah -3 -1 [kJ.m .K ]
vylehčená slámou
300 – 1 200
0,1 – 0,47
1,3 – 1,0
390 – 1 200
se slámou
1 400 – 1 600
0,59 – 0,73
1,0
1 400 – 1 600
masivní
1 800 – 2 000
0,91 – 1,13
1,0
800 – 2 000
4.2
Nepálené hliněné cihly
Nepálené hliněné cihly (angl. adobe) jsou na slunci usušené konstrukční bloky z hlíny. Jejich materiál pozůstává hlavně z jílu a písku. Podle potřeb a lokálních zvyků jsou do hmoty pro výrobu hliněných cihel přidávány další látky.
| 11
Velikost nepálených cihel variuje podle lokálních zvyklostí. Na východě se často používají cihly menší, než jsou běžné evropské a mají velikost 20 x 20 x 5 cm i poloviční 10 x 20 x 5 cm. Hmotnost těchto malých hliněných cihel se pohybuje okolo 3-4 kg, resp. poloviční. V cihlách jsou často na největších stranách prohlubně, které zlepšují ruční manipulaci s cihlou i kontakt s maltou při zdění. Egyptské cihly byly větší 15 x 15 x 5 a přidával se do nich i rostlinný materiál, kterým byly částečně „armovány“ a vylehčeny. Ve Spojených státech se naopak užívaly cihly adobe větší, o velikosti 25 x 23 x 10 s hmotností mezi 15 a 18 kg. Takové veliké cihly ale nejsou příliš vhodné pro práci žen a dětí, které by se na společném projektu výstavby jinak mohly také podílet. Malé rozměry cihel mají ještě jednu výhodu. Forma na jejich výrobu se dobře umývá v běžné velikosti lavóru. To je především důležité u materiálu s vyšším podílem jílu, který se na dřevěnou formu lepí. Zdi z nepálených cihel jsou nízkonákladové s velikým podílem práce, což představuje výhodu právě pro rozvojové země, kde je dostatek levných a mnohdy nekvalifikovaných pracovníků. To platí pochopitelně pro ruční práce, protože dnes mechanizace dosáhla rozvoje i u této technologie. Na výrobu hliněných cihel dnes existuje mechanizace: stroje na výrobu, palety na transport i stavební výtahy, které je dopraví na místo použití. Hlína je stavební materiál, který je dostupný prakticky kdekoliv, protože jej máme pod nohama. Nejdůležitější součástí každé hliněné stavby je jíl, který je ve směsi spojovacím materiálem, analogií „cementu“ v betonu. Většina národních stavebních předpisů stanovuje minimální a maximální obsah jílu. Většina nakopané hlíny se hodí pro výrobu hliněných cihel, protože obsahuje dostatek písku a jílu. Vedle nich jsou ve směsi i další komponenty jako kořínky a větší kamínky, jež lze většinou akceptovat. Americké stavební předpisy například stanoví, že obsah jílu nemá být menší než 25 % a vyšší než 45 %. Někteří autoři ale uvádějí, že pracovali úspěšně při výrobě malých cihel i s podstatně vyšším obsahem jílu bez problémů. Nejjednodušším testem způsobilosti lokální hlíny je praktická zkouška. Udělejte cihly požadované velikosti a nechte je vyschnout. Pakliže má materiál příliš mnoho jílu, vytvoří se při vysychání praskliny a pakliže je ve směsi vysoké procentu písku, cihly budou po vyschnutí drolivé a ve vodě se rychle rozpadnou. Materiál, který vybereme ke zkoušce, musí být vykopán nejméně z hloubky odpovídající délce naší ruky k zápěstí a musí být prostý organického podílu, humusu a kořínků. Když cihly vysychají, vždy se objeví praskliny a deformace, důležité je, aby nebyly příliš hluboké a nebylo jich mnoho. Některé předpisy určují počet i maximální velikost trhlinek – připouštějí do 2 až 3 trhlinek o délce 7,5 cm a hloubce 3,5 mm. Nejlepším hodnocením je ale zkušenost – naučit se posuzovat pevnost sušených cihel podle jejich vzhledu na základě jednoduchých testů, při nichž se cihly pouštějí na zem nebo se krutem v rukou namáhají. Mnohdy lze v rozvojových zemích vidět stavbu stěn domků z hliněných bloků formovaných v dostupných plastových nádobách – většinou se jedná o malé kelímky od potravin apod. Zdi postavené z těchto prvků nejsou příliš pevné, protože jednotlivé komponenty nemají vhodný tvar, jsou příliš malé a nejsou mezi sebou dostatečně vázány. Zeď postavená z takových komponent není příliš odolná a trvanlivá a s ohledem na malou tloušťku poskytuje pouze malou ochranu před teplem či zimou. Materiál pro výrobu nepálených cihel lze míchat v míchačce nebo v jámě vykopané v zemi, nebo jednoduše na zemi. Vhodné je řádně zvlhčenou hlínu nechat „vyzrát“ alespoň přes noc.
| 12
Konzistence homogenizované hlíny by se měla podobat těstu na chleba. Hlína by měla spíše na lopatce držet než se roztéci. Záměsová voda by neměla obsahovat přílišné množství soli nebo vápna. Hlínu lze rovněž homogenizovat šlapáním nohama nebo dobytkem. Připravená hlína se dusá do dřevěných forem, dno formy může nahradit podložka. Po udusání se forma odejme a cihla se nechá ležet na podložce, aby vyschla. Po dvou dnech se cihla přemístí do prostoru k sušení, uloží se na boční stranu s mezerami cca 30 mm a pravidelně se obrací a chrání se před deštěm i sluncem. Po 3 - 4 týdnech sušení je možno cihly použít pro stavbu. Nepálené cihly se používaly ke stavbě svislých konstrukcí, tedy stěn, někdy i základových pasů. Vyzdívaly se z nich stěny obvodové i vnitřní, nosné i nenosné, včetně příček. V současné době při bourání nebo přestavbě hliněných stěn zjišťujeme, že pokud se cihla vlivem minulého přetížení ve stavbě nerozpadne přímo při vyjímání ze zdiva, pak vykazuje obvykle pevnost 3-5 MPa. Plnění nepálených cihel organickým materiálem Na mnoha místech se k materiálu pro nepálené cihly přidává sláma nebo obdobný materiál. Má to několik důvodů – především snížení tvorby prasklin během vysychání a pak zvýšení tepelně izolační schopnosti. Důvodem může být také vylehčení cihly. Plnění nepálených cihel organickým materiálem (slámou, pilinami, pazdeřím a dalšími přírodními materiály) vede nejen ke snížení stálého zatížení, ale i ke snížení pevnosti a tepelné vodivosti. Naopak roste tepelný odpor a stlačitelnost. Množství slámy či obdobného materiálu by se mělo prakticky odzkoušet pro každý typ hlíny. Nejlepší zkouškou je zkouška praktická, vytvořit cihly s různým poměrem hlíny a slámy a odzkoušet jejich vlastnosti. Počátečním poměrem by na jednu malou cihlu měla být asi hrst či dvě slámy. Pro nepálené cihly by měla být délka jednotlivých stébel ne delší, než jsou prsty a pro omítky ještě kratší. Pro hliněné cihly ale není vůbec přídavek stébelnatých materiálů nutný.
