Elementy konstrukcyjne z ceramiki budowlanej

Elementy ceramiczne powstają w wyniku wypalania mieszanki złożonej z naturalnych składników, w której dominującą role odbywa glina, a pozostałe składniki to m.in. ił, łupek ilasty czy kaolin. Obecnie ich proces produkcji odbywa się w sposób zautomatyzowany [1]. W oparciu o właściwe dozowanie składników i kontrolę wilgotności uzyskuje się masy o różnej konsystencji. Poprzez odpowiednie formowanie, suszenie, a następnie nawet kilkukrotne wypalanie w temperaturze dochodzącej do 1000-1450°C uzyskuje się produkty o bardzo zróżnicowanych właściwościach i zastosowaniach.

Dostępne na rynku budowlanym elementy ceramiczne można ze względu na zastosowanie podzielić na [2]:

• konstrukcyjne: cegły, pustaki, dachówki, rurki, kształtki nadprożowe i kanalizacyjne,
• wykończeniowe i dekoracyjne: płytki ceramiczne,
• wyroby sanitarne - umywalki, pisuary, miski ustępowe.

Rozpatrując elementy do wznoszenia murów, możemy wyróżnić:

• cegły pełne,
• cegły dziurawki,
• pustaki tradycyjne,
• pustaki poryzowane,
• pustaki szlifowane,
• pustaki akustyczne.

Ceramiczne elementy murowe stosowane są do wznoszenia ścian nośnych i nienośnych wewnętrznych i zewnętrznych, a także działowych. Przez lata na polskim rynku budowlanym elementy ceramiczne występowały w dużej liczbie odmian, ale miały znormalizowane wymiary. Producenci w swojej ofercie mieli także systemowe elementy stropowe. Obecna norma pozwala na produkcję elementów o zróżnicowanych wymiarach, a w ofertach znajdują się elementy wyrównujące, dostosowane do systemowych modułów.

Według normy PN-EN 771-1 [3] w punkcie 3.2 ceramiczne elementy murowe to: ceramiczne wyroby budowlane produkowane z gliny lub innych surowców ilastych z dodatkiem piasku lub bez dodatku piasku, wypalane, z zastosowaniem paliwa lub innych dodatków palnych, w wystarczająco wysokiej temperaturze, w celu uzyskania wiązania ceramicznego.

Norma [3] zawiera podział na elementy P i U, dla których zróżnicowano wymagania w kontekście zabezpieczenia przed czynnikami zewnętrznymi.

• Element P to element murowy ceramiczny o małej gęstości brutto w stanie suchym do stosowania w murze zabezpieczonym.
• Element U to element murowy ceramiczny do murów niezabezpieczonych, a także element murowy ceramiczny o dużej gęstości brutto w stanie suchym do stosowania w murach zabezpieczonych.

Mur zabezpieczony oznacza mur zabezpieczony przed penetracją wody. W przypadku murów zewnętrznych zabezpieczenie przed penetracją wody może być realizowane poprzez warstwę odpowiedniego tynku lub okładziny. Mur traktuje się także jako zabezpieczony, jeśli stanowi warstwę wewnętrzną ściany wielowarstwowej lub znajduje się wewnątrz obiektu.

Mur niezabezpieczony to mur, który może być narażony na działanie deszczu, zamrażanie i odmrażanie, może mieć kontakt z ziemią lub wodą gruntowa bez odpowiedniego zabezpieczenia. W innych przypadkach mur należy traktować jako mur niezabezpieczony. Może to być mur całkowicie niezabezpieczony lub zabezpieczony w ograniczonym zakresie np. poprzez cienką warstwę tynku.

Z punktu widzenia projektanta konstrukcji ważny jest podział elementów murowych ze względu na wielkość i kierunek drążenia otworów, a więc podział na grupy zgodnie z [4], a także możliwe zastosowanie.

Cegły ceramiczne

Cegły ceramiczne stanowią to najstarsze i najpowszechniejsze elementy murowe stosowane w budownictwie. Mimo ciągłego rozwoju technologii wznoszenia obiektów budowlanych z innych formatów elementów murowych, to w pewnych zastosowaniach nadal jest stosowanym rozwiązaniem. W ostatnim czasie nastąpił powrót do czerwonej wypalanej cegły jako świetny akcent dekoratorski wnętrz i elewacji budynków. Na duży popyt na cegłę ma również wpływ moda na rewitalizację starych obiektów.

Wymiary cegieł w zależności od kraju, gdzie były produkowane, różniły się wymiarami. Dotychczas w Polsce standardowa cegła pełna budowlana o tradycyjnych wymiarach miała długość, szerokość i wysokość wynoszącą odpowiednio 250×120×65 mm. Cegły produkowane są w systemach wymiarowych:

• tradycyjnym (250 mm + 10 mm spoiny),
• modularnym (100 mm + 10 mm spoiny) oraz
• mieszanym.

