Silikaty w budownictwie

Wśród wyrobów silikatowych znajdują się elementy mające regularny kształt prostopadłościanu, a więc cegły i bloczki (pełne i drążone) oraz płyty i płytki, a także wyroby o kształtach specjalnych (niebędące prostokątnymi równoległościanami), za które uważane są w szczególności cegły i bloczki frezowane na pióro i wpust, elementy mające zewnętrzne powierzchnie łupane, a także o ściankach sąsiadujących ze sobą pod kątem innym niż 90°.Dostępny na rynku asortyment silikatów wzbogacają różnego rodzaju kształtki o charakterze uzupełniającym przeznaczone do spełniania szczególnych funkcji, np. do uzupełniania geometrii muru, wentylacyjne, ogrodzeniowe. Mogą być one także uzyskiwane przez wycięcie z dużego elementu.

Rys historyczny

W procesie wytwarzania silikatów odwzorowywane są naturalne procesy powstawania skał osadowych rodzaju piaskowców. W procesach tych pod ciśnieniem dokonuje się cementacja ziaren krzemianów (zwykle krzemionki [SiO2]), którą stanowi piasek z udziałem spoiwa zawierającego wapń. Ten rodzaj budulca znany jest ludzkości od zawsze, jednak umiejętności sztucznego jego wytwarzania poznano i opanowano dopiero w II połowie XIX w.

Z udokumentowanych źródeł wynika, że prekursorami dzisiejszych technologii stali się: w 1866 r. G.E. Van Derburgh („Cegły wapienno-piaskowe autoklawizowane”, British Patent nr 2470/1866) oraz w 1880 r. Wilhelm Michaëlis („Sposób wytwarzania sztucznego piaskowca”, German Patentschrift nr 14195/1881). Zgodnie z ich wskazaniami pierwsze cegły silikatowe wyprodukowano na skalę przemysłową w 1894 r. w Neumünster, a pozytywne doświadczenia z ich udziałem spowodowały intensywny rozwój branży silikatowych materiałów budowlanych w wielu krajach. Na ziemiach polskich pierwszym zakładem produkującym silikaty była założona w 1903 r. Mazurska Wytwórnia Cegły Piaskowo-Wapiennej Sp. z o.o. „Johannisburg” w Piszu.

Silikaty szybko zdobyły uznanie na rynku materiałów budowlanych dzięki korzystnym właściwościom użytkowym i obecnie zaliczane są do głównych grup wyrobów stosowanych do wznoszenia konstrukcji murowych. O popularności tego rodzaju budownictwa zadecydowały cztery czynniki: dostępność surowców używanych do produkcji (piasku, wapna i wody), prosty i energooszczędny proces produkcji, łatwe budowanie oraz korzyści wynikające z eksploatacji obiektów.

Wzrost zainteresowania silikatami w ostatnich latach w znacznej mierze podyktowany jest większą wiedzą inwestorów na temat ich zalet, a także tym, że wyroby silikatowe w pełni spełniają wymagania stawiane materiałom budowlanym i technologiom przez przepisy obowiązujące w UE. Na ich dobrą opinię wpłynęły również daleko idące przeobrażenia jakościowe w branży silikatowej, których efektem jest wysoka jakość wyrobów, w tym precyzyjniejsze dokładności wymiarowe i korzystniejsze parametry użytkowe.

Proces produkcji

Schemat produkcji silikatów składa się z pięciu faz (rys.):

• miksowania piasku z wapnem,
• hydratacji mieszaniny piasku i wapna,
• ciśnieniowego formowania wyrobów,
• autoklawizacji sprasowanych elementów,
• sezonowania i magazynowania.

Miksowanie piasku z wapnem odbywa się w mieszalnikach, a różne proporcje składników pozwalają dobierać w zależności od potrzeb klasę wytrzymałości produktu finalnego (ilości stechiometryczne składników w zależności od rodzaju wyrobu oscylują zwykle wokół proporcji piasku do wapna jak 9:1, ale mogą również osiągać wartości 12:1). Hydratacja mieszaniny piasku i wapna następuje w stalowych silosach (reaktorach) i trwa od 2 do 4 godz. Przy gaszeniu wapna wodą rośnie temperatura mieszanki do poziomu ok. 60°C, przy której krzemionka, tracąc krystaliczną strukturę, uzyskuje właściwości ułatwiające późniejsze formowanie wyrobów.

