Jawar Ceramika

 

back

 
 
 

JAWAR CERAMIKA IZOSTATYCZNA

   

W technice kominowej coraz popularniejszym rozwiązaniem stają się trójwarstwowe kominy systemowe złożone z ceramiki, izolacji z wełny mineralnej i pustaków keramzytobetonowych. Na polskim rynku istnieje wiele certyfikowanych systemów tego typu. Nowością wśród nich są systemy kominowe zawierające innowacyjną ceramikę izostatycznie prasowaną, nazywaną potocznie „ceramiką izostatyczną”. Celem niniejszego artykułu jest zbadanie wpływu zastosowania ceramiki izostatycznie prasowanej na bezpieczeństwo użytkowania komina. Zakłada się, że zastosowanie ceramiki izostatycznie prasowanej poprawia bezpieczeństwo użytkowania komina. Podjęto próby weryfikacji tej tezy w oparciu o własne badania empiryczne autora przeprowadzone w firmie JAWAR. Ponadto, w oparciu o literaturę i badania innych autorów zweryfikowano hipotezę, że ceramika izostatyczna jest bardziej odporna na szoki termiczne niż ceramika tradycyjna.

1. Technologia produkcji ceramiki izostatycznej i jej wpływ na właściwości wyrobu
Technologia produkcji wyrobów ceramicznych zasadniczo składa się z trzech podstawowych faz: przygotowania surowca, formowania kształtek, wypalania. Technologia produkcji wyrobów prasowanych izostatycznie polega na formowaniu kształtek w spejcalnie zaprojektowanej do tego celu prasie. Surowiec jest dokładnie suszony, a następnie podawany do prasy w formie suchego proszku. Ściskany jest w formach pod bardzo wysokim ciśnieniem. Po formowaniu wypraska od razu trafia do wypalania. Proces ten różni się od formowania hydraulicznego właśnie momentem suszenia. Tradycyjną ceramikę formuje się z wilgotnej masy, a następnie wypraski są suszone i dopiero wypalane.

Proces suszenia ma kluczowe znaczenie dla właściwości wyrobu końcowego. Podczas suszenia tradycyjnych wyrobów ceramicznych, woda odparowuje z wyprasek pozostawiając po sobie liczne pory. Wiele z tych porów pozostaje obecna również po zakończeniu procesu wypalania w postaci zamkniętych i otwartych porów, a także mikropęknięć. Te ostatnie powodują obniżoną wytrzymałość mechaniczną i termiczną wyrobu, a także stanowią główną przyczynę pojawiania się pęknięć podczas użytkowania [1]. W ceramice izostatycznej suszenie odbywa się jeszcze przed formowaniem, a zatem pory i mikropęknięcia związane z procesem suszenia wyprasek nie występują. Jest to pierwszy czynnik wpływający na zwiększoną wytrzymałość ceramiki prasowanej izostatycznie.
Drugi czynnik związany jest bezpośrednio z technologią formowania. Obróbka za pomocą jednoosiowego prasowania hydraulicznego (konwencjonalna metoda) jest zadowalająca przy formowaniu małych elementów. Jednak podczas produkcji długich rur lub kompleksowych części, tarcie matrycowe skutkuje nierównomiernym zagęszczeniem materiału [3]. To z kolei powoduje naprężenia podczas pracy wyrobu i również skutkuje pojawianiem się mikropęknięć, a w konsekwencji uszkodzeniami wyrobu. Natomiast podczas prasowania izostatycznego surowiec jest ściskany równomiernie ze wszystkich stron. Tarcia mechaniczne w zasadzie nie występują, w wyniku czego powstaje homogeniczna struktura materiału. Największym atutem prasowania izostatycznego jest jednorodne zagęszczenie, które skutkuje przewidywalnym i powtarzalnym skurczem podczas dalszego procesu spiekania. Dzięki temu wyrób charakteryzuje się wysoką odpornością mechaniczną i termiczną.

2. Właściwości ceramiki izostatycznej
Ceramika izostatycznie prasowana jest przede wszystkim materiałem o niskiej nasiąkliwości i wysokiej odporności na szoki termiczne. Czyni ją to idealnym materiałem do zastosowania w technice kominowej. W tej częci artykułu omówione zostaną podstawowe właściwości ceramiki izostatycznie prasowanej pod kątem jej przydatności do zastosowania w produkcji kominów systemowych.

