Glina jako materiał budowlany

Najwięcej domów z gliny lub gliny zmieszanej ze słomą powstało do tej pory w Kanadzie, Stanach Zjednoczonych, Niemczech, ­Australii, Szwecji oraz w Czechach.

Buduje się je także w Ameryce Środkowej i Ekwadorze. W Polsce temat budownictwa „z ziemi” dopiero raczkuje, ale także u nas powstało już kilkadziesiąt takich budynków.

Właściwości gliny

Glina jest jednym z najważniejszych naturalnych materiałów budowlanych. Znajduje się w większości miejsc na Ziemi. Jej zastosowanie do różnych technik budowania znane jest już od ponad 9000 lat. Często wydobywana jest bezpośrednio z dna wykopu pod fundamenty lub piwnice, a następnie buduje z niej ściany.

Wady materiału

Można wymienić kilka wad gliny:

• nie jest wodoodporna;
• kurczy się w trakcie schnięcia;
• nie jest materiałem jednolitym.

Ze względu na brak wodoodporności wilgotną glinę należy chronić przed deszczem i mrozem (przez zaprojektowanie okapu, cokołu, izolacji poziomej). Należy również zabezpieczyć powierzchnię ścian, np. powłokami malarskimi i tynkami.

Glina w trakcie schnięcia się kurczy (maleje jej kubatura). Powstają wówczas pęknięcia na skutek wysychania oraz rysy skurczowe. Skurcz można znacznie zredukować przez zmniejszenie ilości dodawanej wody lub iłu albo przez udoskonalenie uziarnienia.

Okres schnięcia jest czasem niezbędnym do tego, aby mokry lub przesiąknięty wodą materiał budowlany osiągnął stan równowagi wilgotnościowej. Zawarta w glinie woda zarobowa jest zaś konieczna do wymieszania i otrzymania odpowiedniej lepkości.

Ze względu na to, że glina to mieszanina iłu, mułku (pyłu piaskowego) oraz piasku, który zawiera także pospółkę, żwir i kamienie, materiał ten nie jest jednolity – może mieć różne właściwości i proporcje składników w zależności od miejsca wydobycia. Właściwości gliny można poznać dopiero po określeniu komponentów.

Ta cecha powoduje, że można zmienić skład materiału, czyli polepszyć właściwości bez specjalnych dodatków, np. przez optymalizację składników albo dołowanie i dojrzewanie.

Zalety materiału

Jako zalety gliny można wymienić:

• oszczędność energii i zmniejszanie zanieczyszczenia środowiska,
• możliwość ponownego użycia,
• regulowanie wilgotności powietrza,
• magazynowanie ciepła,
• obniżenie kosztów transportu materiału,
• możliwość budowania przez każdego,
• właściwości konserwujące drewno,
• zatrzymywanie promieniowania o wysokiej częstotliwości,
• wiązanie substancji szkodliwych,
• właściwości lecznicze, antyalergiczne i antybakteryjne,
• możliwość wykorzystania jako materiału plastycznego i rzeźbiarskiego.

W przeciwieństwie do innych materiałów budowlanych glina potrzebuje podczas przygotowania i przerabiania bardzo mało energii, co powoduje znikome zanieczyszczenie środowiska (ok. 1% energii niezbędnej do produkcji tej samej ilości cegły wypalanej albo betonu). Przykładowo, całkowity nakład energii na zbudowanie 100 m² domu jednorodzinnego wynosi:

• w technologii wielkopłytowej - 180 000 kWh,
• w technologii tradycyjnej (cegła) - 80 000 kWh,
• w technologii ekologicznej (glina + drewno) - 25 000 kWh [1].

Niewypaloną, surową glinę można także ponownie użyć. Po rozdrobnieniu i zmiękczeniu wodą znów uzyskuje się budulec. W odróżnieniu od innych materiałów budowlanych glina nigdy nie zaśmieca środowiska jako gruz.

Materiał ten potrafi dość szybko wchłaniać wilgoć, a w razie potrzeby ją oddawać. Ten sposób regulowania wilgotności powietrza w pomieszczeniu wpływa na zdrowy klimat wnętrza. Badania wykazują, że cegły suszone potrafią wchłonąć w ciągu dwóch dni ok. 30 razy więcej wody niż cegły wypalane.

