Przeglądając publikacje dotyczące kotew do mocowania płyt elewacyjnych, nigdzie nie znalazłem wywodu traktującego te elementy w sposób elementarny. Moim zdaniem warto te braki uzupełnić. Artykuł ten poświęcony jest więc pracy kotwy nośnej i poszczególnych elementów składowych w zależności od jej lokalizacji i kształtu. Opiszę też zjawiska, które są pomijane z uwagi na znikomy (lub nawet żaden!) wpływ na wynik końcowy.

Na wstępie zaznaczę, że pomijam tutaj relacje między wielkościami obciążeń na kotwy, np. tej zlokalizowanej w fudze poziomej i w fudze pionowej z pinem obustronnym.

Najprostszym przypadkiem, który będzie wyjściowy do analizy, jest kotwa zginana. I już w tym miejscu należy zwrócić uwagę, że ma znaczenie, czy jest ona zlokalizowana w fudze pionowej (rys. 1) czy poziomej (rys. 3). Obie kotwy odkształcają się (uginają się) pod wpływem ciężaru płyty. Różnica między nimi polega na tym, że ta pierwsza odkształca się znacznie łatwiej za sprawą „idealnego” przegubu dla przemieszczeń pionowych (rys. 2). Wyraz „idealnego” celowo ująłem w cudzysłów, aby też wtrącić, że w tym artykule pomijam wpływ tarcia. Kotwa zlokalizowana w fudze poziomej nie ma już możliwości swobodnego obrotu na trzpieniu (rys. 4). Jeżeli pin miałby dużą sztywność, to wraz z ugięciem kotwy w płycie pojawiłyby się siły usiłujące wyłamać go z miejsca osadzenia (rys. 5). Przy większych ugięciach, a te zależą przede wszystkim od wysięgu, ciężaru i przekroju kotwy, dochodzi do uplastycznienia (wygięcia) trzpienia (rys. 6), co rekompensuje brak prawdziwego przegubu. Przyznaję jednak, że nie uwzględnia się tego w obliczeniach.

Jeżeli dwa podstawowe przypadki mamy już przeanalizowane, to pora przyłożyć też do kotwy obciążenie poziome (np. wiatr). Ten typ obciążenia powoduje, oprócz zginania, także ściskanie lub rozciąganie. Stwierdzenie niebyt ścisłe, bo pod wpływem ugięcia kotwy dochodzi do przemieszczenia siły poziomej z osi elementu stalowego i ramię to powoduje dodatkowo zginanie (rys. 7). Takie zjawisko nazywa się teorią drugiego rzędu. Obliczenia wykonywane na potrzeby projektów kamieniarskich pomijają ją jednak. Błędem jest natomiast pomijanie zginania w drugim kierunku kotwy wygiętej lub osadzonej pod kątem np. w narożniku budynku (rys. 8). Tam składowa pozioma powodująca zginanie ma stosunkowo dużą wartość i wytrzymałość stali należy porównać z sumą naprężeń od ściskania/rozciągania i wypadkową od zginania dwukierunkowego. Oczywiście o wiele większe siły zginające kotwy w poziomie przenosi kotwa rurowa niż płaskownikowa. Jeżeli miałbym się skupić na kotwie ściskanej, to należy zwrócić uwagę na możliwość jej wyboczenia.

Zanim przejdę do kolejnych przypadków kotew, poczynię wtrącenie o trzpieniu kotwy. Co może się z nim stać po przyłożeniu obciążenia (zawieszeniu płyty i zwolnieniu wyparć całej elewacji)? Otóż element ten może się zniszczyć na kilka sposobów. Pierwszym przypadkiem jest docisk (rys. 9). Po przyłożeniu siły (lub sił) pin osadzony w otworze jest dociskany na grubości płaskownika lub spłaszczonego fragmentu rury. Jeżeli wartość obciążenia jest duża, to ze względu na bardzo małą powierzchnię nacisku fragmentu trzpienia na kotwę może dojść do jego uplastycznienia. Od kilkunastu lat zajmuję się projektowaniem i doborem kotew – takiej formy zniszczenia trzpienia nie miałem okazji oglądać. Nośność trzpienia ze względu na docisk jest znacznie większa niż występujące w naszej branży obciążenia.

Drugą możliwością zniszczenia trzpienia jest jego ścięcie w płaszczyźnie ścianek bocznych płaskownika (rys. 10). Wydaje mi się, że tu nie ma potrzeby wprowadzania dodatkowych komentarzy. Rysunek obok ilustruje problem. Dodam tylko, że ta forma zniszczenia również występuje bardzo, bardzo rzadko w trakcie prac kamieniarskich.

Trzpień może się również zniszczyć przez jego wygięcie (rys. 11). Jest to możliwe w przypadku bardzo ciężkich płyt i szerokiej fugi. Takie zjawisko sporadycznie można zauważyć na budowach.

Rozpatrzmy zatem kotwę z trzpieniem połówkowym. Otóż do chwili uplastycznienia się pina kotwa pracuje tak samo jak przypadki opisywane powyżej. Dla kotwy zlokalizowanej w fudze poziomej schemat pracy nie zmienia się nawet wtedy, gdy trzpień się wygnie. Kotwa zlokalizowana w fudze pionowej będzie w takim przypadku dodatkowo skręcana, ponieważ siła nie jest przyłożona w osi kotwy (rys. 12).

Innym typem kotew są kotwy fajkowe lub w kształcie litery L zlokalizowane w fudze pionowej (rys. 13). W nich powstaje dodatkowe zginanie pod wpływem obciążeń poziomych, ale cały czas w jednym kierunku. Trudniejszym przypadkiem jest kotwa typu „L” lub niesymetrycznego „T”, ale do fugi poziomej (rys. 14). Tutaj również mamy do czynienia z dodatkowymi naprężeniami zginającymi, ale w drugim, poziomym kierunku. Przekrój kotwy należy projektować na sumę:

1)    wypadkowej zginania poziomego i pionowego

2)    ściskania bądź rozciągania.

Projektując kotwy do fugi poziomej, należy pamiętać, że tuż za plecami płyty charakterystyki geometryczne przekroju gwałtownie, nawet kilkudziesięciokrotnie (!) spadają. Wynika to z faktu przekręcenia płaskownika do fugi poziomej lub spłaszczenia rury. Wartość momentu zginającego jest już w tym miejscu bardzo mała, ale może dojść do niebezpiecznego wytężenia kotwy.

Mam nadzieję, że materiał powyższy pomoże Czytelnikowi na nieco bardziej wnikliwe spojrzenie na kotwę nośną. Wydawałoby się, że jest ona bardzo prostym elementem elewacji, ale ilość zjawisk jakie w niej mogą zachodzić, może być nieco zaskakująca. Mając jednak na uwadze, że najlepszą pomocą w zrozumieniu i zobrazowaniu pewnych zagadnień są przykłady, w następnym numerze „Świata Kamienia” pojawią się takowe.

Rodzaj gleb jest związany z rzeźbą terenu, morfologią podłoża, klimatem, szatą roślinną. Gleby wskutek permanentnej ich uprawy i wegetacji roślin z czasem ulegają degradacji. Stają się zubożałe w podstawowe składniki chemiczne, którymi są głównie potas i sód, wapń, magnez, fosfor i azot. Niedobór tych składników powinien być uzupełniany. Czyni się to poprzez „nawożenie” gleb w uprawach roślin nawozami sztucznymi, stanowiącymi różne związki chemiczne, najczęściej potasowo-sodowe, magnezowe i amonowe. W większości przypadków jakość i ilość wprowadzanych do gleby nawozów sztucznych nie rekompensuje ich deficytu, jest ich za mało albo za dużo. W takich przypadkach wegetacja roślin w chemicznie zmienionej glebie bywa często zakłócona – nieprawidłowa. Wobec tego wydaje się, że korzystniej byłoby nawozić gleby takimi składnikami – substratami, które dostarczają roślinom brakujących pierwiastków w sposób sukcesywny. Takimi substancjami mogą być np. odpowiednio rozdrobnione niektóre skały, a zwłaszcza uzyskane z nich mączki skalne. Prekursorem wykorzystania substratu skalnego w zasilaniu gleb jest Julian Tokarski – członek rzeczywisty PAN, profesor Akademii Górniczo-Hutniczej, Akademii Rolniczej w Krakowie, a w okresie międzywojennym Uniwersytetu Jana Kazimierza we Lwowie. Pracując w Akademii Rolniczej, zajmował się m.in. problematyką mineralogii gleb. Doszedł wówczas do wniosku, że zamiast stosować w nawożeniu gleb saletrę chilijską, można by w jej zastępstwie wprowadzić odpowiedni substrat mineralny. Jako wybitny znawca mineralogii i petrografii wytypował do tego celu sproszkowany tuf filipowicki, skałę zasobną w K2O (ok. 15%). Efekt tego zabiegu okazał się skuteczny, ale dopiero po kilku latach, kiedy rośliny (kwiaty doniczkowe) zaczęły korzystać z potasu wyzwolonego w procesie hydrolizy glinokrzemianu potasu (KAlSi3O8), głównego składnika mineralnego tego substratu.

Podobnie można by również zasilać różne rośliny w magnez – poprzez wprowadzenie do gleby mączki serpentynitowej, czyli substratu zasobnego w uwodnione krzemiany magnezu, jakimi są minerały z grupy serpentynu (Mg6[Si4O10](OH)8), główne składniki serpentynitów. Jest to możliwe tym bardziej, że Kopalnia Serpentynitu w Nasławicach dysponuje dużą ilością mączki serpentynitowej produkowanej podczas bieżącej przeróbki tych skał. Oprócz magnezu substrat serpentynitowy może dostarczać nawożonym glebom także wielu mikroelementów, m.in. żelaza, magnezu i fosforu.

W większym stopniu niż dotychczas można by wykorzystywać serpentynity w ogrodach, parkach czy na skwerach. Różne odcienie zielonej barwy tych skał ciekawie komponują się z zielenią roślin i kolorystyką kwiatów. Można więc kamieniem tym w różnym stopniu obrobionym, a także w postaci różnej wielkości grysu zabudowywać alejki, miejsca pod altany, okładziny rabatek, podłoża oczek wodnych itp. Odbiorcami tych skał mogłyby być wszystkie centrale i sklepy ogrodnicze w całym kraju. W niektórych sklepach ogrodniczych w Polsce sprzedaż tego kamienia jest już prowadzona. Dotychczas w zdecydowanie większym stopniu w wystrojach ogrodów i domów stosowane są serpentynity w Niemczech, skąd różni odbiorcy zawierają z dyrekcją kopalni w Nasławicach stosowne umowy dotyczące zakupu tego kamienia.

Serpentynity, w tym również te z Nasławic, mogą być również wykorzystane w specyficznych warunkach w charakterze sorbentów mineralnych. Oczywiście nie można w tym przypadku mówić o takich zdolnościach adsorpcyjnych minerałów serpentynowych, jakie posiadają minerały ilaste z grupy montmorillonitu czy wermikulitu, które odznaczają się silną zdolnością zatrzymywania na swojej powierzchni par, gazów i cieczy. Strukturalnie serpentyny stanowią trioktaedryczny odpowiednik kaolinitu. Zbudowane są z pakietów dwuwarstwowych, na które składa się jedna warstwa krzemotlenowa i jedna warstwa trioktaedryczna metalo-tleno-wodorotlenowa. Teoretyczny wzór typowego serpentynu magnezowego ma postać Mg6[Si4O10](OH)8. Możliwość zatrzymywania pewnych związków chemicznych w przestrzeniach międzypakietowych tych minerałów w porównaniu z minerałami z grupy montmorillonitu i wermikulitu jest zdecydowanie mniejsza i w zasadzie mniej poznana, pomimo tego, że proces adsorpcji także w nich zachodzi.