2.1. Nasiąkliwość
Wartość współczynnika nasiąkliwości jest pochodną gęstości i porowatości materiału ceramicznego. Jak opisano w poprzednim rozdziale, ceramika izostatyczna charakteryzuje się mniejszą porowatością niż tradycyjna ceramika plastyczna. Stąd też bardzo niskie wartości nasiąkliwości. Według badań zgodnie z normą EN 13063-2+A1:2007 współczynnik nasiąkliwość ceramiki izostatycznie prasowanej JAWAR jest znacznie niższy niż cermiki plastycznej, która osiąga wartości nawet na poziomie 7%. Niska wartość tego współczynnika ma znaczący wpływ na odporność na szoki termiczne wyrobu. Jeżeli ceramika jest nasiąknięta wodą, po poddaniu jej gwałtownemu wzrostowi temeperatury w jej porach następują mikrozagotowania, skutkujące powstawaniem pęknięć.

2.2. Odporność na szoki termiczne i obciążenia mechaniczne
Materiały ceramiczne ogólnie są materiałami kruchymi, tzn. posiadają wysoką wytrzymałość na ściskanie, ale niską wytrzymałość na rozciąganie. Podstawowym objawem zniszczenia materiału ceramicznego jest powstawanie pęknięć. Pęknięcia ceramiki powstają w wyniku obciążenia mechanicznego albo szoku termicznego. Pojawiają się w miejscach występowania porów, mikropęknięć lub nierównomiernego zagęszczenia materiału [1]. Dlatego tak ważna jest właściwa mikrostruktura ceramiki. Jak wcześniej omówiono, technologia produkcji ceramiki izostatycznie prasowanej zapewnia jej optymalną strukturę. Potwierdzają to również badania wykonane przez Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych [5]. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń stwierdzono, że próbki prasowane izostatycznie wykazały się większą wytrzymałościa mechaniczną, wyższą gęstością właściwą oraz mniejszym rozrostem faz krystalicznych od próbek ceramiki formowanej hydraulicznie.

2.3. Pozostałe właściwości ceramiki izostatycznej
Poza tymi najważniejszymi właściwościami, ceramikę izostatyczną charakteryzują również:

  • stosunkowo mała pojemność cieplna,
  • mały ciężar,
  • szybki i prosty montaż,
  • możliwość stosowania w technologiach renowacyjnych,
  • odporność na działanie kondensatu.

Podsumowując, ceramika izostatycznie prasowana jest nowoczesnym materiałem bardzo wysokiej jakości, który idealnie nadaje się do zastosowania w technice kominowej.

3. Kompletny system kominowy – budowa, zastosowania, rola akcesoriów
Firma JAWAR to producent bardzo szerokiej gamy systemów odprowadzania spalin począwszy od  wkładów stalowych kwaso- i żaroodpornych okrągłych i owalnych, wkładów elastycznych, systemów stalowych dla techniki kondensacyjnej, kominów stalowych izolowanych wełną glinokrzemianową, poprzez dużą gamę kominów ceramicznych a kończąc na produkcji rur w oparciu o technologię izostatycznego prasowania. W tej części omówiona zostanie budowa systemu kominowego na przykładzie komina JAWAR UNIWERSAL PLUS zbudowanego na bazie izostatycznej ceramiki JAWAR. Komin JUP składa się z pustaka keramzytobetonowego o wymiarach 36×36 i 36×50, z wełny mineralnej dopasowanej do średnicy komina, rur 66cm i trójników ceramicznych 33cm produkowanych w technologii izostatycznej, a także akcesoriów spakowanych w pakiet montażowy.

3.1. Izolacja kominowa
W ceramicznych systemach kominowych stosuje się przede wszystkim izolacje z wełny mineralnej. Jest to bardzo popularny materiał izolacyjny ze względu na swoje niewątpliwe zalety, do których należą:

  • łatwa obróbka i montaż,
  • dobra izolacyjność cieplna (współczynnik przenikania ciepła lambda – λ wynosi 0,031 do 0,045 W/mK) [2],
  • niepalność,
  • paroprzespuszczlność,
  • nieszkodliwość.

