Ceramika
w budownictwie
dr inż. Jarosław Szulc • mgr inż. Jan Sieczkowski
Związek Pracodawców
Ceramiki Budowlanej
ZWIĄZEK PRACODAWCÓW CERAMIKI BUDOWLANEJ
00-508 Warszawa, Al. Jerozolimskie 29 lok. 3
autorzy:
dr inż. Jarosław Szulc
mgr inż. Jan Sieczkowski
Warszawa, styczeń 2021 r.
Ceramika
w budownictwie
Fotografie
Lode Group,
Zakład Ceramiki Budowlanej „OWCZARY”, R.E.R. Stępień Sp. j.,
KLINKIER PRZYSUCHA S.A.,
Wienerberger Ceramika Budowlana Sp. z o.o.
Wydawca
Związek Pracodawców Ceramiki Budowlanej
Al. Jerozolimskie 29 lok. 3, 00-508 Warszawa
e-mail: związek@zwiazek.org.pl
Tel. 22 826 31 01
Skład DTP
Kamil pavlick Pawliczuk
kamil.pawlicz.uk
ISBN 978-83-955539-6-7
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Kopiowanie całości lub części bez zgody wydawcy zabronione.
Warszawa 2021 r.
| 5 |
SPIS TREŚCI
SPIS TREŚCI��������������������������������������������������������������������������������������������3
Drodzy Czytelnicy���������������������������������������������������������������������������������������������������������5
ROZWÓJ CERAMIKI W POLSCE ��������������������������������������������������������������7
PROCESY TECHNOLOGICZNE I PRODUKCYJNE ����������������������������������10
Surowce do produkcji wyrobów ceramicznych �����������������������������������������������������������13
Etapy wytwarzania wyrobów ceramicznych����������������������������������������������������������������15
ASORTYMENT WYROBÓW ������������������������������������������������������������������17
Rodzaje wyrobów �������������������������������������������������������������������������������������������������������17
Elementy murowe�������������������������������������������������������������������������������������������������������17
Cegły ceramiczne��������������������������������������������������������������������������������������������������������18
Pustaki ceramiczne�����������������������������������������������������������������������������������������������������20
Dachówki��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������25
Elementy wykończeniowe (okładziny elewacyjne)������������������������������������������������������27
Elementy stropowe �����������������������������������������������������������������������������������������������������30
Prefabrykaty nadprożowe �������������������������������������������������������������������������������������������31
Pustaki wentylacyjne��������������������������������������������������������������������������������������������������33
Elementy małej architektury���������������������������������������������������������������������������������������34
WŁAŚCIWOŚCI WYROBÓW������������������������������������������������������������������35
Informacje ogólne�������������������������������������������������������������������������������������������������������35
Elementy murowe�������������������������������������������������������������������������������������������������������35
Okładziny elewacyjne�������������������������������������������������������������������������������������������������48
PODSTAWOWE ELEMENTY KONSTRUKCYJNE BUDYNKU�������������������49
Wyroby ceramiczne w elementach ustrojów nośnych�������������������������������������������������49
Wymagania podstawowe ��������������������������������������������������������������������������������������������50
Odkształcalność murów pod wpływem obciążeń, wilgoci i temperatury��������������������56
Zależność wytrzymałości na ściskanie elementów murowych od ich zawilgocenia����62
Odporność ogniowa ścian murowanych����������������������������������������������������������������������63
Wpływ promieniotwórczości na użytkowników budynków�����������������������������������������65
Wrażliwość murów na rozwój grzybów pleśniowych ��������������������������������������������������69
Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe murów����������������������������������������������73
Odkształcalność ceramicznych ścian działowych na uginającym się stropie��������������76
| 6 |
PERSPEKTYWY I KIERUNKI ROZWOJU CERAMIKI�������������������������������83
BIBLOGRAFIA����������������������������������������������������������������������������������������93
Literatura��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������93
Przepisy krajowe ��������������������������������������������������������������������������������������������������������95
Polskie Normy�������������������������������������������������������������������������������������������������������������96
Prace badawcze, raporty z bada�������������������������������������������������������������������������������99
| 7 |
Drodzy Czytelnicy
Mamy przyjemność przekazać Państwu nowe opracowanie pt.:
„Ceramika w budownictwie”. To swoiste kompendium wiedzy na temat
nowoczesnych wyrobów ceramicznych i ich różnorodnego zastosowania
we współczesnym budownictwie.
