Kleje żelowe – wybrane cechy i właściwości

Wybór odpowiednich, dostosowanych do warunków eksploatacyjnych okładzin ceramicznych to nie jedyny warunek pozwalający na długotrwałą eksploatację okładzin. Nie mniej ważne od doboru okładziny ceramicznej jest właściwe dobranie materiału do połączenia płytek z podłożem. Materiał taki powinien zapewnić mocne, trwałe i stabilne połączenie płytki z podłożem.

Najpopularniejsze kleje do okładzin ceramicznych to materiały, w których spoiwem jest cement, a wypełniaczem odpowiednio dobrane uziarnienia kruszyw kwarcowych. Skład takich zapraw klejowych modyfikuje się dodatkami chemicznymi powodującymi np. uelastycznienie zaprawy, przyspieszenie czasu wiązania, zapobiegającymi zbyt szybkiemu oddawaniu wody przez zaprawę, ograniczającymi skurcz wiązania zaprawy itp.

Od zapraw stosowanych na ścianach wymaga się, aby płytka ułożona na świeżej warstwie zaprawy nie obsuwała się, natomiast ślad zębów w świeżej zaprawie podłogowej powinien pod lekkim naciskiem układanej płytki równomiernie rozpłynąć się pod całą powierzchnię płytki, zapewniając tym samym jej całopowierzchniowe podparcie (chyba że płytki układamy tzw. metodą kombinowaną).

W skład klejów cementowych oprócz cementów wchodzi kruszywo o uziarnieniu do 0,5 mm, dodatki organiczne oraz ewentualnie upłynniacze. Zauważyć należy, że o wybranych parametrach wytrzymałościowych kleju, jego właściwościach roboczych oraz łatwości aplikacji decydują właśnie dodatki (łącznie może ich być nawet 10). Z podstawowych składników:

• piasek o odpowiedniej frakcji, drobnoziarniste wypełniacze i dodatki mineralne wpływają na parametry wytrzymałościowe, minimalną grubość układanej warstwy oraz łatwość układania,
• kopolimery tworzyw sztucznych nadają zaprawie elastyczność po związaniu oraz zwiększają przyczepność do tzw. trudnego podłoża,
• dodatek włókien poprawia właściwości tiksotropowe oraz może opóźniać odciągnięcie wilgoci z zaprawy, co wpływa korzystnie na jej parametry wytrzymałościowe,
• pozostałe dodatki typu dyspergatory, stabilizatory, plastyfikatory itp. poprawiają obrabialność masy klejowej, wpływają na tzw. czas otwarty, czas obrabialności, konsystencję oraz nadają gotowej masie własności poślizgowych (ułatwiają aplikację), ograniczają skurcz wiązania zaprawy itp.

Kryteriów doboru klejów do płytek jest kilka. Można i należy mówić o klasyfikacji normowej (klasa C1, C2, odkształcalność, wydłużony czas otwarty itp.) jednak bardzo wiele istotnych właściwości nie da się normowo sklasyfikować.

Zaprawy klejowe swoje właściwości zawdzięczają cementowi, który jest głównym składnikiem masy klejowej. Na podłożu porowatym cząsteczki zaprawy wnikają w zagłębienia i następuje mechaniczne zakotwienie. W typowych sytuacjach (typowe podłoże, typowe płytki, brak szokowych obciążeń termicznych), połączenie takie, pomimo słabych sił adhezji ma wystarczającą wytrzymałość.

W przypadku podłoża nienasiąkliwego i/lub gładkiego o wytrzymałości na styku podłoże–klej zaczynają decydować tylko siły adhezji – zaprawa klejowa nie ma możliwości zwilżenia takiego podłoża i nie następuje „mechaniczne” zakotwienie cząstek zaprawy w porach podłoża.

