Technické konopí, alternativní plnivo cementotřískových desek
Technické konopí je velice perspektivní surovina, která se díky svým dobrým mechanickým a tepelně-technickým vlastnostem dostává do popředí zájmů při výrobě stavebních prvků. Velkou výhodou je především rychlá obnovitelnost a výtěžnost konopného pazdeří. Článek pojednává o použití pazdeří technického konopí jakožto náhrada plnivové složky cementotřískových desek.
Pro zhodnocení možnosti budoucího využití desek ve stavebních konstrukcích se sledovaly fyzikálně-mechanické vlastnosti, především byl kladen důraz na zkoušky pevnosti v ohybu a modulu pružnosti. Směs musí splňovat technické parametry kladené na cementotřískové desky, zároveň však musí být dosaženo snížení celkové ceny za suroviny použité při výrobě.
1. Úvod
Cementotřískové desky slučují dobré vlastnosti dřeva a cementu, jsou to deskové materiály s vlastnostmi, které je předurčují k použití v mnoha rozličných případech, ať už je to pro stavbu stěn a příček, podhledů, fasád, podlah apod. Nevýhodou cementotřískových desek je ovšem stále poměrně vysoká cena, což je dáno zejména cenou vstupních materiálů. Hlavní složkou, která tvoří plnivo u cementotřískových desek je dřevo. Dřevěné třísky se získávají z kmenů poražených stromů, což znamená, že je nutno třísky z dřevní hmoty nejdříve vyrobit.
Použitím alternativních plniv, lze tuto část produkce zčásti či zcela obejít. Využití alternativních rychle obnovitelných surovin ve stavebních materiálech znamená příležitost ke snížení výrobních nákladů a eliminaci ekologické zátěže. Velká výhoda alternativních plniv je v jejich rychlém růstu, kdy ve srovnání se dřevem je perioda jeho obnovy ve zdejších klimatických podmínkách obvykle jednoletá, zatímco dříví roste několik desítek let. Také je třeba vzít do úvahy, že dřevo lze ve stavebnictví využít mnohem efektivněji např. ve formě trámů, desek apod., v těchto případech je dřevo nenahraditelné jinými materiály.
Zajímavou možností uplatnění alternativních rychle obnovitelných zdrojů je aplikace technického konopí jako plná či částečná náhrada za dřevní třísky. Velmi dobré mechanické vlastnosti technického konopí z něj činí perspektivní materiál při výrobě stavebních hmot. Lze přepokládat, že technické konopí je vhodný obnovitelný zdroj surovin pro výrobu stavebních hmot, schopných konkurovat ostatním komerčním výrobkům využívajících jak přírodních, tak druhotných surovin.
2. Cementotřískové desky
Cementotřískové desky se řadí mezi vláknové kompozity. Jsou tvořeny cementovou matricí nejčastěji z Portlandského cementu a odzrněných dřevěných třísek především smrkových a jedlových. Desky se lisují tlakem 2 ~ 3 MPa na požadovanou tloušťku (cca 1/3 sypné tloušťky). Podle tvaru dřevních částic a jejich objemové hmotnosti lze cementotřískové desky v zásadě rozdělit na desky:
- z dřevité vlny s nízkou objemovou hmotností (do 400 kg.m−3), používají se na tepelnou izolaci stěn a strupů, ke zhotovení příček a dělících stěn apod. Tyto desky známe pod označením Heraklit.
- desky z hrubých třísek se střední objemovou hmotností (400–800 kg.m−3), vyrábějí se z dřevních částic tloušťky 0,5–5 mm, šířky 2–10 mm, délky 20–50 mm. Při výrobě tohoto typu desek není tvar dřevních částic rozhodující, mohou být použity různé kusové odpady, používají se například štěpky a hrubší třísky. Dřevní částice se nejčastěji mineralizují vodním sklem, které současně snižuje nasákavost a zvyšuje odolnost desek proti škůdcům a plísním. Desky s doplňkovou izolační vrstvou pěnového polystyrenu se používají jako ztracené bednění při zhotovování obvodových zdí, zejména v bytové výstavbě.
- desky z jemných třísek s vysokou objemovou hmotností (nad 800 kg.m−3) jsou vyráběny z jemnějších třísek a obsahují vyšší podíl cementu (25 % a více) než předchozí typy. Běžná výrobní tloušťka je od 8 do 40 mm. Ořezávají se na přesný rozměr, mohou být opatřeny perem a drážkou. Často jsou desky tvořeny na povrchu vrstvou s jemnější frakcí třísek a střední vrstva je tvořena hrubšími třískami, takže jsou na povrchu hladké.
