Współczesne ściany zewnętrzne stają się coraz bardziej skomplikowane. Mają na nie wpływ takie czynniki jak: komfort cieplno-wilgotnościowy użytkowanych pomieszczeń, koszty eksploatacji i wygląd zewnętrzny. Straty ciepła przez ścianę zewnętrzną to 20?40% wszystkich strat w trakcie eksploatacji budynku. W naszym kraju do lat 1980. preferowano w budownictwie ściany zewnętrzne jednomateriałowe. Spełniały one odpowiednie wymogi konstrukcyjne, jednakże ucieczka ciepła przez nie była znaczna. Aby poprawić ich termoizolacyjność, wprowadzono przymus ograniczenia wartości tzw. współczynnika przenikania ciepła przez przegrodę zewnętrzną k.
skala 1:10
1 ? wentylowana pustka powietrzna gr. 3 cm;
2 ? cegły elewacyjne;
3 ? zaprawa cementowo-wapienna;
4 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej LSA-2;
5 ? krążek dociskowy LSZ-60;
6 ? izolacja pionowa regulująca odpływ wilgoci z pustki powietrznej ? folia polietylenowa;
7 ? izolacja termiczna ? wełna mineralna hydrofobizowana gr. 7 cm;
8 ? pusta spoina pionowa (nawiew);
9 ? kotwa ze stali nierdzewnej LSA-3 lub LSA-4;
10 ? żwir;
11 ? izolacja powłokowa typu lekkiego;
12 ? tynk cementowo-wapienny
13 ? izolacja pozioma ściany ? 1 × folia PE;
14 ? pręty główne zbrojenia wieńca stropu 4 × ?12;
15 ? strzemiona zbrojenia wieńca stropu ?6 co 25 cm;
16 ? strop gęstożebrowy (np. FERT-45);
17 ? izolacja pozioma stropu ? 2 × papa na lepiku lub 2 × folia PE;
18 ? cegła pełna
Wartość ta wg wymogów krajowych ulegała kolejnym zmianom: do 1982 roku ? 1,16 W/m2 K, od 1982 do 1991 ? 0,75 W/m2 K, a od 1991 do 1998 ? 0,55 W/m2 K i ostatecznie od 1998 ? 0,3?0,5 W/m2 K. Warto dodać, że w krajach wysoko rozwiniętych wymogi te są jeszcze ostrzejsze. Przykładowo roczne zużycie energii w Polsce, w budynkach spełniających odpowiednie wymogi, jest na poziomie ok. 130 kWh/m2, a w Niemczech czy Skandynawii roczne zużycie energii cieplnej wynosi do 50% tej wartości.
skala 1:10
1 ? cegły elewacyjne;
2 ? krążek dociskowy LSZ-60;
3 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej LSA-2;
4 ? izolacja termiczna ? wełna mineralna hydrofobizowana gr. 7 cm;
5 ? kotwa do betonu HILTI;
6 ? kotwa wspornikowa ze stali nierdzewnej KWL-1.5-160?750;
7 ? systemowe uszczelnienie kompensacyjne;
8 ? pustka powietrzna gr. 3 cm;
9 ? pustak ceramiczny MAX 220;
10 ? tynk gipsowo-wapienny;
11 ? zbrojenie wieńca stropu;
12 ? strop gęstożebrowy;
13 ? pusta spoina pionowa (nawiew);
14 ? pusta spoina pionowa (wywiew)
skala 1:10
1 ? cegły elewacyjne;
2 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej LSA-2;
3 ? krążek dociskowy LSZ-60;
4 ? izolacja termiczna ? wełna mineralna hydrofobizowana gr. 7 cm;
5 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej KW;
6 ? uszczelnienie kompensacyjne;
7 ? pustka powietrzna gr. 3 cm;
8 ? bloczki gazobetonowe;
9 ? tynk gipsowo-wapienny;
10 ? żebro stalowe (HEB 400);
11 ? kotwa HMA ? wg zamówienia indywidualnego (HALFEN-UK);
12 ? kotwa SBA/L ? wg zamówienia indywidualnego (HALFEN-UK);
13 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej ML;
14 ? płyta stropowa;
15 ? warstwy podłogowe;
16 ? profil sufitowy CD 60 × 27 × 0,6;
17 ? płyta GKF (12,5 mm);
18 ? pusta spoina pionowa
Ze względu na warunki panujące w pomieszczeniach spowodowane działalnością człowieka (wydzielanie się pary wodnej), niezwykle istotnego znaczenia nabierają problemy wilgotnościowe. Możliwość wystąpienia tzw. strefy kondensacji, może doprowadzić do zwiększenia stopnia zawilgocenia materiałów termoizolacyjnych w murze, a przez to nawet i kilkukrotnego obniżenia parametrów termicznych ściany.