4.3
Dusaná hlína
Místo cihelného zdiva lze použít technologii hlíny dusané do bednění. Tato technologie se nazývá „pisé“. Ve srovnání s nepálenými cihlami má výhodu v tom, že není třeba kvalifikované síly na zdění. Lehce zavlhlá hliněná směs se dusá do dřevěného posuvného bednění. Dusání se provádí ručním pěchem, zvláštní pozornost se věnuje hutnění při površích stěny, aby se zvětšila odolnost stěny vůči klimatickým vlivům. Při stavbě lze alternativně také využít betonářské bednění a hydraulický pěch. Na mnohých stavbách v Evropě, kde roste zájem o tyto technologie, se s výhodou používá hlína s příznivou granulometrickou křivkou (málo jílu, hodně písku a prachu) a dusá se po cca 15 centimetrových vrstvách. Ihned po nadusání celé formy se zdivo odbedňuje. Takto vyrobená zeď má okamžitou pevnost okolo 0,4 MPa a její pevnost v čase stále stoupá. Tato zeď může být bez úprav vystavena povětrnosti, nikoliv však přímému dešti. V našem prostředí se na rozdíl od zahraničí hliněné stěny obvykle omítají.
4.4
Hliněné omítky
Tento tradiční materiál se připravuje ze směsi jílu a písku, přičemž se většinou používají místní suroviny, které mají i s ohledem na krátkou či žádnou dopravu nízký objem zabudované energie.
| 13
S ohledem na to, že jejich původ je přírodní a tudíž je každá část objemu materiálu odlišná, je třeba provést dokonalou homogenizaci a konečnou směs dokonale promíchat. Když nejsou k dispozici elektrické nástroje nebo míchačka, je možno použít šlapání i bosýma nohama. Jílové substráty nijak nepoškozují neporušenou pokožku a mají naopak příznivé dermatologické účinky. Aplikace hliněných omítek Povrch pro aplikaci omítky musí být pevný, zbavený prachu, dostatečně suchý, přiměřeně drsný a rovnoměrně nasákavý. Povrch nesmí být vodoodpudivý. Pro zvýšení pevnosti se k hliněné omítce může přidat cca ¼ objemu slaměné (či obdobné) řezanky 3-5 cm dlouhé a domíchá se do požadované konzistence. Hliněná omítka se nanáší lžící, nebo nahazuje rukou na připravený podklad. Stahuje se dřevěnou nebo umělohmotnou stěrkou. Spáry se vyplňují a zapravují špachtlí. Maximální tloušťka jedné vrstvy omítky je až 3 cm, při spárování srubových stěn je maximální výška výplně 7 cm při hloubce 3 cm. Při větší celkové tloušťce omítky nebo spáry je potřeba zajistit technologickou přestávku do vyschnutí předchozí vrstvy. Při snížení množství záměsové vody je možné při průběžném hutnění vytvořit hliněnou mazaninu až do tloušťky 10 cm. Teplota vzduchu a podkladu během zpracování a vysychání nesmí klesnout pod 5 °C. Pro rychlé vyschnutí omítky je nutné zajistit řádné větrání. Impregnace hliněných omítek Hliněné omítky je možno impregnovat různými komerčními i přírodními materiály, což ale v některých případech vede ke snížení difuzní prostupnosti, která je jednou z nesporných velikých předností hliněných omítek. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce. Čím je hodnota ekvivalentní vzduchové vrstvy větší, tím je horší difuze a tím méně omítka „dýchá“. nátěrový materiál vápno, křída a klih, vápno - kasein (1:1 až 1:8),
ekvivalent difuze vodní páry (mm vrstvy vzduchu) < 0,01
netučný tvaroh
0,01
vodní sklo, kasein-vápno-lněný olej
0,02
disperzní barva
0,04
včelí vosk
0,39
latexová barva
1,22
lněná fermež
1,45
Z tabulky je zřetelné, že filmotvorné nátěry vytvářejí mnohem méně prostupnou vrstvu pro vodní páru, a to nezávisle na tom, zda se jedná o přírodní nebo syntetický materiál. Uzavřít hliněnou omítku nevhodným nátěrem znamená připravit se o jednu z největších výhod těchto přírodních materiálů - o sorpční schopnost. Ideálním materiálem pro fixaci hliněné omítky je zřejmě vápenná voda. V této souvislosti je třeba se zmínit o široce rozšířené pověře, v rámci níž se prohlašuje, že zeď dýchá. Zeď široká několik desítek centimetrů nedýchá, tedy nevyměňuje vzduch z vnitřního prostoru se vzduchem z vnějšku. Tuto tezi potvrzují pozorování při demolicích 60 cm cihelných zdí po sto letech,
| 14
kdy uprostřed je nezreagované vápno, stejně jako velmi pomalý postup tzv. karbonizace betonu, který je řízen difuzí oxidu uhličitého do vnitřních vrstev. Tzv. dýchání zdi je pouze povrchovým jevem, kde s ovzduším reaguje povrchová vrstva omítkového materiálu a to tím lépe a hlouběji, čím je povrchová vrstva poréznější.