Podobnie dzieje się w przypadku obciążeń różnicami temperatur. Stosunkowo słabe i sztywne wiązanie cementowe nie jest w stanie przenieść tego typu obciążeń. Zatem o wytrzymałości takiego połączenia zaczyna decydować ilość i jakość polimerów w masie kleju. Polimery te (tworzywa sztuczne – zazwyczaj redyspergowalne kopolimery tworzyw sztucznych, dodawane w postaci suchego proszku i mieszane wraz z innymi składnikami zapraw, lub w przypadku klejów dwuskładnikowych, dodawane w postaci płynnej), tworzą sieć swoich własnych wiązań – dodatkowe „mostki sczepne” pozwalające na przeniesienie znacznych nieraz naprężeń na styku warstw. Mamy wówczas dwa rodzaje wiązań: jedno – słabe cementowe i drugie – decydujące o jakości połączenia – z żywic. Wiązania te uzupełniają się nawzajem, tworząc wspólnie bardzo trwałe połączenia.

Zwiększona zawartość polimerów wpływa dodatkowo na zwiększenie elastyczności kleju (następuje zmniejszenie modułu sprężystości), co umożliwia przeniesienie najbardziej niebezpiecznych naprężeń rozwarstwiających i ścinających na styku klej–podłoże. Kleje takie można nazwać także klejami modyfikowanymi, w porównaniu do klejów na typowe podłoża charakteryzują się przede wszystkim większą przyczepnością oraz odkształcalnością i są to najważniejsze parametry decydujące o jakości i trwałości połączenia.

Sama odkształcalność definiowana jest następująco:

• S1 – kleje odkształcalne, odkształcalność poprzeczna powyżej 2,5 mm i poniżej 5 mm,
• S2 – kleje o wysokiej odkształcalności, odkształcalność poprzeczna powyżej 5 mm.

Kleje takie mają zdolność przenoszenia ograniczonych deformacji podłoża. Oznacza to, że taki klej minimalizuje ryzyko powstania ewentualnych późniejszych uszkodzeń (znaczne odkształcenia podłoża mogą wymagać stosowania specjalnych mat kompensacyjnych).

W przypadku okładzin na tarasach i balkonach grubość warstwy kleju wynosi zazwyczaj 3–5 mm (stosuje się tu wyłącznie kleje cienkowarstwowe) i musi ona przenieść wszystkie naprężenia pomiędzy płytką a podłożem. Tylko odpowiednio modyfikowana i elastyczna (odkształcalna) zaprawa klejowa jest w stanie przenieść odkształcenia wynikające z obciążeń termicznych. A na trwałość okładzin ceramicznych na zewnątrz budynków (zwłaszcza balkonach i tarasach) mają wpływ przede wszystkim warunki atmosferyczne. I te, jakby nie patrzeć, wysokie wymagania w stosunku do zaprawy klejowej wymuszają stosowanie na zewnątrz klejów klasy minimum C2S1 (zastosowanie klejów klasy C2 jest możliwe, jednak po indywidualnej analizie).

W przypadku klejów przeznaczonych do wykonywania okładzin na warstwach hydroizolacji podpłytkowej np. w pomieszczeniach mokrych, kierować się należy wytycznymi producenta. Zwykle układ hydroizolacja–zaprawa klejowa stanowi system, nie ma tu więc problemu z doborem odpowiedniego kleju. Pomimo że powierzchnia folii w płynie lub cienkowarstwowej zaprawy uszczelniającej (szlamu) cechuje się niewielką nasiąkliwością lub wręcz hydrofobowością, nie ma tu obligatoryjnego wymogu stosowania klejów klasy C2.

W systemach ogrzewania podłogowego zalecane jest, jednakże nie obligatoryjne, stosowanie zapraw klejowych klasy C2. Zwiększona elastyczność zapraw klejowych C2 stanowi jednak dodatkowe zabezpieczenie przed uszkodzeniem na skutek różnicy temperatur i powstałych z tego powodu naprężeń termicznych zwłaszcza w chwili uruchomienia ogrzewania.

Kleje klasy C2 stosuje się (oprócz wykonywania okładzin zewnętrznych) przy wykonywaniu okładzin na starej, stabilnej glazurze. Wymóg stosowania klejów elastycznych w tym przypadku wynika z wyższej przyczepności klejów klasy C2 do tzw. trudnych i krytycznych podłoży.