Należy jednak uważać na jakość stosowanej wełny mineralnej. Pomimo że materiał ten jest niepalny to stosowane w jego produkcji lepiszcze bywa różnej jakości i nie zawsze spełnia wszystkie normy bezpieczeństwa. Z doświadczeń firmy JAWAR wynika, że niewłaściwej jakości lepiszcze może się palić w stosunkowo niskich temperaturach (nawet około 300ºC) doprowadzając do wzrostu temperatury na zewnątrz komina, a także do rozpadu struktury samej izolacji. Warto więc zwracać szczególną uwagę na źródło pochodzenia wełny mineralnej: używać produktów renomowanych firm, dbających o jakość swoich wyrobów.
Kolejnym czynnikiem decydującym o funkcjonowaniu izolacji kominowej jest jej grubość. Izolacyjność cieplna rośnie wraz ze wzrostem grubości izolacji. Należy zauważyc, że systemy kominowe oparte na cienkościennej ceramice izostatycznej, mają (przy wykorzystaniu tego samego pustaka) więcej przestrzeni na izolację niż systemy z grubościenną ceramiką plastyczną. W kominie JAWAR UNIWERSAL PLUS grubość izolacji jest średnio o 10 mm większa niż w systemach tradycyjnych. Dzięki temu ceramika izostatyczna pozwala uzyskać wyjątkowo dobrą izolacyjność termiczną systemu kominowego.

3.2. Obudowy kominów ceramicznych
Na bezpieczeństwo systemu kominowego duży wpływ ma obudowa i materiał, z jakiego jest zbudowana. Najczęściej jest wykonywana z betonów lekkich na bazie keramzytu, ale do jej budowy są również używane inne materiały jak np. pollytag. Materiał, z którego zbudowana jest obudowa ma kluczowy wpływ na jej współczynnik przenikania cieplnego i wytrzymałość. Najbardziej pożądaną obudową jest taka, która jest bardzo dobrym izolatorem a jednocześnie posiada dużą wytrzymałość na ściskanie. Firma JAWAR uzyskała taki kompromis stosując do produkcji pustaków keramzyt drobno i średnioziarnisty o masie zasypowej ~320kg/m³, który pozwala nam uzyskać λ ~ 0,1 W/mK. Keramzyt jest lekkim kruszywem budowlanym otrzymywanym przez wypalanie łatwo pęczniejących glin i iłów w piecach obrotowych (1200°C). To materiał obojętny chemicznie, bezwonny, posiada wysoką izolacyjność cieplną, odporność na czynniki chemiczne i atmosferyczne oraz grzyby, owady  i gryzonie. Jest materiałem pozbawionym związków palnych, mrozoodpornym, posiada małą nasiąkliwość i szybko oddaje wilgoć [4]. Keramzyt stosowany przez nas w frakcji 4-8mm waży 350 kg/m³. Na rynku można spotkać też pustaki kominowe produkowane z pollytagu lub „ciężkiego” keramzytu o gęstościach przekraczających 700 kg/m³. Dwukrotnie większy ciężar nasypowy powoduje znacznie obniżoną izolacyjność obudowy. Coraz częściej spotykamy się z wyrobami produkowanymi przez lokalne betoniarnie, gdzie jakość i parametry pozostawiają wiele do życzenia, brak badań i certyfikatów jest normą, liczy się tylko cena. Żniwo problemów powstałych z zastosowania wyrobów bez certyfikatu zbieramy z pierwszymi mrozami. Wówczas pojawiają się zapytania użytkowników kominów: „Co zrobić, kiedy ściana jest zmrożona i występuje wsteczny ciąg?”. Obudowa jest integralną częścią systemu kominowego, odpowiadającą za szereg jego cech funkcjonalnych. Dlatego nie można jej lekceważyć.