4.5
Plněné pytle s hlínou
Stavby z pytlů plněných hlínou (angl. earthbags) jsou zajímavou variantou, především pro solidní stavby za nouzových podmínek, na světě ale existuje mnoho velmi pěkných staveb z plněných pytlů sloužících k nejrůznějším trvalým účelům. Pytle s pískem se používají v různých oblastech, především ve vojenství, jako ochranné bariery proti střelbě či bombardování, a v dobách mírových pro ochranu proti povodním. Z obdobných důvodů mohou být plněné pytle použity pro stavbu domů a přístřešků. Stěny z pytlů mohou být proto využity také v extrémních podmínkách, protože odolají různému počasí i extrémním situacím jako kalamitám ve formě zemětřesení a povodní. Takové domy je možno vystavět relativně pohodlně a s malými náklady. Technologie plněných pytlů je jedinečnou technikou udržitelné architektury. Pytle lze plnit místním materiálem, čímž se minimalizují náklady na jeho pořízení a odpadají náklady na dopravu. Množství zabudované energie je minimální. Plnící materiál je obecně minerálního původu, nerozkládá se, netrpí párou, není útočištěm hlodavců ani hmyzu, nehoří, je trvanlivý, netoxický a neuvolňuje žádné plyny. Plněné pytle zajišťují velkou kapacitu pro akumulaci tepla (či chladu) a mají značnou izolační schopnost v závislosti na tom, čím se plní. Pakliže jsou plněny hlínou, mají velkou hmotnost a zajišťují velkou tepelnou kapacitu, když jsou plněny lehčím a poréznějším materiálem, jako namletým vulkanickým materiálem, perlitem nebo například rýžovými slupkami, mají především izolační vlastnosti. Pakliže jsou naplněny štěrkem či oblázky, zajišťují svou nenasákavostí hydroizolaci od země. Pytle mohou být vrstveny na sebe v různých sklonech a úhlech a mohou vytvářet kopule. Tyto konstrukce mohou eliminovat všechny nosné prvky jako trámy nebo ocelové nosníky používané pro konstrukci krovu a střechy. Technika je velmi ekonomická, především když plnící materiál je zdarma na místě k dispozici. Vlastní pytle mohou být sice jutové, zde je ale nebezpečí jejich hnití. Proto jsou lepší pytle polypropylenové, které mají jedinečnou trvanlivost, pakliže nejsou vystaveny ultrafialovým paprskům ze slunečního záření. Pro trvalé bydlení by ale měly být pytle pokryty omítkou, která je bude bránit před destruktivními paprsky. Může se však jednat o hliněnou omítku, takže její cena bude opět velmi nízká. Stavba z plněných pytlů je snadná a pro práci lze využít i nekvalifikované pracovníky. Jeden pracovník, který je obeznámen se stavbou, může lehce natrénovat další, proto jsou stavby tohoto typu realizovatelné rovněž v odlehlých oblastech a za mimořádných podmínek. Princip stavby Na vlhkých místech je třeba vystavět základové zídky, na nichž bude celá stavba spočívat, nebo první vrstvu pytlů naplnit nenasákavým hrubým materiálem – oblázky nebo štěrkem. Další vrstvy pytlů se již mohou plnit jakoukoliv hlínou, která je v okolí k dispozici. Každý pytel se uloží na předchozí vrstvu, tak, aby vznikla vazba a v případě jednotlivých pytlů se v pomocném dřevěném
| 15
rámu upěchuje pomocí ručního dusadla. Do mezivrstev se dá ostnatý drát, který zamezí případnému posunu vrstev pytlů mezi sebou. Je možné používat standardní nebo speciálně ušité dlouhé pytle.
Hlína je přirozená a s malými výjimkami všude se nacházející hmota. Ve své nepálené formě je tradičním stavivem, které provází lidstvo tisíce let. Hlína představuje materiál, který má prakticky nulovou ekologickou stopu. K inspiraci může sloužit mnoho vydařených projektů, řada známých architektů a dobré zkušenosti těch, kteří v hliněných domech bydlí. Obě základní hliněné technologie - pěchované i zděné stavby - mají svá opodstatnění. Kvalitně, podle moderních kritérií provedené hliněné stavby mají své místo v lokálních projektech, kde je dostatek málo kvalifikovaných pracovníků a kde jsou jen malé investiční prostředky. Nepálená hlína je nejvhodnějším materiálem právě na místech s pokročilou deforestací a minimem srážek a suchým klimatem. Hliněné stěny příznivě ovlivňují mikroklima v domě, vážou na sebe různé pachy a alergeny. Stavby z nepálené hlíny šetří čas, jsou nejekologičtější ze všech možných staveb a mají silný sociální kontext. Na jejich realizaci se může podílet každý.
| 16
5 SLAMĚNÉ STAVBY 5.1
Historie
Slaměné stavby jsou v určitých oblastech tradiční a v současné době opět prožívají renesanci. O jejich oblibě svědčí jak řady publikací a webových stránek i jména známých architektů, kteří se touto oblastí zabývají, ale především stále rostoucí počet realizací. Vývoj slaměných staveb začal s vývojem lisů na slaměné balíky. V USA to bylo v 19. století. Proti slaměným stavbám se občas vedou různé útoky, třeba, že jsou hořlavé a že časem sláma steří a rozpadne se. Proti těmto námitkám lze postavit skutečnost, že na mnoha místech ve světě stojí již asi sto let různé slaměné domy, z nichž je většina dodnes obývána. Je to například Fawn Lake Ranch v Hyannis, z roku 1900-1914 a Martin Monhart House v Artur v Nebrasce. Ve Spojených státech stálo z období 1915 -1930 asi 70 těchto staveb v roce 1970, k roku 1993 ještě 13. V Evropě je nejstarším 2 slaměným domem, který je stále obýván, dům Maison Feuillette, který má přes 100 m , byl v roce 1921 postaven jako vícepatrový a je obýván již třetí generací. Okolo roku 2000 začalo vznikat množství slaměných domů nejrůznější konstrukce a na nejrůznějších místech, především v západní Evropě (Německo, Holandsko, Dánsko, Irsko) ale i v Mongolsku a Austrálii. Jednotlivé konstrukce jsou založeny na různých velikostech balíků od malých až po „jumbo“.