Ciśnieniowe formowanie wyrobów. Plastyczna masa wapienno-piaskowa prasowana jest w matrycach do gabarytów ograniczonych ich formą. Autoklawizacja sprasowanych elementów (ciśnieniowe utwardzanie półfabrykatów w atmosferze przegrzanej nasyconej pary). Półfabrykaty w autoklawach poddane są 6–12-godz. procesom hartowania w warunkach hydrotermalnych (działania ciśnienia pary nasyconej o wartościach od ok. 1,2 do 1,6 MPa w temperaturze ok. 200°C).

Podczas autoklawizacji zachodzą reakcje chemiczne między wapnem i piaskiem, przy których krzemionka (SiO₂) przeobraża się w struktury krzemotlenowe (SiO₄) i uwodnionych krzemianów wapnia nadających wyrobom wysoką wytrzymałość na ściskanie i znaczną trwałość, co zapewnia im odporność na działanie wielu czynników atmosferycznych.

Sezonowanie i magazynowanie. Gotowe wyroby wstępnie składowane są na wolnym powietrzu, gdzie się schładzają. Niezbędny czas sezonowania ogranicza się zaledwie do kilku godzin. Po ostudzeniu wyroby składowane są pod zadaszeniem i praktycznie nadają się do stosowania. Teoretycznie cykl produkcyjny wyrobu (od wykopania piasku do wytoczenia gotowego produktu) może trwać 12 godz. Rzeczywisty okres sezonowania wyrobów silikatowych znacznie się wydłuża, np. o czas magazynowania w zakładzie produkcyjnym, fazy transportu (do składów budowlanych, na budowę) oraz okresy składowania (w składach budowlanych w oczekiwaniu na sprzedaż oraz czas składowania na budowie).

Przy produkcji silikatów obok piasku można też stosować inne naturalne surowce krzemionkowe, takie jak żwiry mielone lub niemielone, rozdrobnione kamienie, a także ich mieszanki zagęszczone i związane trwale przez działanie pary wodnej pod ciśnieniem. Dopuszczalne są także inne materiały krzemionkowe, o ile nie wpływają niekorzystnie na właściwości wyrobu. Ich ponadnormatywna obecność musi być jednak deklarowana przez producentów.

Normatywne wymagania dotyczące wyrobów

Jakość elementów murowych silikatowych dopuszczonych do obrotu na rynku budowlanym regululowana jest w normie PN-EN 771-2:2006 „Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2: Elementy murowe silikatowe”. W jej zapisach kładzie się nacisk na deklaratywność, a więc obowiązek określania przez producenta informacji o wszelkich istotnych właściwościach wyrobów, które muszą sprawdzać się przy robotach murowych oraz w późniejszym okresie eksploatacji budynku, a które wcześniej zostały udokumentowane w badaniach normowych wynikających z procedur dopuszczających wyroby do stosowania. Deklaracji podlegają wymienione niżej cechy wyrobów.

• Kształt i budowa – deklaracje zwykle sporządzane są na podstawie jednej z grup zdefiniowanych w normach. Jeśli wynika to z budowy, można je rozszerzać o indywidualne cechy wyrobu uwzględniające kształt i cechy szczególne, np. kierunek drążeń przy elementach drążonych (w zależności od potrzeb prezentacja za pomocą opisu lub rysunku), objętość otworów chwytowych, o ile występują, grubości ścianek (odrębnie i łącznie dla ścianek wewnętrznych i zewnętrznych) lub pola powierzchni drążeń na powierzchni kładzenia.
• Wymiary i ich odchyłki – nominalne wymiary elementów (długości, szerokości, wysokości) wraz z dopuszczalną kategorią odchyłek (tabela 1), stanu płaskości powierzchni kładzenia (maksymalnego odchylenia powierzchni kładzenia/wspornej od płaszczyzny), stanu równoległości powierzchni kładzenia (maksymalnego odchylenia powierzchni kładzenia od płaszczyzn równoległych).
• Wytrzymałość na ściskanie (deklarowane wartości średnie) można określać również w postaci klasy wytrzymałości (tabela 2).
• Gęstość w stanie suchym deklarowana jest jako minimalna i maksymalna (tabela 3).
• Właściwości cieplne.
• Wytrzymałość spoiny.
• Trwałość na cykle zamrażania–odmrażania w warunkach wilgotnych (liczba cykli bez uszkodzeń).
• Przepuszczalność pary wodnej (określenie współczynnika dyfuzyjności pary wodnej).
• Reakcja na ogień.
• Absorpcja wody.
• Rozszerzalność pod wpływem wilgoci.