Obecnie można spotkać cegły budowlane pełne o wymiarach np. 250×120×60 mm [5].

Z cegieł wykonuje się wszystkie rodzaje murów: ściany nośne wewnętrzne i zewnętrzne, a także działowe.

Ogólne parametry cegieł ceramicznych:

• średnie gęstości: 1700 kg/m³,
• wymiary:
  - szerokość: 110 do 120 mm,
  - wysokość: 60 do 70 mm,
  - długość: 240 do 250 mm,
• kategoria cegły ze względu na tolerancje wymiarowe: T1 i T2,

gdzie:

• T1: ± 0,40 mm lub 3 mm, przyjmuje się tę wartość, która jest większa,
• T2: ± 0,25  mm lub 2 mm, przyjmuje się tę wartość, która jest większa.

Najpowszechniej w ofercie cegielni znajduje się cegła pełna, cegła licówka, cegła kratówka K-1, K-2 i K-3 oraz cegła DZ. Cegły muruje się na zaprawę zwykłą.

Największą różnorodnością charakteryzują się cegły licowe i cegły klinkierowe. Cegły licowe w stosunku do cegieł budowlanych charakteryzują się identycznymi, a nawet lepszymi parametrami technicznymi i mogą śmiało być wykorzystywane do wznoszenia ścian nośnych. Jednak ich głównym zastosowaniem jest wykonywanie zewnętrznej warstwy muru oblicowanego, zewnętrznego licowego muru w ścianach szczelinowych, obiektów małej architektury, detali architektonicznych murowych.

Szczególną cechą cegieł elewacyjnych jest obniżona zawartość margli oraz mniejsza nasiąkliwość. W związku z tym zgodnie z normą [3] elementy te mogą być stosowane do murów niezabezpieczonych. Producenci oferują bardzo szeroką gamę licowych elementów murowych zróżnicowaną pod względem wymiarów, kolorów lub faktury powierzchni licowej (gładka, ręcznie formowana, ryflowana, strukturyzowane, pokryte angobą).

Bardzo często zamiast cegły licowej i cegły zwykłej stosuje się cegły klinkierowe licowe i zwykłe, charakteryzujące się najlepszą wśród cegieł odpornością na czynniki atmosferyczne i największą wytrzymałością. Dlatego mogą być stosowane do murowania ścian nośnych budynków wielokondygnacyjnych, ścian podziemnych w gruncie agresywnym chemicznie, obiektów inżynierii wodnej, ścian w pomieszczeniach silnie zawilgoconych, narażonych na działanie środowiska agresywnego chemicznie i biologicznie.

Cegły klinkierowe mają różne powierzchnie licowe i występują w różnych formatach. Dostępne są np. cegły klinkierowe (FOT. 1), które mają powierzchnie nieregularne, delikatnie zadrapane, ręcznie formowane. Ich powierzchnia może być glazurowana lub nie.

Tego typu wyroby charakteryzują się mrozoodpornością, nasiąkliwością do 6% i wytrzymałością na ściskanie do 35 N/mm2. Są też cegły o bardzo długich formatach (FOT. 2), przypominające podłużne, wąskie belki. Nietypowy rozmiar pozwala na swobodne manipulowanie materiałem i zaprojektowanie ciekawej faktury na elewacji.

Pustaki ścienne

Pustaki tradycyjne różnią się od cegieł:

• wymiarami (są większe od cegieł podwójnych, potrójnych i modularnych),
• mają mniejszą gęstość brutto w stanie suchym, a udział drążeń stanowi od 25% do 70% objętości.

Wśród pustaków ceramicznych na rynku budowlanym istnieje kilka ich nazw handlowych charakteryzujących system ścian. Zazwyczaj w nazwie handlowej elementów murowych podawana jest grubość ściany, co zgodnie z normą [3] oznacza szerokość elementu murowego (FOT. 3-4).

Pustaki ceramiczne przeznaczone są głównie do wykonywania ścian wewnętrznych oraz ocieplonych ścian zewnętrznych. Pustaki mogą być murowane z wypełnionymi spoinami czołowymi lub bez wypełnienia, jeśli powierzchnie czołowe mają profilowane na pióra i wpusty. Występują w klasie wytrzymałości od 5 do 20.

Poniżej przedstawiono najpopularniejsze pustaki, a w TABELI 1 zestawiono ich parametry.

Ogólne parametry pustaków ceramicznych:

• średnie gęstości: od 650 do 900 kg/m³
• wymiary:
  - szerokość: 250 do 300 mm,
  - wysokość: 220 do 238 mm,
  - długość: 188 do 375 mm,
• kategoria pustaka ze względu na tolerancje wymiarowe: T1 i T2.