5.2
Obavy a argumenty proti stavbám ze slámy
Mnohdy se hovoří o rozmanitých nebezpečích slaměných staveb, především z hlediska osídlení hmyzem, nebezpečí požáru, prachovým alergiím a plísním. Dotazníkovou metodou byl zkoumán stav historických slaměných domů v USA, zda tyto objekty osidluje hmyz nebo myši či krysy. To nebylo potvrzeno. Experimentálně byl rovněž postaven dům a za 4 roky byl opěr rozebrán a všechny balíky slámy byly podrobeny zkoumání, zda se tam neusídlili nějací škůdci. Oheň Každý ví, že sláma hoří. Není ale všeobecně známo, že by oboustranně ohozené slaměné balíky měly mít požární odolnost 90 minut (F90) Myši Pakliže sláma neobsahuje žádné plné klasy se semeny, tak nepředstavuje žádnou výživu pro myši. 3 Když se jedná o vysoce zhutnělé slaměné balíky s měrnou hustotou nejméně 90 kg/m představují pro hlodavce dostatečný odpor. Možné je to jen v případech, že se dostatečně nevyplní mezery mezi jednotlivými balíky. Myši by navíc musely překonat 3-6 cm silnou vrstvu omítky, což nebylo v praxi pozorováno. Pakliže není přítomna omítka a slaměné balíky jsou chráněny před povětrností odvětrávanou dřevěnou fasádou, mohly by myši tento prostor osídlit, ale ani toto nebylo pozorováno. Navíc je vhodné (a v některých zemích je to předepsáno) uzavřít takový prostor pletivem proti hmyzu. Termiti Sláma není pro termity žádanou potravou. Odborná zpráva popisuje případ, kdy byly u historického slaměného domu termity sežrány dveře a okna, ale sláma zůstala nedotčená.
| 17
Plísně Při správně provedených slaměných stavbách jsou obavy z plísní bezpředmětné. V suché slámě se plísně nemohou tvořit. Balíky slámy by měly mít vlhkost maximálně 15 % a na vnitřní stěně by měly mít vrstvu, která omezí pronikání vzdušné vlhkosti, nebo aby byly na vnější straně tak průchozí pro vodní páru, aby se kondenzovaná vlhkost mohla volně odpařovat. Při omítání je třeba dávat pozor na to, aby omítky rychle vysychala. Je třeba pracovat po malých vrstvách. Celá omítka musí být difúzně otevřená, tak aby vlhkost, která se dostala do slaměného balíku, rychle vysychala. V případě hliněných omítek s vysokým podílem organického materiálu, který pomalu vysychá, je třeba aplikovat velmi slabé vrstvy omítek, tak aby stačily vyschnout a poslední omítka by měla být tenká a měla by obsahovat jen malé množství organického materiálu. Optimální podmínky pro vznik plísní představuje teplota 20-28 °C, při relativní vlhkosti přes 55 %. Jiní autoři hovoří o vlhkosti až 80-90 %.
5.3
Slaměné balíky
V SRN a Rakousku byly pro slaměné balíky na základě stavebními úřady provedených zkoušek přijaty následující hodnoty: · odolnost proti ohni F 90; · kategorie stavebních hmot B 2 (normálně hořlavé); · tepelná vodivost λ = 0,045 W/mK (CrAT 2001). Základními stavebními slaměnými komponentami jsou slaměné balíky. Malé balíky slámy mají 3 rozměry 32-35 x 50 x 50-120 cm. Měrná hustota je 80 až 120 kg/m , méně hutné balíky slámy se na stavbu nehodí. V současné době je již těžké sehnat nové lisy na malé balíky slámy. Velikost délky balíků slámy lze nastavit nejčastěji s krokem 10 cm. To je vrstva zhutněné slámy, která je zařízením zpracovávána v jednom kroku. Existují i jiné velikostí slaměných balíků - střední 50 x 80 x 70-240 a největší o velikosti 70 x 120 x 3 100-300. Měrná hustota velikých balíků je 180-200 kg/m a manipulovat s nimi lze pouze pomocí zdvižných mechanismů. Někdy jsou k dispozici jen kulaté veliké balíky slámy, ty je ale možno rozbalit a vzniklé slaměné matrace nově zformovat v malém lisu. Při výběru materiálu je třeba sledovat několik parametrů. Různé balíky z jedné sklizně mají pravidelně různé vlastnosti. Ráno je sláma vlhčí než v poledne. Rovněž rychlost sklizně determinuje hustotu balíků. Důležité je rovněž množství plevelu v obilí. Plevel má nižší pevnost, vyšší obsah vlhkosti a 3 snadněji se rozpadá. Především to je měrná hmotnost, která musí být vyšší než 90 kg/m . Starší balíky slámy je třeba důkladně prohlédnout, zda nemají žádné znaky plísní nebo tlení. Převazující materiál by měl nejlépe být z polypropylénového pásku, protože sisalové provázky snadno povolují. Balíky na stavbu je třeba skladovat v přísně suchém prostředí – nesmí ležet na zemi a musí být zakryty plachtou. Vlhké balíky je třeba skladovat s mezerami, aby měly možnost dobře vysychat. Konstrukční systémy pro slaměné balíky Konstrukční systémy lze rozdělit na dva hlavní – na nosný skeletový systém vyplněný slámovými balíky a na systém samonosný (angl. loadbearing). U skeletového systému se veškerá zátěž stěn vynáší dřevěnou konstrukcí, někdy dále zpevněnou ocelovými tyčemi, které jsou zakotveny
| 18
v základech. V této konstrukci nemají slaměné balíky žádnou statickou funkci a představují jenom tepelně izolační materiál. Jakýmsi mezitypem je technika zvaná „Gagné“, při níž se slaměnými balíky zdí analogicky jako s cihlami s tím rozdílem, že se neprovádí zednická vazba, ale vzniká vertikální a horizontální síť cementové malty, která přebírá úplnou nebo částečnou zátěž. Díky tepelným mostům vložených pásů se ale tato technika v chladnějších oblastech neprosadila. Samonosný systém je především zajímavý svou jednoduchostí a absencí různých systémů podpěr a rychlostí stavby. Problémy v naší zemi a v Německu bývají se stavebními úřady, které nechtějí samonosné stavby ze slámy povolovat. V Rakousku a Švýcarsku je ale situace jiná, tam stojí mnoho jedno i dvoupodlažních domů. Určité omezení vyplývá z toho, že stěny samonosné konstrukce ze slaměných balíků mohou být pouze 5krát vyšší než širší a tak lze z malých balíků postavit jenom jednopodlažní domy. Pro samonosné systémy slaměných balíků platí následující kritéria: ·
zátěž střechy musí být rovnoměrně rozdělena na všechny stěny a žádném místě nesmí docházet ke koncentraci silového působení;
·
zátěž střechy musí působit v ose stěny a musí být rozneseno minimálně na 50 % šířky stěny;
·
výška stěny může být maximálně pětinásobkem šířky stěny;
·
slaměné balíky musí být pěvně slisovány (min. 90 kg/m );
·
otvory pro okna by měly být pokud možno úzké a vyšší než širší;
·
je třeba se pokud možno vyvarovat okenním a dveřním podpěrám - jejich funkci by měl převzít systém pozednic;
·
pakliže se přece jenom použiji okenní a dveřní vzpěry, je nutné zajistit dostatečnou toleranci pro sesedání slaměných balíků v prvních týdnech a měsících;
·
rozestup otvorů pro dveře a okna musí být minimálně na jednu délku balíku;
·
zvláště u tenkých a dlouhých stěn a u velké střešní zátěže je třeba předejít vyboulení stěn podpůrnými prvky.
