Historia cegły w skrócie

Historia cegły ceramicznej jest długa.... Najwcześniej zalety cegieł odkryli i wykorzystywali mieszkańcy starożytnej Mezopotamii, Egiptu i Babilonu. Stosowały je również cywilizacje Dalekiego Wschodu - „budowniczowie” hinduscy i chińscy. Pierwsze cegły, które pojawiły się na przełomie V i VI tysiąclecia przed naszą erą, nie były wypalane a jedynie suszone na słońcu. Początkowo wyrabiano cegły z samej gliny lub gliny z dodatkiem piasku. Z czasem zaczęto dodawać do niej trawę i liście by ograniczyć pękanie materiału w czasie suszenia. Znacznie większą trwałość cegieł zyskano dzięki procesowi ich wypału. Miało to miejsce w połowie III tysiąclecia p.n.e. w Mezopotamii. Ogromny wpływ na popularyzację tego materiału i sztuki jego produkcji mieli Rzymianie. To właśnie oni „rozwijając” sztukę prowadzenia wojen i prowadząc krwawą politykę podbojów zupełnie nieświadomie podarowali wszystkim podbitym przez siebie krajom jedną dobrą rzecz – cegłę. Rzymianie jako pierwsi rozwinęli też konstrukcje na bazie łuku. Dało to możliwość konstruowania nowego rodzaju przekryć otworów okiennych i drzwiowych. Przestrzennym rozwinięciem zastosowania łuków były różnego rodzaju sklepienia, z czasem powszechnie stosowane we wszelkiego rodzaju budynkach publicznych. Przykłady rzymskiego budownictwa z cegły z tamtego okresu, a zwłaszcza sklepienia i łuki, możemy podziwiać do dziś.

Cegła to również podstawowy materiał budowlany Europy średniowiecznej – idealny budulec na miejskie mury obronne, fosy, zamki i obiekty sakralne.

Od XII wieku centrami budownictwa ceglanego stały się Francja i Niemcy. Począwszy od architektury romańskiej, poprzez Gotyk aż do Renesansu – cegła ze względu na swą wytrzymałość, trwałość i wszechstronne zastosowanie zawsze była bardzo cenionym i pożądanym materiałem konstrukcyjnym.

Pomimo tego, że maszynową produkcję cegieł rozpoczęli Anglicy, to epokowy przełom w produkcji cegieł został dokonany w Niemczech. Zastosowanie prasy ceglarskiej berlińskiego fabrykanta Schlickeysena w roku 1854 i prusko-austriackie zgłoszenie patentowe na piec kręgowy do wypału ceramiki budowlanej, skonstruowany przez Friedricha Hoffmanna w roku 1858, były prawdziwymi „krokami milowymi” umożliwiającymi przemysłową produkcję cegieł.

Koloseum – przykład architektury rzymskiej. | Działający piec kręgowy Hoffmanna w miejscowości Panoszów-Patoka.

Cegła w czasach współczesnych

Obecnie cegła nie jest już co oczywiste materiałem jak kiedyś wykorzystywanym masowo do wznoszenia murów – tu jej miejsce zajęły wielkogabarytowe pustaki i bloczki.

Odnalazła się jednak jako element estetyczny (cegła elewacyjna) i po raz kolejny przeżywa swój renesans. Uznana przed laty za „drogą” i wyparta przez tańsze tynki i siding ponownie masowo wraca (ze względu na trwałość i ponadczasowy charakter) do naszych domów, ogrodów a także ulic i parków gdzie znów możemy podziwiać ją na elewacjach budynków, ogrodzeniach, parkanach i innych elementach małej i dużej architektury.

Cegła klinkierowa czy licowa

Jedną z najbardziej znanych i stosowanych na tego typu obiektach, ze względu na swe walory techniczne oraz estetyczne, odmianą cegieł są „cegły klinkierowe”. Nazwa „Klinkier” pochodzi prawdopodobnie od holenderskiego słowa „klingen” (czyt. klinken) czyli dzwonić. Cegły klinkierowe bowiem charakteryzują się „metalicznym” dźwiękiem podczas uderzania jednej cegły o drugą.

Nazwa ta jest obecnie często nadużywana w stosunku do innej grupy cegieł tzw. „cegieł licowych”. Czym się różnią? Przyjęło się wśród ceramików uważać, że aby cegłę móc nazwać klinkierową powinna ona jako wyrób finalny charakteryzować się pewnymi cechami:

• powstać w procesie wypału gliny,
• posiadać nasiąkliwość mniejszą lub równą 6% (Niemcy dopuszczają 7%),
• posiadać wytrzymałość na ściskanie większą niż 30MPa,
• być mrozoodporną.