W ostatnich dwóch dekadach obserwujemy w Polsce i w całej Eu-
ropie niezwykle dynamiczny rozwój ceramicznych wyrobów budowla-
nych i jest to z całą pewnością jeden z tych okresów w wielowiekowej
historii tego naturalnego produktu, w którym ten rozwój jest najbar-
dziej intensywny. To właśnie na przestrzeni ostatnich dwudziestu lat
powstały ceramiczne poryzowane pustaki ścienne o dużych rozmia-
rach (nawet do 50 cm), pustaki o specjalnie zaprojektowanym ukła-
dzie drążeń, znacznie podnoszącym ich właściwości termoizolacyjne,
pustaki wypełniane materiałami termoizolacyjnymi, specjalistyczne
pustaki akustyczne oraz wiele innych nowoczesnych rozwiązań opisa-
nych w tym opracowaniu.
Na szczególną uwagę zasługuje też zmiana w obrębie technologii
wznoszenia murów z ceramiki. Dzięki dziś już powszechnemu stoso-
waniu pustaków szlifowanych o dużej dokładności wymiarowej, możli-
we jest murowanie ceramicznych ścian na tzw. „cienką spoinę”, zarów-
no cementową, jak i suchą, poliuretanową. Coraz częściej tradycyjną
kielnię murarską na budowie zastępują wałki do nanoszenia zaprawy
czy pistolety do aplikowania tzw. suchej zaprawy w postaci piany po-
liuretanowej.
Konstrukcyjne wyroby z ceramiki to nie tylko pustaki ścienne, ale rów-
nież nadproża, stropy oraz wiele elementów uzupełniających – ułatwia-
jących i przyśpieszających prace budowlane oraz wpływające na poprawę
energooszczędności budynków.
Dynamiczny rozwój dotyczy również ceramicznych wyrobów elewacyj-
nych i dachowych. Cegły elewacyjne produkowane są w wielu kolorach,
od cegieł białych, poprzez różne odcienie czerwieni, brązu, kończąc na
antracytowych i czarnych. Różnią się fakturą lica, formatem, sposobem
murowania. Dachówki ceramiczne oferowane są również w bogatej
| 8 |
kolorystyce oraz w wielu interesujących modelach – od dachówek
historycznych, jak mnich-mniszka czy karpiówka, do najnowocześniej-
szych modeli dachówek zakładkowych.
Dzięki ścisłej współpracy producentów z instytutami naukowo-badaw-
czymi oraz stałemu rozwojowi produktów i technologii ceramika budow-
lana zachowując swój niepowtarzalny urok i szlachetność, oferuje szereg
nowoczesnych rozwiązań spełniających oczekiwania inwestorów, projek-
tantów i wykonawców.
Życzymy miłej lektury
Zarząd Związku Pracodawców
Ceramiki Budowlanej
| 9 |
ROZWÓJ CERAMIKI W POLSCE
Budynki i budowle z wyrobów wytwarzanych z gliny wznoszone
były już w starożytności, w krajach dalekiego wschodu, około 5000
lat p.n.e. Początkowo były to elementy suszone na słońcu, a jako
wypalane (ceramiczne), pojawiły się w IV w. p.n.e. Od tego czasu
popularność ceramiki i terytorialny zasięg jej stosowania stale się
powiększa.
W Polsce od przełomu XI i XII wieku wykorzystywano glinę do
wzmacniania i zabezpieczania grodów i podgrodzi. W tamtych czasach
budowano głównie z kamieni i drewna, a gliną wylepiano jedynie lico
zewnętrzne ścian domów i budowli obronnych. Niestety glina w swej
czystej postaci – mimo niewątpliwej zalety, jaką była możliwość jej
plastycznej obróbki – w czasie wysychania kruszyła się i pękała. Za-
częto więc formować z niej kształtki, tzw. surówki, będące prototypem
współczesnych cegieł, z których możliwe było już wznoszenie ścian
o dużych powierzchniach. Cegły palone zaczęto stosować w Polsce
około połowy XII wieku. Pierwszymi budowlami na ziemiach Pol-
skich, do których użyto, obok tradycyjnego w tamtych czasach budul-
ca, tj. ciosów kamiennych, również cegłę była kolegiata znajdująca się
w podłęczyckiej miejscowości Tum oraz kościół opacki w Czerwińsku.
W kościele tym cegły w połączeniu z kamieniem posłużyły do wykona-
nia części arkad [7].