Jak podaje M. Sachanbiński (1979), „już w XVII wieku w Europie powszechnie wierzono, że ten, kto pije wino z pucharów wykonanych z serpentynitu, nigdy nie zostanie otruty. Sądzono bowiem, że kamień ten wchłania wszelkie trucizny”.

W serpentynitach występuje niekiedy nieznaczna domieszka trójwarstwowych minerałów ilastych z grupy montmorillonitu, np. saponit i wermikulit, oraz chloryty (klinochlor) jako produkty transformacji orto- i metakrzemianów (oliwinów i piroksenów) pierwotnie występujących w skałach ultrazasadowych, z których powstały omawiane serpentynity w wyniku metamorfizmu. Ich obecność powoduje, że skały te odznaczają się nie tylko zdolnością adsorpcji, ale również absorpcji (pochłanianiem). W związku z tym można je również wykorzystywać w charakterze sorbentu np. w akwariach, w których mogą nie tylko oczyszczać wodę, ale również je upiększać.

Reasumując, z przedstawionego zakresu praktycznego wykorzystania serpentynitów z Nasławic, w porównaniu z innymi utworami skalnymi, wynika, że posiadają one wyjątkowo szeroką gamę zastosowań. W związku z tym dotychczasowa gospodarka złożem tego surowca powinna ulec zmianie. Już w trakcie eksploatacji powinno się dokonywać selekcji urobku, oddzielając z niego lite, niespękane bloki z przeznaczeniem do produkcji wyrobów architektonicznych, rzemiosła artystycznego oraz inne, mniejsze i większe fragmenty skalne o walorach dekoracyjnych do zastosowania w akwariach i w ogrodnictwie. Być może w niektórych przypadkach powinno się oddzielić te szlachetniejsze odmiany skały poprzez selektywną eksploatację bezpośrednio z calizny złoża. Stąd w każdym etapie eksploatacji złoża skała ta powinna podlegać obserwacjom makroskopowym, a następnie poszczególne jej odmiany powinny być zaprogramowane do odpowiedniego wykorzystania. Z wydzielonych odmian serpentynitu te najmniej interesujące pod względem kolorystyki i deseni powinny stanowić zasadniczy asortyment do wykorzystania w budownictwie dróg oraz w rolnictwie, a pozostałe – do wcześniej określonego w niniejszej pracy zastosowania. Należy także mieć na uwadze występowanie w obrębie serpentynitów eksploatowanych w Nasławicach różnobarwnych opali oraz rodingitów. W zagospodarowaniu surowca serpentynitowego z Nasławic trzeba skończyć z fałszywą opinią, że jest to skała, która nadaje się jedynie do budowy dróg.

Pod koniec XX wieku i na początku bieżącego stulecia usiłowano zdeprecjonować wartość serpentynitu z Nasławic. A to wskutek źle pojętej natury tych skał oraz pod wpływem modnych w tym czasie i bez merytorycznego uzasadnienia obowiązujących zasad w ekologii. W ten sposób spowodowano pewną „krzywdę wobec natury nieożywionej”, czyli wobec serpentynitu, dyskwalifikując go nawet jako surowiec przydatny do produkcji kruszywa łamanego. Mam nadzieję, że sumienie ekologów się obudzi i powtórnie wypowiedzą się oni na ten temat, przywracając tym skałom należną im wartość i znaczenie surowcowe.

Dotyczy to zresztą nie tylko serpentynitów, ale też wielu innych surowców skalnych występujących w Polsce. Trzeba mieć również na uwadze fakt, że zasoby wszelkich surowców mineralnych występujących w skorupie ziemskiej są ograniczone, trzeba więc korzystać z nich w sposób racjonalny.

Jak dowodzą wykopaliska archeologiczne z rejonu góry Ślęży, wiele odnalezionych narzędzi zostało wykonanych właśnie z tego surowca. W czasach współczesnych wydobycie serpentynitu antygorytowego ze złoża Nasławice rozpoczęło się w latach 60. XX wieku.

Serpentynity występują w Polsce wyłącznie na Dolnym Śląsku w kilku masywach na obszarze Sudetów i Przedgórza Sudeckiego. Największe złoża tych skał zlokalizowane są w szerokim pasie długości ok. 20 km, otaczającym łukiem Ślężę od wschodu, południa i południowego zachodu, od Jordanowa Śląskiego do Gogołowa. Z serpentynitów zbudowane są Wzgórza Nasławickie, Tomickie, Raduni oraz pasmo Wzgórz Kiełczyńskich. Ponadto serpentynity występują w masywie Grochowa-Braszowice, w masywie Szklar, na północno-wschodnich zboczach Gór Bardzkich, w północnej części Garbu Dzikowca, w odległości 0,5 km na południe od Woliborza oraz w Rudawach Janowickich, a także w okolicach Złotego Stoku. Większość tych złóż jest spękana i nadaje się głównie na kruszywo, jednak w złożach serpentynitów z północno-wschodniego pasa ich występowania, a więc z Winnej Góry, Wzgórz Tomickich i Nasławickich oraz okolic Złotego Stoku znajdują się odmiany serpentynitów przydatne do wyrobu przedmiotów użytkowych i dla celów dekoracyjnych (W. Heflik 1976). Obecnie spośród wymienionych złóż eksploatowane są jedynie serpentynity ze Wzgórz Nasławickich w kamieniołomie w Nasławicach. W obrębie tego złoża występuje kilka odmian barwnych tej skały. Napotyka się tam różne pod względem struktury i barwy odmiany serpentynitów: czarne, ciemnozielone, jasnozielone i inne, często poprzecinane żyłami. Wszystkie, jak na serpentynity, odznaczają się dużą twardością i wysoką wytrzymałością mechaniczną. Makroskopowo niekiedy podobne są do nefrytu, dlatego często przez nieprofesjonalistów wywożone są z kamieniołomu w Nasławicach jako nefryt. Dopiero po przecięciu ich okazuje się, że są to znefrytyzowane (nefrytoidy, W. Heflik, L. Natkaniec-Nowak, 2001) serpentynity. Skały te dają się dobrze obrabiać, polerować i przyjmują ładną fakturę (fot. 1, 2). Serpentynitom w Nasławicach towarzyszą występujące w nieznacznych ilościach: rodingity, różnobarwne odmiany opali, w tym również hialit oraz aragonit i inne, niektóre z nich możliwe w praktycznym wykorzystaniu.

Dowodem zastosowania kamienia jest m.in. jego obecność w murach kościołów w Wilczkowie i w Sobótce. Są to liczne bloki serpentynitu, najczęściej o barwie jasnozielonej (fot. 3 a, b, c). Mury kościoła parafialnego św. Jakuba w Sobótce, pochodzącego z XIV w. obfitują w różnobarwne bloki serpentynitu (fot. 4 a, b, c). W jednej i drugiej budowli stwierdza się, że obecne w nich serpentynity odznaczają się dużą zwięzłością. We współczesnych budowlach w Polsce nasławickie serpentynity należą do rzadkości. Jeśli są stosowane, to prawie wyłącznie w formie jasnozielonych i ciemnozielonych płyt w architekturze wnętrz, rzadziej w architekturze zewnętrznej. W urobku uzyskanym w wyniku eksploatacji w kamieniołomie w Nasławicach uzyskujemy mieszaninę różnej wielkości bloków i fragmentów serpentynitu o różnej barwie i różnej wytrzymałości mechanicznej. W wyniku przeróbki, tzn. procesu kruszenia i przesiewania na sitach, uzyskuje się w miarę zhomogenizowane frakcje ziarnowe, na ogół różnokształtne. Stanowią one doskonały produkt, który wykorzystywany jest jako materiał podkładowy przy budownictwie dróg i autostrad. Materiał ten z uwagi na pewną elastyczność serpentynitu, dobrze układa się podczas utwardzania (walcowania) tych budowli.

Różnej wielkości fragmenty tych skał stosowane są również do produkcji lastryka, czyli sztucznego kamienia otrzymywanego z ich mieszaniny (grysu) spojonych cementem, często z domieszką różnych barwników. Po oszlifowaniu i wypolerowaniu ten sztuczny kamień stosowany jest w charakterze posadzki, parapetów, blatów kuchennych, stołów itp.

Kruszywa te mogą być również wykorzystywane do produkcji mieszanek bitumicznych stosowanych do powierzchniowych utrwaleń na drogach, lotniskach i innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu, zgodnie z normą PN-EN 13043; 2004 oraz niezwiązanych i związanych hydraulicznie materiałów stosowanych w obiektach budowlanych i budownictwie drogowym zgodnie z normą PN-EN 13242 + A1; 2010. Na produkcję takich wyrobów kopalnia Nasławice uzyskała Certyfikat Zakładowej Kontroli Produkcji 1454-CPD-225, wydany 21 grudnia 2010 r. przez Ośrodek Certyfikacji Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego.

Podczas przeróbki mechanicznej omawianych serpentynitów uzyskuje się również frakcję pylastą, stanowiącą tzw. mączkę serpentynitową. Jeśli jest ona otrzymywana z wysokiej jakości serpentynitu (pozbawionego różnych domieszek mineralnych), to odznacza się dużą zawartością MgO, przekraczającą nawet 50% wag. Na materiale takim przeprowadzone zostały badania w skali laboratoryjnej (W. Heflik, P. Wyszomirski, 1969) nad możliwością wykorzystania serpentynitów do produkcji magnezowych materiałów ogniotrwałych. W wyniku wypalania tego materiału w temperaturze 1500oC w ciągu 2 godzin stwierdzono, że uległ on całkowitemu przetopieniu, a następnie przekrystalizowaniu. Produktem tej krystalizacji była tylko jedna faza krzemianowa, a mianowicie oliwin o zawartości około 6% cząsteczki fajalitowej (Fe2[SiO4]). W ogóle nie wykrystalizowały metakrzemiany. Uzyskano więc niezłej jakości forsterytowy (Mg2[SiO4]) wyrób ogniotrwały. Nasuwa się więc pytanie: dlaczego współcześnie nie produkuje się z tych surowców magnezowych materiałów ogniotrwałych? Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta i jednoznaczna. Ogólnie rzecz biorąc, decydują o tym względy ekonomiczne oraz stosowanie w piecach metalurgicznych w formie wykładzin innych materiałów wysokoogniotrwałych. Jedną z przeszkód w produkcji tych wyrobów z serpentynitów jest wysoka zawartość wody (grupy OH) w minerałach z grupy serpentynu (w serpentynicie ok. 15% wag.).

Podobne prace w skali laboratoryjnej prowadzone były przez autora niniejszego opracowania nad zastosowaniem w formie domieszki (jednego z wielu komponentów) mączki serpentynitowej z Nasławic do produkcji płytek klinkierowych. Uzyskano pozytywne rezultaty, odznaczające się m.in. niższą temperaturą wypalania oraz wyższą wytrzymałością mechaniczną płytek.

Znane są liczne przykłady zastosowania tego kamienia. Jak podaje A. Kotylak (2001), w kościele św. Marii Magdaleny we Wrocławiu jest ambona wykonana w latach 1579–1581 w pracowni Fryderyka Grossa, w której wkomponowane są: piaskowiec, szary marmur, alabaster (drobnokrystaliczna odmiana gipsu) i serpentynit. Z zielonego serpentynitu wykonano kolumny stanowiące element części podstawowej ambony oraz baldachim (fot. 5 a, b). W tym również kościele jedna ze ściennych płaskorzeźb podparta jest serpentynitowymi kolumienkami.