Cegły gliniane osiągają wilgotność maksymalną od 5% do 7% przy 95% wilgotności powietrza w pomieszczeniu po 30 do 60 dniach (tzw. stopień równowagi). Taka stała wilgotność wytwarza szczególnie przyjemny, zdrowy klimat we wnętrzu. Nie pozwala np. na wysychanie błon śluzowych oraz redukuje powstawanie kurzu [2].

Glina - podobnie jak inne ciężkie materiały budowlane - magazynuje ciepło i w ten sposób przyczynia się do poprawy klimatu mieszkania oraz oszczędzania źródła energii. Obniża również koszty transportu, ponieważ zazwyczaj odpowiedni materiał można znaleźć w pobliżu placu budowy lub wręcz na nim (z wykorzystaniem materiału z wykopów).

Dzięki oszczędności na transporcie i braku konieczności przetwarzania w wysokich temperaturach glina potrzebuje niewiele energii w porównaniu z produkcją tej samej ilości cegły wypalanej czy betonu.

Materiał ten nadaje się do budowania przez każdego. Tradycyjne techniki z jednej strony wymagają minimalnej liczby narzędzi, a z drugiej są dość pracochłonne, nadają się więc idealnie do stosowania przez osoby, które same chcą zbudować dom.

Glina konserwuje drewno i inne materiały organiczne. Otoczone przez glinę, dzięki równowadze jej wilgotności, zostają osuszone albo pozostają suche, co uodparnia je na zagrzybienia i chroni przez insektami (owady potrzebują co najmniej 14%, a grzyby więcej niż 20% wilgotności).

Stanowi też o wiele lepsze zabezpieczenie przed promieniowaniem o wysokiej częstotliwości (występującym np. przy UMTS i GP) niż inne materiały budowlane. Przykładowo, dachówka ceramiczna lub cementowa minimalnie izoluje promieniowanie, a ściana z gliny gr. 24 cm zatrzymuje go ok. 99,9%.

Glina wiąże również substancje szkodliwe. Zjawisko to jest jednak słabo zbadane. Według Ziegerta, podczas analizy historycznego tynku z gliny w pomieszczeniu opalanym piecami w pewnym budynku z XVII w. odkryto o wiele większą zawartość siarki niż w pozostałych pomieszczeniach.

Zbadana jest natomiast zdolność absorpcji obcych substancji przez minerały iłu, wykorzystywane np. przez przemysł. Ponadto glina ma właściwości lecznicze, antyalergiczne i antybakteryjne. Jest także materiałem plastycznym i rzeźbiarskim.

Niechęć do gliny jako materiału budowlanego

Powszechnie znana jest opinia, że glina jest nieczystym materiałem budowlanym, ponieważ mogą w niej zagnieździć się owady i myszy. Jest to niesłuszne twierdzenie w odniesieniu do większości ścian wykonywanych z gliny. W ścianach litych z ubijanej gliny lub z cegieł zamkniętych spoinami insekty nie mają żadnej możliwości zagnieżdżenia.

Drugim zarzutem jest problem budowy lekkich ścian glinianych z dużą zawartością słomy, gdyż na ich powierzchni mogą tworzyć się grzyby pleśniowe. Znikają one dopiero wówczas, gdy materiał wyschnie i taki pozostanie.

Przy gęstości mniejszej niż 700 kg/m³ mogą w tych ścianach zagnieździć się insekty odżywiające się słomą. Nie pojawią się one natomiast w ścianach o konstrukcji z litej gliny (cegły surowej, gliny ubijanej) ani z gliny lekkiej z dodatkami mineralnymi.

Metody poprawy izolacyjności cieplnej gliny

Izolacyjność cieplną gliny można zwiększyć dzięki dodatkom porowatym, takim jak słoma, trzcina, trawa morska, kora korkowa i podobne lekkie części roślinne albo naturalne lub sztucznie spienione cząsteczki mineralne, np. pumeks, lawa, keramzyt, szkło porowate, łupek wypalony, perlit lub produkty roślinne, np. korek.

