BUDOWNICTWO EKOLOGICZNE Z WYKORZYSTANIEM KONOPI WŁÓKNISTYCH #1 DOM Z KONOPI

Wykonawcy starali się wykorzystać lokalne materiały, które będą dobrym substytutem zniszczonych już wypełnień remontowanych ścian. Eksperymentowali z różnymi materiałami, tak by nie zakłócić prawidłowej dyfuzji pary wodnej tych ścian oraz aby uzyskać dobry i trwały efekt na wiele lat. We Francji były oraz dalej są popularne uprawy konopi przemysłowych. Wykonawcy stwierdzili, że konopie zmieszana z wapnem może efektywnie wypełnić ubytki w ścianach, jako naturalny, elastyczny materiał, zastępując zniszczone materiały ścienne. Mieszanka wapna i konopi doskonale sprawdziła się w remontach starych drewnianych budynków, więc rozpoczęto próby wykorzystania tego materiału do wypełniania ścian szkieletowych w nowo powstałych budynkach. Od tego czasu architekci oraz inżynierowie zaczęli eksperymentować z tym nowatorskim kompozytem w budowie nowych budynków. Kompozyt okazał się być odpowiednim wypełnieniem dla ścian, ale również dobrą izolacją dachu, warstwą podłogi na gruncie, czy też tynkiem.

Materiał budowlany oparty na spoiwie wapiennym oraz wypełniaczu w postaci paździerzy konopnych nie jest znormalizowany. W literaturze spotkać można różne określenia i nazwy nadawane temu materiałowi, np. hempcrete, hemp concrete, hemp lime, czy też w Polsce – beton konopny. Z uwagi na to, że betonu nie sposób skojarzyć z ekologicznym materiałem, dobrą, alternatywną nazwą jest „kompozyt wapienno-konopny”. Kompozyt jest materiałem utworzonym z co najmniej dwóch komponentów o różnych właściwościach, pośród których znajduje się spoiwo oraz wypełniacz. Spoiwem w tym przypadku jest wapno, natomiast wypełniaczem są paździerze konopne.

Kompozyt wapienno-konopny składa się z trzech podstawowych składników: wapna, paździerzy konopnych oraz wody. Stosowane są różne rodzaje wapna. Może to być wapno powietrzne – palone lub hydratyzowane, które wiąże i twardnieje w warunkach powietrznych oraz wapno hydrauliczne, które posiada zdolność twardnienia zarówno w powietrzu jak i pod wodą (podobnie jak cement portlandzki). Spoiwo wapienne może być modyfikowane różnymi dodatkami mającymi na celu poprawę niektórych jego właściwości, np. przyspieszyć wiązanie lub zwiększyć odporność na działanie warunków atmosferycznych. Przykładami dodatków są cement portlandzki lub pucolany takie jak popiół lotny, pyły krzemionkowe.

Paździerze konopne są pociętymi kawałkami zdrewniałej części łodygi (fot.1). Otrzymywane są w wyniku mechanicznej obróbki (dekortykacji) słomy z konopi włóknistych (fot. 2). Konopie te są nienarkotyczną odmianą konopi siewnych (Cannabis Sativa L) i zawierają poniżej 0,2% substancji psychoaktywnej THC w suchej masie ziela.

Nad wykorzystaniem paździerzy konopnych do produkcji materiałów budowlanych przemawia m.in. aspekt ekologiczny. Konopie w czasie wzrostu są w stanie wchłonąć znaczne ilości CO2 z atmosfery. 1 tona paździerzy konopnych jest w stanie zmagazynować blisko 1,8 tony dwutlenku węgla w czasie swojego 4 miesięcznego okresu wzrostu [1].
Kompozyt wapienno konopny ma szerokie zastosowanie w budownictwie. Jego dominującą funkcją jest wypełnienie drewnianej konstrukcji szkieletowej ściennej (fot.3). Mieszanka może być aplikowana w postaci monolitycznej ręcznie w deskowaniu lub poprzez natrysk za pomocą agregatu. Z mieszanki mogą być również formowanie bloczki ścienne o dowolnych wymiarach (fot. 4) lub prefabrykaty w postaci gotowych paneli ściennych stanowiących segment ściany (fot.5). Materiał ten w ścianie pełni funkcję usztywniającą oraz termoizolacyjną. Ściana wykonana z kompozytu o grubości około 30 cm nie wymaga dodatkowej izolacji termicznej.