Te wszystkie uwarunkowania doprowadziły do powstania tzw. ściany warstwowej, z wyraźnie wydzielonymi elementami spełniającymi następujące zadania:
? wytrzymałościowe,
? izolacyjności termicznej,
? zabezpieczenia zewnętrznego.
Tego typu ściany według nomenklatury technicznej noszą nazwę szczelinowych (Instrukcja ITB nr 341/96); można je też określić mianem wielowarstwowych.
skala 1:10
a ? systemowa elastyczna masa uszczelniająca;
b ? systemowy profil piankowy;
1 ? krążek dociskowy LSZ-60;
2 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej LSA-2;
3 ? cegły elewacyjne;
4 ? izolacja termiczna ? wełna mineralna hydrofobizowana gr. 7 cm;
5 ? zaprawa cementowo-wapienna;
6 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej ML;
7 ? pustka powietrzna gr. 3 cm;
8 ? słup stalowy;
9 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej ML;
10 ? przymocowana szyna kotwiąca ze stali nierdzewnej HTA (umożliwia korektę pionowego położenia kotwy);
11 ? pustak ceramiczny MAX 220;
12 ? tynk gipsowo-wapienny;
13 ? płyta GKF
Rozwiązaniem, spełniającym w możliwie najpełniejszym stopniu wymienione warunki, jest tzw. ściana warstwowa z wentylowaną pustką powietrzną. Można by jej prapoczątków doszukać się już u starożytnych Greków! Przykładem jest tu ściana o grubości 1 m, występująca w sławnej bibliotece w Efezie (miasto jońskie w Azji Mniejszej, na wybrzeżu dzisiejszej Turcji) i składająca się z dwóch warstw muru z kamienia, rozdzielonych wewnętrzną pustką powietrzną.
W poprawnie zaprojektowanej ścianie wielowarstwowej można wyróżnić następujące elementy (rys. 1):
? różnomateriałowa warstwa konstrukcyjna (ceramika, żelbet, stal, drewno),
? warstwa izolacyjna o grubości wynikającej z projektowanej termoizolacyjności ściany (hydrofobizowana wełna mineralna, wełna szklana, styropian i poliuretan),
? warstwa wentylacyjna (pustka powietrzna),
? warstwa licowa-osłonowa (cegła klinkierowa lub licowa).
W takiej ścianie ewentualna kondensacja pary wodnej dokonuje się w wentylowanej pustce powietrznej, co eliminuje zawilgocenie poszczególnych warstw ściany. Najkorzystniejszym rozwiązaniem warstwy licowej jest zastosowanie materiału nie wymagającego dodatkowej ochrony. Materiały ceramiczne stosowane jako warstwa licowa winny charakteryzować się następującymi parametrami:
? wysoka wytrzymałość na ściskanie (15?35 MPa),
? niska nasiąkliwość (do 16%),
? odpowiednia mrozoodporność (> 25 cykli zamrażania),
? odporność na uderzenia mechaniczne,
? brak zawartości soli mogących powodować wykwity na elewacji,
? brak zawartości margla,
? niska tolerancja wymiarowa i mała liczba uszkodzeń.
