Budowlane materiały konstrukcyjne tworzą wąskie grono biorąc pod uwagę, że z ich wykorzystaniem zbudowana jest znacząca większość tego świata. To również wokół nich zorientowane jest budowlane know-how oraz poświęcone są im setki stron norm projektowych i wykonawczych. Prawdopodobnie, rozglądając się wokół siebie każdy z nas bez problemu będzie wstanie wskazać większość z materiałów na tytułowej grafice gdzie pokazane zostały: aluminium, beton, ceramika, drewno, stal i szkło. Kolejność wymienionych materiałów jest alfabetyczna by uniknąć dyskusji, który z nich jest najważniejszy dla budowlanego świata.

W tym artykule przedstawimy każdy z materiałów. Następnie podamy kilka mocnych, ale i tych słabszych, stron każdego z nich. Niestety, aby poznać każdy z tych materiałów z bliższa potrzebne będzie więcej czasu. Należy jednak mieć na uwadze, że nie jest to definitywna lista materiałów występujących w budownictwie. Jeśli uważasz, że na liście brakuje jakiegoś materiału, daj nam o tym znać. Istota inżynierskiej pracy polega na dbałości o szczegóły, nie należy więc zapominać o sylikonach, plastikach czy izolacjach. Nie są to jednak materiały konstrukcyjne, którym poświęcamy ten tekst.

Beton – budowlana plastelina

Współcześnie jest to prawdopodobnie najbardziej popularny materiał budowlany. Warto zaznaczyć, że beton to materiał kompozytowy, składa się bowiem z dwóch faz: cementu, który pełni funkcję spoiwa oraz kruszywa, które jest wypełniaczem. W trakcie produkcji, do betonu dodaje się również inne składniki, które mają poprawiać właściwości mieszanki. Z historycznego punktu widzenia, nie jest to materiał nowy. Pierwsze wykorzystanie betonu rozumianego jako mieszanki spoiwa z kruszywem datuje się na czasy starożytnego Rzymu. Beton jaki znamy obecnie pojawił się w XIX wieku.

Zastosowanie samego betonu, a więc bez zbrojenia, jest rzadkością. To ze względu na pomijalną wytrzymałość betonu na rozciągania. W przybliżeniu, wytrzymałość na rozciąganie jest 10-krotnie mniejsza od wytrzymałości na ściskanie. Co wyróżnia beton spośród pozostałych materiałów? Niewątpliwie niska cena produkcji. Sama technologia produkcji betonu nieustannie się rozwija. Dowodzą tego wyniki badań pokazujące, że wytrzymałość na ściskanie współczesnych betonów może konkurować ze stalą. Oczywiście nie są to mieszanki codziennego użytku na budowach. Również odporność ogniowa konstrukcji z betonu jest warta uwagi. W warunkach pożarowych, konstrukcje betonowe spisują się o wiele lepiej od stalowych.

Warto nadmienić, że konstrukcje betonowe nie są bez wad. Beton podatny jest na procesy korozyjne. Korozję rozumianą jako utratę własności użytkowych. Ponadto do produkcji betonu wykorzystywany jest cement, a każda tona wyprodukowanego cementu uwalnia do atmosfery tonę dwutlenku węgla. Czyni to cement, a zarazem beton, jednym z trzech czołowych „producentów” dwutlenku węgla wraz z przemysłem transportowym oraz energetycznym. Na pocieszenie jest fakt, że zazwyczaj beton jest produkowany lokalnie, z lokalnych zasobów naturalnych. Redukuje to wpływ środowiskowy spowodowany samym transportem mieszanki betonowej.

Stal – industrialny rewolucjonista

W budownictwie stosuje się tak zwaną stal niskowęglową będącą stopem żelaza i maksymalnie 2% węgla. Stal, to materiał o wysokim stosunku wytrzymałości do masy. Innymi słowy, stal pozwala tworzyć konstrukcje lekkie i smukłe. Dodatkowo, różne kształty profili stalowych pozwalają dobierać te najbardziej odpowiednie dla danej sytuacji projektowej. Jako, że konstrukcje stalowe są zazwyczaj wyceniane od kilograma masy konstrukcji. To w rękach projektanta leży możliwość minimalizacji kosztów. Warto optymalizować konstrukcje stalowe.