3
Statické aspekty slaměných staveb Většinou se uvádí, že stěny ze slaměných balíků mohou být zatíženy 500 kg/m délky stěny, což 2 odpovídá 1000 kg/m . Kalifornský „Strawbale Code“ dovoluje nejvyšší zatížení na horním okraji stěny 2 téměř 2000 kg/m . Slaměné stěny ale mohou snést ještě vyšší zatížení, jsou-li zabezpečeny proti vyboulení. Tomu mohou sloužit horizontální i vertikální stabilizační elementy, předepnutí stěny pomocí pásků nebo tyčí. Nepředepjaté stěny se mohou následkem mechanického působení nebo zemětřesení či podobných vlivů lehce vyboulit, pakliže nejsou sousední balíky vyztuženy tyčemi nebo jinak mezi sebou spojeny. Tepelně izolační vlastnosti slaměných balíků Hlavní předností slaměných balíků je jejich velmi dobrá tepelně izolační schopnost. Ta souvisí především s měrnou hustotou balíků, s orientací stébel slámy (paralelně nebo kolmo na prostup tepla) a na vlhkosti slámy. Menší vliv má druh slámy. Vliv vlhkosti na tepelnou vodivost je ale nižší než minerálních stavebních hmot. Při zvýšení vlhkosti slámy se zvýší tepelná vodivost pouze o 1 až 7 %, zatímco při stejném zvýšení vlhkosti u cihelné zdi
| 19
se zvýší podstatně více. Cihelná zeď s objemovým obsahem vlhkosti 8 % má hodnotu λ = 0,6 W/mK a při 18 % hodnotu 0,8 W/mK. Tepelná vodivost slaměných balíků se pohybuje podle vlhkosti, hustoty a orientace slámek mezi 0,0337 W/mK a 0,086 W/mK, přičemž výpočetní hodnota pro λ se pravidelně zvyšuje s ohledem na 3 variující vlhkost o 20 %. Vodivost byla stanovena pro balíky o hustotě 90-110 kg/m v suchém stavu pro střední teplotu 10 °C na 0,0379 W/mK, což s přídavkem 20 % činí λ = 0,045 W/mK. Měření probíhalo při orientaci stébel slámy kolmo na tepelný tok. Celkový výpočet hodnoty U je uveden v následující tabulce: tloušťka (m) přestup tepla vevnitř omítka/jádro dřevěné laťování balíky slámy nastojato dřevěné laťování vápenná omítka/jádro přestup tepla ven celkem
λ (W/m.K)
0,025 0,020 0,350 0,020 0,025
0,80 0,13 0,045 0,13 0,87
0,440
d/ λ (m2.K/W) 0,130 0,031 0,150 7,777 0,150 0,020 0,040 8,298
2
Celková hodnota U = 1/8,298 U = 0,12 W/m .K Tato hodnota odpovídá hodnotám pro pasivní dům, kde by U mělo být rovno nebo menší než 0,15 2 W/m .K Časová náročnost slaměných staveb Uvedené hodnoty byly získány na stavbě ekologické mateřské školky. pracovní krok
potřebná doba na m
2
(hodiny) výstavba slaměné stěny 116 m
2
1,2
vycpání mezer a zarovnání stěn elektrickými nůžkami na ploty
0,3
vycpání prostoru pod okapem a zarovnání hliněnou maltou
0,8
příprava hliněné malty, vyrovnání nepravidelností
1,0
příprava maltové směsi pro 230 m
2
nástřiková aplikace první vrstvy malty a ruční srovnání
1,7 0,3
2. a 3. vrstva malty po 35 m
2
1,3
vedení stavby, dokumentace
1,0
2
celkem na 1 m
7,6
| 20
Ochrana před vlhkostí Vnější stěny slaměné stavby je nutno izolovat proti vlhkosti a vodě ze všech stran. Horizontální utěsnění proti stoupající vlhkosti Je nezbytná horizontální zábrana vzlínající vlhkosti nezávisle na tom, zda se jedná o masivní nebo lehkou konstrukci. Ochrana před odstřikující vodou S ohledem na odstřikující vodu je třeba chránit stěny do výše 30 cm. Slaměné stěny mohou tedy začínat až nad touto výškou, nebo je třeba je chránit deskami nebo speciální omítkou. Působení odstřikující vody lze podstatně eliminovat nízkým hustým kobercem rostlin (trávy) a nebo příkopem naplněným kamínky. Porovnání obou typů slaměných konstrukcí Zátěžové konstrukce slaměných staveb jsou podstatně ekonomičtější než ty, které zátěž nenesou – kde sláma slouží jako izolační materiál. Zátěžové konstrukce se budují mnohem rychleji než nezátěžové, vyžadují jednodušší projekt a plánování stavby a menší řemeslnou zručnost. Jsou původní formou slaměných domů. U nezátěžových konstrukcí slaměných domů představují balíky pouze tepelnou izolaci a přednostmi jsou nízká cena a dobrá tepelná izolační schopnost a nevýhodou vyšší náklady na pořízení širších základů a vyššího přesahu střechy a široké stěny pro okna a dveře.
5.4
Technologie válků
Války jsou ručně tvarované válce ze slámy a hlíny - tvoří variantu kusového hliněného staviva. Na rozdíl od nepálené cihly se války nenechávaly řádně proschnout a stačilo připravit je těsně před stavbou, hlína se těžila pouze s několikadenním předstihem. Po oschnutí se války před ukládáním do zdiva znovu namáčely, aby k sobě lépe přilnuly, neboť u této staré technologie, vhodné pro rychlé zdění, se hliněná malta nepoužívala. Války se do zdi kladly šikmo, v charakteristické klasové vazbě, známé již od antiky. Zděná válková stavba, která se v případě stodol nebo ohradních zdí ponechávala bez jinak obvyklé hliněné omítky, je velmi působivá touto strukturou. Existuje i konstrukční varianta, kdy se při konstrukci používalo bednění podobně jako při stavbě nabíjené (pěchované).