skala 1:10
a ? systemowa elastyczna masa uszczelniająca;
b ? systemowy profil piankowy;
1 ? cegły elewacyjne;
2 ? krążek dociskowy LSZ-60;
3 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej ML;
4 ? zaprawa cementowo-wapienna;
5 ? pustka powietrzna gr. 3 cm;
6 ? izolacja termiczna ? wełna mineralna hydrofobizowana gr. 7 cm;
7 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej LSA-2;
8 ? słup żelbetowy;
9 ? szyna kotwiąca ze stali nierdzewnej HMS (umożliwia korektę pionowego położenia kotwy);
10 ? kotwa murowa ze stali nierdzewnej ML;
11 ? pustak ceramiczny MAX 220;
12 ? tynk gipsowo-wapienny
W trakcie wznoszenia ściany wielowarstwowej konieczne jest pozostawienie szczelin umożliwiających wentylację pustki powietrznej oraz powiązanie tej warstwy z warstwą nośną za pomocą systemu zabezpieczonych antykorozyjnie kotew (rys. 2).
Podstawowym zadaniem kotew jest zabezpieczenie warstwy zewnętrznej przed zniszczeniem wywołanym parciem lub ssaniem wiatru. Kotwy są narażone na osiowe ściskanie lub rozciąganie wywołane działaniem wiatru lub (w przypadku ścian fundamentowych) parciem gruntu. Wzajemny, względny przesuw warstwy wewnętrznej i fakturowej powoduje zginanie kotew. W trakcie eksploatacji zginanie kotew jest wywołane przez termiczne odkształcenia warstwy fakturowej. W związku z tym, kotwy mogą ulec zniszczeniu z powodu ich wyrwania, zerwania lub w wyniku korozji. Zniszczeniu mechanicznemu można zapobiec, stosując odpowiedni system kotwienia obu warstw i odpowiednie systemowe kotwy. Kotwy należy wykonywać z metalu odznaczającego się dużą wytrzymałością, małym współczynnikiem sprężystości, oraz odpornością na korozję.
Zaleca się stosowanie kotew z metalu o wytrzymałości ok. 400?600 MPa, a o wydłużalności rzędu 30%. Stosowanie kotew nieodpornych na korozję jest niedopuszczalne, z uwagi na możliwość wystąpienia groźnych w skutkach awarii zewnętrznej warstwy ściany. Kotwy powinny być wykonane z austenicznej stali nierdzewnej, spełniającej wymagania zawarte w PN-71/H-86020 i PN-86/H-93026 lub stopów miedzi. Obecnie najodpowiedniejsza jest stal gatunku OH18N9, 1H18N9, 1H18N9T lub OH17N4G8, 2H18N9, H18N10MT i H18N12M2T. Można stosować stal zwykłą pokrytą galwanicznie austeniczną stalą grubości minimum 1 mm lub stal zwykłą ocynkowaną przy spełnieniu warunków normy BN-90/6799-01.