Jeśli cegła nie spełnia choć jednego z ww. parametrów formalnie nie można jej nazwać klinkierową a co najwyżej jeśli jest mrozoodporna – cegłą licową (do tej grupy należą niemal wszystkie cegły tzw. ręcznie formowane).

Cegłę, która nie jest mrozoodporna (mimo że spełnia wszystkie inne wymagania) nazywa się cegłą budowlaną i po wmurowaniu należy ją chronić przed działaniem czynników zewnętrznych przez np. otynkowanie.

Cegła klinkierowa | Cegła licowa

Rodzaje cegieł

W każdym kraju – także w Polsce - istnieją pewne „nawyki” wynikające z tradycji produkcji cegły w danym regionie. W Polsce takim formatem jest format RF 250x120x65 mm, choć równie często można spotkać się (zwłaszcza w zachodniej części kraju) z formatem NF 240x115x71 mm (format niemiecki).

W każdym z tych formatów można wyodrębnić 3 typy cegieł:

• perforowane (stopień perforacji >10% powierzchni kładzenia) stosowane do wykonywania wszelkich konstrukcji naziemnych z wyłączeniem przewodów kominowych i wentylacyjnych oraz ich obudów,
• szczelinowe (stopień perforacji ≤ 10%) jw. z możliwością wykonania obudowy kominów prefabrykowanych po szczelnym wypełnieniu szczelin zaprawą murarską,
• pełne (bez perforacji) do wykonywania wszelkich konstrukcji w najbardziej surowych warunkach atmosferycznych w tym studni, przepustów i kanalizacji oraz do wykonywania przewodów kominowych i wentylacyjnych i ich obudów bez ograniczeń.

Prócz wymienianych podstawowych typów cegieł można również spotkać „kształtki” pozwalające na wykonywanie finezyjnych zwieńczeń, czap, warstw grenadierskich itp. Stanowią jednak one uzupełnienie oferty i różnią się kształtem w zależności od producenta.

Cegła a przepisy

Przykładowa karta techniczna produktu wg PN EN 771-1 dla cegły perforowanej

Do 2006 r. cegły w Polsce były produkowane i podlegały ocenie wg PNB-12008 „Wyroby budowlane ceramiczne – cegły klinkierowe budowlane”. Od dnia 1 kwietnia 2006 r. w oparciu o Dyrektywę o wyrobach budowlanych nr 89/106/EWG, zgodnie z którą wprowadza się harmonizacje przepisów technicznych, które ograniczają się do sprecyzowania najważniejszych wymagań jakie musi spełniać wyrób oferowany na rynku UE, aby był dopuszczony do obrotu, wycofano z użycia „stare” normy polskie i jedyną obowiązującą normą pozostała i jest obecnie norma PN EN 771-1 „Wymagania dotyczące elementów murowych Część I: Elementy murowe ceramiczne”.

Norma ta wprowadza inne niż stosowane dotąd w polskich normach definicje i oznaczenia.

Zapis określający parametry cegieł został w pewien sposób zunifikowany po to, by inżynier, niezależnie od kraju Unii Europejskiej z jakiego towar pochodzi, czy języka jakim się posługuje a w jakim została wypełniona karta techniczna produktu, mógł na podstawie oznaczeń literowych lub cyfrowo-literowych zorientować się z materiałem o jakich parametrach ma do czynienia i jaki jest ewentualny zakres jego zastosowania.

I tak np.:

• oznaczenie HD oznacza element ceramiczny do murów niezabezpieczonych, jak i element murowy ceramiczny o dużej gęstości do stosowania w murach zabezpieczonych (np. przez otynkowanie)
• Fx – (gdzie x = 0, 1 lub 2) określa trwałość – odporność elementów ceramicznych na zamrażanie i odmrażanie określając w jakich warunkach może być stosowana np. klasa F2 – oznacza cegłę odporną na surowe warunki atmosferyczne,
• WUN – oznacza, że badanie w naszym kraju nie jest wymagane i producent nie jest zobowiązany do jego wykonywania.

Norma ta określa również dopuszczalne odchyłki wymiarowe produktu.

W tym celu wprowadza 2 kategorie (T1 oraz T2). Dopuszczalne odchyłki są określone za pomocą matematycznego wzoru uwzględniającego wymiary nominalne produktu.

T1 ± 0,4 x pierwiastek z wymiaru nominalnego w [mm] lub ± 3 mm; przyjmuje się wartość większą.