5.5
Slaměné desky
V mnoha zemích se dělají lisované slaměné desky, které lze využít jako stavební a izolační desky. Jsou provedeny z lisované slámy, buď čisté nebo pojené adhesivními složkami – příklad umělými pryskyřicemi. Povrch těchto desek je vytvořen z kartonu, desky lze snadno řezat a dále upravovat. Desky lze koupit v různých tloušťkách. U nás a v některých dalších zemích se prodávají pod názvem Stramit. Jejich zabudovaná energie je mnohem nižší než u tepelných izolací z minerálních materiálů, ale dovážet je do rozvojových zemí by zvýšilo jejich ekologickou stopu, právě díky vysokým dopravním nárokům. Jistě by ale stálo za úvahu v některých zemích třetího světa, kde jsou vhodné podmínky pro realizaci, zavést a podpořit výrobu tohoto stavebního materiálu z místních obnovitelných surovin.
| 21
Sláma není tak všudypřítomná jako hlína, ale existují obilné oblasti, které leží v klimaticky výhodných pásmech, kde mají slaměné stavby svou tradici. Sláma není tak univerzálně použitelná jako hlína, protože vyžaduje lisy, které v zemích třetího světa nejsou úplně běžné. Přes tyto nedostatky mohou slaměné stavby splnit neocenitelnou službu všude tam, kde bude k dispozici sláma a lis na slámu, který lze bez velkých investic zkonstruovat jako ruční. Slaměné konstrukce, jak ze samotných balíků slámy ohozených hlínou, tak jako výplňový materiál do dřevěných konstrukcí, jsou vynikajícím lokálním materiálem pro stavbu domů. Slaměné domy splňují prakticky všechny kritéria – omítnutá sláma odolává ohni, má vynikající izolační schopnosti a poskytuje domům příjemné klima.
| 22
6 VÁPNO Vápno jako pojivo je známo již více než 9000 let. Bylo nalezeno v pojivu staveb v Sýrii, starých 7000 let př. n. l., v pojivu Cheopsovy pyramidy (2700 let př. n. l) a dalších stavbách v Egyptě, Mezopotámii, Řecku a Římě.
6.1
Vzdušné vápno
Vápno se vyrábí pálením vápenců nebo dolomitických vápenců. Surovina se vypaluje v šachtových nebo rotačních pecích. Pálení vápna lze provádět v poměrně primitivních šachtových pecích dřevem nebo dřevěným uhlím a takto vypálené vápno lze považovat za lokální zdroj. Teplota výpalu je v rozmezí mezi 1050 až 1250 °C. Při pálení dochází k rozkladu vápence na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Vlastnosti vápna určuje jeho mikrostruktura, závisející na teplotě výpalu a ovlivňuje jeho aktivitu, rychlost hašení a plasticitu. Hašení vápna je v podstatě hydratace oxidu vápenatého za vzniku hydroxidu vápenatého. Tato reakce je exotermní a množství vznikajícího tepla je značné. Způsob provedení hydratace oxidu vápenatého, tj. hašení, ovlivňuje vlastnosti hašeného vápna. Vzhledem k tomu, že krystalové mřížky oxidu a hydroxidu vápenatého nemají stejnou velikost, při postupné hydrataci zrn vzniká napětí, které rozdružuje částice vápna na velmi jemné částice hydroxidu. Technologie hašení je rozdílná pro měkce a tvrdě pálená vápna. Měkce pálená vápna se hasí tak, že se 100 kg páleného vápna vnáší do 200 až 250 l vody za intenzivního míchání. Tvrdě pálená vápna se umístí v hasnici a polijí se menším množstvím vody. Až se vápno začne hasit, což se projeví zvýšením teploty směsi a vývinem páry, přidá se další podíl vody za intenzivního míchání. Množství vody musí být takové, aby se směs udržovala ve varu. Zvýšená teplota ovlivní pozitivně průběh hydratace tvrdě páleného vápna. Použití nadbytečného množství vody v počátku hašení způsobí, že se nedosáhne potřebné teploty a vápno se nevyhasí dokonale, tzv. se „utopí“. Při použití příliš malého množství vody vzroste teplota nad 100 °C, přičemž se spojí částečky vápenného hydrátu ve větší celky a výsledná kaše bude obsahovat nehydratovaná zrna oxidu vápenatého (CaO). V obou případech může CaO přítomný ve vápenné kaši dále hydratovat až v omítce, což vzhledem ke zvětšení objemu způsobí poruchy, tzv. „střílení“ omítek. Vyhašené vápno ve formě suspenze se potom z hasnice vypouští přes síto s oky 3 mm do usazovací jámy, kde se sedimentací usadí větší zrna a řídká vápenná kaše se přepadem vede do skladovacích jam. Odležení vápenné kaše je velmi důležité, protože dochází k dodatečnému vyhašení a rozdružení nehydratovaných zrn CaO. Vzhledem k teplotě okolí může tento proces probíhat po velmi dlouhou dobu. Z toho vyplývá, že čím je delší doba odležení, tím je větší pravděpodobnost, že vápno bude objemově stálé. Hydroxid vápenatý má charakter hydrogelu, který obsahuje více vody, než odpovídá vzorci Ca(OH)2. Odležením vápenné kaše dojde k ustavení adsorpční rovnováhy, která má význam pro reaktivitu hydroxidu a plasticitu kaše. Kvalitní vápenná kaše, tj. dobře vyhašené a odleželé vápno, má konzistenci měkkého másla, výbornou plasticitu a vaznost.
