ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΔΟΜΙΚΟΥ ΠΗΛΟΥ

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Θερμική αγωγιμότητα είναι η ποσότητα της θερμότητας (W) που περνά από ένα τοίχο πάχους 1 m, με διαφορά θερμοκρασίας 1 ⁰Κ μεταξύ των επιφανειών του.

• Ο συμπαγής πηλός έχει μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα από το διάτρητο τούβλο, όμως πολύ μικρότερη από την  πέτρα ή το σκυρόδεμα.
• Ο ελαφρύς πηλός έχει μικρότερη θερμική αγωγιμότητα από την πέτρα, το σκυρόδεμα και το τούβλο.

Ειδική θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί  1 kg υλικού κατά 1 ⁰C.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα του συμπαγούς πηλού είναι μεγαλύτερη από αυτή της πέτρας, του σκυροδέματος και του τούβλου.

Η ταχύτητα θερμοροής ενός υλικού είναι ανάλογη της πυκνότητας, της  αγωγιμότητας και της ειδικής θερμοχωρητικότητάς του.

Η ταχύτητα θερμοροής στον πηλό είναι μικρότερη από αυτή στην πέτρα, στο σκυρόδεμα και στο τούβλο.

Ο πηλός παρουσιάζει ως υλικό τη μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα ανά μονάδα  βάρους, σε σχέση με τα παραδοσιακά και τα σύγχρονα δομικά υλικά (πέτρα, ξύλο, χάλυβας, σκυρόδεμα). Η μέτρια θερμική του αγωγιμότητα, λ = 0,80 W/(m·K), μπορεί να μειωθεί σημαντικά με την προσθήκη άχυρου ή άλλων υλικών.

Ακόμα και με την προσθήκη άχυρου, ο πηλός δεν επαρκεί για τη θερμομόνωση των κτηρίων. Δημιουργεί όμως δομικά στοιχεία που μπορούν να αποθηκεύσουν σημαντικές ποσότητες θερμότητας (το χειμώνα για τις κρύες νύχτες – το καλοκαίρι για τις ζεστές μέρες). Έχουν ταυτόχρονα την ικανότητα να άγουν την θερμότητα αυτή βαθύτερα των επιφανειακών τους στρωμάτων, εξαιτίας της επαρκούς θερμικής αγωγιμότητάς τους.

Οι θερμομονωτικές ιδιότητες του πηλού βελτιώνονται, όσο αυξάνεται το ποσοστό του άχυρου στη μάζα του. Έτσι δύο διαφορετικά μεταξύ τους στρώματα πηλού – ένα χωρίς άχυρο και ένα  με μεγάλη ποσότητα άχυρου –  μπορούν  να δημιουργήσουν ένα δομικό στοιχείο, που συνδυάζει  αποθήκευση θερμότητας και θερμομόνωση.

Στις σύγχρονες κατασκευές, αντίστοιχο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί, με την κατασκευή ισχυρά θερμομονωμένου σκυροδέματος, που έχει το πλεονέκτημα του μικρότερου πάχους κελύφους. Όμως η ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή τέτοιου τύπου δομικών στοιχείων, είναι 100 φορές μεγαλύτερη, συγκρινόμενη με την παραγωγή δομικών στοιχείων πηλού.

Συγκριτικός πίνακας θερμικών συντελεστών: ειδών πηλού – καθαρών υλικών – συνθετικών μονώσεων
(κατά Κ.Εν.Α.Κ. και κατά G. Μinke)

Σημείωση: Συντελεστής αντίστασης σε διάχυση υδρατμών (μ) είναι αδιάστατος συντελεστής και έχει σχετικό μέγεθος. Δείχνει πόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στη διάχυση υδρατμών ενός στρώματος του υλικού, σε σχέση με στρώμα αέρα ίσου πάχους. Όσο μικρότερη τιμή μ έχει ένα υλικό, τόσο πιο ευαίσθητο είναι στην υγρασία.