    W Wrocławiu przy ul. Szewskiej jest budynek, w którym znajduje się perfumeria, na zewnątrz i wewnątrz ozdobiony serpentynitami. Płytami z tego kamienia wyłożona jest posadzka kościoła w Nasławicach (fot. 6 a, b). Serpentynity ozdabiają wiele budynków, sklepów, kawiarń i różnych urzędów użyteczności publicznej na terenie całej Polski. Stanowią także piękną okładzinę ścian w Teatrze Wielkim w Warszawie. Sam lub w kompozycji z marmurem jest wykorzystywany do wystroju luksusowych mieszkań (kominki, parapety, płyty stołowe, lokali bankowych i sklepowych (okna wystawowe, lady, kontuary – ciemnozielona barwa emanuje spokojem i solidnością).

Jak pisze M.W. Wiśniewski (1999), „zieleń stanowi granicę między barwami »gorącymi« a »zimnymi«. Studzi ludzkie umysły, uspokaja, obniża ciśnienie, odnawia siły, zwiększa aktywność i siły umysłu. Daje poczucie harmonii pozwalającej wypocząć, zregenerować siły i rozpocząć działalność od nowa”.

Architektoniczne elementy wykonane z serpentynitu znajdują się także w licznych miejscach na terenie Niemiec. Odmiany tych skał zwłaszcza o barwie ciemnozielonej, seledynowej i czarnej wykorzystywane są także do wyrobu nagrobków. Ich obecność spotkać można m.in. na cmentarzu Rakowickim w Krakowie i w Nasławicach. Obecnie zapotrzebowanie na produkcję nagrobków z tego kamienia wyraźnie wzrasta. Coraz bardziej doceniane jest jego piękno, symbolika spokoju i powagi.

Znane są liczne wykonane z serpentynitu nasławickiego wyroby należące do tzw. galanterii kamiennej, jak lichtarze, przyciski, kałamarze, filiżanki i przybory toaletowe. Przed drugą wojną światową eksploatacją tak modnego wówczas serpentynitu zajmowało się „Saskie Towarzystwo Akcyjne Eksploatacji Serpentynitu”, a w kilkanaście lat po zakończeniu tej wojny funkcjonowały na Dolnym Śląsku zakłady obróbcze m.in. w Jordanowie Śląskim (co ma miejsce do dzisiaj), w Kłodzku i w Miliczu, w których z surowca nasławickiego wyrabiano m.in. kaboszony do pierścionków, płytki do spinek do koszul, kolczyki (fot. 7), popielniczki, szachy, wałki do ciasta oraz różnokształtne cyferblaty zegarów. W łomie serpentynitu w Nasławicach napotyka się także na niewielkie skupienia, często wkładki lub soczewki skał o barwie seledynowozielonej, zbudowane prawie wyłącznie z serpentynu (lizardytu). Jest to stosunkowo miękka skała, dająca się łatwo obrabiać ręcznie za pomocą prostych narzędzi – dłuta, pilnika lub ostrza. Można z niej wykonywać różne figurki, które przypominają chińskie wyroby steatytowe (blaszkowato-włóknista odmiana talku – Mg3[(OH)2/Si4O10] lub agalmatolitowe (odmiana blaszkowo-włóknista pirofyllitu – Al2[(OH)2/Si4O10], często spotykane w sklepach jubilerskich. Odzysk tej odmiany serpentynitu w Nasławicach mógłby dostarczyć cennego surowca dla artystów rzeźbiarzy.

Najmniej znana jest możliwość zastosowania serpentynitów w rolnictwie, w którym, jak wiadomo, podstawowe znaczenie ma gleba, czyli powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej przeobrażona pod wpływem świata organicznego, w której dzięki działalności roślin i drobnoustrojów zachodzą ciągłe przemiany substancji mineralnych. W porównaniu z innymi utworami skalnymi serpentynity znajdują tu wyjątkowo szeroką gamę zastosowań. O tym jednak w kolejnym wydaniu ŚK.

Żywicowanie kamienia naturalnego spowodowało obniżanie kosztów produkcji płyt kamiennych, polepszenie właściwości mechanicznych powierzchni kamienia oraz parametrów estetycznych i użytkowych.

W ostatnim dziesięcioleciu rozwój nowoczesnych technologii produkcji żywic poliestrowych, epoksydowych i poliuretanowych oraz sposobów ich modyfikacji pozwolił na opracowanie nowoczesnych produktów o wysokiej odporności mechanicznej, termicznej i chemicznej [1]. Polepszono również przyczepność i właściwości tiksotropowe, które poprawiły reologię masy żywicznej, eliminując spływanie z powierzchni pionowej oraz szybsze sieciowanie (utwardzenie) [2]. Żywice takie znalazły w ostatnich latach szerokie zastosowanie do impregnacji oraz wzmacniania kamienia naturalnego i innych podłoży mineralnych. Po stwardnieniu (usieciowaniu) ułatwia ona utrzymanie w czystości powierzchni, zwiększa odporność na czynniki zewnętrzne oraz niweluje mikropęknięcia w impregnowanym materiale. Laminat jest odporny nie tylko na działanie wody, benzyny, oleju napędowego, ale również na takie związki jak 10% kwas solny, 20% wodorotlenek sodu czy stosowanych w codziennym życiu rozpuszczalników organicznych oraz środków czystości. Żywicowany kamień jest często stosowany w otoczeniu wymagającym podwyższonej odporności chemicznej i mechanicznej, takich jak zbiorniki agresywnych wód oraz baseny termalne czy chlorowane, hale produkcyjne. Wszystkie walory żywicowania kamienia naturalnego zawsze są szczegółowo opisane przez producentów żywic, dlatego zajmijmy się tą drugą stroną żywicowania [3].

Marmury, granity i trawertyny z warstwą laminatu mają różnorakie zastosowanie, jak nagrobki, pomniki, blaty, parapety, kompozycje łazienkowe itp., a co się z tym wiąże – muszą mieć odpowiednią odporność na czynniki zewnętrzne, m.in. wodę, detergenty i inne środki czyszczące, włącznie z rozpuszczalnikami organicznymi, temperaturę, promieniowanie słoneczne (głównie oddziałujące z żywicą promienie UV). Istotny jest dobór rodzaju stosowanej żywicy dla danego materiału. Stosowanie żywic o dużej liczbie kwasowej, jak bywa w przypadku modyfikowanych poliestrów, może spowodować tworzenie się niekorzystnych reakcji chemicznych z trawertynem lub marmurem (reakcja grup kwasowych z węglanami – wydzielanie ditlenku węgla), co powoduje po jakimś czasie od nałożenia żywicy jej złuszczanie lub mikropęknięcia. Stosowanie żywic epoksydowych o niskim stopniu usieciowania jako łącznika (kleju) w wielu przypadkach jest dobrym i ekonomicznym działaniem. Jednak w przypadku złego doboru żywicy nacisk na warstwę kleju łączonych kamieni i w wyniku oddziaływania dużych zmian temperatur (co w polskich warunkach pogodowych staje się normą) może spowodować po czasie mięknienie warstwy kleju, a co za tym idzie – „ślizganie” się materiałów klejonych (tabela 1). Można zapobiegać takiemu zjawisku, stosując modyfikowane żywice hiperrozgałęzione, jednak producenci (wykonawcy) np. pomników, nagrobków unikają stosowania takich żywic ze względu na bardzo wysokie koszty produkcji [4]. Duże znaczenie ma też temperatura, np. w przypadku blatów kuchennych, gdzie dość często stawia się rozgrzane naczynia – brak odporności termicznej powoduje „wtapianie się” w warstwę laminatu gorących naczyń. Tak samo ma to znaczenie w przypadku pomników, na które może oddziaływać temperatura ujemna, ale i silne nagrzanie słoneczne [5]. W zależności od żywic możemy wyróżnić typowe zakresy odporności termicznej, w których nic się nie dzieje, ale poza tymi zakresami laminat może ulec całkowitemu uszkodzeniu [6]:

żywice epoksydowe od –40°C do +110°C

żywice poliestrowe (niemodyfikowane) od –30°C do +65°C

żywice poliuretanowe od –30°C do +80°C

W przypadku pomników, nagrobków czy parapetów (szczególnie tych zewnętrznych) rodzaj żywicy i jej modyfikacja wpływa na odporność świetlną podczas ekspozycji na światło słoneczne (promienie UV). Dla wielu żywic epoksydowych i niemodyfikowanych żywic poliestrowych jest wręcz zabroniona ekspozycja na światło UV. Zdarza się, że takiego zakazu producent nie wskazał w specyfikacji użytkowania, w takich sytuacjach bywa, że żywice mogą z czasem zmieniać barwę (zazwyczaj ciemnieją, rys. 1) lub powstają mikropęknięcia (w wyniku uszkodzenia struktury wewnętrznej usieciowanego polimeru, rys. 2), co powoduje obniżenie odporności mechanicznej nałożonego laminatu czy kleju. Laminat zmniejsza odporność na zadrapania (np. podczas czyszczenia), złuszcza się z powierzchni w przypadku łączenia żywicą dwóch powierzchni, pogorszenie właściwości mechanicznych powoduje wykruszanie się spoiwa, a z biegiem czasu – rozłączenie się klejonych elementów [7]. Żywicowanie gorszej jakości kamienia umożliwia wniknięcie polimeru w pory i mikropęknięcia. Zasadniczo tak zabezpieczony kamień nie pęka, ma jednolitą powierzchnię i ukryte skazy w strukturze, jednak może dojść do sytuacji, że żywica podczas nanoszenia zacznie sieciować wcześniej (np. złe wymieszanie składników, zmiana temperatury) i nie dotrze do wszystkich mikropęknięć. Pomimo dobrze przeprowadzonego procesu laminowania kamienie takie najczęściej pękają podczas transportu lub rozładunku, a wtedy ciężko jest dochodzić, kto popełnił błąd. Płyty żywicowane (szczególnie metodą próżniową z zastosowaniem epoksydów lub poliuretanów) charakteryzują się lepszym jakościowo polerem. Jednak i tu czyhają „zasadzki”. Zastosowanie zasadowego mleczka lub proszku (a większość na polskim rynku ma odczyn silnie zasadowy) do czyszczenia takich powierzchni dość szybko powoduje jej matowienie lub nawet całkowite uszkodzenie powierzchni (rys. 3) [8, 9]. Nowoczesne żywice produkowane są tak, aby po usieciowaniu były odporne na działania agresywnych odczynników chemicznych, w tym rozpuszczalników organicznych, jednak znamy rynek, szczególnie chiński, gdzie nie jakość, ale cena stawia warunki [10]. Sytuacja taka doprowadza do stosowania gorszej jakości polimeru, który po usieciowaniu nie wykazuje zbytniej odporności chemicznej. Stosowanie roztworów lub mieszaniny rozpuszczalników organicznych (np. aceton, alkohole, estry) w przypadku tanich żywic może powodować powstawanie zacieków na laminacie, a czasami jego całkowite rozpuszczenie (rys. 4).

Rynek kamienia naturalnego pokazuje, że żywicowanie to bardzo użyteczny zabieg, wydatnie wpływający na poprawę ekonomiczną oraz parametrów mechanicznych, estetycznych i użytkowych kamienia, dlatego przedstawione powyżej przykłady nie mają zniechęcać do zabiegów łączenia żywic z kamieniem naturalnym, a jedynie pokazać, co w skrajnych przypadkach może się stać z taką warstwą żywicy w trakcie użytkowania.

Tabela 1. Zmiana twardości żywicy epoksydowej (utwardzonej, na bazie epidianu 5) w wyniku 12-miesięcznego działania nacisku (1,5 tony na powierzchnię 100 cm2 – kształtka 10×10 cm) w temperaturze 50oC. Zmianę twardości przykładowo utwardzonej żywicy epoksydowej oznaczano metodą Shore’a zgodnie z normą PN-ISO 868, wgłębnikiem wg normy PN-93/C-04206 – badania własne autora:

Szacuje się, że od 70 do 90% kamienia trafia na nasz rynek w postaci produktu naznaczonego chemią kamieniarską. Bywa też tak, że kamieniarze samodzielnie żywicują kamień w swych warsztatach. Mamy wreszcie dostawców chemii kamieniarskiej i maszyn, które automatycznie żywicują płyty z kamienia. Skoro żywicowanie to powszechny proceder, to w jakim celu bywa stosowana owa technologia i z jakim skutkiem? Rozważmy ZA i PRZECIW technologii „upiększania” tego, co naturalne, zadając pytania znawcom tematu.