Z gliną można także mieszać odpady, jak trociny, wióry i plewy. Ze względu na dużą gęstość powodują one jednak niewielką poprawę izolacyjności cieplnej. Im więcej w materiale porów z powietrzem, tym jest on lżejszy i tym lepsze ma właściwości izolacyjne. Glina z dodatkami lekkimi nazywana jest według DIN 18951 [3] "gliną lekką", jeżeli w stanie suchym jej ciężar objętościowy nie przekracza 1200 kg/m³.

Podobnie jest w polskich normach, w których rozróżnia się trzy podstawowe rodzaje gliny:

• ciężką - o gęstości pozornej ponad 1700 kg/m³,
• średnią - o gęstości pozornej od 1200 kg/m³ do 1700 kg/m³,
• lekką - o gęstości pozornej do 1200 kg/m³.

Skład i proporcję mas glinianych określono w normie BN­‑62/6738­‑02 [4]. Dokument ten nakazuje każdorazowo ustalić potrzebną ilość wody na podstawie zarobu próbnego. Proporcje mieszania gliny ze słomą zależą od rodzaju gliny (TABELA 1).

Glina lekka ze słomą

To mieszanina gliny i słomy o gęstości mniejszej niż 1200 kg/m³ (jeśli gęstość jest większa, mówi się o glinie ze słomą). Jako składnik gliny lekkiej ze słomą stosuje się słomę żytnią, pszeniczną lub owsianą, do tynków natomiast najlepiej nadaje się słoma jęczmienna.

Ważniejsza od rodzaju słomy jest jednak struktura źdźbła. Do zwiększania izolacyjności cieplnej lepsze są słomy o cienkiej i stabilnej łodydze, która nie jest prosta i nie została sprasowana w bele. Słoma powinna być sucha i niespleśniała.

Wysoka ocena mieszanki gliny ze słomą jako dobrego materiału izolacyjnego w budownictwie jest nieco błędna [2]. Mieszanka z 10 części luźnej sieczki słomianej i gęstej masy (dwóch części gliny tłustej i jednej części wody) ma gęstość ok. 1300 kg/m³ i wartość współczynnika przewodzenia ciepła l ok. 0,53 W/(m·K).

Oznacza to, że typowa dla muru pruskiego ściana z takiego materiału gr. 14 cm z dwustronnym tynkiem gr. 2 cm osiąga wartość tylko U = 2,1 W/(m²·K). Aby przestrzeń między drewnianymi elementami konstrukcji szkieletowej uzyskała wartość U na poziomie 0,5 W/(m²·K), musiałaby mieć gr. ok. 95 cm. Przykład ten pokazuje, że przy użyciu takiego materiału mury pruskie o typowej grubości nie mogą stanowić wystarczającej izolacji.

W ostatnich latach zbudowano dużo budynków mieszkalnych z lekkiej gliny ze słomą gr. 30 cm. Kontrole wykazały, że oczekiwana niska gęstość ścian z gliny, wynosząca ok. 300-400 kg/m³, praktycznie nie została uzyskana. Powodem były trzy czynniki:

• słoma w sprasowanych belach zawiera za mało pustych przestrzeni;
• przez zatopienie w masie staje się miękka i zgnieciona, co powoduje, że cała masa już w fazie przygotowania i składowania zostaje stosunkowo mocno zagęszczona;
• na skutek wkładania i wciskania mieszanki do deskowania następuje kolejne zagęszczanie.

Aby uzyskać wartość współczynnika U równą 0,25 W/(m²·K), należy gęstość gliny lekkiej ze słomą zmniejszyć do 300 kg/m³. Według badań FEB najlżejsza mieszanka wykonana z prasowanej sieczki o długości zalecanej 10–15 cm waży ok. 500 kg i zawiera 12% (wagowo) słomy.

Taka mieszanka sprężynuje już w czasie wkładania do formy, a po wyschnięciu nie wykazuje wystarczającej wytrzymałości, aby np. zamocować w ścianie kołek albo utrzymać warstwę tynku. Dopiero przy gęstości 700 kg/m³ ściana osiąga wytrzymałość możliwą do przyjęcia.