Do wykonywania okładzin ceramicznych na starej, stabilnej glazurze można stosować także kleje klasy C1 (o ile inne wymogi nie determinują zastosowania klejów klasy C2). Należy wówczas wykonać tzw. warstwę sczepną, do wykonania której wykorzystujemy najczęściej specjalne gruntowniki lub zaprawy do wykonywania warstwy sczepnej, ewentualnie modyfikatory dodawane do zaprawy klejowej.

Przywołane przez normę PN-EN pozwalają na porównanie ze sobą poszczególnych klejów (tworzą podstawowy zestaw parametrów pozwalający na sklasyfikowanie kleju i zdefiniowanie jego zastosowań). Badania przeprowadzane są w znormalizowanych warunkach i na znormalizowanym podłożu. Są one (a przynajmniej powinny być) porównywalne, jednak absolutnie nie obejmują cech i właściwości (a w niektórych przypadkach także i parametrów), które są istotne zarówno ze względu na komfort pracy, jak i niektóre warunki aplikacyjne.

Skoro głównym składnikiem klejów jest cement, to aby klej uzyskał projektowane parametry wytrzymałościowe, musi być aplikowany w warunkach gwarantujących prawidłowy przebieg procesu hydratacji. Z tym wiąże się wymóg zapewnienia przez odpowiednio długi czas wilgoci niezbędnej do przebiegu wspomnianej reakcji. Ilość wody zarobowej jest wypadkową: wymaganej ilości wody niezbędnej do hydratacji, wymaganej przez domieszki i dodatki oraz niezbędnej do nadania konsystencji.

Tutaj warunki laboratoryjne i warunki budowy „rozjeżdżają się”. Temperatura aplikacji klejów cementowych wynosi od +5°C do +25°C. Dotyczy to zarówno powietrza, jak i podłoża. W lecie zachowanie wymaganej temperatury podłoża jest w wielu sytuacjach wręcz niemożliwe (RYS. 1 i RYS. 2) i powinno się przerwać pracę. Dotyczy to zwłaszcza takich elementów jak balkony, tarasy czy elewacje.

Proszę zwrócić uwagę, że warstwa kleju ma zwykle grubość kilku milimetrów. Zbyt ciepłe podłoże powoduje odparowanie wody zarobowej w skrajnych przypadkach z całej objętości zaprawy klejowej, co wręcz przerywa proces hydratacji. Zbyt duży ubytek wody wpływa też na pogorszenie parametrów związanych z odkształcalnością. W rezultacie klej nie uzyskuje deklarowanych parametrów.

Podłoże też cechuje się mniejszą lub większą chłonnością. Chłonne należy zagruntować (niechłonne też, ale do tego celu stosuje się zupełnie innego rodzaju grunty) tak, aby ograniczyć zdolność wchłaniania przez nie wody niezbędnej do hydratacji. Mamy więc sytuację, gdy ubytek wody ze świeżo nałożonej zaprawy jest możliwy zarówno przez oddziaływanie temperatury, jak i samego podłoża. Szczególnie w sytuacji, gdy gruntowanie było niedokładne lub zbyt skąpe.

Oprócz parametrów normowych związanych z wytrzymałością i odkształcalnością istotny jest jeszcze komfort pracy. To właściwości zarówno mierzalne (czas otwarty), jak i niemierzalne (konsystencja, komfort pracy).

Przeanalizujmy wpływ temperatury na przyczepność do podłoża. Płytki przyklejono na normowym podłożu o temperaturze +60°C, po czym całość pozostawiono do swobodnego stygnięcia do temperatury +20°C. Przyczepność pomierzono po 24 oraz 72 godzinach. Badanie przeprowadzono dla czterech klejów o podwyższonych wymaganiach: C2TES1, C2TE (2 różne kleje) oraz dla tzw. kleju żelowego klasyfikowanego jako C2TE. Wyniki pokazano w TABELI.

Widać wyraźnie spadek przyczepności dla klejów oznaczonych Lp. 1 do Lp. 3. Nikt rozsądny oczywiście nie układa płytek na tak ciepłym podłożu (choć nie da się tego wykluczyć), jednak problem istnieje. Spadek przyczepności na skutek odparowania części wody zarobowej jest widoczny. Czyli podczas eksploatacji, już na początku pojawia się problem z przyczepnością. Tak aplikowany klej ma niewielkie szanse, aby uzyskać normową wymaganą przyczepność.