Poza zastosowaniem w ścianach, kompozyt sprawdza się również jako izolacja termiczna dachu (fot.6). Mieszanka układana jest pomiędzy krokwiami dosyć luźno na odpowiednią grubość, eliminując również konieczność korzystania z dodatkowych izolacji termicznych. Mieszanka kompozytu może służyć również jako warstwa podłogi na gruncie. W tym przypadku najczęściej wzbogacana jest piaskiem w celu zwiększenia twardości warstwy. Kompozyt może być stosowany w każdej przegrodzie zewnętrznej i wewnętrznej o dowolnych kształtach, zachowując ciągłość, zapewniając szczelność obudowy budynku oraz eliminując mostki termiczne. Kompozyt w postaci monolitycznej umożliwia wypełnienie wszelkich szczelin i trudnych miejsc w konstrukcji.

Kompozyt wapienno konopny charakteryzuje się dobrymi parametrami termoizolacyjnymi, dzięki obecności wysoce porowatych paździerzy konopnych. Parametry te mogą być modyfikowane poprzez sposób zagęszczania oraz skład mieszanki (proporcję spoiwa wapiennego do paździerzy). Kompozyt cechuje się niską wytrzymałością, lecz przenoszenie obciążeń nie jest zadaniem tego materiału, tylko drewnianej konstrukcji szkieletowej. Wytrzymałość można zwiększyć stosując większą proporcję spoiwa do paździerzy, jednak obniżą się wtedy zdolności termoizolacyjne kompozytu.

Materiał zapewnia dobrą paroprzepuszczalność przegród. Wysoka porowatość kompozytu, obecność wypełniacza organicznego oraz higroskopijne właściwości przyczyniają się do zdolności regulowania poziomu wilgotności w pomieszczeniach. W przypadku podwyższonej wilgotności, materiał wchłania jej nadmiar, po czym oddaje kiedy w pomieszczeniu spadnie poziom wilgotności poniżej poziomu poczucia komfortu. Wysoka pojemność cieplna kompozytu zapewnia również większą stabilność cieplną w pomieszczeniu.

Z uwagi na obecność spoiwa wapiennego, kompozyt jest środowiskiem alkalicznym, odpornym na rozwój korozji biologicznej. Ważne są jednak również warunki wysychania przegród wykonanych z tego materiału. Jeśli będą występowały trudności z wysychaniem, na skutek niskiej temperatury i wysokiego poziomu wilgotności w powietrzu to na powierzchni ściany mogą pojawić się grzyby pleśniowe. Ważny jest również prawidłowy dobór spoiwa, np. duża ilość cementu w mieszance może doprowadzić do zwiększenia szczelności przegrody i utrudnienia dyfuzji pary wodnej, co może również sprzyjać rozwojowi pleśni. Spoiwo wapienne chroni również konstrukcję drewnianą przed korozją biologiczną umożliwiając rezygnację z chemicznych sposobów impregnacji drewna Jeśli mieszanka wykonana jest prawidłowo i wszystkie paździerze dookoła otoczone są powłoką spoiwa wapiennego, to powstały stwardniały kompozyt odporny jest na działanie ognia. Nie ma potrzeby korzystania z dodatkowych impregnatów mających na celu zwiększenie ognioodporności, jak np. związków boru stosowanych izolacjach celulozowych.
Aby zakwalifikować materiał budowlany jako ekologiczny należy przeanalizować jego wpływ na środowisko w całym jego cyklu życia. Pod uwagę należy brać m.in.:

– proces pozyskania surowców oraz zużycie energii potrzebnej do wyprodukowania poszczególnych składników materiału oraz samego materiału,
– transport surowców jak i gotowego materiału,
– proces wbudowania materiału w obiekt,
– fazę użytkowania (w jakim stopniu dany materiał przyczyni się do ograniczenia zapotrzebowania na energię do ogrzewania),
– fazę rozbiórki (możliwość utylizacji, ponownego wykorzystania, ilość pozostałych odpadów).