skala 1:10
1 ? cegły elewacyjne;
2 ? zaprawa cementowo-wapienna;
3 ? izolacja przeciwwiatrowa;
4 ? poszycie szkieletu drewnianego ? sklejka wodoodporna;
5 ? pustka powietrzna wentylowana gr. 3 cm;
6 ? kotwa do drewna ze stali nierdzewnej (HFC) L = 130 + 50 mm;
7 ? wkręt do drewna ?8;
8 ? słupek szkieletu drewnianego ? przestrzeń między słupkami wypełniona izolacją termiczną z wełny mineralnej hydrofobizowanej;
9 ? pusta spoina pionowa gr. 10 mm (nawiew);
10 ? ciągła osłona przed korozją biologiczną (blacha ocynkowana);
11 ? żwir ubity;
12 ? typowa kotwa stosowana w budownictwie polskim ?4?4,5 mm (LSA);
13 ? zaprawa cementowa;
14 ? płyta gipsowo-kartonowa 12,5 mm;
15 ? belka podwalinowa;
16 ? warstwy podłogowe;
17 ? belka wieńcowa ? przekrój 79 × 190 mm;
18 ? strop drewniany; między belkami izolacja cieplna w postaci wełny mineralnej;
19 ? kotwa ?16, co 1,5?2 m;
20 ? belka;
21 ? przekładka z tworzywa lub włókna szklanego;
22 ? izolacja przeciwwilgociowa ? 2 × papa na lepiku lub 2 × folia PE;
23 ? zagęszczone podłoże;
24 ? bloczki betonowe typu M (B-15);
25 ? paroizolacja;
26 ? wentylowana pustka powietrzna
Kotwy należy wykonywać z prętów okrągłych (typ LSA) o średnicy od 4 do 6 mm. Dla szczelin o szerokości > 100 mm należy stosować pręt o średnicy ? 5 mm. W uzasadnionych przypadkach można stosować kotwy o średnicy większej niż 6 mm, ale w żadnym wypadku nie większej niż 8 mm. Minimalna głębokość zakotwienia takich kotew wynosi 50 mm (zalecana 60?80 mm). Końcówki kotew powinny być zagięte na minimum 30 mm (zalecane zagięcie ? 50 mm) (rys. 4, 5).
Większość kotew systemowych wykonana jest z płaskowników i posiada grubość 2,5 mm, w przypadku kotew ze stali nierdzewnej oraz 3 mm dla kotew ocynkowanych.
Kotwy powinny być rozmieszczone równomiernie i przemiennie na całej powierzchni ściany. Pionowy odstęp pomiędzy kotwami powinien wynosić 460 mm, a poziomy 500 mm, co odpowiada liczbie 4,3 kotwi na 1 m2 powierzchni ściany.
W narożach ściany, wzdłuż górnej krawędzi ściany, przy szczelinach dylatacyjnych (z obu stron) i przy otworach należy zastosować dodatkowe kotwy w odległości rzędu 150 mm od krawędzi muru, w ilości 3 szt. na metr krawędzi.
Mur musi być zabezpieczony przed penetracją skraplającej się wilgoci i wody z zacinającego deszczu z jednej warstwy na drugą poprzez kotwy. W tym celu na kotwy należy zakładać krążki z tworzywa sztucznego i kształtować w nich kapinosy (rys. 1?5). Dzięki kapinosom woda ścieka w dół szczeliny wentylacyjnej, a nie przemieszcza się wzdłuż kotew. Krążki z tworzywa sztucznego pełnią dodatkowo rolę dociskową warstwy termoizolacyjnej.
skala 1:5
1 ? izolacja przeciwwiatrowa;
2 ? poszycie szkieletu drewnianego sklejka wodoodporna gr. 12 mm;
3 ? termoizolacja ułożona między słupkami konstrukcji;
4 ? słupek drewniany 38 × 140 mm;
5 ? płyta gipsowo-kartonowa gr. 12,5 mm;
6 ? elastyczna masa uszczelniająca;
7 ? profil piankowy;
8 ? cegły elewacyjne;
9 ? wentylowana pustka powietrzna gr. 3 cm;
10 ? kotwa do drewna ze stali nierdzewnej (HFC) L = 130 + 50 mm;
11 ? wkręt do drewna ?8;
12 ? zaprawa cementowo-wapienna;
13 ? paroizolacja
Wprowadzenie systemowych rozwiązań kotew umożliwiło wykonywanie ścian wielowarstwowych jako ścian osłonowych w przypadku różnych typów konstrukcji. Nie ma teraz przeszkód w wykonaniu wielowarstwowej ściany osłonowej z ceramiczną warstwą fakturową wykonaną z ceramicznych cegieł elewacyjnych w przypadku konstrukcji głównej w postaci ramy żelbetowej (rys. 5) czy stalowej (rys. 3, 4). Tak samo można wykonać warstwę fakturową z cegły licowej czy klinkierowej, w przypadku obiektu zrealizowanego na bazie ramy drewnianej i to zarówno w systemie kanadyjskim (rys. 6, 7), jak i w coraz powszechniejszym w Europie Zachodniej skandynawskim systemie ramowym (rys. 8).