Analogiczny może pojawić się z odkształcalnością. Badania potwierdzające klasę S1 lub S2 także wykonuje się w warunkach normowych. Skoro następuje spadek przyczepności, to należy się liczyć ze zmniejszeniem odkształcalności. Tym bardziej, że przy ugięciu beleczki badawczej wynoszącej 2,5 mm klej jest klasyfikowany jako S1, natomiast przy ugięciu < 2,5 mm (czyli np. 2,4 mm) już nie [1].

Na tarasach i balkonach spadek przyczepności czy utrata odkształcalności kleju to praktycznie początek procesu degradacji i destrukcji okładzin podłogowych. Faktem jest, że uszkodzenia okładzin ceramicznych związane są z panującym u nas klimatem: ilością opadów atmosferycznych, okresami mrozu i odwilży w zimie. Największy wpływ wywierają warunki atmosferyczne – cykle zamarzania i odmarzania oraz zmiany wilgotności i temperatury. Spowodowany cyklami zamarzania i odmarzania spadek przyczepności kleju może dochodzić nawet do 40–50% w stosunku do początkowej wielkości. W analizowanym przypadku już i tak mniejszej niż wymagana.

To doświadczenie, jakkolwiek nienormowe, pokazuje potencjalny problem. Zatem wszelkie modyfikacje kleju zwiększające odporność na podwyższaną temperaturę przy aplikacji zwiększają trwałość i niezawodność wykonywanych prac. Dlatego kilka lat temu pojawiły się tzw. kleje żelowe.

Mają one w swoim składzie zawierają specjalne dodatki na bazie minerałów (m.in. montmorylonit). Woda w kontakcie z minerałami tego typu jest absorbowana (zatrzymywana) pomiędzy kolejnymi warstwami minerałów, dodatkowo minerały te, po interakcji z wodą, zwiększają swoją objętość, co skutkuje zupełnie inną zdolnością do wiązania wody w strukturze świeżo zarobionej zaprawy klejowej. Właściwość tę zapewnia m.in. nietypowa budowa warstwowa montmorylonitu. Struktura tego surowca, powstającego w wyniku przemiany geologicznej skał wulkanicznych, to układ dopasowanych, złączonych ze sobą warstw krystalicznych (FOT. 1).

Obecność wody zatrzymanej w strukturze kleju pozwala na pełną hydratację cementu, niezależnie od rodzaju przyklejanej okładziny, i na rozszerzenie warunków aplikacji, zarówno w zakresie temperatury aplikacji, jak i stopnia chłonności podłoża pod przyklejaną okładziną. Tego typu kleje cechują się zwiększoną tolerancją na przygotowanie (stopień nasiąkliwości podłoża) – zapewniają lepszą przyczepność w wypadku przyklejaniu okładzin na podłożach przygotowanych bez należytej staranności, jak również umożliwiają aplikację kleju na podłożach o podwyższonej temperaturze takich jak balkony, tarasy czy loggie. Wyższa zawartość wody związanej w strukturze żelu krzemianowego (FOT. 2) zwiększa bezpieczeństwo zastosowania kleju zarówno w trakcie prac glazurniczych, jak i podczas wiązania zaprawy klejącej po przyklejeniu okładziny.

Każdy z klejów cechuje się także pewnymi właściwościami użytkowymi. Jednym z takich jest czas otwarty. Jest on definiowany jako maksymalny czas od nałożenia kleju na powierzchnie sklejaną do momentu sklejenia (przyłożenia płytki). Przekroczenie czasu otwartego przy wykonywaniu okładzin skutkuje pogorszeniem przyczepności. Przy wykonywaniu prac w podwyższonych temperaturach i/lub przy niskiej wilgotności powietrza ulega on skróceniu. Zapobiega temu dodatek wspomnianych wcześniej minerałów.

