Zasady doboru zaprawy murarskiej do elementów murowych

Zaprawy powinny być dobierane zgodnie z właściwościami łączonych materiałów i elementów. Poszczególne rodzaje elementów murowych znacznie różnią się od siebie pod względem właściwości użytkowych. Praktyka pokazuje, że zastosowania tzw. zapraw uniwersalnych nie jest dobrym rozwiązaniem. Poznaj kryteria doboru zaprawy do elementów murowych.

W obowiązujących przepisach, czyli w Eurokodzie - normie dotyczącej projektowania i wykonania konstrukcji murowych (PN-EN 1996 Eurokod 6 Projektowanie konstrukcji murowych) podana jest definicja muru i zaprawy murarskiej.

Mur - materiał konstrukcyjny utworzony z elementów murowych ułożonych w określony sposób i trwale połączonych ze sobą zaprawą murarską.

Zaprawa murarska - mieszanina co najmniej jednego nieorganicznego spoiwa, kruszywa i wody, czasem z dodatkami i/lub domiesz­kami, przeznaczona do wykonywania, łączenia i spoinowania muru.

Podkreślono również, że: zaprawa powinna być odpowiednia do typu elementów murowych.

Rola zaprawy w murze
 

Zaprawa murarska służy do wykonywania spoin w murach. Przy czym spoina jest to przestrzeń między powierzchniami sąsiednich elementów murowych, wypełniona zaprawą murarską lub niewypełniona.
 

Więcej na ten temat w informacji o rodzajach spoin w mirze i ich wpływie na właściwości muru oraz sposobach wykonania spoin w murze.

W tradycyjnych murach stosowano tradycyjne zaprawy z wapnem, a wielowiekowe doświadczenia umożliwiały bezproblemowe wykonywanie ścian murowanych. Tradycyjna zaprawa w spoinach historycznych budynków ze ścianami murowanymi pełni następujące ważne funkcje:
 

Zaprawa w spoinie jako łącznik powinna stworzyć trwałą i stabilną konstrukcję, czyli powinna się charakteryzować odpowiednio dobrą przyczepnością do elementów murowych. Jednocześnie zaprawę należy dobierać w taki sposób, aby jej wytrzymałość na ściskanie była niższa od wytrzymałości na ściskanie zastosowanych elementów murowych. Stosowanie tej zasady, znacząco ogranicza ryzyko zarysowań i pęknięć elementów murowych. Jeśli zaprawa ulegnie uszkodzeniu, to można ją stosunkowo łatwo naprawić. Naprawa lub wymiana elementu murowego jest nieporównywalnie trudniejsza. Jednocześnie uszkodzenie widoczne w spoinie powinno być wczesnym ostrzeżeniem przed pojawiającym się problemem i daje możliwość podjęcia odpowiednich działań naprawczych.

Zaprawa w spoinie jako poduszka powinna łagodzić koncentracje naprężeń w murze, zwłaszcza w przypadku stosowania elementów murowych charakteryzujących się niską wytrzymałością na ściskanie i/lub dużych odchyłkach wymiarów. Dlatego spoina powinna być z jednej strony odpowiednio gruba, z drugiej strony w pewnym stopniu plastyczna/elastyczna, a z całą pewnością nie powinna być twarda i krucha. Zaprawa w spoinie powinna wyrównywać miejscowe koncentracje naprężeń odkształceniami w elastycznej warstwie zaprawy.

Zaprawa w spoinie jako bariera powinna zapewnić szczelność połączenia pomiędzy wszystkimi elementami murowymi, poprzez dobrą przyczepność do nich. W ten sposób ograniczona zostanie możliwość wnikania wilgoci (wody) do muru. Zawilgocenie muru może prowadzić do trwałych uszkodzeń na przykład w wyniku skurczu/pęcznienia, zamrażania/odmrażania czy też korozji biologicznej.

Zaprawa w spoinie jako sączek powinna regulować wilgoć w ścianie, wypychając ją na zewnątrz. Zaprawa w spoinach powinna mieć wyższą absorpcję wody i przepuszczalność pary wodnej niż elementy murowe. Wilgoć powinna być usuwana ze ścian na zewnątrz przez spoiny, a nie przez elementy murowe. Jeśli ta zasada nie będzie przestrzegana, to elementy murowe będą ulegały erozji, a zaprawa pozostanie nieuszkodzona.