Vlastnosti: objemová hmotnost cementotřískových desek z jemných třísek se pohybuje od 1 000 do 1 500 kg.m−3. Desky mají poměrně vysokou pevnost v tahu za ohybu (přes 10 MPa) a podle reakce na oheň jsou řazeny do třídy A2. Jako všechny materiály s podílem dřevní hmoty mají poměrně velkou lineární roztažnost v závislosti na vlhkosti, proto je třeba umožnit deskám dilataci. Cementové pojivo zvyšuje součinitel tepelné vodivosti na hodnotu kolem 0,3 W.(mK)−1. Desky mají také výborné zvukově izolační vlastnosti (vzduchová neprůzvučnost 30–35 dB), mají však nízkou zvukovou pohltivost. Jsou odolné vůči mrazu, hmyzu a plísním. Odolávají vlhku, jsou proto používány běžně v exteriéru, prakticky nebobtnají, jsou ekologické a hygienicky nezávadné. [1], [2]
Požadavky na vlastnosti cementotřískových desek dle ČSN EN 634-2:
- Objemová hmotnost: min. 1000 kg/m3
- Pevnost v ohybu: min. 9 N/mm2
- Modul pružnosti: min. 4500 N/mm2
Použití cementotřískových desek je značně široké, jedná se totiž o velmi kvalitní deskový materiál mimořádných vlastností. Desky se mohou požít pro podlahové systémy, půdní vestavby, střešní nadstavby, odvětrané fasády, protipožární aplikace, podhledy, stěny a příčky, zahradní doplňky, bednění a mnoho dalších.
3. Technické konopí
Je starou kulturní rostlinou původem ze střední Asie. První zmínky o konopí, jeho účincích a využívání jsou ze starých svitků z Indie a Číny okolo roku 600 před naším letopočtem. V Evropě se začala pěstovat okolo roku 400 našeho letopočtu. Prvotní využití měla konopná pryskyřice, déle pak konopné vlákno k výrobě papíru. Později se přišlo na jeho dobré účinky v lékařství a především veliké pole působnosti ve stavebnictví.
Rozlišujeme tři druhy konopí: konopí indické (Cannabis indica), konopí plané (Cannabis ruderalis) a konopí seté (Cannabis sativa).
![Obrázek 1: Technické konopí [4]](/docu/clanky/0083/008304o1.jpg)
Obrázek 1: Technické konopí [4]
Technické konopí (cannabis sativa) je jednoletá teplomilná rostlina z čeledi Cannabaceae. Je to rostlina s tenkým dlouhým, přímým, rychle dřevnatějícím a slabě rozvětveným stonkem, s dlanitě složenými zoubkovanými listy a s malými, oválnými nažkovými plody. Hlavní stonek dosahuje délky 3–5 m a průměru 30 mm. Pěstuje se všude v mírném pásmu s výjimkou půd trvale zamokřených nebo trvale přesušených. Při zpracování je využitelná celá rostlina a nevzniká žádný odpad. Konopí je cenná zemědělská plodina. Je důležité si uvědomit, že u nás je povoleno pěstovat výhradně konopí seté, které pro malý obsah THC (tetrahydrokanabinolů) do 0,3 % není možné zneužívat jako omamnou látku. [3]
Obrázek 2: Technické konopí frakce A (vlevo) a frakce B použité na výrobu vzorků
Technické konopí použité v příspěvku:
- Frakce A, velikost částic do 8 mm, sypná hmotnost 110 kg/m3
- Frakce B, velikost částic nad 20 mm, sypná hmotnost 103 kg/m3
4. Metodika práce a výsledky zkoušek
Cementokonopné desky jsou složeny z konopného pazdeří, cementu, vody a hydratačních přísad. Desky musejí splňovat normu ČSN EN 634-2 ve které jsou specifikovány požadavky na vlastnosti cementotřískových desek. K dosažení nejlepšího možného řešení výroby cementokonopných desek bylo v rámci výzkumu posuzováno mnoho odlišných směsí pojivové složky, předúprav konopného pazdeří i rozdílné způsoby míchání a výroby desek. K posouzení nejlepšího způsobu zpracování a složení cementokonopných desek nám posloužily výsledky mechanických zkoušek, kterými byly objemová hmotnost, pevnost v ohybu a modul pružnosti na výsledných zkušebních tělesech.