Τα δομικά στοιχεία πηλού εμφανίζουν εξαιρετικά μεγάλη θερμική αδράνεια:

• Το χειμώνα παρουσιάζουν μειωμένες απώλειες θερμότητας σε σχέση με την πέτρα και το σκυρόδεμα (αυξημένες όμως σε σχέση με τον διάτρητο οπτόπλινθο). Αποθηκεύουν μεγαλύτερες ποσότητες θερμότητας από τα άλλα υλικά. Τις αποδίδουν πιο αργά, σε μεγαλύτερο χρόνο και διατηρούν τις εσωτερικές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα.
• Το καλοκαίρι αργούν να θερμανθούν και διατηρούν τους χώρους δροσερούς για περισσότερες ώρες της ημέρας. Αργούν όμως εξ ίσου να ψυχθούν τη νύχτα και διατηρούν τις εσωτερικές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα.

Η κατασκευή κτηρίου από πηλό απαιτεί στο ελληνικό κλίμα εξωτερική θερμομόνωση, η οποία είναι απαραίτητο:

• Να εξασφαλίζει την άδηλη αναπνοή του κελύφους. Διαφορετικά η κατασκευή κινδυνεύει από την υγροποίηση των υδρατμών του εσωτερικού αέρα μέσα στη μάζα του πηλού.
• Να αποτελείται από υλικά καθαρά, χωρίς τοξικές προσμίξεις, διαφορετικά αναιρεί όλα τα πλεονεκτήματα που προσφέρει ο πηλός, ως ευεργετικό υλικό δόμησης για την υγεία και για το περιβάλλον.

Οι θερμομονώσεις που ικανοποιούν αυτές τις απαιτήσεις είναι αυτές που προέρχονται από υλικά της βιόσφαιρας

Η κατασκευή κτηρίου από πηλό αξιοποιεί ενεργειακά το τοπικό κλίμα, περισσότερο από τις κατασκευές όλων των άλλων υλικών γιατί:

• Το χειμώνα αξιοποιεί καλύτερα την ηλιακή ακτινοβολία της ημέρας για την κάλυψη της θέρμανσης των κτηρίων όλο το εικοσιτετράωρο.
• Το καλοκαίρι αξιοποιεί περισσότερο τη νυχτερινή δροσιά για την εξασφάλιση της ημερήσιας εσωτερικής ψύξης  των κτηρίων.

Διακύμανση εσωτερικής θερμοκρασίας και χρονική καθυστέρηση
για διάφορα πάχη τοίχων

ΥΔΡΟΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΗΛΟΥ

Το νερό επηρεάζει τον πηλό με τρείς τρόπους:

Δεσμεύεται χημικά στη μοριακή δομή των αργιλοπυριτικών κρυστάλλων του

Τα στερεά, στεγνά δομικά στοιχεία του πηλού περιέχουν σταθερή και αμετάβλητη ποσότητα μοριακά δεσμευμένου νερού. Αυτό μπορεί να απομακρυνθεί μόνο με τη θέρμανση στους 400 – 900 ⁰C, όπως π.χ. κατά την παραγωγή οπτόπλινθων. Η διαδικασία αυτή είναι μη αναστρέψιμη. Ο ψημένος πηλός χάνει τις φυσικές ιδιότητες του ωμού πηλού και αποκτά νέες.

Δεσμεύεται στον ενδοστρωματικό χώρο των αργιλοπυριτικών κρυστάλλων.

Το ενδοστρωματικό νερό εξαερώνεται όταν ο πηλός στεγνώνει φυσικά και περνάει από την πλαστική κατάσταση κατά τη φάση επεξεργασίας του, στη στερεή κατάσταση του στεγνού δομικού στοιχείου. Επίσης εξαερώνεται τεχνητά, όταν ο πηλός θερμανθεί  στους 105 – 110 ⁰C. Αφού στεγνώσει ο πηλός, δεν επιστρέφει ξανά σε πλαστική κατάσταση με την επίδραση υδρατμών και υγρασίας, παρά μόνο εάν βυθιστεί και αφεθεί μέσα σε νερό για αρκετό χρονικό διάστημα, όσο δηλαδή απαιτείται για να διεισδύσει πάλι το νερό μεταξύ των κρυστάλλων του.