| 23
Příklad pálení vápna v rozvojových zemích Jako příklad pálení vápna z přírodních zdrojů lze uvést tradiční oblast této aktivity v Chenkumbi Hills v Malawi, jež zde vznikla díky velkým vrstvám krystalického vápence vysoké kvality. K pálení se používá lokální tvrdé dřevo, což v minulosti vedlo ke znatelné deforestaci v okolí míst s pecemi. Měkké dřevo nelze používat především s ohledem na vysokou rychlost hoření. Velikost kusů vápence používaných k pálení v peci se pohybuje mezi 5 až 10 cm v průměru. Vlastní pec je postavena z vápencových bloků spojených jílem nebo vápennou maltou. Vnitřní prostor vápenice je různý, ale nejčastější je 6 x 4 x 2 metry. Pec se plní od spodu třískami a malými poleny a poslední vrstvu tvoří vápencové kameny. Průměrná vsázka je 75 tun vápence a 55 tun dřeva pro každý výpal. Výpal se provádí po dobu 48 hodin, pak se pec uzavře a další 2 až 3 dny se nechá dohořet. Po vychladnutí, na což je potřeba 6-8 dní, je možno vsádku vybrat. Vybraný materiál se prosívá sítem s centimetrovými oky, takže výsledný materiál ještě obsahuje malý podíl nevypáleného vápence. Pak následuje mletí v kladivovém mlýně, který je poháněn dieselovým agregátem. Poté se vápno hasí vodou a ručně se míchá. Výhody uvedeného procesu jsou především následující: · jednoduchá obsluha; · minimální kapitálové náklady; · vysoký podíl ruční práce zajišťující regionální zaměstnanost; · obsluha vápenných pecí je jednoduchá a umožňuje používat pece i za nespojité dodávky vstupních materiálů. Vedle toho ale existují i určité nevýhody, mezi nimiž lze uvést především: · relativně nízkou energetickou účinnost využití dřeva; · deforestaci a nízkou úroveň udržitelnosti - zbytkové množství nevypáleného vápence; · menší produkci v dešťovém období. Formy hydroxidu vápenatého používané ve stavebnictví Ve stavebnictví se pro různé technologické aplikace používá hydroxid vápenatý ve čtyřech formách: ·
pevný vápenný hydrát. Jedná se o hydroxid vápenatý, který je vyhašen ve vápenkách tzv. suchým způsobem, tj. s přesně odměřeným množstvím vody. Dodává se pytlovaný a používá se na výrobu malty na stavbách a na výrobu prefabrikovaných maltových směsí;
·
cca 50% hmot. suspenze - vápenná kaše, vyrobená hašením vápna na stavbách v přebytku vody, používá se na výrobu malt;
·
cca 5-10% hmot. - vápenné mléko, zředěná vápenná kaše, používá se k nátěrům, především na omítky;
·
vápenná voda, nasycená čirá kapalina nad vápennou kaší, uplatňuje se v některých speciálních zpevňovacích technologiích. Rozpustnost Ca(OH)2 při 20 °C ve 100 g vody je 0,16 g a s rostoucí teplotou jeho rozpustnost klesá. Nasycený roztok je silně alkalický, jeho pH je při 25 °C je 12,5.
| 24
6.2
Vápno na omítky
Na zdění a na omítky se s výhodou využívá vápenná malta, která je lépe zpracovatelná než cementová a je s ohledem na nižší energetickou náročnost ekologičtější. Písek pro směsi s maltou může být s výhodou kopaný (na rozdíl od betonu a čistě cementových omítek),tedy s příměsí jílu, naopak to vlastnosti malty zlepšuje. Vápenná malta se obvykle míchá v poměru 120-140 kg vápna 3 (podle požadované pevnosti) na 1 m písku a 240 až 350 litrů vody. Vápno z různých vápenek není stejné kvality, mívá rozdílné vlastnosti. Záleží na kvalitě a vydatnosti použitého vápence. V praxi se pak stává, že maltou z vápna z jedné vápenky při určitém poměru se dobře omítá a malta z vápna z jiné vápenky při stejném poměru je jako voda s pískem a vyžaduje větší podíl vápna (tzv. jalové vápno). Pozor na bezpečnost práce! Na oči je vápno nebezpečná žíravina. Na pracovišti musí být vždy alespoň kbelík čisté vody. Pokud je zasažené oko hned vypláchnuto, nic se nestane. I zedníci s mnohaletou praxí ale přišli o oko, když tuto zásadu opomenuli. Vápenocementová omítka Vápenocementová malta se používá pro namáhavější aplikace a obvykle se míchá podle váhového 3 poměru 300-330 kg vápna a 150-300 kg cementu (podle požadované pevnosti) na 1 m kopaného písku a 240 až 350 litrů vody, přičemž vodu je třeba přidávat až nakonec podle požadované konzistence. Neměla by se opominout voda již obsažená v písku. Pro praktické účely míchání se odměřuje "na lopaty". V zásadě platí, že na 3 lopaty písku připadne 1 lopata vápna a zhruba půl lopaty cementu. Tato malta ke zdění není náročná na druh použitého písku.
6.3
Vápno na nátěry
Pravidelné bílení vápnem je jedinečný a levný způsob jak zlepšit mikroklima místností, zaručit jejich obyvatelům hygienický pobyt a zajistit dostatek světla v místnosti s malými okny. Bílení se provádí na suchý a savý podklad asi 5-10% suspenzí vápenného hydrátu ve vodě. Je důležité ve vodě rozmíchat vápenný hydrát s předstihem před prací, a nechat za občasného zamíchání tuto řídkou kaši vyzrát. V mnoha rozvojových zemích se používají na cementové omítky olejové nátěry. Olejový nátěr má mnoho nevýhod. I když představuje omyvatelnou variantu, není v prostých podmínkách rozvojových zemí hygienickým řešením. Ve srovnání s vápnem je především velmi drahý a díky vysokému obsahu zabudované energie danému vysokoenergetickou a dopravně náročnou centralizovanou výrobou nepředstavuje žádnou ekologicky výhodnou variantu. Cementovou omítku prakticky nelze natírat vápnem, protože velmi málo saje a vápno bude v nepěkných stopách stékat. Naopak na vápennou omítku se vápenná suspenze aplikuje velmi dobře, nátěr vytvoří s vápennou omítkou pevnou vazbu a vápenná voda odsátá podkladem bude mít zhutňující účinek na povrchovou vrstvu omítky. Hlavní předností vápenných nátěrů je ale jejich desinfekční schopnost. Především ty místnosti, kde jsou zvýšené nároky na hygienu, ošetřovny, porodnice, kuchyně a jídelny by měly být striktně a pravidelně bíleny pouze vápnem.
| 25
Pro zvýšení otěruvzdornosti a snížení křídovitosti nátěru lze přidat cca 0,25 l lněné fermeže na 10 l vápenné kaše.