Drugą istotną cechą jest możliwość nie tylko dostosowywania konsystencji do indywidualnych upodobań, ale i możliwość uzyskania kleju o ograniczonym spływie (klasa T), stosowanego do klejenia okładzin ściennych, a także rozpływnego do płytek podłogowych.

Klejów żelowych nie można jednak rozpatrywać (i traktować) w oderwaniu od właściwości i cech płytek okładzinowych. Zwiększona ilość wody skutkuje jej dłuższym oddziaływaniem na płytki. Te kiepskiej jakości, zwłaszcza wielkoformatowe, mogą sprawiać problemy. Dysproporcje między wielkością płytek (kilkadziesiąt do kilkaset cm) a grubością (nawet kilka mm) powodują, że płyty takie mogą być wrażliwe na oddziaływanie wody znajdującej się w zaprawie klejącej (takie zachowanie może wynikać także ze swoistych właściwości materiałów, np. konglomeratów).

W przypadku typowych płytek (np. 30×30 cm) udział spoin w powierzchni okładziny wynosi ok. 2,5%, dla okładziny wielkoformatowej (np. 100×150 cm) będzie to już niecałe 0,5%, a zatem 5 razy mniej. A powierzchnią odparowania nadmiaru wody zarobowej są spoiny. To wszystko skutkuje znacznie dłuższym oddziaływaniem wody zarobowej na płyty i może prowadzić do dodatkowych odkształceń samej płytki polegających na podniesieniu się naroży. Także przy spoinowaniu okładzin podłogowych, zwłaszcza przy rozpływnej konsystencji kleju i epoksydowej zaprawie do spoinowania trzeba brać poprawkę na większą ilość wody w zaprawie klejącej.

Należy jednak pamiętać, że kleje żelowe to kleje cementowe. Z jednej strony nie ma norm/wymagań mówiących o minimalnej zawartości geopolimeru, a z drugiej kreatywność producentów w wymyślaniu określeń marketingowych jest nieograniczona (często używa się różnego rodzaju określeń, które w rzeczywistości są określeniami nigdzie niezdefiniowanymi i nic nie mówią o cechach i właściwościach produktów).

Dokumentem pozwalającym w sposób merytoryczny i jednoznaczny porównać kleje to deklaracja właściwości użytkowych do PN-EN 12004 [1]. To punkt wyjścia. Kolejnym jest karta techniczna i informacje o temperaturze aplikacji, możliwej do uzyskania konsystencji i czasie otwartym (dla różnej ilości wody zarobowej czas otwarty będzie się różnić).

Niezależnie od rodzaju zastosowanego kleju, o poprawności wykonanych prac okładzinowych decyduje:

• właściwe określenia obciążeń mechanicznych i zaprojektowania warstw konstrukcji,
• stan podłoża, na którym wykonywana jest wykładzina/okładzina (rysy, kawerny, stabilność i nośność podłoża, wielkości pól dylatacyjnych),
• ścisłe przestrzeganie zaleceń aplikacyjnych (wilgotność i równość podłoża, czas wysezonowania, przestrzeganie przerw technologicznych itp.),
• jakość wykonawstwa detali, w tym przede wszystkim dylatacji, przejść technologicznych instalacji technicznych, szczegółów połączeń, itp.

Kleje żelowe pozwalają na rozszerzenie zakresu temperaturowego prac okładzinowych i powodują, że są one mniej wrażliwe na mankamenty podłoża, nie można ich jednak traktować jako panaceum na wszelkie problemy. Żaden klej nie będzie odporny na indolencję wykonawcy, lekceważenie przez niego zasad sztuki budowanej czy praw fizyki.

Literatura

1. PN-EN 12004-1:2017-03, „Kleje do płytek ceramicznych – Część 1: Wymagania, ocena i weryfikacja stałości właściwości użytkowych, klasyfikacja i znakowanie”.
2. M. Rokiel, „Projektowanie i wykonywanie okładzin ceramicznych. Warunki techniczne wykonania i odbioru robót”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.
3. M. Rokiel, „Okładziny z płyt wielkoformatowych cz. 1 i 2”, „Inżynier Budownictwa” 4/2017 i 5/2017.
4. Materiały firmy Atlas.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!