Διεισδύει στους πόρους του πηλού εξαιτίας τριχοειδών φαινομένων.

Τα τριχοειδή φαινόμενα λειτουργούν όταν τα δομικά στοιχεία του πηλού βρίσκονται σε επαφή με νερό (βροχή μεγάλης διάρκειας), με υγρό έδαφος και με υγρό αέρα.

Επαφή με νερό ή υγρό έδαφος: Όταν η επαφή του πηλού με νερό είναι διαρκής, το προσροφώμενο από τους τριχοειδείς πόρους του νερό, διεισδύει προς τον ενδοστρωματικό  χώρο των κρυστάλλων, οπότε ο πηλός μαλακώνει, ξαναγίνεται πλαστικός και διαλύεται. Το ίδιο συμβαίνει όταν ο πηλός βρίσκεται σε επαφή με υγρό έδαφος. Για να αποφευχθούν αυτοί οι κίνδυνοι, πρέπει τα δομικά στοιχεία του πηλού να προστατεύονται από τη βροχή και να εδράζονται πάνω σε υλικά μικρής υδροαπορροφητικότητας.

Επαφή με τον υγρό αέρα: Όταν ο πηλός βρίσκεται σε επαφή με υγρό αέρα εσωτερικών χώρων γίνεται άριστος εξισορροποιητής υγρασίας.

«Ο πηλός υπό  την επίδραση του νερού εμφανίζει τις αδυναμίες του. Αντίθετα, υπό την επίδραση υδρατμών, δείχνει τις δυνάμεις του.» (G. Minke, Lehmbau-Handbuch 2004, σελ. 50).

Η ευεργετική ικανότητα του πηλού να εξισορροπεί την υγρασία των χώρων οφείλεται σε δύο χαρακτηριστικά του:

• Στην υψηλή υγρασία ισορροπίας του. Η υγρασία ισορροπίας είναι η μέγιστη υγρασία που απορροφά ένα υλικό, σε συνθήκες σταθερής θερμοκρασίας και υγρασίας.

Η αυξημένη τριχοειδής συμπύκνωση στον πηλό οφείλεται στην μικρή διατομή των τριχοειδών του πόρων και στη μεγάλη του πυκνότητα.

Η υγρασία ισορροπίας του πηλού, όπως διαπιστώθηκε από το Ερευνητικό Εργαστήριο Πειραματικής Δόμησης (FEB) του Πανεπιστημίου του Kassel (Γερμανία) κυμαίνεται μεταξύ του 0,4 % και του 6 %. Η χαμηλότερη τιμή εμφανίζεται στον ελαφρύ πηλό σε σχετική υγρασία 20 % και η υψηλότερη στον πολύ παχύ πηλό (με μεγάλη περιεκτικότητα αργίλου) σε σχετική υγρασία 97 %. Υγρασία ισορροπίας διαφόρων ειδών πηλού σε σύγκριση με άλλα υλικά
(Gernot Minke, 2004)

	Έλατο			Κονίαμα αδύναμου πηλού
	Λίμπα			Κονίαμα παχύ πηλού
	Ωμόπλινθος παχύς		10	Οπτόπλινθος
	Ωμόπλινθος ελαφρύς		11	Οπτόπλινθος επένδυσης
	Επίχρισμα πηλού		12	Ελαφρύς οπτόπλινθος
	Ασβεστοτσιμεντοκονίαμα		13	Ασβεστόλιθος
	Κονίαμα ασβέστη-καζεΐνης		14	Πορώδες σκυρόδεμα

Το διάγραμμα δείχνει την υγρασία ισορροπίας που διαπίστωσε το FEB για τέσσερα διαφορετικά είδη πηλών, σε σύγκριση με την υγρασία ισορροπίας άλλων οικοδομικών υλικών, υπό συνθήκες διαφορετικής υγρασίας αέρα, σε θερμοκρασία 21 ⁰C. Φαίνεται καθαρά ότι ο πηλός προσροφά περισσότερη υγρασία, όσο πιο παχύς είναι, ιδιαίτερα ο πηλός του μοντμοριλλονίτη (η σκόνη του μπεντονίτη με μοντμοριλλονίτη άνω του 70 % έχει, σε σχετική υγρασία 50 %, υγρασία ισορροπίας 13 %, ενώ ο καολινίτης έχει μόνο 0,7 %). Ο αδύνατος πηλός προσροφά μόνο το 1/5 της ποσότητας του νερού που προσροφά ένα πλιθί, σε σχετική υγρασία 58 %.