T2 ± 0,25 x pierwiastek z wymiaru nominalnego w [mm] lub ± 2 mm; przyjmuje się wartość większą.

Norma nie określa (nie narzuca) ram dopuszczalnych błędów kształtu i powierzchni. Pozostawia tę kwestię producentowi. Ten sam, w dokumentacji zakładowej kontroli jakości musi określić, z jaką dokładnością będzie produkował swe wyroby. Mimo pozornej „wolności” i bezkarności producenta w tym zakresie, w rzeczywistości producent nie może sobie pozwolić na produkcję wyrobów poniżej pewnego poziomu – poziomu, który określa konkurencja.

Zdarzają się jednak wyroby, których ze względu na swój nietypowy wygląd nie da się poddać ocenie wg procedury normowej. Są to tzw. cegły rustykalne które posiadają spieki, wytopy i odżużlenia. W takim przypadku przyjmuje się zasadę „akceptacji wyglądu cegły” przez nabywcę. Obiekty czy konstrukcje wykonane z takich cegieł są „odważne” niemniej nie da się zaprzeczyć, że nie posiadają swoistego uroku. Przykładami takich wyrobów są cegły rustykalne wykonywane we wspomnianej już XIX w cegielni w Patoce.

Ogrodzenie wykonane z cegły rustykalnej

Produkcja cegły

Cegły klinkierowe powstają w wyniku wypału odpowiednio wyselekcjonowanych gatunków glin (nie każda glina nadaje się do produkcji cegły klinkierowej) w temperaturze około 1000-1100st. C. Do masy nie dodaje się nic więcej poza piaskiem i szamotem, które mają ograniczyć skurcz cegły oraz nadać cegle właściwe parametry fizyczne. Powstaje w wyniku takiego działania spiek o bardzo niskiej nasiąkliwości i dużej wytrzymałości mechanicznej. Z rodzajem gliny nieodłącznie związana jest kolorystyka cegły. Zależy ona bowiem od rodzaju złoża. W Polsce dominują złoża glin wypalających się naturalnie na kolor czerwony jednak spotkać też można (Gozdnica woj. lubuskie) rzadkie złoża glin wypalający się naturalnie na kolor żółty (złoża Monokliny Przedsudeckiej).

Tym sposobem poprzez zmieszanie dwóch lub więcej gatunków glin można uzyskiwać kolory pośrednie lub wyroby cieniowane.

Innym sposobem uzyskania koloru cegły jest tzw. angobowane. Jest to proces polegający na nakładaniu na uformowaną i wysuszoną cegłę, wykonaną z masy o danym kolorze, glinki o innym, zwykle kontrastowym kolorze. Po wypaleniu produktu uzyskujemy jednolity spiek w określonej kolorystyce.

Jako, że do gliny nie dodaje się żadnych farb czy pigmentów nie ma mowy o zmianie jej kolorystyki w czasie. W tym tkwi właśnie sekret trwałości koloru cegły – może ona ulec zabrudzeniu czy zakurzeniu ale nie ma prawa się odbarwić czy wyblaknąć.

Mimo wszelkich starań technologów biorących czynny udział w produkcji cegły klinkierowej ze względu na skomplikowany proces produkcji – głównie z powodu ciągle zmieniających się „parametrów wejściowych” (zmienna wilgotność powietrza, niejednolite pokłady gliny itp.) nie jest możliwe utrzymanie 100% powtarzalności wymiarowej czy kolorystycznej wyrobów.

Cegła oddając na każdym etapie procesu produkcyjnego zawartą w niej wilgoć przechodzi ogromną metamorfozę wymiarową a w finale oczekuje się by uzyskać wyrób o wymiarach możliwie zbliżonych do tzw. nominału (dla formatu RF 250x120x65 mm).

Jak wielki jest skurcz cegły od zaformowania do uzyskania produktu finalnego najlepiej obrazuje powyższe zdjęcie.

Kolorystyka cegły uzyskiwana w procesie angobowania.

Ceglane rozterki

Na tym właśnie etapie powstają odchyłki wymiarowe oraz błędy kształtu, z którymi muszą zmierzyć się wykonawcy już na budowie. Jest to jeden z podstawowych problemów, na który najlepszym lekarstwem – w myśl zasady „lepiej zapobiegać niż leczyć” - jest zakup towaru pochodzącego i wyprodukowanego w ramach jednej partii produkcyjnej. Tutaj nawet jeśli wyrób będzie się różnił od wymiaru nominalnego w jakimś zakresie to odchyłka ta będzie jednakowa dla całej partii np. +2mm i wmurowanie takiego produktu nie będzie stanowiło kłopotu.