Pustaki poryzowane

Pustaki poryzowane uzyskuje się poprzez wypalanie gliny z dodatkiem mączki drzewnej, trocin lub celulozy, które wypalają się i pozostawiają puste zamknięte pory. Dzięki temu elementy te charakteryzują się lepszą od zwykłych pustaków izolacyjnością cieplną, a także regulują poziom wilgotności w pomieszczeniach. Wymiary pustaków poryzowanych są podobne lub większe od wymiarów pustaków tradycyjnych.

Pustaki poryzowane stosowane są do wznoszenia ścian konstrukcyjnych zewnętrznych z ociepleniem i bez ocieplenia, ale także do ścian wewnętrznych i działowych. Grubości ścian wykonanych z pustaków ceramicznych poryzowanych zaczynają się od 115 mm i osiągają grubości nawet 500 mm. Najczęściej spotykane grubości ścian to: 115, 188, 250, 300, 380, 440, 498 i 500 mm.

Pustaki muruje się na zwykłe zaprawy, zaprawy do cienkich spoin oraz na klej poliuretanowy w postaci piany. W elementach stosowanych do murów o grubości 300 mm i większej długość elementu murowego jest zazwyczaj mniejsza od jego szerokości. Widok i parametry przykładowych pustaków przedstawiono na FOT. 5-7 i w TABELI 2.

Ogólne parametry pustaków ceramicznych poryzowanych:

• średnie gęstości: 650, 800 kg/m3,
• wymiary:
  - szerokość: 115 do 500 mm,
  - wysokość: 220 do 249 mm,
  - długość: 248 do 498 mm,

• kategoria bloczka ze względu na tolerancje wymiarowe: T1 i T2.

Dostępne na rynku są także pustaki pozwalające na wykonanie ścian zewnętrznych nośnych bez dodatkowej warstwy izolacji cieplnej. Poprzez zwiększenie ilości porów w spieku do 50%, zmniejszenie grubości ścianek, specjalny układ drążeń oraz łączenie elementów na pióro i wpust uzyskano korzystny współczynnik przenikania ciepła U. Ściany bez dodatkowego ocieplenia mają zwykle grubość nie mniejszą niż 440 mm.

Wraz z każdą nowelizacją rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [10] zaostrzone zostają dopuszczalne współczynniki przenikania ciepła dla przegród budowlanych. Od 2021 r. dopuszczalna wartość współczynnika przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych będzie wynosiła U_c(max) = 0,20 W/(m2·K). Już obecnie proponowane przez producentów elementy ceramiczne do wykonywania ścian jednowarstwowych spełniają z naddatkiem te ostre wymagania.

Wpływ na możliwość uzyskania tak dobrych parametrów termoizolacyjnych ma kilka czynników. Ciągły rozwój elementów murowych, zapraw, a także procesu wznoszenia ścian. W przypadku wyrobów z ceramiki jest to możliwe poprzez zwiększenie wymiarów elementów murowych, modyfikację układu drążeń oraz redukcję gęstości czerepu ceramicznego osiągnięto polepszenie parametrów termicznych przy zachowaniu właściwości wytrzymałościowych.

Zastosowanie nowoczesnych zapraw, zwiększenie dokładności wykonania elementów murowych pozwoliło na skrócenie czasu prac murarskich, zmniejszenie ilości spoin przez co i zmniejszenie zużycia zaprawy oraz miejsc występowania potencjalnych mostków termicznych. Poprzez dodatkowy proces szlifowania pustaków osiągnięto dokładność wymiaru wysokości elementów na poziomie ± 0,3 mm, co pozwala na stosowanie zaprawy do cienkich spoin lub kleju poliuretanowego.

Niewątpliwie do najnowszych rozwiązań wśród ceramicznych pustaków poryzowanych należą produkty z wypełnieniem z wełny mineralnej, styropianu, perlitu. Elementy te pozwalają na wykonanie zewnętrznych jednowarstwowych ścian bez ocieplenia, chociaż sam element murowy nie jest de facto jednowarstwowy, lecz jest kompozytem złożonym z ceramiki i materiału termoizolacyjnego. Takie rozwiązanie upraszcza i przyspiesza wznoszenie ścian przy zachowaniu dobrych właściwości termoizolacyjnych i akustycznych przegrody.

Osadzona wełna mineralna nadal pozwala na swobodne docinanie i formowanie pustaków do żądanego kształtu. Ściany wykonuje się przy zastosowaniu zapraw cienkowarstwowych. Pustaki mogą być stosowane do ścian zewnętrznych, wewnętrznych oraz działowych, w obiektach budowlanych, domach energooszczędnych i pasywnych. Parametry przykładowych pustaków przedstawiono w TABELI 3.