Tradycyjna zaprawa murarska ze spoiwem wapiennym

Wszystkie te powyżej wymienione funkcje zapewniała zaprawa wapienna. Wapno było przez wieki podstawowym i niezbędnym składnikiem zapraw murarskich. Wapno jest spoiwem, a jednocześnie zapewnia odpowiednią urabialność, więźliwość, wydłuża czas zachowania właściwości roboczych, przyczepność, elastyczność/odkształcalność, paroprzepuszczalność, wyciąganie wilgoci ze ściany, ochronę przed korozją biologiczną i trwałość w normalnych warunkach, a także ogranicza ryzyko występowania wykwitów solnych. W wypadku pojawienia się zarysowań w związanej zaprawie w spoinie, wapno umożliwia samozabliźnienie mikropęknięć.

Cement zaczęto dodawać do zaprawy wraz ze wzrostem obciążeń jakie musiały przenosić mury i wynikającymi z nich naprężeniami. Cement podnosi wytrzymałość, ale jednocześnie przyspiesza wiązanie, czyli skraca czas zachowania właściwości roboczych. Zaprawy cementowo-wapienne przez wiele lat były podstawowymi zaprawami murarskimi. Sprawdzały się nie tylko w murach z cegły, ale i z innych elementów murowych.

W przypadkach kiedy mur musiał przenieść wyjątkowo duże obciążenia, albo w przypadkach gdy wymagane było osiągnięcie wyższej wytrzymałości w krótkim czasie po wzniesieniu muru, stosowano zaprawy cementowe, ale z reguły z dodatkiem wapna (ok 20% ilości cementu) dla poprawy urabialności i przyczepności zaprawy.

Jak zmieniła się rola zaprawy w spoinach wraz ze stosowaniem nowych materiałów i technologii
 

Na ściany w budynkach działają różne obciążenia i oddziaływania. Budowane przed laty monolityczne, grube mury były przeważnie ściskane, a jeżeli poddawane innym oddziaływaniom, to najczęściej były to przemieszczenia i deformacje wynikające z osiadania fundamentów. Tradycyjne zaprawy wapienne bardzo dobrze spełniały wymagania, czyli wszystkie cztery podstawowe funkcje. Należy również podkreślić, że zaprawy wapienne są trwałe i odporne na najróżniejsze szkodliwe i destrukcyjne działania, co widać obserwując ich stan w starych, historycznych murach.

Zwiększanie wymagań związanych z oszczędnością energii oraz rozwój nowych technologii spowodowały znaczne pocienienie części konstrukcyjnej ścian, czyli murów. Grubość całkowita ścian nie uległa zasadniczym zmianom, ale coraz większą część przegrody zaczęły zajmować warstwy niekonstrukcyjne, najczęściej izolacji termicznej. Zmianom ulegały również konstrukcje budynków. W miejsce tradycyjnych i doskonale znanych budowniczym konstrukcji ścianowych, zaczęto stosować konstrukcje szkieletowe, najczęściej żelbetowe. Ściany w takich budynkach są przeważnie ścianami wypełniającymi i poddane są głównie obciążeniom poziomym. Takie murowane ściany wypełniające są najczęściej niekonstrukcyjnym elementem budynku i dla konstrukcji są tylko obciążeniem. Stosunkowo smukłe mury w ścianach wypełniających poddane są różnym dodatkowym oddziaływaniom: rozszerzalności/skurczu pod wpływem zmian wilgotnościowych, a także wpływom reologicznym, odkształceniom termicznym i pod wpływem obciążeń powstającymi w konstrukcji żelbetowej. W zasadniczych fragmentach takich murów w miejsce naprężeń ściskających pojawiają się naprężania ścinające i zginające. Należy pamiętać, że stan naprężeń w murze jest wynikiem połączenia wielu różnych czynników – obciążeń i oddziaływań.

Na te wszystkie zmiany konstrukcji budynków i ich ścian, nałożyły się zmiany w rodzajach i właściwościach elementów murowych.

