Pórovité kamenivo

Pórovitý materiál je takový materiál, jehož póry tvoří podstatnou část jeho struktury.

Za pórovité kamenivo lze označit sypký anorganický materiál s velikostí zrn do 125 mm, pórovitou strukturou a objemovou hmotností menší než 2000 kg /m3.

Rozdělení pórovitého kameniva podle původu:

1. Přírodní pórovitá kameniva
2. Průmyslové odpady používané jako pórovité kamenivo bez větších úprav
3. Průmyslové odpady upravované na pórovité kamenivo
4. Uměle vyráběná pórovitá kameniva
(5.) Lehké organické výplně plnící funkci pórovitého kameniva


Pórovité kamenivo je velmi významným stavebním materiálem, který je vedle pojiva a vody hlavní surovinou pro velkou skupinu lehkých betonů. Jednou z výhod pórovitého kameniva, pomineme-li jeho nízkou objemovou hmotnost, je také to, že příprava lehkého betonu je do jisté míry analogická klasickým postupům při přípravě betonu obyčejného.

I. Přírodní pórovité kamenivo:
- vulkanické tufy a tufity
- lehké lávy
- přírodní pemza
- vápenný tuf
- spongility
- diatomity

II. Průmyslové odpady používané jako pórovité kamenivo bez větších úprav:
- škvára
- elektrárenský popílek
- cihelná drť a cihloporit
- odpad pěnového skla

III. Průmyslové odpady upravované na pórovité kamenivo:
- zpěněná struska
- popílkový agloporit

IV. Uměle vyráběné pórovité kamenivo:
- keramzit
- kavitit
- expandit
- expandovaný perlit
- vermikulit




Druhy kameniva používané pro výrobu lehkých betonů
vulkanické tufy
tufity
přírodní přírodní pemza
vápenný tuf
spongility
diatomity
škvára
kamenivo anorgan. průmyslové popílek
pórovité odpady cihelná drť
pro výrobu kamenivo odpad pěnového skla
odpady zpěněná struska
lehkých umělé upravené popílkový agloporit
cihloporit
nepřímo kavitit
vlastní umělé keramzit
lehčených kamenivo vermikulit
perlit
betonů expandit
piliny
organické přírodní pazdeří
výplně sláma
umělé pěnový PS
drobné písek
hutné granulované strusky
kamenivo hrubé hutné horniny
kusová struska


I. Přírodní pórovité kamenivo

Používání lehkých přírodních kameniv ve stavebnictví má velkou tradici. Např. na stavbu římského Panthenonu bylo použito staviva podobného betonu, ve kterém plnily funkci kameniva vulkanické tufy s příměsí pucolánu a cihel.
Jeho výhodou oproti kamenivům umělým je skutečnost, že je vhodné pro výrobu lehkých betonů většinou ihned po vytěžení, podrcení a roztřídění. Struktura přírodního kameniva může být mikro až vyloženě makropórovitá (i několik mm), póry jsou většinou spojeny v kapiláry, což způsobuje některé jeho nevýhodné vlastnosti – hlavně vysokou absorpční schopnost a s tím související velké objemové změny a horší tepelnou izolaci.

l. Vulkanické tufy a tufity

Jsou to lehké horniny sopečného původu, jejichž průběh a způsob uložení je však analogický spíše horninám sedimentárním. Vulkanické tufy se označují podle příbuznosti k analogicky vyvřelé hornině (tufy andezitové, ryolitové, čedičové nebo dacitové). U nás byly nejvíce prozkoumány, ale v současné době se pro výrobu lehkých betonů již takřka nepoužívají a proto jejich význam spatřujeme hlavně v tom, že na nich byly prověřeny různé technologické vlastnosti lehkých betonů tzn., že ovlivnily celý další vývoj technologie výroby lehkých betonů u nás. V zahraničí jsou stále používané a to hlavně kvůli příznivějším geologickým podmínkám (menší rozrušení tufových lokalit geologickými zlomy). Jejich charakteristickým znakem je pórovitost a nízká objemová hmotnost (1000-1600 kg/m3). Bohužel jsou to heterogenní horniny s velmi nerovnoměrným složením.

2. Lehké lávy

Nazýváme tak opět lehké horniny sopečného původu, které se svým složením blíží čedičovým tufům. Jejich výhodou oproti od vulkanickým tufům je to, že většina jejich pórů je uzavřená bez kapilárních spojení  jsou méně náchylné k objemovým změnám a mají větší pevnost.

3. Přírodní pemza

Je to lehké kamenivo vulkanického původu s nepatrnou hygroskopicitou, ale vysokou pórovitostí - 73 až 85%. Přírodní pemza je sice silně nasákavá, ale rychle vysychá a na rozdíl od vulkanických tufů vykazuje při vysychání jen nepatrné objemové změny. Je jedním z nejlepších přírodních pórovitých kameniv. Jeho objemová hmotnost je 550-600 kg/m3.