– Na pewno żywicowanie wzmacnia wierzchnią warstwę kamienia, podciąga kolor, likwiduje mikropęknięcia, wzmacnia strukturę gruboziarnistych materiałów i w dostateczny sposób zabezpiecza przed kwasami i tłuszczami blaty kuchenne – podkreśla Janusz Błyskał, właściciel firmy Granity Błyskal.

Większość przyzna jednak, że żywicowanie jest najpopularniejszym sposobem ukrycia wad produktowych i podniesienia walorów estetyczno-marketingowych. Żywicowanie bloków stosowane jest powszechnie przez firmy z Azji i Turcji. Zabieg taki ma na celu wzmocnienie struktury kamienia. Nierzadko żywicuje się w ten sposób materiał gorszego gatunku lub wydobyty metodą strzałową, więc naznaczony mikropęknięciami.

Pośród krytycznych głosów wobec kamienia żywicowanego da się słyszeć poglądy, że w przypadku niektórych materiałów potraktowanie kamienia żywicą jest po prostu nieodzowne. Żywicowanie materiałów porowatych, np. trawertynów, lub mocno spękanych (np. Forest Brown, Green, Yellow) powoduje głęboką penetrację, wzmocnienie struktury materiałów oraz sklejanie sztychów wewnętrznych – inaczej materiał nie nadawałby się do transportu i dalszej obróbki. Analogicznie, najprostszym sposobem zabezpieczania kruchych slabów marmurów i onyksów (np. na czas transportu) jest żywicowanie z siatką PCV (po drugiej stronie płyty).

Skoro żywicowanie stosuje się nie od dziś, to czy pośród praktyk i konkretnych rozwiązań znajdziemy te godne polecenia (technologie i produkty chemii kamieniarskiej) i obarczone ryzykiem czy też naznaczone miernym efektem, a nawet odwrotnym do zamierzonego?

– Często żywicowanie odbywa się w sposób niedbały, bez przestrzegania podstawowych reguł (suchy, czysty materiał + odpowiednie proporcje + odpowiednia obróbka mechaniczna żywicowanego materiału). Uzyskuje się wtedy mizerny efekt, co zraża klientów. Często po prostu stosowana jest niewłaściwa żywica – zauważa Zdzisław Nowicki z firmy Syntetyk s.c.

Rygor dotyczący odpowiednio przesuszonego materiału wydaje się bardzo ważny, co podkreślają m.in. dostawcy tradycyjnych linii do automatycznego żywicowania slabów. Aby zastosować żywice epoksydowe, trzeba usunąć co najmniej 80% wilgotności ze slabów, uzyskując dobrą penetrację i przyczepność żywicy. Proces suszenia okazuje się kosztowny, skoro płyty muszą „odstać” w piecu około 1 godziny, aby wytracić wilgoć, i kolejne 2 godziny do katalizy żywicy z utwardzaczem w temperaturze ok. 45 stopni C (w zależności od używanej żywicy). Takie piece mogą być ogrzewane gazem lub emiterami podczerwieni elektrycznej – wybór zależy od kosztów energii w danym kraju. Powstaje więc pytanie: kiedy żywicowanie jest ekonomicznie i jakościowo uzasadnione? Najogólniej można przyjąć, że zawsze wtedy, gdy żywicowanie pozwoli nam… sprzedać materiał. To pogląd dostawców kamienia. A jak faktycznie wygląda kalkulacja kosztów i spodziewanych zysków?

– Żywicowanie jest ekonomiczne w przypadku drogich materiałów gruboziarnistych i porowatych, gdy koszt żywicowania to, w zależności od technologii, 15–25 zł zł/m2, a efekt jest nieporównywalny, ponieważ niektórzy klienci oglądają kamienie „przez lupę”, jakby to był „brylant u jubilera” – tłumaczy Janusz Błyskal. – Wyobrażenie klientów, że kamień jest jednorodnym materiałem, jest niezgodne z rzeczywistością. Granity składają się z miki, kwarcu, plagioklazów, biotytów i skaleni. Natomiast marmury i trawertyny – z minerałów skrystalizowanych i nieskrystalizowanych elementów wapiennych i różnych żyjątek z dawnych czasów oraz wtrąceń. Polerowanie tak różnorodnych materiałów powoduje pewne wymulanie mniej twardych struktur i ziaren, przez co powierzchnia oglądana „przez lupę” jest niepodobna do tafli szkła lub metalu. Utwardzenie powierzchni i późniejsze polerowanie wygładza ten proces i daje rewelacyjne wyniki. Oczywiście dobierając żywicę do konkretnego materiału, należy wziąć pod uwagę kilka zmiennych. Na wstępie należy rozróżnić materiały do zastosowania na zewnątrz i do wnętrz. Następny podział zależy od użytych materiałów: epoksydów lub poliestrów. W polskiej strefie klimatycznej przy zastosowaniach zewnętrznych należy stosować tylko granity i żywice epoksydowe, które są odporne na warunki atmosferyczne. Natomiast do wnętrz oprócz blatów kuchennych i posadzek położonych blisko drzwi zewnętrznych możemy stosować marmury.

Czy znajdziemy inne argumenty przemawiające za żywicowaniem? Pytanie, co np. z kamieniem w obiektach „mokrych”. W elementach narażonych na kontakt z wodą, jak brodziki czy ściany w prysznicach, wreszcie blaty kuchenne – nierzadko żywicowanie wydaje się uzasadnione w celu utwardzenia, zabezpieczenia przed wnikaniem i przesiąkaniem wody i innych środków (tłuszczów i kamienia wapiennego). Takie powierzchnie nie przyjmują brudu i innych zanieczyszczeń, są łatwe w myciu i konserwacji. Po żywicowaniu efekt końcowy jest rewelacyjny, co daje zadowolenie klientów. To prawda, ale od razu wypada przestrzec przed żywicowanym kamieniem, który zechcemy używać w miejscach narażonych na wysoką temperaturę.

– Materiały żywicowane mogą być stosowane wszędzie tam, gdzie materiały nieżywicowane, ale z wyłączeniem miejsc, gdzie temperatura przekracza 65 stopni C. Powyżej tej temperatury żywica się uplastycznia, jakkolwiek, jeśli tylko temperatura spada, żywica „wraca” do poprzednich parametrów – informuje Zdzisław Nowicki. – Często materiały żywicowane mają lepsze parametry mechaniczne niż te same materiały bez żywicy. Istnieją cenione materiały dekoracyjne, które bez żywicy nie ujrzałyby światła dziennego (nie zostałyby wprowadzone na rynek z racji swojej struktury). Rynek stawia coraz wyższe wymagania co do jakości materiałów i aby sprostać temu, musimy przynajmniej część materiałów żywicować. To nie jest moda, to konieczność.

Jak widzimy, argumentów przemawiających za żywicowaniem jest niemało. Pozostaje więc rozważyć głosy krytyczne. Środowisko oponentów powie: poprawiać (upiększać) warto tylko urodę… kobiet; kamień naturalny jest i niech taki pozostanie! Rację mają też ci, którzy podkreślają fakt, że nikt nie żywicuje dobrych gatunkowo bloków i płyt. Kamienie zbite, bez przerostów – takie nie wymagają żywicowania z racji ich budowy geologicznej. Dlaczego warto wystrzegać się żywicowanych płyt granitowych? Ciemny materiał zastosowany na zewnątrz potrafi w słońcu nagrzać się do temperatury ponad 80 stopni C. Łatwo sobie wyobrazić, jak bardzo tracić będzie na urodzie taki np. nagrobek po kilku latach na skutek amplitudy temperatur, wilgotności itp.

– Dla mnie żywicowanie to oszukiwanie klienta. Jeśli kamień naturalny, to po co go poprawiać? Jeśli kamień ma wady, to pokaż mi je, może właśnie taki kupię – tak powinna wyglądać rozmowa specjalistów. Są oczywiście materiały, które bez żywicowania się rozsypią: trawertyny, onyksy, nawet niektóre marmury, ale jeśli w jakikolwiek sposób poprawia się granity, to nic innego jak oszustwo! Żywicowanie wychodzi po 5–6 latach na nagrobkach. Podobnie ma się rzecz z efektem mokrego kamienia, czyli stosowaniem tzw. agerów – impregnatów pogłębiających kolor. Takie metody również nie są dla mnie przekonującą metodą upiększania kamienia. W mojej hurtowni nie kupi się takiego materiału – podkreśla Jacek Kiszkiel, pełnomocnik firmy Kamieniarstwo Zenon Kiszkiel.

Warto więc kilka razy pomyśleć, zanim zdecydujemy się zainwestować w taki produkt kamieniarski. Na pewno trzeba bowiem w tym kontekście wspomnieć, co czeka klienta kupującego takie wyroby (dewelopera, architekta, a także np. nabywcę blatu kuchennego), czyli żywicowane kamienie naturalne. Wszak starzenie się substancji impregnującej objawia się najczęściej zmianą barwy, pęknięciami, łuszczeniem.

– Klasyczna żywica eksponowana na działanie promieni słonecznych żółknie – chociaż istnieją żywice firmy Tenax odporne na działanie promieni UV, nie poddające się procesom żółknięcia. Również to, o czym wcześniej wspominałem: żywice są wrażliwe na działanie wysokiej temperatury, co może mieć wpływ na tzw. łuszczenie się żywicy – zastrzega Zdzisław Nowicki.

Najpoważniejszym problemem jest właśnie ryzyko łuszczenia się żywicy. Zjawisko takie w ogóle nie powinno występować, gdy nasączamy strukturę materiału, a nie nakładamy następnej warstwy np. lakieru. A jak jest w praktyce?

– W nieuczciwych praktykach celują dostawcy z Chin i Indii. Użyte przez nich materiały są niewłaściwe, bo według nich materiał ma… ładnie wyglądać, kryć wady tylko w momencie sprzedaży. Znamy przypadki, kiedy materiały takie jak Multicolor Red lub Orion po przestaniu zimy na zewnątrz lub poddane silnemu nasłonecznieniu zblakły i miały szarawy nalot. Myślę, że były żywicowane poliestrami, gdyż te są „szybsze w wykonaniu”, tańsze, ale i mniej odporne na warunki atmosferyczne – donosi nam Janusz Błyskal. – Podsumowując: jestem za żywicowaniem płyt, ale tylko w określonych reżimach technologicznych, a wtedy z pełną akceptacją obecnych i przyszłych użytkowników kamieni naturalnych.

Na pewno pierwszym sprawdzianem wartości materiału będzie pierwsza zima, która bywa w naszej szerokości geograficznej surowa, więc w pierwszym rzędzie odsłania oszustwa związane z obrotem materiałem niepełnowartościowym. Podnoszone argumenty i kontrargumenty nie wyczerpują oczywiście zagadnień związanych z poruszonym tematem. Niżej publikujemy ciekawy komentarz, który może stanowić przyczynek do kolejnej wymiany poglądów i opinii specjalistów.

Rafał Dobrowolski

Fot. GRANITY BŁYSKAL

Dr hab. Stefan Góralczyk, prof. Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego

Nie ma jednoznacznych odpowiedzi na postawione pytania, tzn. nieobiektywne jest całkowite potępianie stosowania żywic i innych impregnatów do kamieni, ale także entuzjastyczne popieranie tych technologii. Prawda jest jak zwykle po środku. Stosowanie impregnacji powinno być wyważone i zależeć od wielu czynników.