Cegła wypalana weszła do szerokiego stosowania w wieku XIII, kie-
dy to obserwowano widoczny trend w przejściu od kamienia do cegły
jako tworzywa budowlanego. Dobrym przykładem takiego podejścia
jest katedra w Kamieniu Pomorskim, której budowa rozpoczęła się po
roku 1175, gdzie dolną część ścian wykonano z kostek granitowych,
zaś górną, wzniesioną w pierwszej połowie XIII wieku, już wyłącznie
z cegły. Pierwszą, najstarszą w Polsce, budowlą monumentalną wyko-
naną wyłącznie z cegieł jest znajdujący się w Kołbaczu koło Szczeci-
na kościół Opactwa Cystersów (fot. 1), którego budowa rozpoczęła się
w roku 1210.
| 10 |
Budownictwo z cegły zyskiwało coraz większą popularność na co istot-
ny wpływ miała duża dostępność surowców do wytworzenia cegły oraz
stosunkowo nieskomplikowany sposób produkcji. Wyroby ceramiczne
jako materiały trwałe i niepalne prawie jak wyroby z kamienia, ale od
nich tańsze i łatwiejsze w obróbce mają walory estetyczne, takie jak trwa-
ły i naturalny kolor, możliwość uzyskania ciekawej faktury powierzchni.
Budowle z cegły również wpłynęły znacząco na zmiany w architekturze
zarówno przez poszerzenie palety kolorystycznej powstających obiektów,
jak i też na zmiany wyglądu budowli monumentalnych. Kolejne, wspania-
łe i w większej części ceglane, budowle sakralne powstały m.in. w Trzeb-
nicy, Nysie, Złotoryi, Środzie Śląskiej i we Wrocławiu [7].
Równocześnie z rozpowszechnianiem się budownictwa z cegieł zaczę-
to również wytwarzać dachówki ceramiczne.
Wraz z rozwojem przemysłu rosło zapotrzebowanie na nowe obiekty,
a więc także na wyroby ceramiczne. Wprowadzenie w wieku XIX techno-
logii wznoszenia budynków szkieletowych zaowocowało zapotrzebowa-
Kościół Opactwa Cystersów w Kołbaczu
Fot. 1.
| 11 |
niem na cegły lekkie, do wypełnienia ścian tylko jednej kondygnacji, co
dało początek produkcji cegieł z drążeniami. Dalszy postęp technologicz-
ny doprowadził do tego, że w wieku XX cegły drążone przeistoczyły się
w pustaki, czyli wyroby o udziale drążeń większym od 25% oraz o wymia-
rach kilkakrotnie większych od cegieł tradycyjnych.
Dzięki rozwojowi technologii produkcji wyrobów ceramicznych możli-
we jest obecnie wytwarzanie takich elementów, które zachowując trady-
cyjne właściwości (wytrzymałość, trwałość, odporność ogniową, estetykę,
itp.) mogą spełniać wymagania izolacyjności cieplnej i akustyki [6].
Malbork – Zamek Krzyżacki
Fot. 2.
| 12 |
PROCESY TECHNOLOGICZNE I PRODUKCYJNE
Tradycyjne wytwarzanie ceramiki opierało się na naturalnym przero-
bie surowców ilastych, całkowicie ręcznym formowaniu, suszeniu przez
okres 15÷30 dni na placu wysypanym ostro krawędziowym piaskiem i wy-
palaniu w kręgowym, węglowym piecu Hoffmana (fot. 3). Obecnie tech-
nologia ta stosowana jest sporadycznie.
Tradycyjna produkcja cegieł – zdjęcie w piecu kręgowym
Fot. 3.
| 13 |
Wypalanie cegieł przebiegało w kilku, płynnie następujących po
sobie etapach, a szybkość procesu uzależniona była od właściwości
surowców, ich wilgotności, typu pieca i rodzaju wymiany ciepła. Po-
mimo tego, że konstrukcja pieców kręgowych była znana od dawna,
pozwała ona na łatwe ich utrzymanie w pełnej sprawności przy ni-
skich kosztach eksploatacyjnych. Piece te odznaczały się korzyst-
nym wskaźnikiem zużycia ciepła, stosunkowo dużą wydajnością
i żywotnością techniczną. Do najistotniejszych wad ich użytkowa-
nia zaliczano uciążliwość załadunku i wyładunku wsadu, trudności
osiągnięcia równomiernego rozkładu temperatury oraz związane
z tym różnice kolorystyczne i cech fizykochemicznych pomiędzy
wyrobami wypalanymi w tym samym czasie. Cegły ręcznie formo-
wane odznaczały się małą gęstością, dużą nasiąkliwością, stosun-
kowo niedużą odpornością na ściskanie i niskim współczynnikiem
przewodzenia ciepła [7].
