Zastosowano pocięte łodygi konopi wraz ze spoiwem wapiennym. Po próbach zakończonych powodzeniem powstał w ten sposób nowy materiał budowlany – kompozyt wapienno-konopny. Wypełniacz kompozytu zwanego Hempcrete stanową pocięte zdrewniałe części łodygi konopi przemysłowej. Dlaczego akurat paździerze konopne, a nie trociny drewniane lub słoma zbożowa? To są często zadawane pytania. Wieloletnie badania potwierdzają, że konopie (paździerze) sprawdzają się najlepiej w połączeniu z wapnem jako materiał budowlany, w porównaniu z innymi organicznymi wypełniaczami [1]. Paździerze konopne lepiej radzą sobie z nadmiarem wilgoci, a także są najmniej podatne na  biologiczny rozkład – zawierają mało składników odżywczych, przez co są gorszym środowiskiem dla rozwoju grzybów, a także dla szkodników. Wysoka wydajność surowca w 1 ha upraw konopi oraz szeroki zakres warunków klimatyczno-glebowych odpowiadających tym roślinom, a także brak konieczność stosowania środków grzybo- i chwastobójczych również przemawiają na korzyść wykorzystania tego materiału. Obecnie w Polsce znacznym ograniczeniem swobodnego wykorzystania tej rośliny jest problematyczny zbiór i obróbka słomy. W celu uzyskania dobrej jakości paździerzy, które będą odpowiednie do zastosowania w budownictwie, konieczna jest ich dokładna obróbka, którą zapewnić może odpowiednia linia technologiczna do dekortykacji (oddzieleniu włókna od drewnianego rdzenia łodygi). Na fotografii (rys.1) przedstawiono sprasowany snopek łodyg konopi, które następnie jest poddawany obróbce celem chociażby uzyskania paździerzy.

Budowa konopi włóknistej
Łodyga konopi, czyli słoma składa się z drewnianego rdzenia, który zwykle bywa cięty na kawałki zwane paździerzami oraz z włókna ułożonego wzdłużnie, otaczającego dookoła drewniany rdzeń. W wyniku przerobu mechanicznego (dekortykacji) słomy konopnej uzyskać można przeciętnie ok. 25÷30% włókna i ok. 70÷75% paździerzy. Przy wydajności zbioru słomy konopnej w ilości ok. 10t/ha można więc uzyskać ok. 7 ton paździerzy. Na rysunku 2 przedstawiono przekrój przez łodygę konopi włóknistej.
Paździerze konopne wykorzystywane w budownictwie do produkcji materiałów budowlanych takich jak kompozyt wapienno konopny pozyskiwane są z konopi włóknistych. Zgodnie z ustawą o przeciwdziałaniu narkomani, która weszła w życie w kwietniu 1997 roku, konopie włókniste to rośliny z gatunku konopie siewne (Cannabis sativa L.) zawierające mniej niż 0,2% THC w kwiatowych lub owocujących wierzchołkach roślin, z których nie usunięto żywicy, w przeliczeniu na suchą masę. W myśl ustawy uprawa konopi zawierających powyżej >0,2% THC jest zabroniona.
W 1968 roku Instytut Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu opatentował odmianę konopi włóknistych o nazwie „Białobrzeska” (<0.2% THC) przystosowaną do polskich warunków glebowo klimatycznych. Jest to odmiana wysoka (3-4m), o znacznych przyroście włókna. Odmiana ta jest obecnie najbardziej popularna wśród polskich upraw. Głównym tworzywem paździerzy konopnych jest celuloza. Poza tym zawierają inne związki chemiczne takie jak: hemiceluloza, ligniny, pektyny, woski i tłuszcze. Przykładowy skład chemiczny z poszczególnym udziałem procentowym składników paździerzy konopnych podano w tabeli 1.

Tabela 1. Skład chemiczny paździerzy konopnych [2]
Składnik    [%] (wagowo)
Popiół    1-2
Celuloza    34-44
Hemiceluloza    31-37
Ligniny    19-28
Pektyny    4
Woski i tłuszcze    1


Wymagania stawiane paździerzom konopnym
Porowatość paździerzy konopnych mieści się w okolicach 60% [3]. Wiąże się to z dobrymi parametrami termoizolacyjnymi tego materiału, co jest dominującym powodem wykorzystania ich w budownictwie. Zdolność przewodzenia ciepła przez paździerze, wyrażona współczynnikiem przewodności cieplnej λ wynosi około 0,04-0,06 W/mK [4] i jest porównywalna z innymi materiałami termoizolacyjnymi. Z wysoką porowatością powiązana jest też wysoka zdolność pochłaniania wody przez paździerze. Są one w stanie wchłonąć ilość wody równą 3 krotnej ich masie już w pierwszych minutach od zanurzenia w wodzie. W połączeniu ze spoiwem wapiennym, nasiąkliwość kompozytu ulega zmniejszeniu, niemniej jest ciągle wysoka. Kompozyt wapienno-konopny jednak nie jest przewidziany w budynku jako materiał stale narażony na działanie wody.