W sytuacji gdy mamy wyroby z więcej niż jednej partii produkcyjnej i różnią się od siebie wymiarowo konieczne jest rozplanowanie murowania cegieł i segregacja wymiarowa i kolorystyczna. Wymaga to od wykonawcy dodatkowego nakładu pracy i doświadczenia, ale pozwala wybrnąć z tej niekomfortowej sytuacji i wykonać konstrukcje.

Innym ważnym problemem z jakim mogą spotkać się wykonawcy otrzymujący towar pochodzący z więcej niż jednej partii produkcyjnej, to różnice kolorystyczne cegieł.

W tym przypadku wskazane jest (co jest też dobrym nawykiem w przypadku cegieł pochodzących z jednej partii produkcyjnej) otworzenie na placu budowy wszystkich palet potrzebnych do wykonania danej ściany i proporcjonalne mieszanie cegieł na elewacji. Wtedy nawet jeśli różnice są znaczne uzyskamy „melanż", natomiast jeśli wmurujemy cegły „paleta po palecie” możemy spodziewać się kolorystycznych plam.

Największą jednak zmorą i zjawiskiem znienawidzonym zarówno przez wykonawców, jak i inwestorów są tzw. wykwity, które mogą być różnego pochodzenia. Mianowicie, mogą to być wykwity siarczanów (jeśli w cegle obecne były – w niedopuszczalnej ilości – rozpuszczalne w wodzie: siarczan sodu lub magnezu) albo wykwity węglanowe (nie należy mylić z odpryskami po „marglu”!!). W przypadku cegieł klinkierowych normy jednoznacznie określają ograniczenie obecności w nich siarczanów rozpuszczalnych w wodzie, a więc wystąpienie wykwitów takich soli na elemencie ceramicznym uznać należy za wadę produkcyjną – ten problem nie jest jednak przedmiotem rozważań w tym artykule.

Natomiast zjawisko powstawania wykwitów węglanowych jest zjawiskiem występującym w każdym murze (nie tylko z klinkieru) i co ważniejsze jest zjawiskiem skończonym. Zjawisko to nie jest tak straszne jak się zwykło o nim mówić i zwykle (jeśli nie popełniono w czasie wznoszenia konstrukcji jakichś kardynalnych błędów) zanika samoistnie po wyschnięciu konstrukcji. Nie ma ono wpływu na trwałość materiału czy jego parametry techniczne, ale ma niestety wpływ na estetykę. Zjawisko to ustępuje samoistnie po zakończeniu procesów chemicznych zachodzących w murze i wyczerpaniu się źródła soli lub odcięciu źródła wilgoci.

Najprostszym przepisem na powstanie wykwitu jest: źródło soli + woda.

Jeśli wyeliminujemy choć jeden z tych składników wykwit nie powstanie. Jaki mamy wpływ na wilgoć? Nie ograniczymy co oczywiste opadów natomiast możemy ograniczyć wilgoć dostarczaną do konstrukcji w czasie np. murowania (należy stosować się ściśle do przepisu przygotowania zaprawy podanego w instrukcji i nie dolewać wody w ilości większej niż to podane w przepisie).

Najbardziej znaczącym źródłem soli jest cement będący składnikiem każdej zaprawy murarskiej. Próbuje się to źródło ograniczyć stosując cementy zawierające dodatki hydrauliczne i pucolanowe np. w postaci trassu (rodzaj mączki wulkanicznej), ale wszystkie te zabiegi jedynie zmniejszają prawdopodobieństwo powstania tego zjawiska nie gwarantując, że nie powstanie.

Plamy kolorystyczne spowodowane brakiem mieszania cegieł na elewacji podczas ich murowania.

Dlaczego tak się dzieje?

Podstawowym składnikiem każdego cementu powszechnego użytku jest klinkier portlandzki, który zawiera:

ok. 60% alitu – 3CaO∙SiO₂

ok. 16% belitu – 2CaO∙SiO₂

resztę stanowią: 3CaO∙Al₂O₃ – ok. 8%; 4CaO∙Al₂O₃?Fe₂O₃ – ok. 6%; gips – ok. 5% oraz składniki drugorzędne, które stanowią nie więcej niż ok. 5% składu cementu.