Większość, jeśli nie każdy ze współczesnych wieżowców wykorzystuje w swojej konstrukcji stal. To właśnie wynalazek stalowej ramy dał początek budowie wieżowców. Również większość konstrukcji przemysłowych to często las, lub nawet dżungla, pełna stalowych prętów, belek i słupów.

Pomimo, iż sama stal jest materiałem niepalnym to w kontakcie z pożarowymi temperaturami otoczenia, konstrukcje stalowe błyskawicznie tracą nośność. Stanowi to poważne wyzwanie projektowe. Konsekwencje błędów projektowych na tym polu mogą być drastyczne w skutkach, a historia budownictwa miała już przypadki gdzie sytuacje pożarowe prowadziły do katastrof. Kolejnym wyzwaniem w konstrukcjach stalowych jest korozyjność stali w kontakcie z wodą co należy brać pod uwagę w projektowaniu.

Drewno – bliskość natury

Drewno kojarzy się z materiałem przyjaznym środowisku. Badania pokazują, że produkcja konstrukcji drewnianych zużywa mniej energii niż dwa wcześniej opisane materiały: beton i stal. Na przeciwwagę należy postawić fakt, że wzrost zapotrzebowania na budowlane drewno spowoduje wzrost wycinki drzew. Konieczne jest zachowanie równowagi.

Pierwsze skojarzenie z wykorzystaniem drewna jako materiału konstrukcyjnego to konstrukcje dachów. W dalszej kolejności będą na myśl przychodzić domy ze ścianami z bali. Takie wykorzystanie drewna, jako materiału konstrukcyjnego towarzyszyło człowiekowi od wieków. Współcześnie, drewno ma znacznie szersze zastosowanie. Technologia produkcji drewna oraz proces laminacji pozwalają tworzyć elementy o przekroju dowolnych rozmiarów. Nie trudno znaleźć w swoim codziennym otoczeniu przykład budynku gdzie dźwigary dachowe wykonane są z drewna.

Łatwopalność drewna, to temat, który odstrasza wielu inwestorów. Warto jednak wiedzieć, że obróbka technologiczna drewna oraz jego impregnacja skutecznie przeciwdziałają możliwości spalania drewna. Dodatkowo, odpowiednia grubość przekroju spowoduje, że zwęglona zewnętrzna warstwa stanie się dodatkową warstwą ochroną dla głębszych części przekroju. Ku zaskoczeniu może się okazać, że konstrukcja drewniana będzie się spisywać lepiej od identycznej konstrukcji wykonanej ze stali w warunkach pożarowych.

Ceramika – budowlane układanie klocków

Cegła mogłaby być symbolem budownictwa. Murowana ściana z cegły staje się niemalże obiektem pożądania wśród właścicieli domów i mieszkań. To ze względu na unikalną estetykę takich konstrukcji. Niestety, wraz z rosnącymi kosztami robocizny oraz czasochłonnością murowania ścian z tradycyjnej cegły, jej zastosowanie jest coraz rzadsze. Współczesne wnętrza często eksponują pojedyncze ściany dekoracyjnie wykończone płytkami ze starych cegieł. Odrestaurowane, stare murowane konstrukcje zachwycają oko.

Praktyczną popularnością cieszą się za to pustaki ceramiczne, które dzięki większym wymiarom pozwalają wymurować metr ściany przy pomocy kilkunastu pustaków. Współczesne pustaki mogą być również materiałem izolacyjnym, odpowiednia struktura pustaka, porowatość samego materiału oraz sama grubość przekroju ściany będzie konkurencyjna dla wszystkich starszych budynków.