Na rynku niemieckim dostępne są elementy murowe ceramiczne wypełnione perlitem (FOT. 8). Do wypełnienia przestrzeni między drążeniami stosuje się także styropian (FOT. 9).

Pustaki ceramiczne z wełną mineralną są ekologiczne, powstają z naturalnych surowców. Jednak problemem może być recykling takich pustaków i proces odseparowania dwóch różnych materiałów. W przypadku ociepleń stropodachów i strychów wykonywanych z wełny mineralnej występuję problem zbijania się wełny i częściowa utrata właściwości izolacyjnych. Ze względu na dość krótki czas stosowania trudno określić zachowanie tych produktów w przyszłości.

Elementy murowe akustyczne

Kolejna grupę elementów murowych o specyficznych właściwościach tworzą pustaki o podwyższonych parametrach izolacyjności akustycznej. Wysokie wymagania izolacyjności akustycznej stawiane są przegrodom w budownictwie użyteczności publicznej oraz budownictwie wielorodzinnym (FOT. 10-11).

Szczególną uwagę należy zwrócić na poziom izolacyjności akustycznej ścian międzylokalowych w budownictwie wielorodzinnym (R’_1A nie mniejsze niż 50 dB), a także ścian wewnątrz mieszkań oddzielających np. sypialnię od łazienki z pralką (R’_1A nie mniejsze niż 35 dB).

Jeszcze ostrzejsze wymagania stawiane są dla ścian budynków w zabudowie szeregowej i bliźniaczej.

Wraz ze wzrostem wymagań akustycznych wzrosły także wymagania izolacyjności cieplnej dla ścian wewnętrznych pomiędzy pomieszczeniami ogrzewanymi oraz klatkami schodowymi i korytarzami, dla których izolacyjność cieplna nie powinna przekraczać poziomu U_max = 1,0 W/(m2·K). Ceramiczne, akustyczne elementy murowe w znakomity sposób spełniają oba te wymagania, pod warunkiem wypełnienia drążeń odpowiednią mieszanką betonową, co czyni je pustakami szalunkowymi.

W TABELI 4 przedstawiono wybrane parametry ceramicznych pustaków ceramicznych.

Ogólne parametry pustaków ceramiczny akustycznych:

• średnie gęstości: 870, 1170 oraz 1100 kg/m3
• wymiary:
  - szerokość: 250 mm,
  - wysokość: 220 do 238 mm,
  - długość: 250 do 375 mm,
• kategoria pustaka ze względu na tolerancje wymiarowe: T1 i T2.

Elementy murowe do ścian działowych

Praktycznie wszystkie prezentowane powyżej elementy mogą służyć do wykonywania ścian działowych. Jednak ich znaczny ciężar oraz szerokość (grubość ściany) sprawiają, że bardziej ekonomiczne staje się stosowanie przeznaczonych do tego specjalnych elementów (FOT. 12-13).

Najstarsze rozwiązania opierały się na cegłach pełnych, dziurawkach, kratówkach, co pozwalało na wykonanie ścian o grubości od 65 mm do 120 mm. Cegła dziurawka posiada poziome drożenia. Mogą to być dwa lub trzy drążenia wzdłuż wozówki albo pięć lub sześć drążeń wzdłuż główki.

Obecnie do wykonywania ścian działowych stosuje się pionowo drążone pustaki o większej długości i wysokości w stosunku do cegieł, pozwalające na wykonanie muru o grubości 80 mm lub 115 mm. Pustaki te są także stosowane do wykonywania ścian osłonowych i zewnętrznych warstw murów trójwarstwowych oraz jako elementy uzupełniające w ścianach nośnych lub osłony żelbetowych wieńców.

Parametry przykładowych pustaków zestawiono w TABELI 5.

Literatura

1. M. Jaroszewicz, J. Klimm, "Zaawansowane technologie i nowoczesne wyroby ceramiki budowlanej", "Materiały ceramiczne" 1(67)/2015, s. 95-100.
2. Praca zbiorowe pod red. W. Grabowski, "Budownictwo ogólne", t. 1, Arkady, Warszawa 2010.
3. PN-EN 771-1+A1:2015-10, "Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 1: Elementy murowe ceramiczne".
4. PN-EN 1996-1-1+A1:2013 Eurokod 6, "Projektowanie konstrukcji murowych. Część 1–1. Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych".
5. Strona internetowa: www.cegielnialaka.pl
6. Materiały reklamowe firmy Wienerberger.
7. Materiały reklamowe firmy Leier.
8. Materiały reklamowe firmy Owczary.
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (DzU Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).
10. Strona internetowa: www.wienerberger.de
11. Strona internetowa: www. heluz.pl
12. Materiały reklamowe firmy Ytong-Silka.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!