Rodzaj zaprawy a estetyka klinkierowych murów licowych

Według Eurokodu 6, czyli normy PN-EN 1996-2:2010 [1], mur licowy powinien wyglądać estetycznie.

Tego zalecenia często nie można spełnić z powodu wykwitów pojawiających się na elewacji (fot. 1–4). Dlaczego zjawisko to jest tak powszechne, mimo że materiały murowe zastosowane do budowy spełniają wymagania związane z certyfikacją? Najczęściej przyczyną jest wybór niewłaściwej zaprawy, co jest konsekwencją luk w przepisach budowlanych oraz pewnych stereotypów funkcjonujących w środowisku wykonawczym.

Powstawanie wykwitów

Definicja, zgodnie z którą wykwit to sól w postaci krystalicznej, wydzielająca się z przesyconego roztworu solnego na powierzchni materiału, nie oddaje w pełni zjawiska zachodzącego na elewacjach.

Oprócz soli w murach istnieją bowiem także związki pochodzące z zapraw (głównie Ca(OH)2) lub z niewłaściwie zabezpieczonych wkładek stalowych. W obecności wody ulegają one rozpuszczeniu i – przetransportowane na powierzchnię muru – obniżają jego estetykę. Ulegają także dalszym przemianom pod wpływem związków pochodzących ze środowiska zewnętrznego.

Czynniki wpływające na powstawanie wykwitów to:

• istnienie źródła soli rozpuszczalnych w wodzie (składników zaprawy, atmosfery, gruntu, elementów metalowych i innych wbudowanych w mur);
• przenikanie do muru wody, w której sole zostaną rozpuszczone;
• występowanie czynnika powodującego ruch roztworu soli, jak różnica stężeń, temperatury lub ciśnienia między wnętrzem muru a jego powierzchnią.

W zależności od źródła wilgoci na ceramice może pojawić się wykwit [2]:

• pierwotny – powstający w wyniku migracji związków chemicznych z materiału ceramicznego i ze świeżej zaprawy, uwarunkowany obecnością związków rozpuszczalnych w wodzie, własnościami ceramiki (strukturą wewnętrzną, własnościami powierzchni, kapilarnością, dyfuzyjnością) oraz ilością wprowadzonej wody technologicznej;
• wtórny – powstający w wyniku penetracji muru przez wodę deszczową lub kondensacyjną.

Skład wykwitów pierwotnych

W skład wykwitów pierwotnych mogą wchodzić związki pochodzące z materiału ceramicznego:

• siarczany,
• chlorki z wody i ze złóż materiałów ilastych zlokalizowanych w pobliżu wysadów solnych,
• węglany.

Siarczany

Powstają one z:

• węglanów wapniowych i magnezowych znajdujących się w surowcach ilastych wchodzących w reakcję ze związkami siarki zawartymi w surowcach podstawowych, pomocniczych, materiałach opałowych oraz wodzie zarobowej;
• utleniania pirytu w surowcu w okresie hałdowania i dołowania, reakcji zachodzącej między tlenkami siarki i kwasem siarkowym a wyrobem wypalonym w piecu przemysłowym; powstaje wówczas biały, zbity osad, łatwo rozpuszczalny w wodzie;
• związków wanadu zawartych w najdrobniejszych frakcjach gliny w ilościach nieprzekraczających zwykle 0,2% [3]; tlenek wanadu i siarczan wanadu rozpuszczają się w kontakcie z wodą i tworzą wykwity (VOSO₄) o zabarwieniu żółtym i zielonym [4].

Chlorki

Związki te rozpuszczane są przez wodę technologiczną i migrują na powierzchnię muru. Krystalizują się w postaci szklistego białego nalotu (NaCl, KCl, CaCl₂) lub – w przypadku obecności związków wanadu – żółtego i zielonego (VOCl₂).

Węglany

Wypierane są z tworzonych przez siebie soli nawet przez najsłabsze kwasy. Woda deszczowa reaguje z dwutlenkiem węgla z powietrza i tworzy agresywny kwas węglowy [5]:

H₂O + CO₂ → H₂CO₃

Kwas ten powoduje korozję, która przebiega w kilku etapach. Najpierw następuje reakcja wapna z kwasem węglowym i powstaje węglan wapnia. Następnie cząsteczki dwutlenku węgla tworzą z węglanem wapnia i wodą dwuwęglan wapnia, nazywany też wodorowęglanem wapnia. Związek ten łatwo rozpuszcza się w wodzie i dlatego może być transportowany z wnętrza ściany na zewnątrz:

Ca(OH)₂ + CO₂ + H₂O → CaCO₃ + 2H₂O
CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

Dwuwęglan wapnia reaguje z wodorotlenkiem wapnia i tworzy węglan wapnia:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃ + 2H₂O

Cząsteczki kwasu węglowego rozpuszczają węglan wapnia i powstaje dwuwęglan wapnia, który migruje z danego elementu budowlanego na powierzchnię, utwardza się i pozostaje widoczny jako wykwit:

Ca(HCO₃)₂ + powietrze → CaCO₂ + CO₂ + H₂O

Badania in situ

Do badań in situ wykorzystano murki testowe gr. 1 cegły i wymiarach 1,61×1,42 m. Wykonano je w wiązaniu pospolitym, w układzie z zaprawami:

• systemową S1,
• systemową S2.
• cementowo-wapienną CW.

Przekrój murka został tak ukształtowany, by modelował warunki wymagane dla murów licowych zgodnie z normą PN-EN 771­‑1:2006 [6]:

• warunki surowe F2,
• warunki umiarkowane F1.

