בטון קנבוס: מוליכות תרמית, התנגדות תרמית והתנהגות באש
מה אומרים הנתונים המדודים על האופן שבו קירות מקנבוס וסיד מבודדים ומתנהגים בשריפה — והיכן הטענות הרווחות מרחיקות לכת מעבר לראיות.
מהו בטון קנבוס
בטון קנבוס הוא תערובת של קצף קנבוס — הליבה המעוצה של הגבעול — עם מחבר מבוסס סיד ומים. כשהוא נוצק סביב שלד עץ או נדחס לבלוקים, הוא יוצר קיר המבודד, אוגר לחות ומעביר אדי מים.
זהו חומר מילוי ולא חומר נושא. השלד נושא את העומס; בטון הקנבוס ממלא ומבודד אותו. כל הנתונים שלהלן יש לקרוא בהתאם: אלה תכונות של חומר קיר מבודד, לא של בטון שמחזיק בניין.
מוליכות תרמית
מוליכות תרמית, המסומנת λ ונמדדת בוואט למטר-קלווין, מתארת עד כמה בקלות עובר חום דרך חומר. בבידוד — ככל שנמוכה יותר, טוב יותר.
לתערובות בטון קנבוס בצפיפות יבשה של 200 עד 400 ק"ג/מ"ק, המדידות שפורסמו נעות בערך בין 0.06 ל-0.11 W/(m·K). תערובות צפופות יותר, עם יותר מחבר ביחס לקצף, מוליכות יותר חום: בטווח 450 עד 800 ק"ג/מ"ק נמדדו 0.12 עד 0.18 W/(m·K).
הצפיפות היא הגורם המכריע. במחקר שיטתי אחד, עלייה של 67 אחוז בצפיפות העלתה את המוליכות התרמית ב-54 אחוז, ואילו מעבר ממצב יבש לחלוטין ל-90 אחוז לחות יחסית העלה אותה ב-15 עד 20 אחוז בלבד. עבור המתכנן המשמעות היא שהתערובת והדחיסה חשובות יותר מהאקלים.
מאחר שהתוצאות תלויות במידה רבה באופן הכנת הדגימה ומדידתה, הוועדה הטכנית של RILEM לחומרי בנייה ממלאים צמחיים ערכה ניסויים בין-מעבדתיים ופרסמה פרוטוקול מומלץ לאפיון קצף קנבוס, כולל מוליכות תרמית. לנתונים המצוטטים בלי לציין כיצד נמדדו יש להתייחס בזהירות.
ממוליכות להתנגדות תרמית
ההתנגדות התרמית, R, היא מה שהקיר מספק בפועל. לשכבה אחת היא פשוט העובי חלקי המוליכות: R = d / λ, ביחידות m²·K/W. ככל שגבוהה יותר, טוב יותר.
הטבלה שלהלן מיישמת את הנוסחה על הטווח שנמדד. זהו חשבון, לא תוצאת ניסוי, והוא מתעלם מהשלד, מהטיח ומהחיבורים, שחישוב קיר אמיתי חייב לכלול.
| עובי הקיר | λ = 0.06 | λ = 0.08 | λ = 0.11 |
|---|---|---|---|
| 200 mm | 3.3 | 2.5 | 1.8 |
| 300 mm | 5.0 | 3.8 | 2.7 |
| 400 mm | 6.7 | 5.0 | 3.6 |
התנגדות תרמית R ביחידות m²·K/W, שכבת בטון הקנבוס בלבד.
לחות
בטון קנבוס פתוח לאדים: אדי מים עוברים דרכו במקום להתעבות בתוך הקיר. הוא גם סופג לחות מהאוויר כשהלחות עולה ומחזיר אותה כשהאוויר מתייבש, וכך מאזן את הלחות בחלל ללא אמצעים מכניים.
תכונה זו נמדדת כערך אגירת לחות, בגרמים למטר רבוע לכל נקודת אחוז של שינוי בלחות. ערכים שפורסמו לקנבוס עם סיד נעים בערך בין 2.1 ל-3.5: מחקר אחד מצא 3.47 לתערובת קלה של 290 ק"ג/מ"ק ביחס מחבר לקנבוס של 1.2 ל-1, ואחר מצא 2.14 לתערובת צפופה של 430 ק"ג/מ"ק ביחס של 2 ל-1. ערכים מעל 2 נחשבים בדרך כלל למצוינים.
הדפוס חוזר על זה של החום: ככל שהתערובת קלה יותר, התוצאה טובה יותר. בטון קנבוס צפוף ועשיר במחבר חזק יותר, אך מבודד ואוגר פחות.