Jednoznaczne określenie wpływu środowiskowego kompozytu wapienno-konopnego wymaga szczegółowej analizy cyklu życia, jednak wymienić można kilka aspektów, które niewątpliwie są korzystne dla środowiska, bez wykonywania analiz. Konopie, będące wypełniaczem w kompozycie, w czasie wzrostu pochłaniają znaczne ilości dwutlenku węgla. Mogą być również uprawiane w sposób ekologiczny bez stosowania pestycydów i herbicydów. Paździerze, zwykle były traktowane jako półprodukt odpadowy, gdyż konopie uprawiane były głównie na nasiona i włókno. Pozytywnym aspektem jest więc zagospodarowanie odpadów. Produkcja kompozytu nie jest energochłonna, gdyż nie wymaga żadnych obróbek cieplnych. W miarę wzrostu popularności upraw konopi włóknistych zminimalizowany zostanie również problem transportu paździerzy z dużych odległości i będzie możliwość wykorzystania lokalnych surowców. W fazie użytkowania przegrody wykonane z kompozytu wapienno konopnego zmniejszają zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania, gdyż będąc dobry izolatorem termicznym ograniczają straty ciepła przez przegrody. W fazie rozbiórki materiał nada się do ponownego wykorzystania, np. poprzez ponowne wymieszanie skruszonego kompozytu z wapnem i wodą lub jako sucha podsypka podłogowa. Paździerze otoczone wapnem mogą również być wykorzystane jako nawóz w rolnictwie. Naturalne, organiczne składniki poddane środowisku atmosferycznego ulegną biodegradacji, eliminując problem składowania odpadów. W fazie produkcji składników kompozytu negatywny wpływ na środowisko wywiera proces wypalania skał wapiennych. Na 1 tonę wyprodukowanego wapna, emitowane jest do atmosfery średnio 740 kg CO2 [5]. Wynik ten można obniżyć za pomocą spalania biomasy przy wypalaniu wapna. Warto jednak przypomnieć, że 1 tona paździerzy może zmagazynować 1,8 tony CO2 w czasie wzrostu. Poza tym spoiwo wapienne w swoim cyklu życia powraca do pierwotnej postaci, czyli skały wapiennej pochłaniając dwutlenek węgla z atmosfery. Zatem wbudowany kompozyt wapienno konopny w obiekt, będzie pochłaniał CO2 w procesie karbonatyzacji spoiwa wapiennego.

Technologia wykorzystania konopi w budownictwie ma szansę powodzenia również w Polsce, gdzie z roku na rok powiększają się tereny upraw konopi przemysłowych. Hamulcem jest brak zaplecza technologicznego do masowego zbioru i przerobu słomy konopnej na cele budowlane, jednak z obserwacji i rozmów z zainteresowanymi zauważyć można idące zmiany w tym kierunku.

Więcej na temat budownictwa na stronie 
http://www.facebook.com/budynki.z.konopi

Artykuł z #55 numeru Gazety Konopnej SPLIFF

Mgr inż. Przemysław Brzyski
Politechnika Lubelska, Wydział Budownictwa i Architektury
Ogólnopolskie Stowarzyszenie Budownictwa Naturalnego

Literatura
[1] Bevan R., Woolley T. (2010), Hemp Lime Construction: A Guide to Building with Hemp Lime Composites, Bracknell.
[2] www.sacarpentry.co.uk
[3] www.dunagro.nl
[4] Allin S. (2012), Building with hemp. Ireland: Seed Press.
[5] Pervaiz M. (2003), Carbon storage potential in natural fiber Composites; Resources,
Conservation and Recycling 39: 325-340.