Celem badań było ustalenie czasu, po którym wystąpi wykwit pierwotny, obserwacja ewolucji wykwitów oraz analiza ich składu chemicznego. Inwentaryzację i badania chemiczne wykonywano cyklicznie w odstępach trzymiesięcznych (październik, styczeń, kwiecień, lipiec) po minimum 7 dniach bez deszczu.

Badania chemiczne polegały na ekstrakcji w wodzie destylowanej zmielonego i wysuszonego materiału i pomiarze przewodnictwa przesączu w konduktometrze/pH-metrze. Próbki przeznaczone do badań zmielono w moździerzu, przesiano przez sito o boku 0,1 mm i wysuszono do stałej masy.

Do zlewek o pojemności 100 cm³ odważono na wadze analitycznej ok. 1 g materiału z dokładnością do 0,0001 g i zalano wodą destylowaną w stosunku 1:50. Próbki wymieszano i pozostawiono na 24 godz. w normalnych warunkach. Zawiesiny przesączono do kolb miarowych o pojemności 100 cm³. Z kolb pobrano pipetą po 50 cm³ roztworu, przeniesiono do wysuszonych do stałej masy porcelanowych parownic i odparowano na łaźni wodnej do sucha.

Parownice z pozostałością wysuszono w temp. 105°C do stałej masy, zważono na wadze analitycznej i oznaczono w procentach ilość wyekstrahowanej substancji w stosunku do masy odważki. Pozostałość na parownicach rozpuszczono w 1 cm³ wody destylowanej i przeprowadzono analizę jakościową jonów.

W wykwitach stwierdzono obecność rozpuszczalnych soli mineralnych należących do grupy:

• siarczanów (wapnia i sodu),
• azotanów (wapnia i sodu).

Sole te oddziałują na ceramikę i zaprawę fizycznie (w wyniku krystalizacji i uwodnienia) oraz chemicznie (rozpuszczają się w wodzie i ewoluują w roztworze).

W tabeli 1 zestawiono wyniki analizy składu chemicznego wykwitów pobranych z murka testowego w kwietniu 2008 r., a w tabeli 2 podano rozpuszczalność soli stwierdzonych w wykwitach, zgodnie z podziałem:

• I – substancje praktycznie nierozpuszczalne (rozpuszczalność mniejsza niż 0,1 g),
• II – substancje słabo rozpuszczalne (rozpuszczalność od 0,1 g do 1,0 g),
• III – substancje dobrze rozpuszczalne (rozpuszczalność większa niż 1,0 g).

Siarczany i azotany są substancjami krystalicznymi, łatwo rozpuszczalnymi w wodzie. Niektóre z nich do rozpuszczania nie potrzebują wody ciekłej – wystarczy im odpowiednia wilgotność powietrza (np. 84% w przypadku Na2SO4). Dlatego zazwyczaj wykwity są niewidoczne zimą.

Na fot. 5–13 pokazano wykwity w pierwszym roku obserwacji, a na fot. 14–19 – murki po 2 i 5 latach od wykonania stanowiska badań. Na fot. 20–21 przedstawiono korelację wykwitu z zawilgoceniem muru wykonanego na zaprawie S2.

Wnioski

W murku licowym z zaprawą systemową S1 stwierdzono od początku funkcjonowania stanowiska badawczego utrzymujący się wysoki udział rozpuszczalnych soli mineralnych z obecnością w pierwszym sezonie użytkowania dużych ilości siarczanów i śladowych ilości azotanów. W pierwszym roku wykwit pierwotny utrzymywał się na obszarach zawilgoconych. W związku z tym okres obserwacji wydłużono, aby ustalić ewentualny zanik wykwitu pierwotnego. W kolejnych latach na murku pojawiły się chlorki świadczące o podatności na wnikanie wody opadowej oraz węglany jako produkty destrukcji zaprawy.

W murku z zaprawą S2 obszar objęty wykwitami charakteryzował się wysokim udziałem rozpuszczalnych w wodzie soli mineralnych (siarczanów i azotanów) oraz wykazywał znacznie wyższą wilgotność (badania kontrolne wilgotności wykazały zawilgocenie zaprawy wyższe o 4% w stosunku do pozostałej części muru). Zawilgocenie było widoczne na powierzchni i odpowiadało zakresowi późniejszych wykwitów (fot. 20–21).

Murek wykonany z zaprawą cementowo-wapienną CW charakteryzował się w pierwszym sezonie niskim udziałem rozpuszczalnych soli – 8,78% – z przewagą siarczanów i śladowym udziałem azotanów. W kolejnych latach obserwacji stwierdzono, że obszar objęty wykwitem ulega systematycznemu zmniejszeniu.

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że zaprawy systemowe, w odniesieniu do których producenci deklarują brak wykwitów ze względu na przyjęty skład materiałowy, nie są wolne od wykwitu pierwotnego. Niezależnie od zastosowanej zaprawy na analizowanych murach testowych obserwuje się powstawanie przebarwień, utrzymujących się w pierwszych latach eksploatacji.

Literatura

1. PN-EN 1996-2:2010, „Eurokod 6. Projektowanie konstrukcji murowych. Część 2: Uwarunkowania projektowe, dobór materiałów i wykonawstwo konstrukcji murowych”.
2. J. Bensted, „The chemistry of efflorescence”, „Cement – Wapno – Beton”, nr 4/2001, s. 133–142.
3. A. J. Awgustnik, „Ceramika”, Arkady, Warszawa 1980, s. 57.
4. Masonry Institute of Washington, „Rain Resistant Masonry Construction The Efflorescence Phenomenon. The Northwest Masonry Guide”.
5. F. Frössel, „Osuszanie murów i renowacja piwnic”, Polcen, Warszawa 2007.
6. PN-EN 771-1:2006, „Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 1: Elementy murowe ceramiczne”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!