Grubość takiej ściany, aby zapewnić wymóg U = 0,25 W/(m²·K), wynosi ponad 70 cm i jest za duża z uwagi na okres schnięcia, a tym samym niebezpieczeństwo zbutwienia wilgotnej słomy w deskowaniu. Wymienione wady można wyeliminować, jeżeli zamiast słomy zastosuje się dodatki mineralne.

Glina lekka z dodatkami mineralnymi

Alternatywą dla gliny lekkiej ze słomą jest glina z dodatkiem porowatych środków mineralnych. Takie połączenie daje skurcz schnięcia 0% i tym samym jest jedynym materiałem z gliny, który się nie kurczy. Ponadto, w odróżnieniu od mieszanki ze słomą, zapewnia dużą wytrzymałość ściany oraz (co jest równie ważne) podczas wyrabiania masy nie ma ryzyka tworzenia się pleśni i butwienia.

Glina w takim połączeniu jest odporna dwu-, trzykrotnie na przenikanie pary wodnej i tym samym znacznie trudniejsze jest powstawanie wody kondensacyjnej. Ponadto mieszankę można wykonać tak, by dała się transportować pompą prosto w deskowanie (podobnie jak beton), co skraca znacznie czas pracy. Skład mieszaniny zależy od oczekiwanej wytrzymałości elementów oraz od wymaganej izolacyjności.

Dodatkami gliny lekkiej może być:

• keramzyt,
• szkło porowate,
• lawa porowata,
• perlit porowaty.

Keramzyt

Gęstość nasypowa keramzytu to ok. 300 kg/m³. Produkowany jest on w formie kulek lub kawałków o nieregularnym kształcie. Jest bezzapachowy, odporny na działanie kwasów organicznych i nieorganicznych.

Porowatość powstaje dzięki szybkiemu działaniu wysokiej temperatury, przy której wyparowuje woda krystalizacyjna. Powierzchnia lekko się stapia i tworzy spieczoną powłokę. Następnie powstają zamknięte pory i duża wytrzymałość na ściskanie. Keramzyt jest niepalny, ma strukturę niekapilarną, jest odporny na wilgoć i mróz. Wchłaniania wodę w 11–12%.

Szkło porowate

Charakteryzuje się gęstością nasypową ok. 19 kg/m³, dlatego też zapewnia lepsze działanie izolacyjne. Ścianie z gliny lekkiej z keramzytem o gęstości 800 kg/m³ odpowiada wytrzymałość powierzchni ściany z dodatkiem szkła porowatego o gęstości ok. 500 kg/m³. Ściana z gliny lekkiej z dodatkiem szkła porowatego jest więc cieńsza przy takiej samej izolacyjności.

Lawa porowata

Jest naturalnym, porowatym kamieniem i produktem wulkanicznym. Gęstość nasypowa wynosi 500-750 kg/m³, zależnie od występowania i wielkości ziarna.

Perlit porowat

Materiał ten powstaje ze skały wulkanicznej. Wydobywa się go przede wszystkim na greckiej wyspie Milos oraz na Węgrzech. Zawiera 3–6% wody związanej chemicznie. W urządzeniu do produkcji perlitu porowatego skała podgrzewana jest do 1000°C.

Zawarta w niej woda wyparowuje, a rozdrobniony, surowy perlit spienia się i zwiększa objętość 15- do 20-krotnie. Gęstość nasypowa najlżejszego perlitu porowatego wynosi ok. 60 kg/m³, a wartość współczynnika przewodzenia ciepła l równą 0,045 W/(m·K).

Unowocześniona metoda budowania ściany z gliny lekkiej

W ostatnich latach powstał nowatorski system budowy z gliny za pomocą modułów gliniano-słomianych (FOT. 1-4). Technika ta polega na skonstruowaniu gotowych modułów, które następnie można składać w dowolne kształty [5].

Każdy z elementów składa się z zewnętrznej drewnianej ramy podzielonej wewnątrz listwami drewnianym, tworzącymi drewniany szkielet. W każdą przestrzeń tak podzielonej konstrukcji wciska się kostkę słomy. Po wypełnieniu całego modułu słomą, powleka się go pierwszą warstwą gliny.