Z jednej strony mamy postęp w stosowaniu różnego rodzaju kamieni, np. te, które do tej pory nie mogły być przeznaczane do niektórych zastosowań, po wzmocnieniu żywicą spełniają kryteria. Tak jest np. z trawertynem, który w naszym kraju do niedawna miał ograniczone zastosowanie (patrz: Polskie Normy). Podobnie większość polskich piaskowców – szczególnie te o spoiwie ilastym lub ilasto-krzemionkowym, ze względu na swoje właściwości nie mogły być stosowane np. do okładzin zewnętrznych. A więc dzięki tym technologiom zdecydowanie zwiększył się zakres wykorzystania surowców i ich gama.

Z drugiej strony obserwacja rynku pozwala stwierdzić, że technologię żywicowania stosuje się często bezkrytycznie, bez uprzedniej analizy koniecznych czynników związanych z jakością surowca, zastosowaniem, wymaganiami dla tego zastosowania, a także jakości i rodzaju roztworu do impregnacji dobieranego dla konkretnego rodzaju skały i kierunku zastosowania. Substancje do impregnowania mają różny skład chemiczny i powinny być dobierane do konkretnej skały, posiadającej również specyficzny skład mineralny i chemiczny. Nie jest prawdą, że żywice i inne substancje do impregnowania są bierne chemicznie, a jeżeli czynne, to tylko np. na powierzchni. Nic bardziej mylnego. Najczęściej reakcje chemiczne wewnątrz skał zachodzą wolno; szybciej na powierzchni, gdzie na impregnowaną skałę oddziałuje wiele czynników: atmosferycznych i tych wynikających z użytkowania wyrobu kamiennego (kwasy, zasady itp.). Wreszcie następuje zwykle powolne starzenie się substancji impregnującej, objawiające się najczęściej zmianą barwy, pęknięciami, łuszczeniem. Osobny problem to infiltracja substancji impregnującej w głąb kamienia. Jej intensywność jest uwarunkowana porowatością kamienia, szczególnie porami otwartymi, komunikującymi się ze sobą. I tylko w takich kamieniach, o takiej teksturze możemy spodziewać się efektu impregnacji, tzn. wzmocnienia struktury, zwiększenia odporności na czynniki atmosferyczne itp. W przypadku kamieni o teksturze zbitej, o niewielkiej porowatości infiltracja jest minimalna, a efekt impregnacji może być najwyżej powierzchniowy o ograniczonej trwałości, również ze względu na przyczepność do powierzchni (starzenie, odpryski itp.).

Czy takie postępowanie (żywicowanie) jest ekonomicznie i jakościowo uzasadnione? I czy ma sens?

Bardziej skuteczny i efektywny jest naturalny dobór kamieni do konkretnego zastosowania na podstawie parametrów jakościowych kamieni. W takim przypadku podstawą są ustalone przez ekspertów parametry kamienia zapisane w specyfikacjach normowych (normy PN-EN) lub w tzw. specyfikacjach technicznych rynkowych, opracowywanych na podstawie dokumentów normowych przez projektanta dla konkretnej inwestycji lub zastosowania. Jeżeli te dokumenty dopuszczają dodatkowo żywicowanie czy inny sposób zabezpieczania kamienia, to takie działanie oparte jest na wykonanych uprzednio badaniach i poparte wiedzą ekspercką.

Wymagania i badania reguluje norma PN-EN 1468 (płyty surowe), która określa stosowanie impregnatów w sposób następujący: „Wykończenie powierzchni niektórych typów kamieni może wymagać wykonywania wypełnień, zastosowania materiałów wypełniających lub innych podobnych produktów do zapełnienia naturalnych otworów, wad lub spękań; można to traktować jako część zwykłego procesu obróbki. W takich przypadkach rodzaj obróbki, jak również rodzaj i charakterystyka dodatkowo stosowanych materiałów powinny być deklarowane”. Podobnie stosowanie wzmocnień kamienia regulują pozostałe normy na wyroby z kamieni naturalnych. W przypadku, gdy zawartość substancji organicznych przekracza w kamieniu naturalnym 3% masy, należy badać jego ognioodporność. Co oznacza ten zapis? Stosowanie żywic lub innych substancji powinno być uzasadnione koniecznością wzmocnienia tekstury kamienia naturalnego, tak aby spełnił wymagania jakościowe dla konkretnego kierunku zastosowania. Odbiorca powinien być powiadomiony (deklaracja producenta) o zastosowaniu tej technologii, a kamień odpowiednio przebadany (w tym na ognioodporność, jeżeli materiał zawiera powyżej 3% substancji organicznych, co przy żywicowaniu jest oczywiste) przed dopuszczeniem go do zastosowania.

Wniosek? Odbiorca ma prawo do rezygnacji z zastosowania wyrobu wzmocnionego (o pierwotnych niższych parametrach jakościowych kamienia surowego) na korzyść wyrobu z kamienia naturalnego o parametrach jakościowych spełniających wymagania do konkretnego zastosowania. Konkludując: nie powszechność stosowania żywic, ale racjonalne podejście, uwzględniające jakość kamienia, kierunek jego zastosowania, jakość żywicy, parametry przyszłego użytkowania (czynniki mogące oddziaływać na kamień) powinny być podstawą decyzji producenta i odbiorcy.

Od wielu lat na rynku dostępne są systemy gotowych podłóg podniesionych. Temat do tej pory nie był poruszany na łamach „Świata Kamienia”. Nadszedł czas, by brak ten uzupełnić.

Elementy podłóg podniesionych, tzw. wsporniki, mogą podpierać płyty z różnych materiałów. Nas interesuje przede wszystkim kamień, a dokładniej granit, i na tym materiale skupię się, pisząc ten artykuł.

Na wstępie wyjaśnijmy sobie, czym są podłogi podniesione i kiedy się je stosuje. System ten polega na montażu płyt właściwej posadzki powyżej warstwy wodonośnej (zwykle papy) z zachowaniem przestrzeni pod płytami. Wysokość pustki powietrznej może się zawierać od 1–1,5 cm do kilkudziesięciu centymetrów.

Na wstępie wspomniałem, że na podłogi takie stosuje się płyty granitowe, a to za sprawą ich stosunkowo dużej wytrzymałości na zginanie w porównaniu z innymi popularnymi kamieniami stosowanymi w naszej branży.

Montaż podłogi zaczyna się od wytyczenia fug między płytami i wyznaczenia poziomu posadzki docelowej. Płyty zwykle układa się na czterech wspornikach, czasami na sześciu –jest to zależne od proporcji długości i szerokości elementów granitowych. Wysokość wsporników ustawia się przez obrót elementów regulacyjnych. U niektórych producentów jako element systemu występuje też głowica dająca możliwość zadania kąta. W przypadku stojaków ustawianych na podłożu pochyłym są one nieco odchylone od pionu. Wspomniana głowica daje możliwość uzyskania poziomego podparcia czterech narożników płyt. Głowica ta znajduje zastosowanie również w przypadkach, kiedy posadzka ma być ułożona z lekkim spadkiem. Kąt spadku wynosi do 5 stopni. Jeżeli jest to konieczne, wsporniki mogą być przytwierdzane do podłoża.

Jako człowiek zajmujący się projektowaniem, powinienem wtrącić nieco o tworzeniu dokumentacji wykonawczej. Pierwszym etapem prac projektowych jest naniesienie na rozkrój kamienia lokalizacji wsporników. W tym miejscu należy podkreślić, że w rzucie z góry stojak jest kołem. W projektowaniu należy się posługiwać tą figurą geometryczną, ale o średnicy podstawy. W miejscach wymagających zagęszczenia wsporników często się zdarza, że wsporniki ze sobą kolidują. Należy to przewidzieć odpowiednio wcześniej. Po wrysowaniu lokalizacji wsporników należy przystąpić do określenia ich wysokości i doboru odpowiedniego typu wyrobu. W przypadku spadków podłoża w jednym kierunku sprawa jest prosta. Komplikacje pojawiają się przy kopertowym lub jeszcze bardziej skomplikowanym ich ukształtowaniu. Problem rozwiązałem prostą aplikacją napisaną w języku AutoLISP działającą w środowisku CAD. Przed uruchomieniem programu krawędzie przełamań spadków należy zamodelować w trójwymiarze. Jest to bardzo proste, bo zmieniając właściwości poszczególnych linii, trzeba wprowadzić odpowiednią wartość współrzędnej „Z” – zainwentaryzowaną geodezyjnie rzędną. Uruchamiając program, definiujemy poszczególne płaszczyzny spadkowe, rzędną docelową posadzki i grubość płyt. Wprowadzić trzeba też asortyment konkretnego producenta (chodzi o zakresy regulacji wysokości). Aplikacja określa sobie punkt przecięcia zadanej płaszczyzny spadkowej z pionową linią – osią wspornika i spód płyty. Dane te dają możliwość wyliczenia wysokości i przypisania jej do konkretnego przedziału regulacji wysokości.

Dla projektanta istotna jest też nośność wsporników. Wyglądają one niepozornie, ale są w stanie przenieść siłę pionową przekraczającą wartość 1 tony. Zdarzyło mi się projektować podłogi podniesione przed jednym z centrów handlowych z możliwością wjechania samochodem do powierzchni handlowej. Dotyczyło to oczywiście pojedynczych eksponatów pokazowych danej marki, a nie ruchu kołowego o dużym natężeniu. Nośność wsporników nie była w tym przypadku problemem. Za małą wytrzymałość na zginanie miały płyty granitowe. Rozwiązano to za pomocą specjalnych trapów układanych na podłodze, po których przetaczano pojazd.

Podłogi podniesione są niezastąpione w przypadku dużych powierzchni terenu zazwyczaj przed budynkiem. W przypadku tradycyjnych posadzek układanych na zaprawie klejowej konieczne jest projektowanie spadków w kierunku elementów systemu odwadniającego. Przy dużych powierzchniach spadki na posadzce w pewnych miejscach mogą nie wpływać pozytywnie na estetykę. Płyty podłóg podniesionych układa się w poziomie, a woda odpływa z nich przez otwarte fugi szerokości kilku milimetrów. Duża powierzchnia na zewnątrz budynku ułożona w poziomie wygląda niezwykle efektownie.

Kolejną niepodważalną zaletą systemu jest możliwość ułożenia elementów instalacji w przestrzeni poniżej płyt. Trasy rur lub przewodów nie mogą być jednak ułożone w miejscach ustawienia wsporników. Gdybyśmy dodatkowo mieli brać pod uwagę względy użytkowe, to należy wspomnieć o bardzo prostej wymianie uszkodzonej płyty. Nową wkładamy po prostu w miejsce starej.

Elementy instalacji trzeba serwisować. Niezwykle istotną cechą systemu jest fakt, że właściwie każda z płyt może być potraktowana jako rewizja zapewniająca dostęp do całej przestrzeni pod posadzką.

Bogata oferta wsporników umożliwia również niwelację wysokich progów w konstrukcji zazwyczaj żelbetowej podłogi. Pionowe uskoki rzędu kilkudziesięciu centymetrów nie są dla systemu żadnym problemem.

Montaż podłóg podniesionych jest również ich zaletą. System zapewnia możliwość skorygowania poziomu ułożenia płyt na każdym etapie prac. Tempo robót jest znacznie większe niż w przypadku tradycyjnych posadzek. Do zalet montażowych dodajmy jeszcze brak konieczności dokładnego wykonania warstw stanowiących podłoże do ustawiania wsporników. Ważne jest tylko zachowanie odpowiednich kierunków spadków warstwy wodonośnej. Po jej wykonaniu wykonuje się inwentaryzację geodezyjną podłoża.

Do worka zalet należy dodać odporność wsporników na wpływy warunków atmosferycznych: promieniowania UV, niskich i wysokich temperatur, opadów. Elementy systemu są też odporne na chemikalia.

