WYKŁAD - CERAMIKA BUDOWLANA

Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska

Ceramika budowlana, wyroby ceramiczne wykorzystywane w budownictwie, wypalane z mieszanki, której główny składnik stanowi glina. Rozróżnia się ceramikę budowlaną o czerepach porowatym (temperatura wypalania 800-900°C, porowatość 5-20%) i spieczonym (temperatura wypalania powyżej 1100°C, porowatość poniżej 5%). Ze względu na przeznaczenie ceramikę budowlaną dzieli się na konstrukcyjną (cegły, pustaki, dachówki, rury, kształtki kanalizacyjne itp.), wykończeniową i dekoracyjną (płytki ścienne i posadzkowe) oraz sanitarną (m.in. umywalki, miski ustępowe, pisuary).

W grupie ceramiki porowatej wyróżnia się tzw. ceramikę poryzowaną
Ten typ wyrobów ma właściwości mechaniczne porównywalne do tradycyjnej cegły, ale jednocześnie lepszą izolacyjność cieplną i akustyczną. Mankamentem jest jednak większa kruchość i nasiąkliwość. Przed włożeniem do pieca glinę ceramiczną miesza się z łatwopalnymi, ulegającymi samozapłonowi i utlenieniu składnikami (na przykład mączką drzewną, trocinami, granulkami polistyrenu) i wstępnie suszy. W wysokiej temperaturze materiał ulega spaleniu, a wydzielające się gazy poryzują ceramikę. W rezultacie otrzymuje się wyrób o bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych. Przestrzeń, którą wypełniają mikropęcherzyki może zajmować nawet do 30% ogólnej objętości wyrobu. Poryzowana ceramika charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną na ściskanie (minimum 10 MPa) i względnie niską wagą a więc niską gęstością objętościową, przy tym materiał ten ma doskonałe własności dyfuzyjne, gwarantujące dobrą paroprzepuszczalność. Inne jego zalety to: trwałość i wytrzymałość, oszczędność w zużyciu zapraw i klejów na spojenia, doskonała izolacyjność cieplna i akustyczna, niepalność, duża wytrzymałość na ściskanie, odporność na działanie mrozu i deszczu, ekonomiczność, ekologiczność, jednorodność sposobu budowy od piwnicy aż po dach, nieskomplikowane prowadzenie prac murarskich, zachowujące estetykę montażu.

Surowce do wytwarzania wyrobów ceramicznych pochodzą z dwu zasadniczych grup:

1. surowce plastyczne - różnego rodzaju gliny, iły, iłołupki, lessy, itp., skały osadowe;

2. surowce nieplastyczne - inaczej schudzające, do których należą: piasek kwarcowy, mielony gruz ceglany, odpady paleniskowe oraz topniki tj. skaleń, pegmatyt, itp., zadaniem których jest obniżenie temperatury spiekania masy.

Podczas wypalania w surowcu zachodzą zmiany fizykochemiczne, w wyniku których powstaje tworzywo ceramiczne trwałe mechanicznie oraz odporne na działanie wody a także substancji chemicznych.

Charakterystyka surowców ceramicznych

Surowce plastyczne - są produktem wietrzenia skał; głównymi składnikami mineralnymi surowców plastycznych są minerały ilaste (nadające im właściwości plastyczne). Podział tych surowców dokonuje się stosując jako kryterium:

• pochodzenie surowca - wyróżniamy tu kaoliny, iły, łupki ilaste, itp., surowce powstałe w różnych okresach geologicznych lub w odmiennych warunkach

• skład chemiczny - pozwala wyróżnić surowce monomineralne i polimineralne.

Można także podzielić surowce uwzględniając właściwości fizyko-technologiczne, warunkujące zachowanie się surowców w obecności wody oraz w czasie wypalania. Tego rodzaju właściwości posiadają wpływ na przydatność ich do celów produkcyjnych.

Plastyczność glin - jest to zdolność wilgotnej gliny do zmiany kształtu pod działaniem siły zewnętrznej bez powstawania pęknięć

Skurcz suszenia i wypalania - uformowana wilgotna kształtka ceramiczna podczas suszenia a następnie wypalania zmniejsza swoje wymiary. Skurcz suszenia zachodzi w związku z odparowywaniem wody z wilgotnej gliny. Największy skurcz wykazują gliny bardzo plastyczne, do których dodaje się najwięcej wody zarobowej, aby uzyskać odpowiednią plastyczność. Skurcz suszenia w zależności od plastyczności glin wynosi od 5% do 12%. Skurcz ogniowy, który ma miejsce przy wypalaniu wyrobów a związany jest ze zbliżaniem do siebie cząstek surowca, wynosi 5% do 9%.

Temperatura topnienia - zależnie od temperatury topnienia gliny ceramiczne dzieli się na:

• ogniotrwałe - o temp. topnienia powyżej 1850 K

• trudno topliwe - o temp. topnienia 1620 - 1850 K

• łatwo topliwe o temp. topnienia poniżej 1620 K

Ważną cechą charakteryzującą gliny, mającą istotne znaczenie technologiczne jest różnica pomiędzy temperaturą spiekania a temperaturą topnienia. Im szerszy jest ten przedział temperaturowy, tym łatwiejszy staje się proces wypalania wyrobów. Ze względów technologicznych przedział ten nie powinien być węższy niż 50⁰C.

Składniki szkodliwe glin - w surowcach plastycznych mogą występować szkodliwe, niekorzystnie działające na jakość wyrobów składniki. Są to związki chemiczne, które w wyniku zachodzenia określonych przemian przyczyniają się do niszczenia wyrobów ceramicznych, pogorszenia wyglądu, itp. Najczęściej są to margle (CaCO₃), siarczany rozpuszczalne w wodzie oraz siarczki.

1. Margiel - to węglan wapniowy, który może występować w postaci mniej lub bardziej rozproszonych cząstek, ziarn i okruchów. Podczas wypalania przechodzi w CaO - tlenek wapniowy czyli wapno palone. Przy dostępie wody uwadnia się, przechodząc w wodorotlenek wapniowy Ca(OH)₂ o zwiększonej objętości, powodując odpryski i inne podobne uszkodzenia. Działa szkodliwie jeżeli średnica ziarna przekracza 2 mm.

2. Siarczany rozpuszczalne w wodzie - są to siarczany sodu Na₂SO₄ i magnezu MgSO₄. Z uwagi na krystalizację z przyłączeniem wody zwiększają swoją objętość co wyzwala siły rozsadzające, niszczące wyroby.

3. Siarczki - piryt - z uwagi na zawartość siarki stanowią źródło powstawania soli szkodliwych, rozpuszczalnych w wodzie

Właściwości elementów murowych ceramicznych zgodnie z PN-EN 771-1 Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 1: Elementy murowe ceramiczne

Niniejsza norma dotyczy cegieł i pustaków, przeznaczonych do wykonywania murów, przenoszących obciążenia i nie przenoszących obciążeń, tynkowanych, łącznie z wewnętrznymi okładzinami i ścianami działowymi w budownictwie ogólnym, lądowym i wodnym.

Zgodnie z PN-EN 771-1 wyroby ceramiczne podzielono na dwie grupy:

1. elementy LD - tj. elementy o gęstości brutto (objętościowej) w stanie suchym ≤ 1000 kg/m³, przeznaczone do stosowania w murach tynkowanych lub w inny sposób zabezpieczonych przed penetracją wody lub w murach wewnętrznych i warstwy wewnętrzne ścian

2. elementy HD - a) wszystkie elementy przeznaczone do stosowania w murach niezabezpieczonych, b) elementy o gęstości brutto (objętościowej) w stanie suchym > 1000 kg/m³ przeznaczone do stosowania w murach zabezpieczonych.

Elementy murowe ceramiczne mogą być klasyfikowane zgodnie znormalizowanymi klasami wytrzymałości na ściskanie podanych w tabeli 1.

Tabela 1.

Klasy wytrzymałości na ściskanie	Znormalizowana wytrzymałość na ściskanie w N/mm^2 (MPa) nie mniejsza niż
5	5,0
7,5	7,5
10	10,0
15	15,0
20	20,0
25	25,0
30	30,0
35	35,0
40	40,0
45	45,0
50	50,0
60	60,0
75	75,0

Norma dotyczy zarówno wyrobów prostopadłościennych, jak i o całkowicie nieprostokątnym i nierównoległościennym kształcie. Nie określa ona żadnych standardowych wymiarów elementów, ani tez kątów pochylenia powierzchni elementów kształtowanych specjalnie.

Norma PN-EN 771-1 nie dotyczy elementów ceramicznych drogowych (brukowych), elementów przewodów kominowych, elementów o wysokości kondygnacji, elementów z wbudowanym materiałem termoizolacyjnym oraz elementów ceramicznych do pokryć dachowych.

Wybrane terminy i definicje

• wymienione poprzednio elementy LD i HD

• elementy murowe kategorii I - elementy o wytrzymałości na ściskanie deklarowanej z prawdopodobieństwem, że wystąpienie wytrzymałości mniejszej jest nie większe niż 5%

• elementy murowe kategorii II - elementy, dla których nie przewiduje się poziomu ufności przewidzianego dla wyrobów kategorii I

• mur zabezpieczony (przed penetracją wody lub wewnętrzny)

• znormalizowana wytrzymałość na ściskanie - wytrzymałość przeliczona na wytrzymałość na ściskanie ekwiwalentnego elementu murowego o szerokości 100 mm i wysokości 100 mm

• elementy murowe odporne na przenikanie wilgoci

• elementy murowe narażone na działanie warunków surowych

• elementy murowe narażone na działanie warunków umiarkowanych

• elementy murowe narażone na działanie warunków obojętnych

• drążenia pionowe, poziome - wszystkie otwory przelotowe, nie tylko przewidziane do zapełnienia zaprawą

• wnęki, zagłębienia, wgłębienia

• wymiary i powierzchnie

• wymiar nominalny - wymiar elementu murowego określany w celu wytworzenia elementu, którego wymiar rzeczywisty zawiera się w granicach dopuszczalnych odchyłek wymiarów

• wymiar koordynacyjny - wymiar wynikający z koordynacji wymiarowej, któremu odpowiada wymiar elementu murowego łącznie z naddatkami na spoiny (złącza) z uwzględnieniem odchyłek wymiarów

• objętość brutto - objętość elementu obliczona na podstawie długości, szerokości i wysokości pomniejszona o objętość otworów, drążeń, wgłębień lub wcięć przeznaczonych do wypełnienia zaprawą

• objętość netto - objętość brutto elementu pomniejszona o objętość wszelkich otworów lub drążeń nie przeznaczonych do wypełnienia zaprawą

Wymagania dotyczące elementów

Producent decyduje czy element spełnia wymagania dotyczące elementów LD, czy HD, ponieważ od tego zróżnicowano większość wymagań.

1. Wymiary i odchyłki

1. producent deklaruje wymiary elementu w milimetrach, w następującej kolejności: długość, szerokość, wysokość. Jako wymiary nominalne mogą być dodatkowo podane wymiary koordynacyjne. Wymiary powinny się odnosić do usytuowania elementów w murze

2. producent deklaruje kategorię odchyłek wymiarowych. Przewidziano następujące kategorie odchyłek

• dla elementów LD - T1; T1+; T2; T2+ lub Tm

• dla elementów HD - T1; T2; lub Tm

3. rozpiętość wymiarów (każdego podanego wymiaru) jako różnica między największymi a najmniejszymi określonymi wymiarami poszczególnych elementów powinna zawierać się w jednej z deklarowanych kategorii, a mianowicie:

• dla elementów LD - R1; R1+; R2; R2+ lub Rm

• dla elementów HD - R1; R2; lub Rm

2. Kształt i budowa

Kształt elementu oraz kierunek i udział % drążeń powinny być podane przez producenta. Może być także podana objętość i kształt drążeń, wnęk, wgłębień, zagłębień, powierzchnia otworów chwytakowych i grubość ścianek.