Moduły mają zwykle wymiary 2,5×2,5×0,28 m. Tak przygotowane elementy składa się na miejscu budowy w odpowiedni kształt budynku.W TABELACH 2-3 podano parametry techniczne modułu słomiano-drewnianego według DIN 4108-6/4701-10 [6] w odniesieniu do budynków mieszkalnych.

Zaletą tej konstrukcji jest możliwość przygotowania elementów z wyprzedzeniem. Gotowe komponenty można w ciągu jednego dnia złożyć i zabezpieczyć przed deszczem, co eliminuje ryzyko zawilgocenia słomy.

Moduły drewniano-słomiane można z powodzeniem stosować w budynkach mieszkalnych, pomieszczeniach gospodarczych, warsztatach, stodołach, salach czy świetlicach wiejskich. Można z nich tworzyć tradycyjne, parterowe lub piętrowe budynki w nowoczesnej formie.

System budowania z modułów drewniano-słomianych nie ogranicza możliwości architektonicznych, jakie daje budownictwo z kostki słomianej. Budowanie z kostek słomianych z gliną najczęściej kojarzymy ze ścianą, bez względu na to, w jakiej technologii została ona wykonana.

Opracowany system pozwala na wykorzystanie sprasowanej kostki słomianej również do konstrukcji dachów oraz podłóg. Moduły drewniano-słomiane położone płasko jeden obok drugiego utworzą podłogę, a odpowiednio przycięte mogą złożyć się w spadzisty dach.

Podsumowanie

W budownictwie coraz częściej wykorzystuje się materiały naturalne. W grupach i ośrodkach zajmujących się budownictwem przyjaznym środowisku samodzielne budowanie z takich surowców odgrywa bardzo ważną rolę. Coraz częściej także inwestorzy przywiązują wagę do energooszczędnego i taniego budownictwa oraz zrównoważonego klimatu wnętrz.

Wyniki badań naukowych przeprowadzone m.in. w Laboratorium Budownictwa Eksperymentalnego Uniwersytetu w Kassel (FEB) czy we francuskim ośrodku Craterre potwierdziły wcześniejsze obserwacje: glina może w znacznie większej mierze poprawić klimat wnętrza mieszkania niż inne materiały tradycyjne.

Budynki zaprojektowane w technologii z gliny mogą konkurować z innymi technologiami, pozwalają bowiem wybudować budynek prosto, tanio, energooszczędnie i ekologicznie. Dodatkowo, glina ma walory zdrowotne i estetyczne, pozwala na autonomię w budowaniu, a także zmniejsza uzależnienie budownictwa od procesów energochłonnych i paliw nieodnawialnych.

Szybko znikające zasoby naturalne naszej planety, ich ciągle rosnące ceny oraz konieczność oszczędzania energii przy budowie i w trakcie eksploatacji domu zmuszają zaś powoli do zrewidowania konwencjonalnego podejścia do budownictwa i zmiany poglądów w tym zakresie.

Literatura

1. D. Kupiec-Hyła, M. Hyła, "Domy z lekkiej gliny", Zarząd Zespołu Jurajskich Parków Krajobrazowych w Krakowie, Kraków 1994.
2. G. Minke, "Handbuch Lehmbau: Baustoffkunde, Techniken, Lehmarchitektur", Ökobuch Verlag 2009.
3. DIN 18951, "Lehmbauten Vorschriften für die Ausführung eingeführt".
4. BN-62/6738–02, "Budownictwo z gliny. Masy gliniane".
5. Strona WWW: http://biobudownictwo.org/.
6. DIN 4108-6, "Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. Teil 6: Berechnung des Jahre sheizwärme- und des Jahresheizenergiebe darfs".
7. DIN 12524:2000, "Baustoffe und-produkte. Wärme- und feuchteschutztechnische Eigenschaften. Tabellierte Bemessungswerte".
8. BN-62/6738–01, "Masy cementowo-gliniane z wypełniaczami".
9. BN-62/8841–04, "Budownictwo z gliny. Ściany z gliny ubijanej. Warunki techniczne wykonania i odbioru".
10. DIN 4108-2:2013-02, "Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz".11. Strona WWW: http://www.drewnozamiastbenzyny.pl/strawbale­‑czyli-domy-z-gliny-i-slomy/.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!