Każde rozwiązanie ma również wady. Wymieńmy zatem kilka z nich. Już na etapie wykonawczym niewątpliwym utrudnieniem jest konieczność zamówienia wsporników odpowiedniej wysokości. Każdy z nich ma ograniczony zakres jej regulacji. Zachodzi tu konieczność opracowania czegoś na kształt projektu, chyba że zamówienie wsporników będzie odpowiednio powiększone, ale elementy te są dosyć drogie. Drugą wadą systemu jest konieczność frezowania (kalibrowania) krawędzi lub samych narożników płyt posadzkowych. Jeżeli tego nie zrobimy, na posadzce pojawią się nierówności (wystające krawędzie płyt). Niektórzy producenci oferują specjalne podkładki, które częściowo umożliwiają rozwiązanie tego problemu.

Jak wcześniej wspomniałem, fugi w posadzce pozostają otwarte i przez nie spływa woda. Spływa, ale nie sama, lecz łącznie z nieczystościami znajdującymi się na posadzce. Raz na kilka lat dobrze byłoby więc oczyścić podłoże, na którym stoją wsporniki.

Wadą, której nie sposób pominąć, jest koszt wykonania takiej podłogi. Jest on nieporównywalnie większy od posadzek wykonanych na zaprawie klejowej.

W podsumowaniu zróbmy bilans wad i zalet. Wydaje mi się, że efekt końcowy – rzeczywiście pozioma posadzka i łatwość serwisowania samej podłogi, jak i ewentualnych instalacji zdecydowanie przewyższa wymienione wyżej wady systemu. Moim zdaniem warto więc takie podłogi stosować.

Na koniec chciałbym serdecznie podziękować firmom IPS Technik, Plastsystem i Wolski za udostępnienie zdjęć. Bez nich artykuł ten byłby niczym nie zobrazowanym ciągiem liter, a zagadnienie dla osób, które do tej pory nie zetknęły się z opisywanym rozwiązaniem technicznym, pozostałoby nie wyjaśnione.









Rys. 1 – Fragment przykładowego rysunku (rzutu) wykonawczego podłogi podniesionej. Widoczny na nim jest rozkrój płyt granitowych i rozstaw wsporników. Pokazano też płaszczyzny spadkowe.
Tutaj rys2

 

Rys. 2 – Podłogi podniesione doskonale sprawdzają się również na dachach. Rysunek jest przekrojem pionowym.



Mgr inż. Dariusz Piros

Dominujące dziś metody wykonywania wizerunków w kamieniu niwelują błędy człowieka. To najważniejsza cecha wspólna maszyn grawerskich i urządzeń laserowych. Te pierwsze, ze względu na pracę narzędzia, dzieli się na grawerki igłowe i grawerki frezarkowe. „Igłówki” stanowią też największą konkurencję dla fototechnologii, metody opisanej w poprzednim wydaniu ŚK, dlatego omówimy je jako pierwsze.

Grawerka igłowa to urządzenie do realizacji wizerunków, której praca polega na wykonywaniu punktowych mikronakłuć na powierzchni kamienia przez głowicę kującą sterowaną automatycznie. Głowica kująca umożliwia użycie różnych narzędzi, jakkolwiek producenci danego modelu grawerki zawsze projektują ją pod kątem użycia konkretnego rysika (kuwaka). Często możemy się więc spotkać z nazwą: grawerka diamentowa, gdy rysik jest diamentowy. Bywa, że kuwakiem jest rysik z węglików spiekanych (np. węglik wolframu). Za każdym razem głowica wykonuje powtarzalne ruchy, a dzięki regulowanej rozdzielczości wykonywanego obrazu oraz odpowiedniej sile uderzenia powstają wizerunki. Wpływ na jakość obrazu ma średnica igły, siła uderzenia, rodzaj kamienia, jego kolor oraz odpowiednie przygotowanie zdjęcia obiektu, jaki chcemy uwiecznić na powierzchni kamienia. Komunikacja z urządzeniem odbywa się z poziomu komputera klasy PC. Praca operatora sprowadza się, pomijając czynności związane z pozycjonowaniem kamienia na stole maszyny, do wyboru kilku opcji w programie graficznym: ustawienie początkowego punktu kucia, ustawienie narzędzia głowicy kującej. Po wprowadzeniu obrazu do programu graficznego, przekształconego uprzednio w mapę bitową, operator dokonuje wyboru poszczególnych opcji kucia.

A teraz najważniejsze różnice wśród „igłówek”. W urządzeniach mniej zaawansowanych występuje czarno-biały, czyli 1-bitowy tryb kolorów, w którym obrazek zapisywany jest tylko za pomocą dwóch kolorów – zwykle jest to czerń i biel, bez żadnych odcieni, co powoduje, iż wykonywany obraz jest płaski i charakteryzuje się dużym ziarnem. Wymiary zdjęcia w milimetrach są obliczane na podstawie wymiarów całego zdjęcia w pikselach. Urządzenia najbardziej zaawansowane oferują kucie obrazów z uwzględnieniem skali szarości, uzależniając siłę uderzenia rysika od gradacji kolorów występujących na zdjęciu. Wizerunki wykonane w ten sposób mają wysoką rozdzielczość, doskonały balans bieli i są bardzo przestrzenne, ponadto cechuje je dokładne odzwierciedlenie najdrobniejszych nawet detali.

Generalnie, zasada kucia w granicie nie różni się bardzo od działania drukarki igłowej. Specjalna głowica kująca uderza kuwakiem w powierzchnię materiału, pozostawiając małe wyżłobienia na kształt krateru. Wyżłobienia te są bardzo trwałe, dlatego technika ta świetnie nadaje się do tworzenia napisów i obrazów na płytach nagrobkowych. Jakkolwiek techniczna dokładność pozycjonowania głowicy na poziomie ±0,05 mm/1 m gwarantuje uzyskanie wysokiej precyzji kucia, to – ponieważ wizerunek tworzony jest dzięki wytwarzaniu przez kuwak mikroskopijnych kraterów w kamieniu – faktyczna rozdzielczość wynosi ok. 120–160 dpi. Można oczywiście kuć delikatnie (wybierając taką opcję), więc przy nowej igle punkty są małej średnicy, co pozwala na otrzymanie wysokiej rozdzielczości. Umówmy się jednak od razu. Nie każde zdjęcie potrzebne do stworzenia wizerunku w kamieniu determinuje wysoką rozdzielczość! Przy niewielkiej ilości szczegółów nie ma po prostu potrzeby podwyższania tego parametru, co z kolei wpływa na zwiększenie szybkości grawerowania. W końcu wizerunki w kamieniu („napisówkę”) ogląda się z odległości 2–3 metrów.

Metoda pracy polega na regulowanej sile uderzenia, ostateczny wynik zależy więc od odpowiedniego przygotowania grafiki, jakości użytego kuwaka oraz oprogramowania sterującego maszyną. Skoro kuwak zrywa strukturę materiału, to taki krater charakteryzuje się ogromną (naturalną) porowatością. Nic więc dziwnego, że wizerunki wykonane w ten sposób idealnie nadają się do aplikacji farb i impregnacji. Do wad tego typu technologii należy zaliczyć niską powtarzalność mikroskopijnych punktów (ich średnica wynosi ok. 0,2–0,6 mm) i fakt, że efekt kucia na jasnych kamieniach jest znacznie gorszy niż na tych o ciemnym kolorze.

Rozwinięciem tej metody są grawerki frezujące. Tu uderzenie kuwaka połączone jest z ruchem obrotowym, co oczywiście komplikuje konstrukcję urządzenia i dlatego tego typu grawerki są bardzo egzotycznym widokiem w zakładach kamieniarskich. Maksymalna prędkość obrotowa wrzeciona wynosi nawet 20 000 obrotów, ale że mamy do czynienia z miniaturowym frezem, łatwo o uszkodzenie takiego, a to już wystarczająca bariera dla zarobkowego wykonywania wizerunków.

Na przeciwnym biegunie wykonywania wizerunków znajdziemy metodę opierającą się na właściwościach laserów. Tradycyjne grawerowanie sprowadza się do mechanicznego usuwania materiału, a powstałe zagłębienie tworzy rysunek. Tu jest inaczej, bo też nie ma kontaktu narzędzia z materiałem. W przypadku grawerowania laserowego rolę mechanicznych narzędzi przejmuje wiązka światła. Światło laserowe (w przeciwieństwie do słonecznego) jest uporządkowane i można je skupić w punkcie o bardzo małej średnicy, co powoduje koncentrację energii na mikroskopijnym obszarze. Wskutek punktowego nagrzania zostaje zmieniona struktura kamienia. Technologia laserowa w tym wypadku to w zasadzie bardzo płytkie grawerowanie. Sam proces wykonywania wizerunku laserem polega na przygotowaniu wizerunku w komputerze i przesłaniu do grawerki.

Zasada działania tego typu urządzenia polega na emitowaniu promienia lasera przez tubę laserową, która przez soczewkę dostaje się do przestrzeni roboczej. Tu odbija się pod kątem prostym od lusterka (corner mirror) i wędruje w stronę karetki (optical carriage), gdzie odbija się od kolejnego lusterka w stronę materiału. W karetce znajduje się jeszcze soczewka (focal lens) skupiająca promień na materiale. Karetka – podobnie zresztą jak głowica grawerki – porusza się na ruchomej szynie wzdłuż materiału (oś X) i w poprzek materiału (oś Y).

Najważniejszym parametrem grawerki laserowej jest moc tuby. Generalnie trend jest jeden: zwiększenie mocy lasera. Większa moc przydaje się w urządzeniach służących do zarobkowej pracy. Tu ciekawostka. W sterowniku (driverze) lasera nie ustawia się bezpośrednio mocy w watach, lecz ustawia się procent maksymalnej mocy – podobnie zresztą jak prędkość posuwu głowicy, którą można regulować w przedziale od 0 do 100%. Tym samym faktyczna moc generowana na płytę z kamienia jest zawsze wartością dość umowną, zwłaszcza że bardzo często i tak bywa pomniejszona na skutek degradacji (zużycia) tuby laserowej i wskutek zanieczyszczeń układu optycznego. Wniosek nasuwa się sam. Jeżeli pracujemy już z maksymalną mocą, głębokość grawerowania pozostaje zwiększyć poprzez obniżenie prędkości lub zmniejszenie liniatury (rozdzielczości).

Mając na uwadze fakt, że z każdym użyciem moc tuby spada, a jest to kosztowny element eksploatacyjny, warto się zastanowić nad nabyciem grawerki o odpowiednio dużej mocy. Standardowe, 60-watowe tuby kosztują dziś ok. 1700–1800 zł (netto) i wystarczają na ok. 1500–2000 godzin pracy. Wydatek to niemały, jeśli porównać z zakupem kuwaka. Standardowy kuwak kosztuje ok. 150 zł, najtańszy ok. 60 zł, a najwyższej jakości 200–250 zł. Ich żywotność – liczona na ilość wizerunków formatu A4 – wynosi odpowiednio: 60, 10, 100.

Na faktyczną jakość wizerunku laserowego, podobnie zresztą jak w ploterach drukujących, ma wpływ rozdzielczość. Podawana jest ona w ilości kropek wypalanych przez laser na centymetr odległości pokonanej przez głowicę – czyli dpi (dots per inch). Im większa rozdzielczość, tym dokładniej oddane drobne szczegóły rysunku i przejścia tonalne, ale o wiele dłuższy czas grawerowania. Jakkolwiek zakres rozdzielczości urządzeń laserowych jest duży (do 1000 dpi), to standardowo pracuje się na mniejszej, ponieważ przy niższej rozdzielczości laser musi wykonać mniej ruchów. Mowa tu o rozdzielczości pozycjonowania promienia laserowego, ponieważ laser wypala materiał jednorodną wiązką światła i wypaleniu ulega nie tylko dokładnie to, na co padnie promień, ale też materiał obok (wszak ciepło się rozprzestrzenia). Tym samym większa rozdzielczość rzadko kiedy przydaje się podczas wykonywania „napisówek”. I tak np. ze względu na strukturę granitu pracuje się zwykle z rozdzielczością 200 dpi, czyli niewiele większą niż podczas grawerowania kuwakiem.

