Okładziny ceramiczne i podłoża – typowe i nietypowe problemy

W artykule:

• Przyczyny powstawania rys w podłożu
• Maty kompensacyjne – rodzaje, właściwości i zastosowanie
• Podsumowanie

W kolejnej części cyklu pozostańmy jeszcze przy podłożu. W poprzednich częściach pojawiły się dwa bardzo istotne wymogi:

• Wymóg dokładnego przeniesienia dylatacji strefowych z podłoża na okładzinę.
• Podłoże musi być stabilne, bez rys i spękań.

Oba te warunki są bardzo logiczne z punktu widzenia trwałości eksploatacyjnej wykonywanych robót, co jednak w sytuacji, gdy przeniesienie dylatacji na okładzinę ceramiczną jest niemożliwe lub ekstremalnie trudne i bardzo nieestetyczne (fot. 1).

Czytaj także: Płytki ceramiczne w strefach bosej stopy

Przyczyny powstawania rys w podłożu

Zdjęcie 2 pokazuje spękaną powierzchnię jastrychu pływającego. W przypadku jastrychów pływających i na warstwie rozdzielającej powstawanie rys może być także efektem zjawisk skurczowych, choć w tych przypadkach przyczyn jest zwykle kilka. Dla takich układów bardzo ważne jest równomierne schnięcie podkładu. Nierównomierne schnięcie może prowadzić do deformacji warstwy jastrychu i późniejszych uszkodzeń. Wysychająca wierzchnia warstwa kurczy się bardziej niż dolna (skurcz fizyczny przy wysychaniu), która dłuższy czas pozostaje wilgotna. 

Inną przyczyną powstania spękań na powierzchni, zwłaszcza cementowych jastrychów samopoziomujących, jest zastosowanie materiału o niewłaściwej konsystencji, z przelaną wodą zarobową. Takie materiały mają ściśle określony stos okruchowy, a kruszywo musi być rozmieszczone równomiernie na wysokości przekroju. Jest to szczególnie istotne dla zapraw, które mogą być układane w grubszych warstwach, do 8–10 cm w jednym zabiegu. Przelanie wody zarobowej prowadzi do rozsegregowania kruszywa (fot. 3), w dolnej części widoczne jest grube kruszywo, w górnej niekiedy wręcz zaczyn cementowy. Rezultatem jest nierównomierny skurcz i efekt „łódeczkowania”.

Przeglądając różnego rodzaju media społecznościowe, można znaleźć różne, niekiedy wręcz komiczne czy absurdalne „porady”, niemające nic wspólnego z rzetelnym rozwiązaniem problemu. Najczęściej pojawia się porada typu „zszyj rysy” lub „zastosuj matę kompensacyjną”. Zszycie rysy jest oczywiście jednym ze sposobów naprawy, ale nie może być traktowane jako panaceum na wszelkiego rodzaju spękania.

Do zszycia rys stosuje się zazwyczaj specjalne klamry i żywicę epoksydową o niskiej lepkości. Niekiedy można spotkać warianty z zaprawą epoksydową czy wręcz cementową. Nie to jest jednak najistotniejsze. Podstawowym problemem jest stwierdzenie, co było przyczyną powstania rysy. Jeżeli rysa powstała dlatego, że błędnie wykonano dylatacje, to sklamrowanie rysy zwykle prowadzi do powstania wtórnego pęknięcia w bezpośrednim sąsiedztwie, niekiedy już po ułożeniu płytek.

W większości przypadków nie analizuje się zjawisk zachodzących w warstwach podłogi, wykonawca ogranicza się do sprawdzenia równości i ewentualnie wilgotności podłoża (i to nie zawsze) oraz doboru kleju i zaprawy spoinującej. W typowych sytuacjach i przy odrobinie szczęścia cały układ funkcjonuje. Prawdziwe problemy pojawiają się, gdy dochodzi do uszkodzenia płytek (odspojenia, spękania, wykruszenia spoin, odspojenia się mas dylatacyjnych itp.). W wielu przypadkach przyczyna jest banalna – błędy wykonawcze, jednak naprawa nierzadko wymaga usunięcia wszystkich warstw wykończeniowych.