Vápno je vynikajícím materiálem pro množství aplikací a na mnohých místech je lze s trochou praxe získat z přírodních surovin. Pakliže se tento proces bude provozovat v malém měřítku, za udržitelné obnovy dřeva na pálení v okolí, může se jednat o udržitelný způsob. V některých rozvojových zemích pro tento způsob existuje zavedená praxe. Jistě by bylo možné k tomuto účelu spolupracovat s odborným pracovištěm nebo školou, nejlépe lokální, která by určila vhodnost vstupního materiálu a postupu pálení. Vypálené vápno lze vyhasit a pak použít v maltě pro zdění nebo omítky, či ve směsi s vodou jako levný a dostupný materiál s desinfekčními účinky. Hlavní výhodu vápna lze vidět ve zvýšené kvalitě bydlení, v úspoře prostředků za nákup drahého cementu, v lokální možnosti výroby a desinfekčním působení zejména v rizikových objektech a oblastech.
| 26
7 NOVÉ TECHNOLOGIE 7.1
„Staronová“ technologie - geopolymerace
Geopolymerace je známa již několik tisíc let a byla využívána v Mezopotámii a Egyptě. Geopolymerací se myslí proces, při němž dochází v alkalickém prostředí k anorganickému zesítění různých alumosilikátových materiálů, jako jílu, kaolinu, popílku a dalších za tvorby dvou či trojdimenzionálních struktur. Touto cestou lze využít jednak hojné přírodní materiály, tak i materiály odpadní, třeba popílek z elektráren. Geopolymery představují nový typ materiálů, který leží mezi klasickými materiály vázanými chemickou vazbou, skly a keramikou. Zásadní předností geopolymeračních materiálů je absence výrobních kroků s velkou spotřebou energie a s emisemi oxidu uhličitého, jako například výroba cementu. Kvalita geopolymerních materiálů si nezadá s kvalitou betonů z portlandského cementu a někdy ji i předčí. Principem přípravy geopolymerační hmoty je míchání vhodného substrátu s alkalickou substancí. Významným pozitivním aspektem geopolymerních pojiv je ekologická i sociální udržitelnost. Ve srovnání s klasickým cementem klesají emise oxidu uhličitého o 90 % a na jejich výrobě se mohou podílet i laičtí spolupracovníci. V některých textech je přímo uvedena vhodnost geopolymerního materiálu pro rozvojové země. Pro využití této mimořádně perspektivní metody je ale třeba se spojit s vhodným a dostupným odborným pracovištěm, které nalezne pro danou lokalitu vhodný substrát a vhodnou technologii, která by umožňovala na místě vyrábět geopolymerní materiál. V České republice to je například Ústav struktury a mechaniky hornin AVČR, s oddělením chemie geopolymerů či katedra technologie staveb Stavební fakulty ČVUT.
7.2
Celitement
Celitement je novou technologií, vyvinutou firmou Schwenk Group spolu s Technologickým institutem v Karlsruhe v Německu. Je tu hydraulické pojivo a chemicky se jedná o hydraulicky aktivní kalciumsilikáty. Celitement s pískem a vodou tvoří směs podobnou betonu a s obdobnými vlastnostmi. Pro úvahy týkající se udržitelných technologií je významné, že tento materiál se vyrábí zcela odlišně než obyčejný portlandský cement, který vzniká za značné spotřeby energie v rotačních pecích při teplotě 1450 °C. Celitement se vyrábí z vápence a písku ve vodném prostředí v autoklávu při teplotách do 300 °C a výsledný produkt se mletím reaktivuje s další silikátovou komponentou. Celitement obsahuje ve srovnání s portlandským cementem méně vápence v poměru k oxidu křemičitému (modul 0,5 až 2), což snižuje emise oxidu uhličitého. Celkově s ohledem na menší vstupní poměr písku a vápence a nižší energetickou spotřebu představuje snížení emisí oxidu uhličitého o 50 %. V současné době probíhají poloprovozní zkoušky v Karlsruhe a chystá se výstavba větší výrobní jednotky a vstup na trh. Sumarizace pozitivních aspektů Celitementu: · snížená spotřeba vápence – molární poměr vápníku ku křemíku je menší než 2;
| 27
· · · · · ·
proces probíhá při nízké teplotě; snížené emise oxidu uhličitého snížením spotřeby vstupních materiálů odštěpujících při výrobě oxid uhličitý a snížením spotřeby energie; zavedená technologie aplikace: jednotlivé kroky při využívání celitementu jsou známy pro výrobu cementu nebo aerovaného betonu ; materiál je kompatibilní s konvenčními pojivy na bázi cementu (lze jej míchat s běžným portlandským cementem) a s postupy zpracování a tvrdnutí; homogenní složení umožňuje snadné ovládání tvrdnutí a kvality produktu; dobrá trvanlivost díky velmi dobrému propojení se stavbami se silikáty a nízká porózita.
Bylo by zřejmě výhodné v některých afrických zemích podpořit výrobu tohoto materiálu, jako perspektivního materiálu s mnohem nižším obsahem šedé energie.
| 28
8 ZÁVĚR Předložená studie předkládá zprávu o současných stavebních materiálech a postupech v subsaharské Africe. Většina staveb v této oblasti není budována z hlediska udržitelnosti nebo původní africké tradice, ale je realizována s použitím materiálů s vysokým obsahem energie, dlouhými dopravními cestami a ekologickou nekompatibilitou. Mezi takové materiály patří především cement a beton, který je prakticky v celé Africe dominantním stavebním materiálem. Vedle cementu to jsou ale i s mnohdy malým respektem k udržitelné produkci pálené cihly, aplikace ocelových plechů na střechy a olejové nátěry vnitřních stěn. Všechny tyto materiály a postupy mají uvedené nevýhody a navíc jsou dosti drahé a daly by se nahradit místně především správně aplikovanou hlínou, případně udržitelně páleným vápnem či v některých oblastech stavbami ze slamnatých materiálů i nově geopolymeračními materiály, jejichž hlavní předností je především velmi nízká spotřeba energie. Pouze tyto materiály mohou přispět k udržitelnému vývoji a k posílení lokálních ekonomických vazeb. Bohužel je již tradičně zavedeným nešvarem vyvážet do rozvojových zemí zastaralé technologie, které mají nulový nebo jen velmi malý lokální rozvojový potenciál. To je sice záměrem průmyslových kruhů, které rády vyčpělé technologie ještě kamkoli prodají, ale nemůže se to stát zavedenou praxí úspěšných a udržitelných rozvojových projektů. Studie je věnována především technickým podmínkám pro využívání slámy, hlíny a vápna i zmínce o dvou nových materiálech - nízkoenergetickém „Celitementu“ a kopolymeračním materiálům. Snaží se poukázat na výhodnost ekologických stavebních materiálů a uvádí technické a technologické parametry jejich využití v rozvojových zemích. Výhoda nových materiálů spočívá v úspoře prostředků na nákup monopolně vyráběných stavebních hmot a materiálů, na jejichž výrobu se užívá velký podíl energie, a ve zvýšení potřeby práce.
| 29