Do najpoważniejszych wad grawerek laserowych należy zaliczyć fakt, że wypalona powierzchnia w kamieniu jest nazbyt gładka, co utrudnia, a w skrajnych przypadkach niweczy jakiekolwiek próby aplikacji chemii, czyli uzyskanie wizerunków kolorowych. Dobre zaś efekty dają lasery dużej mocy, co oczywiście oznacza przyspieszone zużycie tuby. Inaczej płytko wypalony kamień będzie podatny na procesy starzenia (matowienie kamienia).

Podsumowując: grawerki igłowe stanowią optymalny wybór dla specjalistów branży kamieniarskiej – w końcu powstały z myślą o nas. Godzą one niskie koszty zakupu urządzenia i materiałów eksploatacyjnych z wystarczającą jakością wizerunków. Urządzenia frezujące nie zyskały popularności. Stanowią wciąż pole eksperymentów, a największą ich wadą jest łatwość uszkodzenia delikatnego i kosztownego frezu. Konkurencją dla „igłówek” są dziś tylko lasery. Urządzenia te są wielokrotnie droższe i wymagają również specjalistycznego serwisu. Oczywiście możliwości sprzętowe są ponadprzeciętne, ale też rzadko kiedy lepsza rozdzielczość przydaje się do zarobkowego wykonywania wizerunków w kamieniu, skoro też ze wzrostem rozdzielczości bardzo maleje prędkość i szybko rosną koszty pracy urządzenia.

To, że kamienne kominki są efektywnym źródłem ciepła, wiemy wszyscy. Od końca XX wieku projektuje się też wysoko wydajne grzejniki elektryczne z kamienia, które dzięki nowoczesnym metodom obróbki przybierają kształt: owalu, koła, trójkąta i bardziej skomplikowanych figur. Komfort cieplny z powodzeniem realizowany jest za sprawą systemów ściennych, podłogowych czy sufitowych. Nic też nie stoi na przeszkodzie, by kamienny blat dogrzewał miejsce naszej pracy. Na drugim biegunie znajdziemy systemy centralnego (wodnego) ogrzewania, których kaloryfery to także materiał naturalny! Z naszej sondy wynika, że kilku rodzimych przedsiębiorców branży kamieniarskiej lada moment anonsuje takie rozwiązania.

Kamień może być elektrycznym promiennikiem za sprawą grafitowych elementów grzejnych (przewodzących prąd elektryczny) oraz pasty aluminiowej nanoszonej techniką drukarską na folię PET. Po naniesieniu elektrody z taśmy miedzianej w końcowym etapie produkcji, całość zabezpieczana jest specjalną folią. Emiterem ciepła może być mata grzewcza lub takież przewody, które dzięki specjalnej technice obróbki kamienia można zatopić we wnętrzu grzejnika. Zasada działania pozostaje ta sama. Promiennik (marmurowy, granitowy itp.) to grzejnik, który oddając ciepło, napromieniowuje nim sprzęty i przedmioty w pomieszczeniu, a także podłogi i ściany. Jest to sposób na ogrzanie pomieszczeń na dłużej i, co istotne, przy użyciu mniejszej ilości energii. Takie kamienne grzejniki nie powodują ruchu powietrza w górę (ponieważ go nie ogrzewają, dzięki czemu zapobiegają unoszeniu się kurzu oraz alergenów), a także nie wysuszają powietrza, w przeciwieństwie do grzejników tradycyjnych. Zainteresowanie tego typu systemami rośnie, choć jak na razie większość krajowej produkcji trafia na eksport.

– Zajmujemy się produkcją przeróżnych wzorów kamiennych grzejników, które powstają we współpracującym z nami zakładzie kamieniarskim w Polsce. Cały nasz asortyment trafia na rynek niemiecki – wyjawia Tomasz Spiewok, Maxtherm.

– Grzejniki marmurowe i granitowe to doskonałe rozwiązanie dla osób, które cenią sobie jakość oraz ekologię na równi z estetyką i elegancją. Nie bez znaczenia jest fakt, że stanowią idealne rozwiązanie w budynkach zabytkowych, czyli tam, gdzie pożądane są źródła ciepła dyskretnie wkomponowane w wystrój wnętrz.

Na Zachodzie w wielu obiektach muzealnych i sakralnych takie kamienne płyty grzewcze są czasem jedynym sposobem ogrzewania pomieszczeń w sposób ekonomiczny i zgodny z historyczną funkcją obiektu. Dyskretny system (centralnego) ogrzewania bywa coraz częściej jedynym sposobem na komfort cieplny w budynkach objętych nadzorem konserwatorskim. Co bardzo istotne, na instalację ogrzewania z kamienia naturalnego można otrzymać dofinansowanie z funduszu ekologicznego.

– Impulsem dla zainteresowania branżą kamieniarską tego typu realizacjami niech będzie fakt, że cena rynkowa takiej kamiennej płyty o powierzchni 0,5 m kw. i mocy ok. 1000 watów z kompletną instalacją i termostatem sięga ok. 1,5 tys. złotych netto – zauważa Maciej Raczyński z firmy TERMAR Grzejniki Marmurowe.

Grzejniki tego typu coraz częściej instaluje się w obiektach mieszkalnych, a ostatnio modne stały się też np. w gabinetach odnowy biologicznej.

Kamiennym źródłom ciepła wypada wróżyć przyszłość. Wydarzeniem ostatnich tygodni na skalę światową jest innowacyjna koncepcja akumulatorów ciepła. Dzieło polskich naukowców powstało z myślą o magazynowania nadwyżek ciepła, jakie powstają podczas… uprawy roślin w tunelach foliowych. Wynalazek opracował zespół prof. dra hab. Sławomira Kurpaski z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Za opracowanie koncepcji urządzenia oraz sposób jego zastosowania w produkcyjnych tunelach foliowych uczeni otrzymali srebrny medal targów Brussels Innova 2013.

– Priorytetem naszych poszukiwań idealnego akumulatora ciepła był materiał występujący powszechnie i niedrogi. Akumulator jest zbudowany z kamieni podobnych do tłucznia, jakimi zasypuje się podkłady kolejowe, i izolowany jest grubą warstwą styropianu – wyjawia prof. Sławomir Kurpaska.

– Wykorzystaliśmy frakcję kamienia 30–60 mm, pochodzącą z kamieniołomu w Krzeszowicach. Nasze badania dowiodły, że prócz zalet pojemnościowych takiego akumulatora kamiennego uzyskaliśmy wysoki współczynnik przesuszania powietrza, czyli wydatnie poprawiliśmy mikroklimat ogrzewanego pomieszczenia. Eliminacja z powietrza zarodków grzybów i pleśni to oczywiście zdrowsze warzywa i ograniczenie środków ochrony roślin.

Zgromadzone w akumulatorze ciepło można wykorzystać nawet po kilku dniach. Kiedy czujniki pokażą, że temperatura w tunelu wzrosła, uruchamia się prosty mechanizm: ciepłe powietrze z górnej części tunelu zostaje zasysane i wtłaczane, przy użyciu wentylatorów, do akumulatora. Kamienie nagrzewają się i magazynują ciepło do chwili, gdy w szklarni zrobi się zbyt chłodno i będzie wymagała dogrzania. Wtedy akumulator zostaje rozładowany poprzez zassanie chłodnego powietrza z wnętrza tunelu. Cały proces odbywa się oczywiście automatycznie.

Zaprezentowane rozwiązania dowodzą, że kamień może być nośnikiem innowacji. Dzięki zainteresowaniu i współpracy specjalistów innych profesji nasza branża już dziś jest kojarzona z produktami wysoce funkcjonalnymi i o ekologicznych walorach.

W Czechach od dziesiątek lat jest jednym z popularniejszych materiałów, w Polsce dopiero zaczyna zdobywać zaufanie inwestorów. Dla wielu wciąż pozostaje nieznany. O wykorzystaniu bazaltu w podziemnych strukturach miasta opowiada pracownik naukowy Politechniki Wrocławskiej.

Ciężko byłoby nam wyobrazić sobie codzienność bez dostępu do bieżącej wody. Abyśmy mogli codziennie wieczorem zażyć relaksującej kąpieli, potrzebna jest zgodna praca wielu ludzi. Pod powierzchnią każdego z miast wije się nieskończona plątanina instalacji. Rurociągi kanalizacyjne, będące istotnym ogniwem w łańcuchu dystrybucji wody, to tylko wąski wycinek całej tej układanki. Było już słowo o ich budowie, działaniu oraz renowacjach z użyciem bazaltu. Tym ostatnim poświęcimy jeszcze trochę uwagi.

Bazalt z uznaniem używany jest jako materiał do budowy i renowacji obiektów infrastruktury podziemnej miast. Ze względu na wyjątkowo wysoką odporność chemiczną oraz doskonałe właściwości wytrzymałościowe wzorowo spełnia nawet najbardziej rygorystyczne wymogi stawiane materiałom wykorzystywanym do budowy lub renowacji rurociągów, kolektorów zbiorczych, podziemnych komór czy zbiorników.

Moment rozpoczęcia prac renowacyjnych powinien być zawsze poprzedzony pełnym cyklem projektowym, od rozpoznania stanu istniejącej konstrukcji, aż do sporządzenia szczegółowego projektu montażu elementów. Fachowe rozpoznanie stanu technicznego obiektu jest pierwszym etapem, od którego wyników zależy szereg dalszych decyzji, a czasem także ostateczne powodzenie przedsięwzięcia. Staranna ocena stanu podłoża oraz dobór odpowiednich materiałów wiążących są konieczne przy stosowaniu każdej technologii naprawy. W szczególności zaś w przypadku renowacji z bazaltem. Z uwagi na to, że jest to materiał charakteryzujący się dość dużym ciężarem własnym, należy temu etapowi realizacji poświęcić szczególną uwagę i środki.

W większości przypadków elementy bazaltowe, po odpowiednim przygotowaniu podłoża, są do niego klejone, podobnie jak glazura w naszych kuchniach czy łazienkach. W efekcie końcowym otrzymujemy bardzo odporną, gładką i szczelną powierzchnię.

Standardowe płytki bazaltowe produkowane są seryjnie w zróżnicowanych grubościach. Dobór elementów o określonej grubości wynika z wymagań stawianych przez inwestora, a powiązanych zazwyczaj z agresywnością medium, z jakim odnawiane powierzchnie będą miały styczność, lub wprost z kryteriów wytrzymałościowych.

Procesowi produkcji można przyjrzeć się z bliska w czeskiej fabryce elementów bazaltowych EUTIT s.r.o., która od ponad 60 lat produkuje asortyment z topionego surowca bazaltowego i dostarcza go do wielu krajów, nie tylko europejskich, w tym także Polski.

Proces technologiczny jest nieskomplikowany i stosunkowo krótki. Składa się z trzech podstawowych etapów, jakimi są: topienie surowca, wlewanie płynnego bazaltu do form oraz studzenie elementów. Do przetwarzania wybierany jest jedynie surowiec o ściśle określonej jakości i jasno sprecyzowanych parametrach.

W fazie końcowej wszystkie elementy przechodzą badania kontroli jakości. Produkty nie spełniające wymagań trafiają do ponownego przetopienia, co całkowicie likwiduje produkcyjne straty surowca.