Rozpatrując układ podłogowy z posadzką ceramiczną, z powodu niestabilności wymiarowej poszczególnych, oddziałujących na siebie wzajemnie warstw, zawsze uwzględnić należy panujący w nim złożony stan naprężeń i odkształceń. Zmiany wymiarów są w dużej mierze funkcją zmian zawartości wilgoci, temperatury oraz obciążeń (statycznych i dynamicznych) w układzie jako całości oraz w jego poszczególnych warstwach. Dla materiałów sztywnych w pierwszym etapie przy rosnących naprężeniach materiały zachowują się sprężyście, tj. odkształcają się nietrwale. Dla materiału ceramicznego (kruchego) średni moduł Younga wynosi ok. 90 GPa (jest on zróżnicowany w zależności od składu płytek), podczas gdy moduł Younga dla betonu wynosi ok. 24 GPa. 

Upraszczając zagadnienie, im większy moduł sprężystości, tym sztywniejszy jest materiał. Zatem przy podobnym poziomie odkształcenia, np. 0,2% – naprężenia w betonie wynoszą 50 MPa, podczas gdy w płytce – 180MPa ([1] [2]). Zatem, gdy połączymy te dwa materiały (w sposób sztywny), jeśli w betonie powstaną odkształcenia wynoszące 0,2%, zostaną one przeniesione na materiał wykładziny ceramicznej i wygenerują w nim naprężenia na poziomie 180 MPa. Wniosek jest prosty, płytki ulegną uszkodzeniu (początkowa część odkształceń może zostać przeniesiona np. przez sam klej, zwłaszcza, gdy stosuje się kleje klasy S1 czy S2). Oczywiście może się zdarzyć, że wcześniej odspojeniu ulegnie sama płytka.

Dlatego „porada” typu: „zastosuj matę kompensacyjną” bez analizy problemu i podania rodzaju maty sama w sobie świadczy o braku elementarnej wiedzy technicznej lub wręcz indolencji.

W tabeli 1. podano przykłady naprężeń rozciągających i ściskających oddziałujących na wykładzinę ceramiczną ([1] [2]).

Naprężenia rozciągające będą prowadzić do pękania warstwy płytek. Pęknięcie płytki przy ściskaniu, ze względu na jej charakterystykę wytrzymałościową, jest mało prawdopodobne. Nastąpić to może dopiero po jej „wyjściu z płaszczyzny poziomej”, tj. wyboczeniu – wówczas siły ściskające działają na mimośrodzie, powodując powstanie momentu zginającego.

Maty kompensacyjne – rodzaje, właściwości i zastosowanie

Podstawową rolą maty kompensacyjnej jest redukcja naprężeń ścinających powstałych pomiędzy wykładziną a warstwą nośną na skutek różnicy właściwości fizykochemicznych materiałów tworzących układ, obciążeń termicznych, skurczu czy pęcznienia do takiej wartości, która nie spowoduje uszkodzeń posadzki.

Rozróżnia się:

• membrany/maty rozdzielające w konstrukcji podłogi na warstwie oddzielającej,
• membrany/maty kompensacyjne – „mostkujące”, w postaci włókniny,
• membrany/maty kompensacyjne – „odsprzęgające”, o nadanej strukturze przestrzennej.

Mata rozdzielająca (ang. Cleavage Membrane) to cienka, luźno ułożona na podłożu warstwa materiału, na której umieszcza się „tarczę” stanowiącą docelowe podłoże pod wykładzinę ceramiczną, tj. podkład podłogowy. Jest to wariant tożsamy z typowym układem jastrychu na warstwie rozdzielającej z papy czy folii (rys. 1).