To wszystko spowodowało powszechne pojawianie się najróżniejszych uszkodzeń współcześnie wykonywanych konstrukcji murowych. Większości z obecnie pojawiających się problemów z murami, można byłoby uniknąć, gdyby stosowano odpowiednie zaprawy murarskie. Zaprawa, której parametry są dobrze dobrane do rodzaju elementów murowych w znacznym stopniu zabezpiecza ściany przed uszkodzeniami. Z drugiej strony, stosowanie zaprawy, której własności są nieodpowiednie może zintensyfikować proces rozwoju uszkodzeń konstrukcji. Dlatego problem odpowiedniego doboru rodzaju i właściwości zaprawy do danego rodzaju i właściwości elementów murowych jest bardzo ważny i coraz bardziej istotny.

Zaprawy murarskie dostępne na rynku

Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych zapraw murarskich. Miejsce tradycyjnych zapraw wytwarzanych na miejscu budowy, zajmują zaprawy wytwarzane w zakładzie.

Zaprawy murarskie wytwarzane w zakładzie są wprowadzane do obrotu na podstawie normy EN 998-2 i według niej producent ma obowiązek deklarowania określonych właściwości użytkowych. Niestety, te właściwości które zostały określone w normie tylko w niewielkim stopniu dają informacje o rzeczywistej przydatności zaprawy. Do tego, zgodnie z obowiązującymi przepisami producent nie jest zobowiązany do deklarowania wszystkich właściwości i może zamiast wiążącej informacji wpisać NPD (czyli: właściwości użytkowe nieokreślone).

Zaprawy tradycyjne, zalicza się do zapraw ogólnego przeznaczenia, według przepisu. Wytwarzane są na miejscu budowy lub w zakładzie.

Wymagania dla zapraw murarskich ogólnego przeznaczenia według przepisu, wytwarzanych na miejscu budowy określono w normie PN-B-10104. Ich właściwości, podobnie jak to było w przeszłości, wynikają z ustalonych proporcji określonych składników, zestawianych i wymieszanych na budowie.

W PN-EN 10104 określono jaka powinna być konsystencja zapraw w zależności od rodzaju łączonych elementów murowych:

Więcej informacji na temat określania konsystencji świeżej zaprawy murarskiej

Zaprawy murarskie suche

Większość typów zapraw murarskich produkowana jest dzisiaj jako zaprawy suche. Najczęściej są dostarczane na budowę w workach lub silosach, w postaci suchej mieszanki, która jest gotowa do użycia po zmieszaniu z wodą. Są to w większości zaprawy według projektu. Ich skład i metoda wytwarzania są ustalane przez producenta tak, aby uzyskać wymagane właściwości.

Coraz większą część zapraw oferowanych na rynku stanowią zaprawy do cienkich spoin. Początkowo, były stosowane tylko do elementów murowych z betonu komórkowego (ABK), a obecnie również do ceramiki i silikatów. Ich stosowanie przyspiesza wykonawstwo robót murowych i umożliwia eliminację mostków cieplnych w murze. Z drugiej jednak strony cienkie połączenie nie spełnia funkcji poduszki i sączka. Murowanie przy użyciu tych zapraw wymaga od wykonawcy konsekwentnego stosowania określonych zasad. Niestosowanie się do nich szybko prowadzi do najróżniejszych problemów objawiających się rysami i pęknięciami muru. Ale nawet dobrze wykonany mur jest sztywną i kruchą konstrukcja Jak pokazują badania duża część oferowanych na rynku zapraw do cienkich spoin ma właściwości zupełnie nieodpowiednie do stosowania ich w konstrukcjach murowych. Są to zaprawy o wysokiej wytrzymałości, zwykle 10 N/mm2, a w przypadku łączenia elementów z betonu komórkowego nie powinno to być więcej niż 5 N/mm2. Uzyskiwane bardzo słabe wytrzymałości na ścinanie i zginanie (przyczepność), wykluczają stosowanie znacznej części z zapraw cienkowarstwowych do murów obciążonych głównie poziomo, czyli ścian wypełniających.

Zaprawy murarskie mokre

Na dużych budowach stosowane są również zaprawy mokre, wytwarzane głównie w wytwórniach betonu, nie wymagające na budowie żadnych dodatkowych przygotowań. Zaprawy mokre są z reguły zaprawami cementowymi.