Przy tradycyjnej produkcji wyrobów ceramicznych praca ludz-
kich rąk odgrywała kluczową rolę, natomiast we współczesnych za-
kładach została ograniczona do minimum, a główny ciężar produk-
cji przejęły urządzenia i maszyny sterowane automatycznie. Cechą
nowoczesnych zakładów jest również automatyzacja procesu trans-
portu półfabrykatów, dostosowanie rodzaju wykorzystywanych
urządzeń do realizowanej technologii, doskonalenie materiałów
ogniotrwałych, izolacyjnych i pomocniczych, usprawnienie urzą-
dzeń do spalania paliwa, automatyzacja regulacji przepływu czyn-
nika grzewczego lub suszącego, tak aby zoptymalizować wymianę
ciepła i masy oraz poszerzenie zakresu pomiarów i automatycz-
nego sterowania procesami suszenia i wypalania. Największy jed-
nak postęp technologiczny dokonał się w obszarze suszarni i pie-
ców ceramicznych. Nowoczesne piece budowane są z ultralekkich,
ogniotrwałych materiałów takich jak: wyroby perlitowe, kaolinowe,
wysokoglinowe lub korundowe wyroby izolacyjne.
| 14 |
Możliwość automatycznego sterowania zmianami temperatur pieca
zgodnie z założoną krzywą suszenia i wypalania oraz ograniczenie wahań
temperatury w bardzo wąskim przedziale minimalizuje ryzyko niestabil-
nego przebiegu wypalania i produkcji cegieł o niejednorodnych właści-
wościach.
Nowoczesny zakład produkcji ceramiki budowlanej
Fot. 4.
| 15 |
Surowce do produkcji wyrobów ceramicznych
Podstawowym surowcem do produkcji wyrobów ceramicznych jest gli-
na. Jej właściwości zależą od składu:
• granulometrycznego,
• chemicznego,
• mineralogicznego.
Automatyzacja procesu produkcji dachówki ceramicznej
Fot. 5.
| 16 |
Przez skład granulometryczny rozumie się wielkość ziaren surowca,
przy czym rozróżnia się następujące frakcje:
• piasek - ziarna o średnicy 2÷0,05mm,
• pył - ziarna o średnicy 0,05÷0,002 mm,
• właściwą substancję ilastą (substancję gliniastą) - ziarna o śred-
nicy poniżej 0,002 mm.
Frakcje piaskową dzieli się na piasek gruby (2÷0,5mm) i piasek drobny
(0,5÷0,05mm). Poza tym w glinach występują niekiedy zanieczyszczenia
takie jak żwir (ziarna większe od piasku) i okruchy skał.
Skład mineralogiczny glin jest w znacznym stopniu zależny od składu
granulometrycznego. Piasek stanowi głównie kwarc z niewielkimi ilościa-
mi skalenia. Pył składa się przeważnie z kwarcu, skalenia i miki. Substan-
cja ilasta jest bardziej złożona. W jej skład wchodzą różne minerały ilaste,
jak: kaolinit, haloizyt, montmorylonit, pirofilit, illit, alofany i inne.
Glina – naturalny surowiec
Fot. 6.
| 17 |
Ilość substancji ilastej oraz przewaga któregoś z minerałów skałotwór-
czych w jej składzie decydują o właściwościach fizycznych gliny.
Gliny powinny mieć średnią plastyczność, małą wrażliwość na susze-
nie (skurczliwość suszenia 6÷8%) i dobrze nadawać się do formowania.
Nie powinny zawierać większych ilości soli rozpuszczalnych ani grubo-
ziarnistych zanieczyszczeń, zwłaszcza marglu i wapienia. Niedopuszczal-
na jest zawartość soli rozpuszczalnych, zwłaszcza siarczanów, oraz zanie-
czyszczeń o ziarnach większych od 1 mm (kwarc, margiel, gips, piryt) [12].
Glina w naturze nigdy nie występuje w takim stanie, aby wydobyta
z kopalni nadawała się od razu do formowania. Dlatego zachodzi koniecz-
ność odpowiedniego jej przygotowania i przerobienia na masę ceramicz-
ną nadającą się do formowania wyrobów.
Aby uzyskać masę o pożądanych właściwościach technologicznych,
należy glinę rozdrobnić, wymieszać z dodatkami, nawilżyć i doprowadzić
do możliwie maksymalnej jednorodności.