Czynnikiem wspólnym dla całej rodziny wyrobów ceramicznych jest zastosowanie gliny w procesie produkcji. Ceramika konstrukcyjna to głównie cegły i pustaki. Oczywiście, ceramika to również płytki elewacyjny i posadzkowe oraz elementy sanitarne jednak nie one są tematem tego wpisu. Głównym mankamentem współczesnej ceramiki jest kruchość wyrobu co ogranicza nośność i tym samym wysokość budynku.

Aluminium – metal niemal szlachetny

Elewacje współczesnych budynków, szczególnie tych gdzie powierzchnia przeszklenia jest znacząca, a więc głównie powierzchnie biurowe w centrach miast, nie miałby prawa istnienia bez wykorzystania aluminium. Aluminium jako materiał konstrukcyjny łączy w sobie wiele zalet. Przede wszystkim, jest to materiał odporny na korozję. Ponadto proces produkcji pozwala łatwo tworzyć dowolne kształty przekrojów. Są to dwie cechy, które stanowią o przewadze aluminium nad stalą.

Znakomita większość aluminium wykorzystanego w budownictwie to ramy nowoczesnych okien, konstrukcje wsporcze elewacji, wykończenia elewacji czy wewnętrzne elementy wykończeniowe. Istnieją również konstrukcje hal wykonanych w całości z aluminium. Szczególnie wtedy, gdy istotna jest waga całej konstrukcji więc na przykład w przypadku tymczasowych konstrukcji pawilonów wystawowych lub hal, które należy regularnie transportować w częściach. Mimo, iż aluminium można zaliczać do budowlanych materiałów konstrukcyjnych, jego funkcja konstrukcyjna jest często niedoceniana.

Obliczenia konstrukcji z aluminium należy prowadzić zgodnie z przepisami w normie poświęconej aluminium (Eurokod 9). Charakterystyka wytrzymałościowa samego materiału jest zbliżona do stali przez co liczne odwołania do norm poświęconych konstrukcjom stalowym. Zagadnieniem, o którym często się nie mówi w przypadku aluminium to toksyczność gazów jakie się wydzielają w wyniku reakcji aluminium na pożarową temperaturę.

Szkło – z widokiem na horyzont

Ostatnim z budowlanych materiałów konstrukcyjnych jest szkło. Transparentność szkła zafascynowała architektów próbujących wprowadzić do budynku jak najwięcej dziennego światła. Mimo, iż jest to materiał znany od wieków to dopiero w ostatnich latach zaczęto stosować szkło w rozszerzonym zakresie. Początkowo, szkło stanowiło jedynie wypełnienie ram okiennych, a zadaniem tafli szkła było przenieść ciężar własny i parcie wiatru. Obecnie technologia szkła bardzo się rozwinęła i szkło jest wykorzystywane również na różne elementy nośne: schody, słupy, belki.

Szkło to materiał, któremu poświęca się najmniej uwagi w gronie materiałów konstrukcyjnych. Jest to jedyny materiał z wymienionej szóstki, który nie posiada własnej normy projektowej z grupy Eurokodów. Wiedzy na temat projektowania szkła jest wciąż ograniczona a szczątkowych śladów należy szukać głównie w zagranicznej literaturze. Mimo to, nie trudno dzisiaj o przykłady konstrukcji gdzie szkło zostało wykorzystane jako materiał nośny.

Trudności z projektowaniem szkła wynikają z jego zachowania pod wpływem obciążeń. Z jednej strony, jest to materiał o niebywałej wytrzymałości. Z drugiej, nawet najmniejsza rysa może doprowadzić rozsypania się tafli szkła na małe kawałki. Dlatego ogranicza się naprężenia rozciągające w materiale. Osiąga się to w wyniku obróbki samego materiału. Tak zwane hartowanie szkła sprawia, że jeszcze przed przyłożeniem jakichkolwiek obciążeń, zewnętrzne warstwy tafli szkła będą w stanie naprężeń ściskających.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię