Absorpcja wody ceramicznych wyrobów budowlanych

Oceń
(0 głosów)

Woda w wyrobie budowlanym i otoczeniu

Woda jest najbardziej rozpowszechnionym związkiem chemicznym występującym w przyrodzie. Około 70% powierzchni globu ziemskiego zajmują akweny wodne. Woda stanowi jeden z najważniejszych składników wszystkich organizmów żywych. Może ona występować w trzech stanach skupienia:

  • jako ciecz,
  • jako ciało stałe (lód),
  • jako ciało lotne (para wodna).

Otaczające nas powietrze zewnętrzne i wewnątrz pomieszczeń zawiera wodę w postaci lotnej, czyli pary wodnej. W przegrodach budowlanych, w szczególności w ścianach, woda może pochodzić z różnych źródeł.

Ceramiczne wyroby budowlane zawierają pewną niewielką ilość wody zwanej wodą sorpcyjną. Materiał ceramiczny, podobnie jak inne materiały, posiada zdolność wchłaniania wody z pary wodnej znajdującej się w powietrzu do osiągnięcia stanu równowagi. Woda ta jest zatrzymywana i pozostaje w przegrodzie budowlanej przez cały czas eksploatacji obiektu, niezależnie od warunków zewnętrznych. Zawilgocenie sorpcyjne jest jednak bardzo małe i nie powoduje powstawania ujemnych skutków dla przegrody budowlanej. W przypadku wyrobów ceramiki budowlanej zawilgocenie sorpcyjne zawiera się w przedziale 0,2 do 0,8% (m/m), średnio wynosi 0,4% (m/m). Istotne dla tworzenia warunków cieplno-wilgotnościowych w pomieszczeniach są inne źródła zawilgocenia wyrobów i ścian.

Przyczyny zawilgocenia ścian

Liczącym się źródłem zawilgocenia ścian, zwłaszcza w pierwszym okresie eksploatacji budynku, jest woda wprowadzana w czasie wykonywania muru. W tym przypadku woda może pochodzić z zaprawy lub zawilgoconych elementów murowych, które często przed ułożeniem w murze są nawilżane wodą. Ważne jest, aby elementy nawilżane były tylko w niezbędnej ilości, przede wszystkim powierzchnie elementów stykające się w murze z zaprawą. Jeżeli do murowania są używane elementy murowe o bardzo małej absorpcji wody, to takie elementy murowe mogą być nawilżane bardziej obficie.

Woda w ścianach może pochodzić także z opadów atmosferycznych. Woda deszczowa wskutek działania wiatru spływa po powierzchni ściany i wskutek podciągania kapilarnego lub przez nieszczelności dostaje się do wnętrza ściany w przypadku ściany niedostatecznie zabezpieczonej. W gotowym obiekcie budowlanym zaprojektowanym lub wykonanym niezgodnie z zasadami sztuki budowlanej, wskutek opadów atmosferycznych woda może dostawać się do wnętrza ściany nawet w dużych ilościach.

Jeżeli w ścianie nie zastosowano odpowiedniej poziomej izolacji przeciwwilgociowej, to woda do ściany może się przedostawać również wskutek podciągania kapilarnego wody gruntowej.

Czasem woda w ścianie może pochodzić od nieszczelnych instalacji w budynku. Do takich instalacji wewnątrz budynku należy zaliczyć instalacje wodociągowe lub centralnego ogrzewania, a na zewnątrz budynku przede wszystkim nieszczelne rynny i rury spustowe.

Woda w ścianie może pochodzić także z kondensującej się pary wodnej na powierzchni ściany (w okresie zimowym przeważnie na powierzchni wewnętrznej) lub w jej wnętrzu. Para wodna jest stałym składnikiem powietrza w pomieszczeniach użytkowych budynku, a ponadto:

  • jest wydzielana w czasie spalania materiałów organicznych
  • wydziela się w czasie gotowania, prania, mycia i kąpieli,
  • wydzielają ją także ludzie i zwierzęta.

W wyniku czynności bytowych para wodna wydziela się w ilości około 2 l/osobę/dobę. Wydzielanie się pary wodnej z ciała człowieka wynosi około 1,5 l/osobę/dobę.

Wskutek występowania różnicy ciśnień pary wodnej po obydwu stronach przegrody, zwykle ściany zewnętrznej, następuje przemieszczanie się pary wodnej w kierunku niższego ciśnienia.

Wymagania dotyczące absorpcji wody

Wymagania normowe dotyczące absorpcji wody są zróżnicowane w zależności od przeznaczenia ceramicznych elementów murowych. Rozróżnia się następujące ceramiczne elementy murowe:

  • LD - o gęstości objętościowej brutto nie większej niż 1000 kg/m3, przeznaczonych do stosowania w murach zabezpieczonych,
  • HD - o gęstości objętościowej brutto większej od 1000 kg/m3, stosowane w murach zabezpieczonych
  • oraz elementy murowe przeznaczone do stosowania w murach niezabezpieczonych (niezależnie od gęstości objętościowej).

Mur zabezpieczony - według normy PN-EN 771 -1 - to mur, który jest zabezpieczony przed penetracją wody; może to być mur w ścianach zewnętrznych, jeżeli jest zabezpieczony np. warstwą odpowiedniego tynku lub okładziny; może to być mur w wewnętrznej warstwie ściany zewnętrznej wielowarstwowej; może to być też mur w określonej ścianie wewnętrznej.

W przypadku elementów murowych ceramicznych LD, ze względu na ich przeznaczenie, w ww. normie nie podaje się żadnych wymagań w zakresie absorpcji wody.

W odniesieniu do elementów murowych ceramicznych HD wymagania dotyczące absorpcji wody są zróżnicowane i zależą od przeznaczenia i sposobu stosowania tych elementów i tak:

dla elementów murowych przeznaczonych do stosowania w zewnętrznych elementach budynków z wyeksponowaną powierzchnią licową elementu murowego absorpcję wody należy ustalać przez zanurzenie w wodzie, wymaganie to dotyczy przede wszystkim cegły klinkierowej i elewacyjnej, które w zewnętrznych ścianach budynków są stosowane do wykonywania warstwy zewnętrznej ścian szczelinowych, warstwy zewnętrznej ścian oblicowanych lub w postaci okładziny;

dla elementów murowych przeznaczonych do stosowania w warstwach odpornych na wilgoć absorpcję wody ustala się przez gotowanie w wodzie, wymaganie to dotyczy elementów murowych stosowanych w murach narażonych na długotrwałe działanie wody np. w kanałach, studzienkach kanalizacyjnych, murach oporowych itp.; w dalszej treści artykułu to wymaganie nie będzie rozpatrywane ze względu na niewielki zakres tego typu zastosowań;

w przypadkach, gdy jest to niezbędne ze względu na sposób zamierzonego zastosowania, np. w odniesieniu do wyrobów klinkierowych, należy określać wielkość początkowej absorpcji wody przez powierzchnię kładzenia; wymaganie to dotyczy elementów murowych HD i odnosi się głównie do wyrobów przeznaczonych do wykonywania murów pracujących w złożonym stanie naprężeń (np. zginanie, ścinanie); deklarowanie w tym przypadku wielkości początkowej absorpcji wody jest istotne głównie ze względów technologicznych i ma zapewnić dobre zespolenie elementów murowych z zaprawą.

Metody badania absorpcji wody

Badanie absorpcji wody elementów murowych przeznaczonych do stosowania w zewnętrznych elementach budynków z wyeksponowaną powierzchnią licową elementu przeprowadza się według normy PN-EN 772-21. Po wysuszeniu próbek do stałej masy i ostudzeniu w temperaturze pokojowej ustala się masę każdej próbki md (g) przez jej zważenie. Próbki umieszcza się w wodzie o temperaturze pokojowej na 24 h, po czym ustala się masę każdej próbki mw (g) przez jej zważenie. Absorpcję wody wm (%) każdego badanego elementu murowego oblicza się z dokładnością 1% z równania:

Mając określoną absorpcję wody każdego zbadanego elementu murowego próbki oblicza się wartość średnią wszystkich elementów murowych całej próbki. Tak obliczona wartość średnia jest deklarowana przez producenta.

Badanie absorpcji wody elementów murowych przeznaczonych do stosowania w warstwach odpornych na wilgoć przeprowadza się według normy PN-EN 772-7. Po wysuszeniu próbek do stałej masy i ostudzeniu w temperaturze pokojowej ustala się masę każdej próbki md (g) przez jej zważenie. Próbki umieszcza się w wodzie o temperaturze pokojowej i podgrzewa przez ok. 1 h do stanu wrzenia oraz gotuje przez 5 h. Po ostudzeniu w temperaturze pokojowej w czasie nie dłuższym niż 16 h ustala się masę każdej próbki ms (g) przez jej zważenie. Absorpcję urody Ws (%) każdego badanego elementu murowego oblicza się z dokładnością 1% z równania:

Mając określoną absorpcję urody każdego zbadanego elementu murowego próbki oblicza się wartość średnią wszystkich elementów murowych całej próbki. Tak obliczona wartość średnia jest deklarowana przez producenta.

Badanie początkowej absorpcji wody ceramicznych elementów murowych przeprowadza się według normy PN-EN 772-11. Po wysuszeniu próbek do stałej masy i ostudzeniu w temperaturze pokojowej ustala się masę każdej próbki mdry,s (g) przez jej zważenie. Mierzy się i oblicza całkowitą powierzchnię kładzenia As (mm2) każdej próbki. Następnie próbki zanurza się w wodzie na głębokość 5 mm na czas t (1 min.). Po wyjęciu z wody ustala się masę każdej próbki mso,s (g). Początkową absorpcję wody cwi,s (kg/(m2 x min)) każdego elementu murowego oblicza się z dokładnością 0,1 kg/(m2∙min) z równania:

Mając określoną początkową absorpcję wody każdego zbadanego elementu murowego próbki oblicza się wartość średnią wszystkich elementów murowych w próbce. Tak obliczona wartość średnia jest deklarowana przez producenta.

Absorpcja wody wyrobów ceramicznych

Przemysł ceramiki budowlanej produkuje bardzo szeroki asortyment ceramicznych elementów murowych. Można wymienić takie wyroby jak: cegłę ceramiczną zwykłą, dziurawkę, cegłę klinkierową i elewacyjną (pełną lub drążoną), kratówkę, i całą gamę pustaków ceramicznych. Możliwości wykonywania ścian z tych wyrobów jest bardzo dużo, dlatego do dalszych rozważań posłużą reprezentacyjne przykłady wyrobów stosowanych do wykonywania najbardziej charakterystycznych i często stosowanych ścian zewnętrznych budynków.

Przyjęto przy tym zasadę, że ściany powinny być tak konstruowane i wyroby dobierane w taki sposób, aby izolacyjność cieplna ścian spełniała wymagania określone w rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. (poz. 926) przewidziane do wprowadzenia od 1 stycznia 2014 r. Od tej daty wartość współczynnika przenikania ciepła ⴑ w ścianach zewnętrznych przy temperaturze wewnętrznej ti ≥16 °C nie powinna być większa od 0,25 W/(mK).

Będą to następujące trzy rodzaje ścian:

  • jednowarstwowe, w których mur z bardzo lekkich pustaków ceramicznych tynkowany jest od zewnątrz i od wewnątrz warstwą tynku, raczej lekkiego,
  • dwuwarstwowe, w których mur z pustaków ceramicznych ocieplony jest od zewnątrz materiałem termoizolacyjnym i zabezpieczony tynkiem cienkowarstwowym, a od strony wewnętrznej tynkowany tynkiem zwykłym,
  • trójwarstwowe szczelinowe, składające się z warstwy wewnętrznej muru z pustaków ceramicznych, szczeliny wypełnionej częściowo warstwą materiału termoizolacyjnego i częściowo warstwą powietrza (szczelina wentylowana), warstwy zewnętrznej muru z cegły elewacyjnej lub klinkierowej; od strony wewnętrznej mur tynkowany na ogół tynkiem gipsowym.

Do ścian jednowarstwowych spełniających ww. wymagania cieplne stosowane są pustaki ceramiczne LD o bardzo niskiej gęstości objętościowej, dla których, jeżeli mur jest odpowiednio zabezpieczony przed wpływem wilgoci, nie ma obowiązku wykonywania badania absorpcji wody.

Do ścian dwuwarstwowych stosowana jest najliczniej produkowana grupa wyrobów również LD drążonych o zróżnicowanej gęstości, dla których, w tego typu ścianach nie ma obowiązku wykonywania badania absorpcji wody; jeżeli jednak badanie takie zostanie uznane za niezbędne (np. w przypadku zastosowania elementów HD), to powinno być przeprowadzone metodą zanurzenia w wodzie.

Do ścian trójwarstwowych, do wykonywania muru wewnętrznego stosowane są tego samego typu wyroby jak do ścian dwuwarstwowych oraz do muru zewnętrznego cegły elewacyjne i klinkierowe, które powinny mieć określoną absorpcję wody badaną metodą zanurzenia w wodzie.

W odniesieniu do elementów murowych ceramicznych w normie PN-EN 771-1 nie określono granicznych wartości absorpcji wody, związanych z przewidywanym zastosowaniem elementów murowych. Zobowiązano jedynie producentów elementów murowych do deklarowania wymienionych właściwości, niezależnie od wielkości absorpcji. Na podstawie dotychczasowej praktyki można jednak ustalić zalecane maksymalne wartości absorpcji wody w zależności od rodzaju elementów murowych i przewidywanego zakresu ich stosowania.

Pustaki ceramiczne przeznaczone obecnie do wykonywania ścian jednowarstwowych jednorodnych stanowią odrębną grupę elementów murowych, produkowane są przy zastosowaniu najbardziej progresywnych technologii. Są to pustaki o bardzo wysokim stopniu drążeń, powyżej 50%, w których materiał ceramiczny jest dodatkowo poryzowany w celu zmniejszenia gęstości netto tych wyrobów. Poryzacja w tym przypadku ma szczególną charakterystykę ze względu na potrzebę zachowania odpowiednich parametrów wytrzymałościowych. Pustaki te są stosowane w murach zabezpieczonych. Przyjmuje się, że tynk zewnętrzny zwykły o grubości ok. 30 mm pozwala spełnić to wymaganie, ale ze względów cieplnych stosuje się raczej tynk lekki o grubości 40 mm. Przykładem pustaków ceramicznych przeznaczonych do wykonywania ścian zewnętrznych jednowarstwowych jest pustak przedstawiony na rysunku 1.

Pustaki przeznaczone do wykonywania ścian jednowarstwowych są zaliczane do pustaków LD, dla których nie stawia się wymagań w zakresie absorpcji wody. Jednak znajomość absorpcji wody pustaków może być przydatna przy ocenie warunków cieplno-wilgotnościowych ściany. Przy gęstości objętościowej pustaków 650 - 800 kg/m3 absorpcja wody badana metodą zanurzenia w wodzie jest rzędu 22 - 24%.

W ścianach zewnętrznych dwuwarstwowych i warstwach wewnętrznych ścian trójwarstwowych są stosowane bardzo różne pustaki ceramiczne. Ściany tego rodzaju spotyka się również często w przypadkach wykonywania dociepleń ścian już istniejących. Do dalszych rozważań przyjęto, że ściany jednorodne docieplone będą wykonane z pustaków ceramicznych MAX - rysunek 2. Mur w takich ścianach jest traktowany jako zabezpieczony, a elementy murowe nie podlegają wymaganiom w zakresie absorpcji wody. Właściwość ta może być jednak interesująca w przypadkach analizy dyfuzji pary wodnej. Dla ceramicznych elementów murowych tego typu, przy gęstości objętościowej 800 - 1200 kg/m3 absorpcja wody wynosi zwykle około 16 - 22% (m/m).

Wyroby ceramiczne przeznaczone do wykonywania warstw zewnętrznych ścian trójwarstwowych to elementy murowe rodzaju HD, przede wszystkim cegły klinkierowe i cegły elewacyjne. Przykłady takich ceramicznych elementów murowych podano na rysunku 3.

Dla cegieł klinkierowych, przy gęstości objętościowej 1800 - 2400 kg/m3 graniczną maksymalną wartość absorpcji wody badanej według normy PN-EN 772-21 można przyjąć 6% (m/m), a dla cegieł elewacyjnych przy gęstości objętościowej 1400-1800 kg/m3-12%.

W przypadku początkowej absorpcji wody badanej według normy PN-EN 772-11 graniczne wartości wielkości początkowej absorpcji wody należałoby ograniczyć w sposób następujący:

  • dla cegły klinkierowej nie więcej niż 1,0 kg/(m2 x min),
  • dla cegły elewacyjnej nie więcej niż 1,8 kg/(m2 x min).
Rys. 1. Przykład pustaka ceramicznego przeznaczonego do wykonywania ścian jednorodnych

Rys. 1. Przykład pustaka ceramicznego przeznaczonego do wykonywania ścian jednorodnych

Rys. 2. Pustak ceramiczny MAX

Rys. 2. Pustak ceramiczny MAX

Rys. 3. Przykłady cegieł klinkierowych i elewacyjnych

Rys. 3. Przykłady cegieł klinkierowych i elewacyjnych

Wpływ absorpcji wody na właściwości ścian

Ważną właściwością ścian, w których znajduje się wilgoć w ilości większej niż sorpcyjna, jest również zdolność ich wysychania. W normie PN-EN 1745, w Załączniku A, podano wartości współczynnika dyfuzji pary wodnej μ. Współczynnik dyfuzji pary wodnej μ wskazuje ile razy wyższy jest opór dyfuzji pary wodnej w materiale od oporu dyfuzji pary wodnej warstwy powietrza o tej samej grubości i w tych samych warunkach. W ww. normie rozróżnia się dyfuzję do wnętrza materiału (wartości niższe) i z materiału na zewnątrz (wartości wyższe, charakterystyczne dla suszenia). W naszym przypadku interesujące są wartości związane z suszeniem (wyższe). W tablicy 1 zestawiono wartości współczynnika dyfuzji pary wodnej w czasie suszenia μ według ww. normy dla wybranych elementów murowych i charakterystycznej dla tych elementów gęstości objętościowej.

