Костробетон и конопляные строительные материалы

Костробетон — это костра конопли, одревесневшая сердцевина стебля, остающаяся после снятия волокна, смешанная с известковым вяжущим и уложенная или напылённая вокруг несущего каркаса. Почти всякое непонимание этого материала происходит из второй половины его названия.

Он не несущий, и это не недостаток

Прочность костробетона на сжатие лежит в области 0,2–1 МПа. У конструкционного бетона это 20–40 МПа и выше. Разрыв в один-два порядка, и никакая правка рецептуры его не закроет, поскольку низкая прочность есть прямое следствие той самой низкой плотности, которая делает материал теплоизолирующим.

Поэтому у здания из костробетона всегда есть отдельный несущий каркас, обычно деревянный, а костробетон укладывают вокруг него заполнением. Его работа — ограждающая конструкция: теплоизоляция, воздухонепроницаемость, регулирование влажности и огнестойкость. В сравнении с утеплителями он выступает хорошо; в сравнении с бетоном он не соревнуется.

Плотность составляет примерно 250–500 кг/м³, теплопроводность примерно 0,06–0,12 Вт/(м·К) в зависимости от доли вяжущего и уплотнения. Эта теплопроводность хуже, чем у специализированного пенного утеплителя, и довод костробетона в том, что он выполняет сразу несколько функций ограждения в одном монолитном, паропроницаемом и нетоксичном материале.

Две пористости, делающие две разные работы

Поведение материала происходит от пористости двух масштабов.

Макропористость между частицами костры запирает воздух, а изолятором служит именно неподвижный воздух: как и во всякой волокнистой или ячеистой изоляции, работа твёрдой фазы — не дать воздуху конвектировать.

Микропористость внутри самой костры — собственная сосудистая и клеточная структура растения — делает материал сильно гигроскопичным. Отсюда и берётся свойство, которым костробетон по-настоящему выделяется: влагорегуляция. Стена адсорбирует водяной пар, когда влажность в помещении растёт, и отдаёт его, когда влажность падает, сглаживая колебания.

Тепловую сторону этого часто упускают. Адсорбция выделяет скрытую теплоту, десорбция её поглощает, поэтому гигроскопичная стена отвечает на изменение температуры изменением влагосодержания, которое этому изменению противодействует. Эффект прибавляется к кажущейся тепловой инерции материала — действующая тепловая масса выходит заметно больше той, что предсказали бы одни лишь плотность и теплоёмкость.

Известковое вяжущее и что на деле возвращает карбонизация

Воздушную известь получают обжигом известняка: CaCO₃ при нагреве примерно до 900 °C даёт CaO и выделяет CO₂. Гашение водой даёт гидроксид кальция Ca(OH)₂.

Схватывается она карбонизацией — обратной реакцией. Ca(OH)₂ поглощает CO₂ из воздуха и возвращается к карбонату кальция, выделяя воду. Значит, вяжущее вновь вбирает тот углекислый газ, который выделило его собственное производство.

К этому уместны две честные оговорки. Реакция возвращает технологический CO₂ обжига, а не топливный CO₂, сожжённый ради выхода на 900 °C, и на практике не весь. И карбонизация медленна и требует доступа воздуха и подходящей влажности, идя внутрь от открытых поверхностей, поэтому толстая стена карбонизируется месяцами и годами, и прочность вяжущего набирается в те же сроки.

Гидравлические составляющие обычно вводят в смесь, чтобы получить начальное схватывание, не зависящее от карбонизации; это ускоряет строительство и слегка меняет углеродную арифметику.

У щёлочности извести есть и вторая функция, которую стоит назвать: высокий pH подавляет грибную и насекомую атаку на растительный материал и минерализует поверхность костры. Органическая составляющая защищена химией вяжущего, а не добавленным биоцидом, — тот же принцип, что и в небиоцидной модификации древесины, достигнутый другим путём.