Etapy wytwarzania wyrobów ceramicznych
W procesie produkcji wyrobów ceramicznych można wyróżnić kilka
etapów, w szczególności:
• pozyskiwanie surowców,
• dozowanie surowców,
• rozdrobnienie mieszanki (przerób wstępny),
• homogenizacja mieszanki,
• formowanie wyrobów,
• suszenie,
• wypalanie,
• szlifowanie,
• sortowanie, pakowanie, transport wewnętrzny,
• magazynowanie,
• wywóz wyrobów (transport zewnętrzny).
| 18 |
Nowoczesne technologie produkcji wyrobów ceramicznych umożli-
wiają nie tylko udoskonalanie elementów ceramicznych, ale także pro-
dukcję na dużą skalę przy jednoczesnej dbałości o środowisko. Obecnie
dobrą i stosowaną praktyką jest rekultywacja terenów pokopalnianych
poprzez zagospodarowywanie wyrobisk np. na cele rekreacyjne (sztuczne
zbiorniki wodne), czy zalesienia.
Rekultywacja terenów pokopalnianych
Fot. 7.
| 19 |
ASORTYMENT WYROBÓW
Rodzaje wyrobów
Asortyment wyrobów ceramicznych i wyrobów wytwarzanych z uży-
ciem kształtek z ceramiki budowlanej jest - po ośmiu wiekach ewolucji
i dostosowywania do coraz wyższych oczekiwań inwestorów - bardzo bo-
gaty. Wyroby ceramiczne można podzielić na kilka podstawowych grup:
• elementy murowe – celowo uformowane wyroby budowlane
przeznaczone do wykonywania muru,
• dachówki,
• cegły klinkierowe (elementy elewacyjne),
• elementy stropowe – pustaki stropowe i belki kratownicowe
przeznaczone do wykonywania stropów gęstożebrowych (belko-
wo-pustakowych),
• prefabrykaty nadprożowe,
• pustaki wentylacyjne.
Uzupełnieniem powyższych grup wyrobów, niezbędnych przy wzno-
szeniu budynków i obiektów małej architektury, są:
• zaprawy murarskie i kleje poliuretanowe,
• wyroby ułatwiające wykonywania robót murarskich (np. kształt-
ki wieńcowe).
Elementy murowe
Do najbardziej popularnych elementów ceramicznych zalicza cegły
tradycyjne oraz pustaki poryzowane, szlifowane, akustyczne.
| 20 |
Cegły ceramiczne
Cegły ceramiczne są najstarszymi i jednocześnie najbardziej uniwer-
salnymi wyrobami ceramiki budowlanej. Mogą być z nich wykonywane
wszystkie rodzaje murów: ściany nośne zewnętrzne, nośne wewnętrzne
i działowe.
Cegły produkowane są w różnych systemach wymiarowych, ale jest kil-
ka formatów standardowych (wymiary cegły podaje się w milimetrach):
• cegła w formacie RF (tradycyjnym) ma wymiary 250 x 120 x 65
mm (długość x szerokość x wysokość),
• cegła w formacie WDF ma wymiary 210 x 100 x 65 mm,
• cegła w formacie WF ma wymiary 210 x 100 x 50 mm,
• cegła w formacie NF ma wymiary 240 x 115 x 71 mm,
• cegła ekstrudowana (klinkierowa) o najbardziej popularnych wy-
miarach 250 x 120 x 65 mm.
Nowoczesna elewacja z cegieł klinkierowych
Fot. 8.
| 21 |
Ceramiczne cegły elewacyjne są także stosowane do wykonywania ele-
mentów małej architektury (ogrodzeń, kominków, grillów) i do wykań-
czania wnętrz (ścianki działowe, obudowy kominków itp.). Powszechność
ich zastosowań, trwałość i estetyka sprawiają, że z powodzeniem spraw-
dzają się one zarówno na elewacjach budynków o stylu nowoczesnym, jak
i klasycznym.
Cegła klinkierowa w małej architekturze
Cegły ceramiczne występują w dwóch wariantach, jako pełne lub drą-
żone.
Cegły drążone mogą mieć drążenia:
• poziome, tzw. cegły dziurawki z dwoma lub trzema otworami
wzdłuż wozówki; udział drążeń może wynosić do 25% objętości,
• pionowe, z pięcioma lub sześcioma otworami wzdłuż główki;
udział drążeń może wynosić do 40% objętości.
Cegły elewacyjne (klinkierowe) to wyroby szczególnie odporne na od-
działywanie niekorzystnych warunków klimatycznych, charakteryzujące się
dużą wytrzymałością na ściskanie i niską nasiąkliwością. Z uwagi na prze-
znaczenie występują w bogatej palecie kolorów i faktur powierzchni lico-
wych. Powierzchnie licowe cegieł elewacyjnych mogą być gładkie, ręcznie
formowane, ryflowane, strukturyzowane lub pokryte angobą.
Fot. 9.