Zaprawy murarskie mokre są niewielką częścią produkcji wytwórni betonu. Dlatego do ich przygotowania nie przywiązuje się znaczącej wagi. Przyjęto, że skoro beton i zaprawa mają podobne składniki: cement - kruszywo (piasek) - woda, to można stosować te same metody przy opracowywaniu i wytwarzaniu tych dwóch materiałów. Jednak wiedza i doświadczenie jakie mają laboratoria wytwórni betonu nie może być bezkrytycznie wykorzystana do zapraw murarskich. Zaprawy różnią się od betonu, zarówno pod względem konsystencji roboczej, jak i metod układania oraz utwardzania jak też wymiarów, funkcji i wielu innych. Beton układany jest w szalunkach, które maksymalnie ograniczają wyciek wody ze świeżego betonu. Wymiary elementów betonowych, a także bogaty asortyment różnorodnych dodatków i domieszek dają możliwość osiągnięcia przez beton odpowiednich/oczekiwanych właściwości praktycznie w każdych warunkach. Zaprawę układa się między elementami murowanymi, a jej grubość jest zawsze mała, albo w przypadku zapraw do cienkich spoin bardzo mała. Niektóre rodzaje elementów murowych mogą w niesprzyjających warunkach na tyle szybko wyciągnąć z niej wodę, że proces wiązania zostanie zatrzymany, a zaprawa nie osiągnie oczekiwanej wytrzymałości, a także innych właściwości koniecznych do stworzenia odpowiedniej konstrukcji murowej.

Podstawowym parametrem charakteryzującym beton jest wytrzymałość na ściskanie. W przypadku zapraw murarskich jest to tylko jeden z wielu parametrów i wcale nie najważniejszy. W przypadku betonu zdecydowanie zaleca się stosowanie dodatków i domieszek napowietrzających. W zaprawach cementowych stosowanie domieszki napowietrzającej jako jedynego środka do poprawy np. urabialności, prowadzi najczęściej do utraty przyczepności zaprawy do większości elementów murowych, a w konsekwencji do poważnych problemów z konstrukcją murową.

Wybór zaprawy murarskiej

Poszczególne rodzaje elementów murowych znacznie różnią się od siebie pod względem właściwości użytkowych. Dlatego zaprawy powinny być również różne i dobierane zgodnie z właściwościami łączonych materiałów i elementów. Niektórzy producenci deklarują możliwość zastosowania tzw. zapraw uniwersalnych, do wielu różnych elementów murowych. Praktyka pokazuje, że takie rozwiązania nie są dobre.

Do każdego rodzaju elementów murowych należy stosować zaprawę o starannie dobranych właściwościach. Przy doborze składników zaprawy należy wziąć pod uwagę, że zaprawa spełnia również inne funkcje oprócz łączenia elementów murowych w stabilną strukturę muru. Szczególnie ważna jest absorpcja podłoża (elementów murowych), ponieważ w zasadniczy sposób wpływa na proces wiązania, a tym samym na właściwości użytkowe utwardzonej zaprawy.

Tablica. Porównanie zachowania się zaprawy w zależności od absorpcji podłoża

Kryteria doboru zaprawy do elementów murowych
 

1. Zapewnienie przyczepności zaprawy do elementów murowych.
   Przyczepność jest najważniejszą właściwością zaprawy w stanie utwardzonym. Zgodnie z Eurokodem 6 (PN-EN 1996-1-1) przyczepność pomiędzy zaprawą i elementami murowymi powinna być odpowiednia do zamierzonego zastosowania. Przyczepność zależy zarówno od rodzaju zastosowanej zaprawy jak i rodzaju elementu murowego. Dlatego wskazano, że określa się ją: początkową wytrzymałością muru na ścinanie według PN-EN 1052-3 oraz wytrzymałością na rozciąganie przy zginaniu metodą skręcania w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny muru i przy zniszczeniu rysą w spoinie wspornej według PN-EN 1052-5.
   W PN-EN 1996-2 podkreślono, że gdy przyczepność pomiędzy elementami murowymi i zaprawą jest szczególnym wymaganiem projektowym, należy zwrócić uwagę na dobór właściwej proporcji mieszanki zaprawy. Dodano również uwagę, że producent elementów murowych może określić zalecenia dotyczące rodzaju zastosowanej zaprawy murarskiej lub rodzaju badań, które mogą być wykonane zgodnie z odpowiednimi częściami EN 1052.
   