W przypadku wykorzystania paździerzy w kompozytach budowlanych ważna jest ich odpowiednia jakość. Mieszanka paździerzy powinna być dokładnie oczyszczona z pyłu, gdyż będzie o powodował wzrost zapotrzebowania na wodę podczas przygotowywania mieszanki kompozytu. Pył wchłonie wodę, która potrzebna jest do procesu krystalizacji cząstek wapna lub procesu hydratacji hydraulicznych składników spoiwa (np. wapna hydraulicznego lub cementu portlandzkiego). W przypadku dużej zawartości pyłu, należy zwiększyć ilość wody w mieszance, co niestety przyczyni się do znacznego wydłużenia czasu wysychania np. ściany wykonanej z kompozytu. Należy również dążyć do jak najmniejszej ilość włókna konopnego w mieszance. Mała ilość włókna może wpływać korzystnie na charakterystykę kompozytu, działając jako naturalne mikrozbrojenie (na podobnej zasadzie jak włókna polipropylenowe w betonach zwykłych), natomiast zbyt duża jego ilość może również prowadzić do wzrostu zapotrzebowania na wodę, pęcznienie kompozytu oraz wydłużenie czasu wysychania przegród wykonanych z kompozytu wapienno-konopnego – co w polskich warunkach klimatycznych jest znacznym ograniczeniem, z uwagi na stosunkowo krótki sezon budowlany oraz mało przewidywalne warunki pogodowe. Paździerze powinny być także oczyszczone z innych obcych zanieczyszczeń.

Paździerze konopne, jak i inne materiały organiczne pochodzenia roślinnego, są narażone na rozwój grzybów pleśniowych przy niewłaściwym przechowywaniu, kiedy narażone są na oddziaływanie nadmiernej wilgoci oraz nie mają zapewnionej odpowiedniej wentylacji. Wszelkie paździerze z oznakami rozwoju korozji biologicznej należy odrzucić przed przystąpieniem do wykonywania mieszanki wapienno-konopnej. Paździerze powinny być przechowywane w powietrzno-suchych warunkach. Nie powinno się wykorzystywać nadmiernie wilgotnych paździerzy do wykonania mieszanki dlatego że, wiąże się to z zaburzeniem proporcji wody w mieszance. Paździerze w stanie powietrzno-suchym zawsze wykazują zawartość wilgoci, jednak należy zwracać uwagę by nie były one zbyt mokre.

Istotna jest frakcja paździerzy, która zależy od możliwości maszyn służących do dekortykacji. Najbardziej pożądane są kawałki o długościach pomiędzy 10 a 25 mm [5]. Aczkolwiek mniejsze długości też mogą być skuteczne w wykonaniu ściany, chociażby za pomocą natrysku agregatem. Dłuższe frakcje nie są odpowiednie ze względu na trudności w mieszaniu oraz układaniu mieszanki. Konieczne jest wtedy mocniejsze i dokładniejsze zagęszczanie mieszanki by wyeliminować technologiczne pustki wytworzone przez losowo ułożone dłuższe paździerze ograniczające dostęp mniejszym frakcjom do wypełnienia przestrzeni między nimi. Mocniejsze zagęszczanie doprowadzi do wzrostu ciężaru kompozytu i osłabienie izolacyjności termicznej. Zbyt małe frakcje (<5mm) z kolei doprowadzą do wzrostu zapotrzebowania na wodę ale również na spoiwo z uwagi na większą powierzchnię właściwą – im mniejsza frakcja paździerzy tym większą mają powierzchnię, którą należy pokryć spoiwem wapiennym. Następstwem będzie wzrost gęstości. Na fotografii (rys.3) przedstawiono paździerze konopne, przygotowane do zastosowania w budownictwie.
Jednak frakcje takie są odpowiednie do wykonywania tynków na bazie paździerzy konopnych. W tynkach stosuje się większą ilość spoiwa w stosunku do paździerzy niż w kompozytach ściennych. W tynkach wskazane są również drobno pocięte włókna mające na celu ograniczenie rys skurczowych powstałych np. na skutek wysychania materiału.

Paździerze nie wymagają żadnej ochrony przeciwogniowej oraz przed rozwojem pleśni czy też przed szkodnikami. Jeśli kompozyt zostanie prawidłowo wykonany, tj. paździerze w czasie mieszania zostaną dokładnie pokryte spoiwem wapiennym, wtedy materiał zostanie należycie zabezpieczony przed oddziaływaniem wymienionych czynników.

Podsumowanie
Obecnie w Polsce nie jest łatwo pozyskać paździerze konopne dobrej jakości, które będą odpowiednie do wykorzystania w budownictwie. Jest ich po prostu mało. Główną przyczyną jest mała ilość upraw konopi włóknistych. Sytuacja ta jednak z roku na rok ulega zmianie, coraz więcej rolników decyduje się na uprawę tej rośliny. Drugą przyczyną jest mała ilość odpowiedniego sprzętu do dekortykacji w skali kraju, który umożliwił by przerobienie znacznych ilości słomy konopnej od rolników, którzy uprawiają konopie na cele nasiennictwa lub dla przemysłu spożywczego, a słomę traktują jako odpad. Linie do przerobu słomy konopnej dla celów budownictwa posiada m.in. firma Podlaskie Konopie z Białegostoku. Gotowe paździerze konopne ich produkcji przedstawiono na zdjęciu 3 (rys.3).

Niewątpliwie zainteresowanie budową domów z wykorzystanie konopi w Polsce wzrasta, co na pewno jest dobrym sygnałem do rozwoju upraw konopi oraz inwestycji w park technologiczny, który zapewni większy dostęp paździerzy w kraju.

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] Thomsen Belinda A., Rasmussen S., Bohn V., Nielsen Vad K., Thygesen A.: Hemp raw materials: The effect ofcultivar, growth conditions and pretreatment of the chemical compositions of the fibres, 2005.
[3] Arnaud L., Gourlay E.: Experimental study of parameters influencing mechanical properties of hemp concretes. Construction and Building Materials, 28/1, 2012: 50–56
[4] Benfratello S., Capitano C., Peri G., Rizzo G., Scaccianoce G., Sorrentino G.: Thermal and structural properties of a hemp–lime biocomposite, Construction and Building Materials, 48 (2013), 745–754.
[5] Stanwix, W., & Sparrow W.: The hempcrete book. Designing and building with hemp-lime. Green Books, England, 2014

 Artykuł z #57 numeru Gazety Konopnej SPLIFF