3.3. Rola kształtek i akcesoriów
Mówiąc o systemach kominowych często rozważamy podstawowe elementy ich budowy (rury ceramiczne, izolację i obudowę), a zapominamy o szczegółach budowy systemu, które również mają znaczący wpływ na bezpieczeństwo. Ceramika izostatyczna daje szerokie możliwości zastosowania bezpiecznych i funkcjonalnych rozwiązań w technice kominowej.
W kominie JAWAR UNIWERSAL PLUS trójnik spalin można zamontować z dokładnością  milimetrową  do żądanego położenia . Takie rozwiązanie nie występuje w innych systemach kominowych. Rurę ceramiczną należy przyciąć w wyznaczonym miejscu przy użyciu szlifierki kątowej, karbowanie poprzeczne na rurze ułatwia prowadzenie równego cięcia.  Element odcięty jest wykorzystany do zakończenia komina. Takie rozwiązanie eliminuje powstawanie odpadów. Rura ceramiczna z jednej górnej strony ma kielich a w dolnej jest prosta, dlatego bez problemu można ja docinać do żądanej długości, nie ogranicza nas wysokość modułów jak to jest w innych kominach.
Stosowanie połączeń kielichowych, oprócz umożliwienia dokładnej regulacji wysokości poszczególnych części komina, zapewnia również dokładniejsze, bardziej szczelne połączenia kolejnych elementów ceramicznych niż w przypadku kominów z ceramiki tradycyjnej.
Istotną rolę dla bezpieczeństwa użytkowników pełni dekiel wyczystki. Zamyka on bardzo szczelnie trójnik wyczystkowy, uniemożliwiając wydostawanie się na zewnątrz niebezpiecznym związkom powstałym w procesie spalania, zwłaszcza w sytuacjach złego doboru wysokości komina, któremu towarzyszy zjawisko wdmuchiwania powietrza do komina. To rozwiązanie jest bardzo rzadko stosowane przez producentów systemów kominowych.
Kolejnym ważnym elementem jest łącznik JAWAR znajdujący się w każdym pakiecie montażowym jako wyposażenie standardowe komina JAWAR UNIWERSAL PLUS.

Dzięki wykorzystaniu łącznika JAWAR do podłączenia komina ceramicznego z kominkiem, kotłem lub piecem uzyskujemy:

  • stały przekrój poprzeczny przewodu i kanału dymowego,
  • zapewnienie, że z powodu większej rozszerzalności termicznej stali nie dojdzie do zniszczenia rury ceramicznej,
  • połączenie trwale elastyczne, kompensujące pracę czopucha we wszystkich płaszczyznach.

Stosowanie w standardzie tak ważnych elementów znacząco wpływa na bezpieczeństwo systemu kominowego i ich bezawaryjną prace. Często prawidłowo wybudowany komin jest niszczony poprzez nieprawidłowe podłączenie urządzeń grzewczych. Montaż łącznika w naszym kominie eliminuje nieprawidłowości, które mogą powstać przy udziale monterów  urządzeń i zwalnia inwestora od obowiązku nadzoru nad prawidłowością podłączeń.
Pozostałe akcesoria kominowe, w które wyposażony jest system kominowy JAWAR UNIWERSAL PLUS wykonane są z blachy kwasoodpornej i stali nierdzewnej. Znacznie podnoszą one walory eksploatacyjne komina. Firma JAWAR stawia zawsze na pierwszym miejscu na bezpieczeństwo, trwałość i serwis. Wszystkie nasze działania, dbałość o każdą najmniejszą część systemu kominowego, nadzór nad procesem produkcji – mają na celu przekazanie użytkownikom produktu o najlepszej jakości i najwyższych parametrach.

4. Jakość ceramiki a bezpieczeństwo użytkowania kominów
Jak powszechnie wiadomo, pęknięcia ceramiki stanowią duży problem dla użytkownika komina, bowiem wymagają natychmiastowej wymiany pękniętych elementów. Nieszczelności będą powodowały przenikanie wilgoci do zewnętrznych warstw systemu kominowego i jego stopniową degradację.
Ważniejsze jest jednak to, że pęknięcia ceramiki mogą bezpośrednio zagrażać bezpieczeństwuużytkowania komina. Na stanowisku prób ogniowych firmy JAWAR przeprowadzono testy z udziałem pękniętej rury ceramicznej w kominie. Zbudowano komin do próby zgodnie z wytycznymi normy EN 13063-1:2007. Na wysokości pierwszego stropu celowo zamontowano rurę ceramiczną z pęknięciem wzdłużnym o długości około 20cm. Na konstrukcji drewnianej w odległości 50mm od komina, naprzeciwko miejsca występowania pęknięcia dokonywano pomiaru temperatury. Pomiary były dokonywane również w innych częściach komina, gdzie nie było pęknięć ceramiki. Wykonano dwie próby cieplne komina, jedną jak dla temperatury roboczej T600 (czyli w 700ºC do ustabilizowania się temperatury na zewnątrz komina), a drugą dla pożaru sadzy (czyli 30 minut w temperaturze 1000ºC). Wyniki pomiarów przedstawiono na poniższych wykresach.