   W poszczególnych częściach normy PN-EN 771 określających wymagania dotyczące różnych rodzajów elementów murowych jak i w PN-EN 998-2 określającej wymagania dotyczące zaprawy murarskiej, przyczepność określa się wytrzymałością spoiny. Niestety wytrzymałość spoiny nie została w każdej z tych powyższych norm zdefiniowana w taki sam sposób. We wszystkich jest to wartość początkowej wytrzymałości na ścinanie określana zgodnie z PN-EN 1052-3. Tylko w części z nich dodatkowo jako wytrzymałość spoiny na zginanie zgodnie z PN-EN 1052-2, a nie PN-EN 1052-5 jak to zapisano w EC6! 
   
   Widoczny powyżej brak konsekwencji w definiowaniu przyczepności pomiędzy zaprawą i elementami murowymi, a przede wszystkim brak określenia w przepisach budowlanych jednoznacznych wymagań, powoduje lekceważenie tej ważnej właściwości użytkowej zarówno przez projektantów jak i wykonawców, a także producentów wyrobów budowlanych…
   W budownictwie ważną rolę odgrywa wykorzystywanie dotychczasowych doświadczeń. W przepisach zapisano, że należy projektować i wykonywać zgodnie ze sztuką budowlaną. W poszczególnych częściach eurokodu powtarzane jest, że należy uwzględniać warunki lokalne oraz dotychczasową praktykę i doświadczenie. A doświadczenie uczy, że przy wyborze zaprawy należy zwrócić szczególną uwagę na jej przyczepność do łączonych elementów murowych. Przyczepność jest jednym z najtrudniejszych do zmierzenia parametrów zaprawy. Z drugiej strony, brak odpowiedniej przyczepności, niesie za sobą bardzo poważne konsekwencje. Korzystanie z lokalnych i krajowych doświadczeń, a także tradycji, to budowanie przy użyciu zapraw wapiennych i cementowo-wapiennych.
    
2. Moduł sprężystości zaprawy murarskiej powinien być niższy od modułu sprężystości elementów murowych, ale ta różnica nie powinna być duża.
   Zaleca się stosowanie zapraw i elementów murowych o podobnych wartościach modułu sprężystości, co zapewni to ich lepszą współpracę. Znaczące różnice odkształcalności (modułu sprężystości) poszczególnych elementów muru, są nie tylko przyczyną zarysowań, ale powodują również obniżenie wytrzymałości na ściskanie całego muru.
    
3. Wytrzymałość na ściskanie zaprawy murarskiej nie powinna być wyższa od wytrzymałości na ściskanie łączonych elementów murowych.
   Na poziom wytrzymałości muru na ściskanie, zasadniczy wpływ ma klasa wytrzymałości elementów murowych. Zaprawa odgrywa w tym przypadku drugorzędną rolę. Należy przy tym pamiętać, że zwiększanie wytrzymałości zaprawy osiąga się głównie poprzez zwiększenie udziału cementu. A większy udział cementu w każdej zaprawie to również wiele problemów.
    
4. Wytrzymałość spoiny, jako połączenie zaprawy z elementem murowym, powinna mieć określony w projekcie poziom, wynikający z analizy pracy projektowanej konstrukcji, wykonanej przez jej projektanta.
    
5. Zaprawa w spoinach powinna mieć wyższą absorpcję wody i przepuszczalność pary wodnej niż elementy murowe.
   Największym zagrożeniem dla konstrukcji murowych jest woda i wilgoć. Wilgotne ściany mają tendencję do szybkiego pęcznienia i degradacji. Łatwo ulegają korozji biologicznej. Woda jest również czynnikiem odpowiedzialnym za powstawanie wykwitów solnych. Wapno w zaprawie, zwiększa zdolność zaprawy do pochłaniania wilgoci z elementów murowych i w ten sposób ochrania elementy murowe, a jednocześnie zapobiega obniżeniu izolacyjności termicznej całej przegrody.
    
6. Typ zaprawy (ogólnego przeznaczenia lub do cienkich spoin) powinien być dobrany do kategorii odchyłek wymiarowych, przy uwzględnieniu deklarowanych przez producenta zaprawy minimalnych i maksymalnych grubościach spoiny.
    
7. Producent zaprawy powinien deklarować możliwość jej zastosowania z określonym rodzajem (klasą, odmianą) elementów murowych.