• Στη μεγάλη ταχύτητα προσρόφησης και εκρόφησης υγρασίας από τον πηλό. Εργαστηριακές έρευνες του FEB έδειξαν, ότι σε μία απότομη αύξηση της υγρασίας του αέρα από το 50 % στο 80 %, μία πρώτη ζώνη πάχους 1,5 cm ενός πλίνθινου τοίχου προσροφά 300 g νερού ανά 1 m επιφάνειας σε 48 ώρες, ενώ ο ασβεστόλιθος ή η επένδυση ελάτης ίδιου πάχους προσροφούν μόνο 100 g/m, τα επιχρίσματα 26 – 76 g/m και ο οπτόπλινθος μόνον 10 – 30 g/m. Σε διάστημα 16 ημερών τα πλιθιά προσροφούν περίπου 8,3 φορές περισσότερη υγρασία από ότι οι διάτρητοι οπτόπλινθοι και περίπου 30 φορές περισσότερη απ’ ότι τα συμπαγή τούβλα.

Καμπύλες προσρόφησης σε δοκίμια οικοδομικών υλικών σε 48 ώρες:
πάχος 1,5mm, θερμοκρασία 21⁰C, αύξηση της υγρασίας από 50% σε 80%
(Gernot Minke 2004)

1	Ασβεστόλιθος	1	Παχύς πηλός
2	Πορώδες σκυρόδεμα	2	Επίχρισμα πηλού
3	Σκυρόδεμα	3	Επένδυση ελάτης
4	Οπτόπλινθος	4	Ασβεστοτσιμεντοκονίαμα
5	Ελαφρύς οπτόπλινθος	5	Γυψοκονίαμα
6	Εμφανής οπτόπλινθος

Υγρασία του εσωτερικού αέρα και άνεση

Ο πηλός διατηρεί την υγρασία του εσωτερικού αέρα σταθερή, μεταξύ 50 % και 55 %. Σε κτήρια με άλλα οικοδομικά υλικά, οι αυξομειώσεις της υγρασίας του εσωτερικού αέρα κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 20 % (το χειμώνα) και 70 % (το καλοκαίρι).

Τα όρια άνεσης και υγείας  της εσωτερικής υγρασίας είναι για τον άνθρωπο, για όλες τις εποχές, από 40 έως 70 %.

Συντήρηση της ξυλείας

Ο πηλός εξαιτίας της υγρασίας ισορροπίας του (0,4 % έως 6 % του βάρους του) και της υψηλής τριχοειδούς προσρόφησης υγρασίας, προστατεύει τα στοιχεία ξυλείας με τα οποία βρίσκεται σε επαφή. Τα έντομα χρειάζονται για να αναπτυχθούν ελάχιστη υγρασία 14 – 18 %, ενώ οι μύκητες πάνω από 20 %.

Ο πηλός αποτελεί ιδανικό περιβάλλον για το ξύλο, εξαιτίας της ικανότητάς του να εξισορροπεί την υγρασία. Δεν το αφήνει να στεγνώσει, ούτε να υγρανθεί υπερβολικά. Έτσι επιμηκύνεται ο χρόνος ζωής και διατηρούνται οι αντοχές του.

Ο πηλός ομοίως μπορεί να συντηρήσει τις μικρές ποσότητες άχυρου που αναμιγνύονται στους παραδοσιακούς ωμόπλινθους. Εντούτοις, σε ελαφρύ μείγμα πηλού, με πολύ άχυρο και με πυκνότητα μικρότερη από 500 – 600 kg/m, η δυνατότητα του πηλού να συντηρεί το άχυρο μπορεί να μην είναι επαρκής.