W procesie wiązania i twardnienia zaprawy dominują reakcje w układzie cement-woda:

2 3CaO∙SiO₂ + 6 H₂O = 3CaO∙2SiO₂∙3H₂O + 3 Ca(OH)₂

2 2CaO∙SiO₂ + 5 H₂O = 2CaO∙2SiO₂∙3H₂O + 2 Ca(OH)₂

Reakcje jakim podlegają alit i belit powodują powstawanie obok uwodnionych krzemianów wapnia, (odpowiedzialnych za własności użytkowe zaprawy), wodorotlenku wapnia Ca(OH)₂, który stanowi około 18-26% objętości zaczynu cementowego.

Wewnątrz zaprawy i elementów murowych z nią sąsiadujących obserwujemy proces podciągania kapilarnego i migracji Ca(OH)₂ na powierzchnię elementu murowego po czym przemianę pod wpływem CO₂ w węglan wapnia CaCO₃ w tzw. biały wykwit węglanowy.

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

W wyniku długotrwałego działania zawartego w powietrzu CO₂ wilgoci, węglan wapnia CaCO₃ przechodzi w dobrze rozpuszczalny w wodzie wodorowęglan wapnia Ca(HCO₃)₂.

Zjawisko to jest dobrze zbadane i udokumentowane, a producenci zapraw do murowania elementów ceramicznych dążą do ograniczenia ilości cementu w produkcie (pośrednio wodorotlenku wapnia) oraz starają się wiązać jak największe ilości powstającego Ca(OH)₂ wewnątrz masy poprzez zabiegi fizyczne lub chemiczne (tras, mikrokrzemionka, domieszki chemiczne).

Murowanie i użytkowanie

Czy to znaczy, że jesteśmy bezradni i zdani na los? Absolutnie nie. Mamy wiele możliwości by prawdopodobieństwo powstania wykwitu mocno ograniczyć. Jak?

• wykonując izolacje przeciwwilgociowe między klinkierem a betonowymi fundamentami,
• murując na zaprawach z dodatkiem trassu,
• ściśle przestrzegając ilości dozowanej do zaprawy wody,
• nie pracując w czasie opadów,
• chroniąc konstrukcję w pierwszych godzinach po wykonaniu przed opadami.

Co jednak w sytuacji jeśli wykwit już się pojawił?

Jako, że ma to miejsce zwykle po okresach podwyższonej wilgotności (wczesna wiosna, jesień) musimy poczekać do okresu ciepłej słonecznej pogody by konstrukcja jak najlepiej wyschła i oddała jak najwięcej wilgoci i soli.

Możemy oczywiście przystąpić do czyszczenia elewacji od razu, ale musimy się liczyć z tym że zabieg ten, być może trzeba będzie powtarzać co pewien czas aż do całkowitego wyczerpania źródła soli.

Chcąc zatem przyspieszyć usuwanie soli nim poradzi sobie z nią sama natura należy „uzbroić się” w średnio twardą szczotkę (na tyle twardą by móc zeszczotkować osad i na tyle miękką by nie porysować cegły) i przeszczotkować konstrukcję na sucho. Nie warto tego robić od razu na mokro, gdyż owszem, część soli spłuczemy z elewacji ale część rozpuścimy i trafi ona znów do muru. Na mokro usuwamy tylko te resztki soli lub zacieków, których nie udało nam się usunąć podczas szczotkowania. Jeśli wykwit jest odporny na te zabiegi np. mamy do czynienia z węglanem wapniowym, można użyć do jego usunięcia powszechnie dostępnych w hurtowniach budowlanych tzw. „czyścików do klinkieru”.

Po wyczyszczeniu i umyciu konstrukcji (co warto robić w ciepły dzień – by elewacja szybko wyschła) można całość (cegłę i spoinę) zabezpieczyć środkami do impregnacji ceramiki.

Jak widać nie wszystko co z pozoru wydaje się proste – bo tak przecież większość z nas myśli bądź myślało o cegle, faktycznie takim jakim jest. To w rzeczywistości bardzo trudny i wymagający w tworzeniu materiał, posiadający ogromną ilość zalet, ale i pewne niedoskonałości. To także materiał, który w rękach doświadczonego murarza potrafi przyjmować formy, którymi zachwycają się pokolenia.

Produkcja cegły klinkierowej, mimo że podlegała i podlega ciągłej automatyzacji nie dała się jednak w całości poskromić i daleka jest od tworzenia powtarzalnych wymiarowo i kolorystycznie „klocków” - ale w tym właśnie tkwi jej urok i fakt, że stosuje się ją nadal nieprzerwanie już od ponad 7000 lat.

Literatura

Kurdowski W. - Chemia cementu i betonu. PWN Warszawa 2010

mgr inż. Piotr Wojtasik
Ceramika Budowlana nr 2/2011