התנהגות באש לפי EN 13501-1
באירופה, תגובת חומר לאש מסווגת לפי EN 13501-1. הדרגות נעות מ-A1 ועד F. A1 ו-A2 הן הדרגות הבלתי דליקות — אבן, בטון, זכוכית, צמר מינרלי, קרמיקה. הדרגות B עד F דליקות, בסדר עולה.
בטון קנבוס אינו חומר בדרגה A1, ולטענות הפוכות יש להתייחס בזהירות. שני שלישים מנפחו הם חומר צמחי, וחומר צמחי בוער. התמונה הכנה מעניינת יותר מההגזמה.
בבדיקות אש סווג בטון קנבוס ללא טיח בדרגה B, ואילו טיח קנבוס וסיד הגיע לדרגה A2 — כלומר טיח מינרלי משפר את התוצאה. סקירות של בטונים על בסיס ביולוגי מדווחות שהדירוגים הנוספים לעשן ולטיפות בוערות עקביים ברמה הטובה ביותר, s1 ו-d0.
ההבדל בין חומר הגלם לחומר המוגמר גדול. במחקר משנת 2023 נדלק קצף קנבוס רופף בלהבה מתמשכת ובקצב שחרור חום גבוה יחסית. בלוקים מאותו קצף לא נדלקו כלל — רק עממו — בקצב שחרור חום נמוך בסדר גודל ובמעט מאוד עשן. הסיד הוא שעושה את ההבדל.
כל תיאור כן חייב לכלול הסתייגות אחת. מאחר שהחומר נקבובי, דרך הבעירה העיקרית שלו היא עמימה ולא להבה גלויה, ובדיקות האש התקניות לא תוכננו סביב עמימה. זו התנהגות שכדאי להתחשב בה בתכנון, לא סיבה להימנע מהחומר.
פחמן
שני דברים אוגרים פחמן בקיר בטון קנבוס. הקנבוס עצמו קלט פחמן דו-חמצני מהאוויר בזמן שגדל. מחבר הסיד קולט שוב פחמן דו-חמצני בזמן ההתקשות, והופך בחזרה לסידן פחמתי לאורך חודשים ושנים.
מחקרים בחנו את הגבולות התאורטיים של שני האפקטים. המילה תאורטיים חשובה: כמה פחמן יאגור קיר אמיתי תלוי במחבר, בתערובת, בהובלה ובאורך חיי הבניין, והנתונים שפורסמו משתנים מאוד בהתאם להנחות אלה. מספר בולט יחיד לקירות "שליליי פחמן" מוטב לראות כתחילת חישוב, לא כתוצאתו.
מה המשמעות בפועל
בטון קנבוס הוא מבודד טוב כשהוא קל, ופחות טוב כשהוא צפוף; התערובת מכריעה. התנהגותו באש טובה באמת לחומר על בסיס ביולוגי — דרגה B ללא טיח, A2 עם טיח מינרלי, מעט עשן וללא טיפות בוערות — אך הוא אינו בלתי דליק ונוטה לעמום. והוא אוגר פחמן בכמויות התלויות בהחלטות המתכנן.
אין צורך להגזים בשום דבר מזה. הנתונים המדודים חזקים דיים בפני עצמם.
מקורות
- Amziane, S., Collet, F., Lawrence, M., Magniont, C., Picandet, V., & Sonebi, M. (2017). Recommendation of the RILEM TC 236-BBM: characterisation testing of hemp shiv to determine the initial water content, water absorption, dry density, particle size distribution and thermal conductivity. Materials and Structures, 50(3), 167. DOI
- Amziane, S., & Collet, F. (Eds.). (2017). Bio-aggregates Based Building Materials: State-of-the-Art Report of the RILEM Technical Committee 236-BBM. Springer. DOI
- Collet, F., & Pretot, S. (2014). Thermal conductivity of hemp concretes: variation with formulation, density and water content. Construction and Building Materials. arXiv
- Mechanical, thermal, and moisture buffering properties of novel insulating hemp-lime composite building materials (2020). Materials. PMC
- Fire behavior of hemp blocks: a biomass-based construction material (2023). Journal of Building Engineering. ScienceDirect
- Fire behaviour of hemp, clay and gypsum-based light biobased concretes and renders (2022). Construction and Building Materials. ScienceDirect
- Arehart, J. H., Nelson, W. S., & Srubar, W. V. (2020). On the theoretical carbon storage and carbon sequestration potential of hempcrete. Journal of Cleaner Production, 266, 121846. DOI