Obrázek 3: Laboratorní lis pro výrobu cementokonopných desek
V příspěvku prezentuji výsledky 4 receptur, které měly nejlepší vlastnosti. Tři receptury jsou s konopným plnivem a poslední na porovnání s dřevěnými třískami. Složení receptur je znázorněno na grafu 1. První směs sestávala z konopného pazdeří frakce A, druhá směs z frakce B, třetí směs byla kombinace frakcí A a B v poměru 1:1 a v poslední směsi byly použity klasické dřevní třísky pro výrobu cementotřískových desek. Pro výrobu zkušebních těles v laboratoři byl sestaven laboratorní lis (viz obr. 3), který byl schopný udržet potřebné zatížení desky po dobu dosažení potřebných pevností vhodných pro odformování. Výsledné parametry cementokonopných a jedné dřevotřískové desky nejdete v tabulce 1.
| Sada zkušebních těles | Objemová hmotnost [kg.m−3] | Pevnost v tahu za ohybu po 28 dnech [N.mm−2] | Modul pružnosti po 28 dnech [N.mm−2] |
|---|---|---|---|
| 1 – konopí A | 1330 | 9,0 | 5510 |
| 2 – konopí B | 1320 | 8,7 | 5370 |
| 3 – konopí A+B | 1370 | 9,2 | 6680 |
| 4 – dřevní třísky | 1220 | 9,4 | 7150 |
Graf 1: Procentuální hmotnostní zastoupení jednotlivých složek ve směsi
Obrázek 4: Pohled na vyrobenou cementokonopnou desku
5. Závěr
Cílem práce byl vývoj cementotřískové desky při použití alternativního plniva v podobě pazdeří technického konopí. Při vývoji desek byl kladen důraz na zachování fyzikálně–mechanických parametrů při zlepšení ekonomické náročnosti výroby.
Z výsledků je patrné, že cementokonopné desky splňují normu ČSN EN 634-2, svými vlastnostmi se blíží cementotřískovým deskám. Díky svým dobrým výsledkům a příznivější výrobní ceně by si cementokonopné desky mohly najít v brzké době své místo na českém trhu.
Technické konopí představuje jeden z nejperspektivnějších rostlinných zdrojů, jehož pomocí v souladu s principy trvale udržitelného rozvoje a života (lokální, obnovitelný zdroj, bezodpadové hospodářství, komplexnost) dokáže lidstvo komfortním způsobem uspokojovat své materiální potřeby bez negativního, ba naopak pozitivního vlivu na životní prostředí.
Svými fyzikálně-mechanickými a tepelně mechanickými charakteristikami se konopí blíží charakteristikám dřeva, proto lze předpokládat, že se v budoucnu stane jeho alternativou.
Konopí má ve většině případů téměř stejné vlastnosti jako dřevo, s několika podstatnými výhodami. Výnosy z konopí jsou více jak 4× vyšší, jeho pěstování je méně náročné a zpracování nevyžaduje tak mohutnou mechanizaci. Musíme ovšem říci, že pěstování konopí v České republice není nic lehkého, především díky velmi přísné legislativě a požadavkům na pěstitele konopí. Proto je v současné době v ČR technické konopí velmi nedostatková surovina.
Tento výsledek byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu v rámci projektu FR-TI3/595 „Inovace složení směsi pro výrobu cementotřískové desky“ a s podporou výzkumného záměru MSM 0021630511 „Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí“.
Použité zdroje
- [1] Svoboda, L. a kol. (2005) Stavební hmoty Jaga group, s.r.o., Bratislava, ISBN 80-8076-007-1.
- [2] Cetris – Základní info. http://www.cetris.cz/. (cit. 2007-11-26)
- [3] SLADKÝ, Václav: Konopí – stará kulturní rostlina v Evropě a ČR. Biom.cz [online]. 2002-01-30 [cit. 2008-5-22]. Dostupné z: http://biom.cz/index.shtml?x=62806. ISSN: 1801-2655.
- [4] Inzahrady.cz – Moderní zahrada [online], fotografie. Dostupný z: http://www.inzahrada.cz/vitaminy-ze-zahrady/vyznam-konopi-mimo-drogovou-oblast.html
Technical cannabis is a very promising material, which, thanks to its good mechanical and thermal-technical properties coming to the fore of interest in the production of building elements. The big advantage is especially fast recoverability and yield of hemp shives. This paper deals with the use of industrial hemp shives as a replacement of component of the cement plates filler.