Należy pamiętać, by w jednym z pierwszych rzędów, pozostawić puste szczeliny pionowe jako tzw. ?otwory wlotowe? do pustki powietrznej (rys. 1, 6). Na czas murowania i spoinowania w miejsca te włożyć można materiał termoizolacyjny o grubości spoiny (1 cm). Takie same, niewypełnione pionowe, spoiny należy pozostawić w górnej części muru elewacyjnego oraz pod i nad otworami (rys. 2, 3). Szerokość wentylowanej pustki powietrznej musi być ? 25 mm, a łączny przekrój otworów odpowietrzających (na górze ? wywiew) i odwadniających (na dole ? nawiew) wykonanych w warstwie zewnętrznej powinien wynosić od 350 do 750 mm2 na 1 m2 ściany. W warstwie osłonowej jako otwory odpowietrzające i odwadniające stosowane są najczęściej puste spoiny pionowe co 1 do 4 cegły (rys. 1?3, 6). Można również stosować specjalne kształtki z możliwością regulacji dopływu powietrza do szczeliny (w okresie zimowym dopływ zimnego powietrza do szczeliny jest ograniczony, a w okresie letnim zwiększany).
skala 1:5
1 ? izolacja przeciwwiatrowa;
2 ? poszycie szkieletu drewnianego ? sklejka wodoodporna gr. 12 mm;
3 ? termoizolacja ułożona między słupkami konstrukcji;
4 ? słupek drewniany 140 × 140 mm;
5 ? płyta gipsowo-kartonowa gr. 12,5 mm;
6 ? elastyczna masa uszczelniająca;
7 ? profil piankowy;
8 ? cegły elewacyjne;
9 ? wentylowana pustka powietrzna gr. 3 cm;
10 ? kotwa do drewna ze stali nierdzewnej (HFC) L = 130 + 50 mm;
11 ? wkręt do drewna ?8;
12 ? zaprawa cementowo-wapienna;
13 ? paroizolacja
W czasie murowania należy zwrócić uwagę na to, aby zaprawa nie wchodziła w pustkę powietrzną. Warstwa zewnętrzna spełnia funkcje osłonowe, chroniąc wewnętrzne warstwy ściany przed oddziaływaniem czynników zewnętrznych, jak: opady atmosferyczne, duże skoki temperatury, wiatry, spaliny, uderzenia mechaniczne; a w przypadku ścian piwnic również parcie gruntu. Silne nagrzewanie się warstwy osłonowej w lecie powoduje duże odkształcenia muru. Toteż warstwa ta musi mieć zapewnioną (za pomocą dylatacji) możliwość ruchu w kierunku pionowym i poziomym. Styk taki winien umożliwiać swobodny ruch warstwy fakturowej. Warstwa ta nie może być związana z warstwą wewnętrzną za pośrednictwem wieńców, nadproży czy sztywnych sięgaczy ceglanych, a jedynie za pomocą cienkich kotew metalowych (rys. 2, 4 i 5).
Z tego względu odstępy między przerwami dylatacyjnymi warstwy fakturowej nie powinny przekraczać:
? w przypadku ścian z cegieł ceramicznych ? 12 m,
? w pozostałych przypadkach ? 8 m.
Odstępy pomiędzy przerwami dylatacyjnymi warstwy wewnętrznej są identyczne jak w przypadku murów pełnych wykonanych z takich samych materiałów. Wymagania te są zawarte w normie PN-87/B-03002.
dr inż. Tomasz Błaszczyński
dr inż. Błażej Zgoła
T. Błaszczyński, B. Zgoła.: Ceramiczna cegła elewacyjna. Poradnik dla projektantów i architektów. ARDO, Poznań 1998 r.