Wykres 1. Temperatury na konstrukcji drewnianej po pęknięciu rury ceramicznej.

Źródło: Opracowanie własne.

Linia o kolorze zielonym odzwierciedla temperatury w pobliżu pęknięcia. Linia czerwona wskazuje temperatury dopuszczone przez normę. Jak widać, w obydwu próbach temperatura w rejonie pęknięcia jest znacznie wyższa niż w pozostałych częściach komina. O ile podczas próby T600 temperatura ta mieści się jeszcze w bezpiecznym zakresie, o tyle w czasie pożaru sadzy przegrzanie może być tragiczne w skutkach.
Wynika z tego, że pęknięcia ceramiki mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo użytkowania komina. Należy więc stosować ceramikę jak najwyższej jakości. Ceramika izostatyczna, która jest mniej narażona na pęknięcia w porównaniu do ceramiki tradycyjnej, daje większe bezpieczeństwo jej użytkownikom.
Systemy kominowe z ceramiką izostatyczną pozwalają na uzyskiwanie wyników o wiele lepszych niż wymagają tego obecne przepisy. W sierpniu br. firma JAWAR przeprowadziła próby termiczne komina JAWAR UNIWERSAL PLUS z myślą o zastosowaniu ich w domach pasywnych o drewnianej konstrukcji. Tego rodzaju budynki posiadają grube (do 800mm) stropy drewniane. Panuje opinia, że kominy mogą się ponadprzeciętnie nagrzewać w tych miejscach, pozbawionych jakiegokolwiek przewiewu. W celu sprawdzenia tego zjawiska wybudowano specjalne stanowisko do prób, obudowując komin na wysokości pierwszego stropu, izolacyjną zabudową o wysokości 800mm i grubości 500mm z każdej strony. To dużo więcej niż przewiduje norma, która mówi o stropach wysokości 300mm. W wyniku przeprowadzonych prób okazało się, że komin rzeczywiście w tym miejscu przegrzewa się o około 5-10ºC w porównaniu z pozostałymi miejscami, ale osiągnięte rezultaty były absolutnie zadowalające.

Wykres 3. Temperatury na powierzchni drewnianej zabudowanej o wysokości 800mm.

Źródło: Opracowanie własne.

5. Podsumowanie
Zauważyć należy, że pozytywnie zweryfikowano zarówno hipotezę o wysokiej odporności mechanicznej i termicznej ceramiki izostatycznej, jak i tezę mówiącą o tym, że zastosowanie ceramiki izostatycznej przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa użytkowania systemów kominowych. Technologia produkcji i wyjątkowe właściwości wyrobów wytwarzanych metodą prasowania izostatycznego zmniejszają ryzyko pojawiania się pęknięć we wnętrzu komina, a zarazem przegrzewania się na jego powierzchni.

6. Wykaz źródeł

  1. Madej M., Badanie odporności na pękanie materiałów ceramicznych, KMIMP AGH, Kraków 2010,
  2. MIWO – Stowarzyszenie Producentów Wełny Mineralnej: Szklanej i Skalnej, http://www.miwo.pl/1_39_Właściwości.html (30.08.2013),
  3. Podstawy teoretyczne prasowania izostatycznego, http://wichary.eu/przemysl/prasy-izostatyczne/podstawy-teoretyczne-prasowania-izostatycznego (30.08.2013),
  4. Portal Powiatowych Inspektowatów Nadzoru Budownictwa, http://www.pinb.pl/index.php?mn=prezgeo&sel1=2433&sel2=p (30.08.2013),
  5. Wpływ technologii na wybrane właściwości ceramiki w węglika krzemu (SIC), red. K. Perkowski, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, nr 7, Warszawa-Opole 2011,