W taki sposób powstają różnego rodzaju płytki, kształtki, koryta czy cegła bazaltowa. Fabryka EUTIT s.r.o. produkuje jednak także wiele wariantów rur bazaltowych, używanych do budowy rurociągów zarówno metodami tradycyjnymi, jak i bezwykopowymi. Ich proces produkcyjny różni się nieco od opisanego i odbywa się przy użyciu metody odlewania odśrodkowego. Podczas wypełniania płynnym surowcem przygotowana forma pozostaje w ciągłym ruchu obrotowym względem osi podłużnej, dzięki czemu uzyskuje się równomierne rozłożenie surowca na całej długości rury.

Istotną zaletą stosowanych metod produkcji jest fakt, że pozwalają one na uzyskanie elementów o dowolnych kształtach, a przygotowanie odpowiedniej formy jest jedynym kosztem wytworzenia elementu nietypowego. Podkreślić należy, że w przypadku renowacji obiektów o skomplikowanych kształtach i profilach możliwość odpowiedniego dostosowania elementów nie jest bez znaczenia.

Właściwości bazaltu zostały już szerzej opisane, wyjątkowa trwałość tego materiału wymaga jednak szczególnego wyróżnienia. Trwałość obiektów podziemnych i materiałów do ich budowy czy rehabilitacji to wielkości szacowane, wynikające z doświadczeń zarządców i rezultatów badań laboratoryjnych. Trwałość wszystkich dostępnych na rynku materiałów mieści się w przedziale pomiędzy 40 a 150 lat. Topiony bazalt jest jedynym materiałem, którego szacowana trwałość przekracza tę granicę. Najstarsze obiekty podziemne budowane z surowca bazaltowego znajdują się w Czechach i mają obecnie ponad 60 lat, przy czym nie wykazują żadnych oznak zniszczenia.

Obecnie w dziedzinie renowacji obiektów podziemnych wykorzystuje się bardzo zróżnicowane materiały i powiązane z nimi technologie, którym nie można umniejszać zalet. Istnieją bowiem rozwiązania szybsze i prostsze w montażu, lżejsze lub tańsze. Debata o wyższości jednych nad innymi na nic się zda. Każda z nich znajduje na rynku swoich odbiorców, niektóre odpowiadają jedynie na ściśle określone zapotrzebowanie. Każda ma wady i zalety. Renowacja z użyciem elementów bazaltowych jest nieco bardziej kosztowna i czasochłonna, lecz całkowicie rekompensuje to jej gwarantowana długowieczność.

Technologia idealna nie istnieje. Pewne jest jednak, że nie ma drugiego tak trwałego materiału do budowy i renowacji obiektów infrastruktury podziemnej miast jak bazalt.

Literatura

[1] Materiały informacyjne firmy EUTIT

[2] Kolonko A., Kolonko A., Rury i elementy z topionego bazaltu w zastosowaniu do budowy i renowacji przewodów kanalizacyjnych

[3] Šejnoha J., Awarie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych

Z geologicznego punktu widzenia jest litą skałą pochodzenia wulkanicznego, która w epoce prekambryjskiej poczęła budować skorupę ziemską. Ponownie przetopiony służy dziś do produkcji odlewów odpornych na agresywne środowisko chemiczne. Listę możliwych zastosowań przybliża nam pracownik naukowy Politechniki Wrocławskiej.

Bazalt jest surowcem naturalnym, który znajduje powszechne zastosowanie w dziedzinie budownictwa. W postaci kruszywa jest masowo wykorzystywany m.in. przy budowie dróg. Od pewnego czasu w ośrodkach SPA można także na życzenie cieszyć się odprężającym masażem ciepłymi kamieniami bazaltowymi, ponieważ bazalt doskonale utrzymuje temperaturę. Ma także szereg innych właściwości, których ani przy budowie dróg, ani w przybytkach relaksu nie sposób wykorzystać.

Kanały, kolektory, zbiorniki, przepompownie, komory, jednym słowem obiekty infrastruktury podziemnej miast są to obiekty bezpośrednio narażone na stałe działanie szkodliwych czynników związanych z obecnością agresywnego środowiska. Dzieje się to zarówno od strony wewnętrznej, co wynika z rodzaju transportowanych przez nie mediów, jak np. ścieki bytowo-gospodarcze, ale także od zewnątrz. Sieci w rozlicznych fabrykach i zakładach przemysłowych nierzadko również pracują w bardzo niekorzystnym środowisku. Efekty produkcji lub odpady z procesów technologicznych charakteryzują się często silną agresywnością chemiczną i ich transport wymaga budowy sieci rurociągów z bardzo odpornych materiałów.

Wnętrza kanałów odprowadzających ścieki sanitarne, deszczowe lub ogólnospławne narażone są na stałe działanie czynników powodujących korozję i pogarszających ich stan techniczny. Przewody kanalizacyjne budowane przed laty wykonywane były przeważnie jako betonowe lub murowane i obecnie większość z nich wymaga renowacji. Powodem ich degradacji jest m.in. stale postępująca korozja siarczanowa, ale także intensywny rozwój transportu drogowego, który powoduje zwiększenie obciążeń eksploatacyjnych. Zły stan techniczny przewodów często uniemożliwia poprawne działanie całego systemu odprowadzającego ścieki, co w efekcie może prowadzić do awarii. Podtopienia występujące powszechnie podczas obfitych opadów, zapadające się w ciągach ulic studzienki kanalizacyjne czy osunięcia nawierzchni drogowych to tylko nieliczne z efektów niesprawnego działania tego typu sieci. Kluczowym elementem ich poprawnego funkcjonowania jest regularna konserwacja, która, jeśli nie zaniedbywana, pozwala często uniknąć kosztownych napraw. Czasem jednak przegląd i czyszczenie są niewystarczające, wówczas konieczna jest renowacja lub budowa nowego obiektu. Zdegradowane przewody transportujące ścieki poddawane są odnowie w celu przywrócenia im pierwotnej wytrzymałości, szczelności i sprawności hydraulicznej, przy czym dobór odpowiedniej technologii pozwala nierzadko na osiągnięcie parametrów lepszych niż początkowe.

Stały rozwój w dziedzinie budowy i renowacji infrastruktury podziemnej miast powoduje systematyczne pojawianie się na rynku nowych rozwiązań i nieprzerwane ulepszanie istniejących. Lista dostępnych technologii jest pokaźna, dlatego proces wyboru odpowiedniego rozwiązania winien być zawsze oparty na dokładnej analizie przypadku i w efekcie zapewniać optymalnie dostosowane rozwiązania, zarówno pod względem technologicznym, jak i ekonomicznym. Elementem kluczowym przy wyborze technologii, a nierzadko tym decydującym, jest materiał. Błąd popełniony przy doborze parametrów materiałowych może skutkować skróceniem przyszłego czasu sprawności obiektu.

Wysoka wytrzymałość statyczna, odpowiednia gładkość wpływająca bezpośrednio na wydajność hydrauliczną, wysoka odporność na ścieranie, możliwie mała nasiąkliwość – to tylko wybrane wymagania stawiane materiałom używanym do budowy tego typu obiektów. Topiony bazalt ze względu na swoje wyjątkowe właściwości fizyczne znakomicie odpowiada tym wymaganiom, dlatego nie dziwi fakt, że nasi południowo-zachodni sąsiedzi wykorzystują go w tej dziedzinie z powodzeniem już od ponad 60 lat.

Dlaczego bazalt?

Bazalt jest surowcem naturalnym, który po obróbce termicznej wykazuje się doskonałymi właściwościami wytrzymałościowymi. Wyjątkowo wysoka odporność na ścieranie (8 stopni w skali Mohsa), doskonała odporność chemiczna (pH 3–10), całkowita odporność na korozję, wysoka gładkość hydrauliczna, odporność na skoki temperatur (do 150°C), a także całkowity brak porowatości i nasiąkliwości (0%) czynią z niego materiał niemal idealny, którego jedyną wadą jest cena. Właśnie ten czynnik w połączeniu z wszechobecną polityką obniżania kosztów i planowaniem krótkoterminowym powoduje, że materiał bazaltowy nie zdobył jeszcze w Polsce takiego zaufania inwestorów, na jakie zasługuje.

W odniesieniu do infrastruktury podziemnej miast elementy bazaltowe wykorzystuje się do dwóch podstawowych zadań: budowy nowych oraz renowacji zniszczonych obiektów.

Do renowacji zniszczonych obiektów wykorzystuje się wyłącznie płytki bazaltowe. Pełna renowacja obiektu podziemnego z użyciem tej technologii obejmuje dwa etapy. Pierwszym jest budowa wzmacniającej struktury nośnej w jego wnętrzu, drugim natomiast wyłożenie utworzonej powierzchni płytkami bazaltowymi o odpowiednio dobranych parametrach. Bardzo często się zdarza, że obiekt wymaga renowacji, a nie ma konieczności jego konstrukcyjnego wzmacniania. Zdarza się to w sytuacjach, gdy trzeba np. podnieść poziom wydajności hydraulicznej, zapewnić szczelność, przedłużyć trwałość obiektu czy podnieść jego odporność chemiczną. Wówczas wykonuje się jedynie drugi etap, choć sam montaż elementów bazaltowych wewnątrz obiektu w efekcie końcowym daje także częściowe wzmocnienie konstrukcyjne.

Czeska fabryka EUTIT s.r.o. produkuje szeroki asortyment z topionego surowca bazaltowego i dostarcza go do wielu krajów nie tylko europejskich, w tym Polski. Proces technologiczny składa się z kilku etapów i przedstawia się następująco: odpowiedniej jakości surowiec bazaltowy po przetopieniu w specjalnych piecach w temperaturze 1280°C wlewany jest w przygotowane formy o określonych kształtach. Po wtórnej krystalizacji bazaltu, gdy staje się on na nowo ciałem stałym, produkty wyjmowane są z form i umieszczane w tunelowych komorach chłodniczych, gdzie stygną w czasie 18–21 godzin. W efekcie końcowym topiony bazalt otrzymuje nową postać i kształt. Proces technologiczny daje możliwość uzyskania elementów o niemal dowolnie złożonych formach, co stanowi istotną zaletę w przypadku renowacji obiektów o skomplikowanych przekrojach poprzecznych. Wszystkie elementy przechodzą badania kontroli jakości, a produkty nie spełniające wymagań trafiają do ponownego przetopienia, co całkowicie likwiduje produkcyjne straty surowca.

Sam materiał bazaltowy do stosowania w podziemnej infrastrukturze nadaje się doskonale i co do trwałości wydaje się nie mieć sobie równych. Kilka zastrzeżeń można by postawić jedynie w odniesieniu do technologii renowacji.

Podstawowym ograniczeniem tej technologii jest fakt, że montaż płytek bazaltowych może być realizowany jedynie w obiektach przełazowych lub kubaturowych, innymi słowy, w takich, do których można wejść. W przypadku kanałów o małych średnicach konieczne jest stosowanie innych materiałów lub pełna wymiana rurociągu na nowy. Sama technologia w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami wydaje się także dość czasochłonna z uwagi na konieczność starannego montażu poszczególnych płytek. Należy jednak podkreślić, że w rezultacie otrzymujemy niezwykle trwałą i wytrzymałą powierzchnię wewnętrzną o wyjątkowej żywotności. Na końcu wypada sobie przecież zadać pytanie nie o to, jak szybko udało się wykonać zadanie, ale jaką jakość zostawimy po sobie przyszłym pokoleniom.

 

 

Literatura:

[1] Materiały informacyjne firmy EUTIT.

[2] A. Kolonko, A. Kolonko, Rury i elementy z topionego bazaltu w zastosowaniu

do budowy i renowacji przewodów kanalizacyjnych.

[3] W. Bartusiak, Bazalt – nowość i nowe oblicze trwałości, Inżynieria Bezwykopowa, 1/2007.