W przypadku ceramicznych elementów murowych takich jak cegły klinkierowe i innych materiałów stosowanych do wykonywania elewacji występują bardzo duże wartości oporu dyfuzyjnego pary wodnej. Jeżeli jednak weźmiemy pod uwagę, że wyroby te charakteryzują się bardzo małą absorpcją wody, to czas schnięcia klinkieru będzie porównywalny z innymi elementami ceramicznymi. Dodać należy ponadto, że wyroby te stosuje się w ścianach trójwarstwowych z wentylowaną szczeliną powietrzną.

Na podstawie danych z tablicy 1 można stwierdzić, że ściany wykonane z ceramicznych elementów murowych, w przypadku ich zawilgocenia mają zdolność do szybkiego wysychania. Pod tym względem ceramikę można zaliczyć do najlepszych materiałów budowlanych. Ceramika ma absorpcję wody na poziomie zapewniającym dobrą stabilizację warunków wilgotnościowych w pomieszczeniu.

Warto jeszcze wspomnieć o wilgotności trwałej (eksploatacyjnej) ścian wykonanych z różnych elementów murowych. W przypadku ścian z ceramicznych elementów murowych wilgotność ta wynosi nie więcej niż 1,5%. W ścianach z elementów murowych betonowych i silikatowych wilgotność trwała wynosi 4%, a w ścianach z elementów murowych z autoklawizowanego betonu komórkowego 6%.

Pewną ilustracją zachowania się wyrobów ze względu na absorpcję wody będzie porównanie trzech materiałów różnicujących się głównie gęstością objętościową. Przyjmując do porównania jednakową objętość wyrobów, np. 20 dm3 otrzymamy wartości podane w tablicy nr 2.

Z powyższego wynika, że materiał o większej gęstości objętościowej wchłonie dużo więcej wody, a biorąc pod uwagę wartości współczynnika dyfuzji pary wodnej podane w tablicy 1 będzie oddawał ją dłużej, ściana będzie dłużej zawilgocona.

Z kolei materiał o małej gęstości objętościowej mimo, że charakteryzował się będzie taką samą wartością współczynnika dyfuzji pary wodnej wchłonie o 6% więcej wody i oddawał ją będzie co najmniej w tyle samo dłuższym czasie.

Można zatem stwierdzić i potwierdza to wieloletnia praktyka, że ściany z ceramiki mają optymalną, najbardziej pożądaną dla wyrobów budowlanych absorpcję wody.

Podsumowanie

Pod względem absorpcji wody ceramiczne elementy murowe należą do jednych z najkorzystniejszych ściennych materiałów budowlanych. Ściany wykonane z tych materiałów charakteryzują się bardzo małą wilgotnością eksploatacyjną. W czasie użytkowania obiektów budowlanych wykonanych z ceramicznych elementów murowych ściany są suche. Korzystną właściwością tych ścian są małe wartości współczynnika dyfuzji pary wodnej, czyli występuje łatwość wchłaniania wilgoci i łatwość jej oddawania. Ściany pełnią rolę naturalnego klimatyzatora. Właściwości te zapewniają bardzo korzystny mikroklimat wewnątrz pomieszczeń. Prawidłowo zaprojektowane i wykonane ściany z ceramicznych elementów murowych są trwałe i odporne na działanie niszczących czynników zewnętrznych.

Literatura

  1. PN-EN 771-1 Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 1: Elementy murowe ceramiczne
  2. PN-EN 772-7 Metody badań elementów murowych. Część 7: Określenie absorpcji wody przez elementy murowe ceramiczne stosowane w warstwach odpornych na wilgoć, za pomocą gotowania w wodzie
  3. PN-EN 772-11 Metody badań elementów murowych. Część 11: Określenie absorpcji wody elementów murowych z betonu kruszywowego, kamienia sztucznego i kamienia naturalnego spowodowanej podciąganiem kapilarnym oraz początkowej absorpcji wody elementów murowych ceramicznych
  4. PN-EN 772-21 Metody badań elementów murowych. Część 21: Określanie absorpcji wody ceramicznych i silikatowych elementów murowych przez absorpcję zimnej wody
  5. PN-EN 1745 Mury i wyroby murowe. Metody określania obliczeniowych wartości cieplnych
  6. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z dnia 13 sierpnia 2013 r., poz. 926)

dr inż. Roman Jarmontowicz i mgr inż. Włodzimierz Babik
Ceramika Budowlana nr 3-4/2013

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to.

Zrozumiałem