3. Gęstość

Producent zobowiązany jest podawać gęstość netto i brutto w stanie suchym oraz kategorię odchyłki gęstości w stanie suchym od wartości deklarowanej - D1: 10%; D2: 5% lub Dm: odchylenie w % deklarowane przez producenta (może być większe lub mniejsze niż wartość wymienionych kategorii).

4. Wytrzymałość na ściskanie

1. producent deklaruje średnią wartość wytrzymałości na ściskanie, może także deklarować średnią wartość wytrzymałości na ściskanie przeliczoną zgodnie z EN-771-1

2. producent podaje czy elementy są kategorii I czy II

3. wytrzymałości na ściskanie powinna być deklarowana w nawiązaniu do położenia elementu w murze. Powinny być także wskazane drążenia przewidziane do zapełnienia.

4. W przypadku elementów LD obowiązkowo, a w przypadku HD w miarę potrzeb producent deklaruje czy poszczególne wartości wytrzymałości na ściskanie są mniejsze niż 80% wartości deklarowanej.

4. Właściwości cieplne

W miarę potrzeb producent podaje informację o właściwościach cieplnych elementu murowego - powołanie się na EN 1745.

5. Trwałość

Z treści postanowień normy EN 771-1 wynika, że elementy LD są z zasady niemrozoodporne i co za tym idzie nie wymaga się dla nich badania mrozoodporności. W przypadku elementów HD wymagania zróżnicowano w zależności od warunków stosowania. W Związku z tym to producent określa czy element jest mrozoodporny czy tez niemrozoodporny.

6. Absorpcja wody

Dla elementów LD niestosuje się wymagań odnoszących się do absorpcji wody.

Dla elementów HD przewidziano:

• oznaczenie absorpcji wody metodą zanurzenia w wodzie dla elementów murowych stosowanych w zewnętrznych elementach budynku z wyeksponowana powierzchnią licową

• oznaczenie absorpcji wody metodą zanurzenia w wodzie i gotowania dla elementów murowych stosowanych w warstwach odpornych na wilgoć (odpowiednik wyrobów klinkierowych)

W normie EN 771-1:2003 przewiduje się także :

• oznaczenie początkowej absorpcji wody - dla elementów HD (metoda polega na sprawdzeniu wielkości początkowego podciągania kapilarnego wody po 60 s)

• oznaczenie zawartości aktywnych soli rozpuszczalnych - przewidziano kategorie SO (dla wyrobów całkowicie zabezpieczonych przed penetracja wody), S1, S2 - zgodnie z EN 772-5

• oznaczenie rozszerzalności pod wpływem wilgoci

• oznaczenie reakcji na ogień - przewidziano następujące klasy: A1, A2, B, C, D, E, F - zgodnie z EN 13501-1

W przypadku elementów zawierających ≤1% jednolicie rozmieszczonych materiałów organicznych, można deklarować klasę A1 bez konieczności wykonywania badania.

• oznaczenie przepuszczalności pary wodnej - w przypadku stosowania elementu w ścianach zewnętrznych producent jest zobowiązany podać informację o paroprzepuszczalności. W deklaracji należy podać wartość współczynnika dyfuzji pary wodnej na podstawie EN 17465.

• oznaczenie wytrzymałości spoiny - dla elementów przeznaczonych do stosowania w elementach konstrukcyjnych budynku powinna być podana deklarowana wytrzymałość spoiny. Wytrzymałość ta powinna być deklarowana jako początkowa charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie zgodnie z EN 1052 - 3.

Deklaracja może być sporządzona na podstawie wartości ustalonych (jeżeli nie przewidziano badań) wg EN 998-2:2003, załącznik C lub na podstawie badań przeprowadzonych wg EN 1053-3. Charakterystyczna początkowa wytrzymałość na ściskanie nie powinna być mniejsza niż wartość deklarowana.

---