Το άχυρο παρουσιάζει έντονη τριχοειδή προσρόφηση υγρασίας και όταν η αναλογία του στο μείγμα του πηλού είναι μεγάλη, αναιρεί την ικανότητα του πηλού να εξισορροπεί την υγρασία. Σε τέτοιες περιπτώσεις το άχυρο μπορεί να σαπίσει, εάν παραμένει υγρό κατά τη διάρκεια μεγάλης χρονικής περιόδου.

ΠΥΡΑΝΤΙΣΤΑΣΗ

Ο πηλός θεωρείται άκαυστο υλικό, χωρίς να απαιτείται πειραματική δοκιμασία, σύμφωνα με τον κανονισμό πυροπροστασίας.

ΔΕΣΜΕΥΣΗ ΤΟΞΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ

Τα αργιλικά ορυκτά του πηλού έχουν την ιδιότητα να προσροφούν, μαζί με τους υδρατμούς του εσωτερικού αέρα και χημικά στοιχεία και ενώσεις, με τη μορφή ιόντων και να τις δεσμεύουν. Έτσι ο πηλός απορροφάει από τον αέρα και δεσμεύει επιβλαβείς ουσίες, ιδιαίτερα ενώσεις του θείου και φωσφορικές ενώσεις. Χρησιμοποιείται και στην βιομηχανία για το διαχωρισμό και τη δέσμευση χημικών ενώσεων.

ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

Το επίπεδο ραδιενεργού ακτινοβολίας του πηλού  (ακτίνες β και γ) σε εσωτερικούς χώρους, δεν διαφέρει από τα επίπεδα της διάχυτης φυσικής γήινης και κοσμικής ακτινοβολίας των υπαίθριων χώρων.  Είναι το ίδιο με τα περισσότερα οικοδομικά υλικά και χαμηλότερο από τα υλικά που περιέχουν ιπτάμενη τέφρα, κόκκινη λάσπη (απόβλητα παραγωγής αλουμινίου) και σκωρία υψικαμίνων,  όπως ορισμένοι οπτόπλινθοι.

Η εκπομπή ραδόνιου του πηλού είναι χαμηλότερη όλων των άλλων οικοδομικών υλικών. Διευκρινίζεται ότι το ραδόνιο δε διαπερνά το δέρμα, όμως η χρόνια εισπνοή του προκαλεί καρκίνο των πνευμόνων.

Σημαντική ιδιότητα του πηλού είναι η ικανότητά του να απομονώνει τις ραδιενεργές εκπομπές. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται, ειδικά ο μπεντονίτης με υψηλή περιεκτικότητα μοντμοριλλονίτη, για τον ενταφιασμό πυρηνικών απόβλητων.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

Ο πηλός λειτουργεί ως φράγμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλών συχνοτήτων, όπως π.χ. αυτής που εκπέμπεται από τις κεραίες της κινητής τηλεφωνίας.

Τα αποτελέσματα μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν από το Ινστιτούτο Τεχνικής Υψηλών Συχνοτήτων, Μικροκυμάτων και Ραντάρ του Ομοσπονδιακού Πανεπιστημίου του Μονάχου, σε συνεργασία με το Ερευνητικό Εργαστήριο Πειραματικής Δόμησης (FEB) του Πανεπιστημίου του Kassel (Γερμανία) έδειξαν ότι:

Ένα πλίνθινο κτηριακό κέλυφος πάχους 24 εκ., ελάχιστης πυκνότητας πηλού 800 kg/m³, μονώνει την ακτινοβολία των 1,8 έως 1,9 GHz (εκπομπές κινητής και ασύρματης τηλεφωνίας) κατά 22 dB = 99,4 %. Όταν φέρει επικάλυψη φύτευσης φτάνει τα 49 dB = 99,999 %. Τα συνήθη υλικά δόμησης, όπως μία στέγη με κεραμίδι, δεν ξεπερνούν τα 3 dB = 50 % περίπου. (Pauli, P.; Moldan, D.: Περιορισμός ακτινοβολίας υψηλών συχνοτήτων, Eigenverlag 2000, Iphofen)