II. Průmyslové odpady používané jako pórovité kamenivo bez větších úprav

Některé průmyslové odpady, zvláště pak energetické, mají pro použití ve stavebnictví velmi výhodné vlastnosti (jak. chemickým a mineralogickým složením, tak strukturou). Naproti tomu nevýhodou všech průmyslových odpadů je skutečnost, že tyto vlastnosti velmi silně kolísají a odpady obsahují proměnlivé množství škodlivin, které mohou jejich využití ve stavebnictví úplně znemožnit. Některé z nich lze použít pro výrobu lehkého betonu přímo po podrcení a vytřídění (např. škváru nebo cihelnou drť).

1. Škvára (škvárový beton)

Jsou to zpevněné, nikoli však úplně roztavené zbytky různých druhů kamenného a hnědého uhlí, hořlavých břidlic a různých jiných pevných paliv. Tyto zbytky obsahují také určité množství původního nebo částečně přeměněného výchozího paliva, které je velmi nežádoucí.
U nás jsou škváry jako pórovité kamenivo pro výrobu lehkých betonů používány nejdéle, všechny škváry však nejsou vhodné (škváry z lignitu nebo z palivových směsí obsahujících lignit se pro velkou objemovou nestálost nesmějí vůbec používat). Technologie výroby škvárového betonu se nijak podstatně neliší od postupu výroby normálního betonu štěrkopískového. Škvárový beton se dnes používá již spíše jako vyrovnávací materiál a jako výplňové stavivo. Jeho objemová hmotnost je 1300-1700 kg/m3. Výrobky ze škvárového betonu dnes již nemají velký význam, ale velkou roli sehrály v 50. letech při přechodu z cihel na velkorozměrové zdicí materiály.
Výrobky ze škvárobetonu:
a) škvárobetonové tvárnice - výplňové
- nosné
b) stropní vložky
c) různé kvádry (tzv. blokopanely) – vrcholem byly celostěnové panely

2. Elektrárenský popílek

Popílky jsou nerostné zplodiny vznikající při spalování tuhých paliv spalovaných většinou v jemně mletém stavu. Sestávají převážně z malých kuliček křemičitanového skla, které ve velkém množství odpadá v tepelných elektrárnách. Je to křemičitá surovina s pucolánovými a jinými cennými vlastnostmi, proto jsou vhodné pro přípravu maltovin a lehkých stavebních látek. Vzhledem ke své velikosti slouží spíše jako součást lehkých betonů s jiným pórovitým hrubozrnným kamenivem  snižují mezerovitost a zlepšují zpracovatelnost. Mají malou objemovou hmotnost – volně sypaná je jen 550-900 kg/m3.

3. Cihelná drť a cihloporit

Jsou to úlomky různých cihlových výrobků. Používání cihelné drtě ve stavebnictví bylo rozšířeno hlavně po 2. světové válce, kdy jiná pórovitá kameniva prakticky vyráběna nebyla a kdy se takto zužitkovávaly trosky rozbořených domů. Později se tímto způsobem zužitkovával průmyslový odpad a zmetky z cihelen. Ještě později se u nás postupně dospělo až k záměrné výrobě cihelného střepu.
Cihloporit lze sice již označit za kamenivo umělé, ale vzhledem k jeho příbuznosti s cihlovou drtí je zařazeno k průmyslovým odpadům. Cihloporit se začal vyrábět po vyčerpání „přirozených“ zdrojů z rozrušených domů. Pro jeho výrobu jsou vhodné na písek chudé mastné jíly - čím jsou tyto jíly plastičtější tím lepší. Při výrobě se k jílu přimíchávají přísady, které způsobují zvětšení pórovitosti střepu  výroba lehkých betonů.


III. Průmyslové odpady upravované na pórovité kamenivo

1. Zpěněná struska

Jsou to přetavené zpravidla silikátové odpady vznikající v průmysl. pecích a topeništích. Pevné nekovové doprovodní výrobky hutní výroby, které vznikly roztavením hlušin rudy a minerál. podílů z pevných paliv. Vznikají při struskovém odpichu ve vysokých pecích. Používají se pro výrobu cementů, jako kamenivo pro obyčejný beton, jako pór. kamenivo pro lehký beton, tepelně izolační zásypy a jako kamenivo pro betonové a štěrkové vozovky. Hustota zpěněné strusky je 2330 kg/m3. Objemová hmotnost zrna je 2000 kg/m3.

2. Popílkový agloporit

Je to umělé pórovité kamenivo získávané sbalkováním lehkých popílků vznikajících při spalování černého a hnědého uhlí. Vyrábí se slinováním - krátkodobým výpalem prováděným na aglomeračních roštech  surovinou pro jeho výrobu je odpadový materiál z energetického a hutního průmyslu. Většina zrn má kulovitý tvar, proto je vhodný pro výrobu lehkých konstrukčních betonů. Jeho barva je šedá, šedohnědá až šedočerná. Póry tvoří 40-65% jeho objemu. Agloporitové betony mají velmi široké použití - od čistě tepelně izolačních až po vyztužené betony vyloženě konstrukční.