Zapobiega on odwzorowywaniu wad podłoża na powierzchni wykładziny, a jednocześnie nie zakłóca przekazywania doń obciążeń pionowych. Zatem wariant ten może być wykonany w przypadku, gdy powierzchnia podłoża jest niejednorodna (nieciągła), niestabilna wymiarowo czy spękana. Jastrych podłogowy wykonany na macie rozdzielającej musi cechować się wytrzymałością na zginanie oraz ściskanie dostosowaną do warunków późniejszej eksploatacji (tabela 2).

Z powyższej definicji wynika, że typowa warstwa poślizgowa z papy czy folii/membran z tworzywa sztucznego jest swoistą matą rozdzielającą, tyle tylko, że wymagającą wykonania na niej odpowiedniego podłoża pod płytki.

Zalety i wady/ograniczenia wariantu z podłogą na warstwie rozdzielającej pokazano w tabeli 3 ([1] [2]).

Maty kompensacyjne – mostkujące, określane także jako izolujące od rys/antyrysowe (ang. Crack Isolation Membranes) to cienkie, elastyczne, klejone do podłoża włókniny. W odniesieniu do tych mat w literaturze można spotkać również określenie anti-fracture, tzn. przeciwdziałające pęknięciom, choć izolacja i przeciwdziałanie to nie to samo. Z założenia, poprawnie wykonane mostkowanie ma powodować, że energia powstała podczas pękania podłoża jest rozkładana na większą powierzchnię i kompensowana dzięki elastycznym właściwościom maty (mata absorbuje pewną część energii), a w ostateczności propagowana w miejsce łatwo naprawialnej spoiny elastycznej.

Membrany te są płaskie i bardzo cienkie (<< 1 mm), co ma zwiększać ich elastyczność, a z drugiej strony klejone całopowierzchniowo na zaprawę klejową. Jest to zatem połączenie przewodzące siły, gdyż w tak cienkiej warstwie możliwość różnicowania odkształcania się dołu i góry membrany jest bardzo ograniczone. Problemem jest zatem określenie, o ile ich producent tego nie deklaruje, zakresu możliwych do kompensacji rys i ich charakteru. Nie chodzi tu o przemieszczenia pionowe (to wyklucza zastosowanie jakiejkolwiek maty), ale o to, kiedy powstanie wspomniane zarysowanie (przed położeniem okładziny czy już po jej wykonaniu) i jaka jest względna i bezwzględna zmiana szerokości rysy. Proszę zwrócić uwagę na fakt, że zastosowanie mat mostkujących nie umożliwia zmiany układu dylatacji.

Im cieńsza mata, tym mniejsza zdolność kompensacji odkształceń. Pojawia się zatem naturalna chęć zastosowania mat o większej grubości. Jak się okazuje, to jednak nie rozwiązuje problemu. Wprawdzie zwiększa się możliwość kompensacji zmian szerokości rys, jednak zwiększenie grubości samej maty wprowadza niebezpieczeństwo kompresji (w skrajnych przypadku jej ugięcia) pod wpływem obciążeń (ciężar posadzki, obciążenia użytkowe powierzchni), co ogranicza zdolność przenoszenia obciążeń przez podłogę).

Dodatkowo należy przeanalizować przyczepność międzywarstwową układu klej–mata–klej. Minimalna przyczepność kleju do podłoża to 0,5 MPa [8]. Układ klej–mata–klej powinien cechować się przyczepnością międzywarstwową nie mniejszą niż 0,5 MPa (przy stosowaniu klejów klasy C2 powinno to być 1 MPa), w przeciwnym razie dodatkowo wprowadza się do układu posadzkowego ogniwo, które jest najsłabsze i może powodować destrukcję całości. Nie oznacza to jednak, że nie można stosować mat o przyczepności do klejów niższej niż 0,5 MPa. Decydując się na takie rozwiązanie, należy przeanalizować wpływ wybranego produktu na stabilność i bezpieczeństwo stosowania w konkretnym układzie i w konkretnych warunkach brzegowych.

Wymagania, zalety i wady/ograniczenia mat kompensacyjnych mostkujących pokazano w tabeli 4 ([1]–[3]).

Maty kompensacyjne – odsprzęgające (ang. Uncoupling Membranes) to membrany z tworzywa sztucznego o nadanej strukturze przestrzennej. Maty te są połączone zarówno z posadzką, jak i z podłożem poprzez zaprawę klejową, jednak dzięki ich geometrycznemu ukształtowaniu (tłoczeniu) oraz doborze odpowiednio cienkiej warstwy kleju połączenie z podłożem jest jedynie punktowe. Jest to zatem materiał, który – wprowadzony w układ – z założenia, jako ten o większej swobodzie odkształcenia niż powierzchnia podłogi, ma spowodować przerwanie łańcucha propagacji naprężeń z podłoża na wykładzinę ceramiczną i tym samym uchronić ją przed uszkodzeniem.

Dzięki takiemu mocowaniu maty są stabilne podczas montażu wykładziny i równomiernie rozkładają obciążenia pionowe z posadzki, a jednocześnie w nadanej grubości mają swobodę pewnego odkształcenia i stanowią swoistą płaszczyznę ścięcia w chwili pojawienia się odpowiednio dużych naprężeń w podłożu. W odróżnieniu od mat mostkujących, brak jest zatem połączenia przewodzącego siły poziome/ścinające (analogia warstw piaskowych) (rys. 4).

Nie oznacza to jednak, że zdolność przenoszenia odkształceń poprzecznych przez taki układ jest nieograniczona. „Otulenie” tłoczenia maty przez zaprawę klejącą ogranicza możliwość przenoszenia przez nią odkształceń poprzecznych. Kolejnymi ograniczeniami są zarówno przyczepność maty do kleju, jak i wytrzymałość tego złącza na ścinanie. Wytyczne [5] odrzucają możliwość stosowania tego układu w konstrukcjach podłóg narażonych na naprężenia zginające.

Podsumowanie

Zastosowanie zarówno mat mostkujących typu Crack Isolation Membrane, jak i mat odsprzęgających typu Uncoupling Membrane nie rozwiązuje dużej części problemów spotykanych przy wykonywaniu prac glazurniczych na podłogach, a związanych przede wszystkim z koniecznością przeniesienia dylatacji z podłoża na wykładzinę ceramiczną. Mają one bowiem jedną cechę wspólną – posadzka jest zespolona z podłożem. Obecność maty umożliwia wprawdzie w ograniczonym zakresie kompensację odkształceń podłoża bez przeniesienia ich na posadzkę (lub odwrotnie), jednak nie w takim stopniu, aby możliwe było niezależne wykonanie dylatacji strefowych (brzegowe i montażowe zawsze muszą się pokrywać).

Literatura

1. I. Gawęda, M. Rokiel, „Maty kompensacyjne, cz. I”, „IZOLACJE” nr 3/2019.
2. I. Gawęda, M. Rokiel, „Maty kompensacyjne, cz. II”, „IZOLACJE nr 7–8/2019.
3. ANSI A118.12, „American National Standard Specifications for Crack Isolation Membranes for Thin-Set Ceramic. Tile and Dimension Stone Installation”.
4. ANSI A108.17, „Installation of Crack isolation Membranes for Thin-Set Ceramic. Tile and Dimension Stone”.
5. „Tile Council of North America, Handbook for Cera¬mic., Glass and Stone Tile Installation”, 2018.
6. „Fliesen kompakt. Kennziffern, Regeln, Richtwerte“, Rudolf Mueller, Verlag, 2018.
7. DIN 18560-4: 2012-06 Estriche im Bauwesen, Teil 4: „Estriche auf Trennschicht“.
8. PN-EN 12004-1:2017-03: „Kleje do płytek ceramicznych. Część 1: Wymagania, ocena, klasyfikacja, znakowanie i weryfikacja stałości właściwości użytkowych”.
9. M. Rokiel, „Projektowanie i wykonywanie okładzin ceramicznych. Warunki techniczne wykonania i odbioru robót”. Grupa MEDIUM, Warszawa 2016.