IV. Uměle vyráběné pórovité kamenivo

Charakteristické pro něj jsou ty druhy kameniva vyráběné z různých přírodních hornin nebo zemin expandováním v žáru (tzn. využitím jeho nadýmání v pyroplastickém stavu). Lehkým se pak toto kamenivo stává hlavně vyhoříváním organických příměsí a odtěkáním vody a jiných látek.

1. Keramzit

Je to pórovité kamenivo se zakulacenými zrny, které se získává tepelným expandováním hlín vhodného chemického a mineralogického složení v rotačních pecích. Tyto hlíny vypálením při teplotách 1100-1200 °C zvětšují svůj objem a to hlavně tím, že se v nich vytváří dutinky plynů. Výhodné vlastnosti keramzitu: nepropustný, mrazuvzdorný, má uzavřené póry  minimální nasákavost, odolný vůči bakteriím a zcela odolný vůči povětrnostním vlivům. Jeho objemová hmotnost je
200-600 kg/m3. Vyrábí se ve dvou formách, buď jako tvarovaný (tepelně izolační desky) nebo sypaný ve formě granulí.
granulovaný:
- jeho zrna mají zakulacený červenohnědý povrch
- vyrábí se z něj hlavně mezerovitý až jednozrnný beton (objem malty tohoto betonu nepřesahuje 35 % celkového objemu), který má jednotlivá zrna obalena cementovou maltou
- může se z něj vyrábět i beton hutný ke konstrukčním účelům
tvarovaný:
- kusový stavební materiál, který se blíží velkorozměrovým keramickým stavivům
- objem. hmotnost 200-400 kg/m3

2. Kavitit

Jsou to duté kuličky, vypálené z cihlářských hlín, které se používají opět jako lehké betonářské kamenivo. Jejich průměr je 10 až 30 mm při tloušťce stěny 1,5 – 3,5 mm. Surovinou pro výrobu kavititu jsou plastické a středně plastické cihlářské hlíny bez hrubých nečistot. Z důvodu malé tloušťky stěn vyžaduje dokonalé zpracování. Používá se hlavně pro výrobu jednozrnných betonů. Jeho objemová hmotnost je 600-900 kg/m3 a nasákavost 17-20%.

3. Expandit

U nás je to vlastně expandovaná břidlice. Princip jeho výroby je velmi podobný keramzitu - vzniká prudkým pálením povrchu drcených zrn přírodních hornin  nastává jejich slinutí. Výhodou těchto hornin je to, že se před výpalem takřka nemusí upravovat. Pro výrobu expanditu se používá různých druhů pecí (hlavně pece rotační, aglomerační rošty a spec. pece). Výpal musí být rychlý, aby povrch zrn slinul co nejrychleji. Jeho povrch je cihlově červený, uvnitř fialově šedý až tmavohnědý. Expandit se používá pro všechny druhy lehkých betonů, jak mezerovité tak i hutné.

4. Expandovaný perlit

Označujeme tak kyselé, vodu obsahující vulkanické ryolitové sklo (jehož strukturu lze nazývat perličkovou). Vzniká expandováním horniny sopečného původu (která utuhla jako sklo) v různých druzích pecí. Je křehký  snadno se drtí, je nehořlavý, ale má velký podíl otevřených pórů (až 25 %), což způsobuje jeho vysokou nasákavost. Perlit má šedou, modrošedou, popř. hnědou nebo okrovou barvu. Expandovaný perlit je jedním z nejlepších izolačních materiálů, používá se proto jako tepelně izolační materiál ve formě zásypů (do dutých stěn, izolačních jader, pro zateplení stropů a podlah), dále se z něj vyrábí perlitové malty, betony (jen jemnozrnné) nebo suché perlitové omítky.

5. Vermikulit

Je to tmavě hnědý až tmavě šedozelený, hydratizovaný hořečnatohlinitý slídovitý křemičitan, vzniklý zvětráváním jiných slíd. Vzniká při pálení slídových minerálů, které zvětšují svůj objem (při teplotách do 800 °C). Používá se pro průmyslové tepelné izolace, tepelně izolační malty a betony (ve stavebnictví se vzhledem k malé pevnosti v tlaku dá použít jen jako tepelně izolační materiál), dále pro výrobu laků a barev v chemickém průmyslu.


Použitá literatura:

Matoušek, Milan: Lehké stavební látky II., SNTL, Praha 1985
Novák, Jaroslav: Nauka o materiálech 10, Vydavatelství ČVUT, Praha 1997
Internetové zdroje: http://www.liapor.cz/
http://web.telecom.cz/porobeton/
http://www.prefa-rastra.cz/