Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.

Glina materiałem budowlanym przeszłości i przyszłości

Nie ma nic bardziej oczywistego, niż wykorzystywanie do budowy domów materiałów z wypalanej gliny. Cegły, bloczki czy dachówki w różnych formach można znaleźć na wielu placach budowy.
Glina jest jednym z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych na świecie. Chociaż jej pokłady znajdziemy pod stopami w znacznej części Polski, wykorzystanie surowej gliny w budownictwie nie cieszy się dużą popularnością. Co może dziwić, jest ona materiałem bardzo słabo znanym współczesnym architektom i budowniczym.
 

Niewypalana glina może być wykorzystywana jako materiał nośny, wypełnieniowy, tynk zewnętrzny i wewnętrzny, posadzka, sufit, a nawet dachówka. Można z niej budować ściany nośne i działowe, kopuły oraz stropy. Jej unikalne właściwości pozwalają regulować wilgotność w pomieszczeniach nie gorzej niż systemy klimatyzacyjne. Glina posiada walory estetyczne i zdrowotne. Pozwala ludziom w wielu zakątkach świata na samodzielne wybudowanie swojego schronienia, a w skali globalnej zmniejsza uzależnienie budownictwa od kosztownych i energochłonnych procesów oraz paliw kopalnych. Aby jednak budowa z gliny zakończyła się sukcesem, potrzebna jest wiedza oraz zrozumienie możliwości technologicznego wykorzystania tego materiału.
 

Na przestrzeni dziejów, w większości gorących i suchych oraz umiarkowanych strefach klimatycznych glina była wiodącym materiałem budowlanym. Do dzisiaj prawie jedna trzecia światowej populacji mieszka w domach wzniesionych z gliny. Szacuje się, że w krajach rozwijających się z gliny wznosi się nawet połowę wszystkich budowli mieszkalnych. Wykorzystanie lokalnych, tanich materiałów oraz aktywowanie własnej inicjatywy mieszkańców w ubogich regionach jest jedyną szansą na zaspokojenie głodu mieszkaniowego. Jednak glina to nie tylko szansa dla obywateli krajów Trzeciego Świata na własny dach nad głową. Można się spodziewać, że w najbliższym czasie również w krajach uprzemysłowionych przeżyje ona odrodzenie. Zrównoważony klimat wnętrz, przystępna cena oraz ekologiczny charakter tego materiału ma szansę przemówić do wielu osób planujących budowę własnych czterech ścian.

 

 

Istotne właściwości fizyczne gliny
 

Glina jest produktem wietrzenia skał i w zależności od miejsca pochodzenia ma różny skład i właściwości. W budownictwie składniki gliny dzielimy w zależności od średnicy ich ziarna. Iłem określamy frakcje o średnicy mniejszej od 0,002 mm, pyłem piaskowym od 0,002 do 0,063 mm, piaskiem od 0,063 do 2 mm, a żwirem od 2 do 40 mm. Ił jest środkiem wiążącym drobne cząsteczki w glinie, natomiast pył piaskowy, piasek i żwir to materiał wypełniający. W zależności od tego, który z tych komponentów przeważa, mówimy o glinie ilastej, pylastej albo piaszczystej.
 

Glinę można scharakteryzować na podstawie proporcji jej składników oraz ich zawartości. Występująca powierzchniowo ziemia gliniasta zawiera przeważnie (do około 40 cm w głąb) komponenty roślinne oraz humus, będący produktem rozkładu cząstek roślin. Tymczasem glina budowlana nie powinna zawierać ani humusu, ani części roślinnych. W zależności od siły wiązania materiału – wytrzymałości na rozciąganie w stanie plastycznym – glinę określa się mianem chudej (siła wiązania 50 - 110 g/cm³) lub tłustej (siła wiązania 111 - 360 g/cm³). Natomiast glina z dodatkami lekkimi nazywana jest „gliną lekką”, jeśli w stanie suchym jej masa objętościowa nie przekracza 1200 kg/m³.
 

Cechą gliny jako materiału budowlanego jest to, iż łączy się z wodą. Rodzaj i ilość wody w glinie jest czynnikiem decydującym o jej właściwościach. Rozróżniamy następujące rodzaje wody: krystalizacyjna (woda strukturalna), absorpcyjna (wchłonięta) oraz kapilarna. Glina przy zetknięciu z wodą staje się plastycznie formowalna. Podczas schnięcia gliny wyparowuje z niej woda zarobowa, przez co płytki kryształowe iłu zaczynają do siebie ciasno przylegać. Powstają siły spójności, które nadają glinie wytrzymałość na rozciąganie w stanie plastycznym (siła wiązania) a także wytrzymałość na ściskanie i zginanie w stanie suchym. O zawartości wody w surowej glinie decyduje obecność wody kapilarnej i absorpcyjnej.
 

Charakterystyczną cechą gliny jako materiału budowlanego jest jej pęcznienie podczas pochłaniania wody. Mokra glina zwiększa swoją objętość, aby następnie skurczyć się w czasie schnięcia. Zjawisko to zachodzi jednak tylko w sytuacji narażenia na bezpośredni kontakt z wodą. Tym samym w trakcie trwania budowy elementy z gliny powinny zostać starannie zabezpieczone przed kontaktem z wodą deszczową. Najwyższą staranność należy zachować również w trakcie przeprowadzania prac hydraulicznych. W przypadku pary wodnej wygląda to zupełnie inaczej - jej absorpcja nie tylko nie powoduje pęcznienia, ale wręcz pozwala harmonijnie regulować zawartość wody w powietrzu, a tym samym wilgotność w pomieszczeniach.
 

Innymi czynnikami jakie należy wziąć pod uwagę przy ocenie gliny są: porowatość, gęstość i skład frakcyjny. Mają one istotne decydujące znaczenie dla odporności na przenikanie pary wodnej, wchłanianie wody, mrozoodporność jak również wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie i zginanie w stanie suchym. Aby ustalić przydatność gliny do wybranych elementów lub technik budowlanych, jest rzeczą kluczową poznanie jej składu i określenie właściwości. Służą temu znormalizowane testy stwierdzające skład gliny. Alternatywnie, możliwe jest również wykonanie prostych badań, które nie wymagają stosowania specjalnych urządzeń.
 

 

Zalety gliny
 

Liczne zalety surowej gliny jednoznacznie przemawiają za popularyzacją wykorzystywania tego materiału we współczesnym, zrównoważonym budownictwie.
 

Glina reguluje wilgotność powietrza - potrafi dość szybko wchłaniać wilgoć oraz ją oddawać. Wpływa w ten sposób na zdrowy klimat wnętrza.
 

Glina magazynuje ciepło - podobnie jak inne ciężkie materiały budowlane. Przyczynia się w ten sposób do poprawy klimatu wnętrz, a przy pasywnym wykorzystaniu słońca również do znaczących oszczędności energii.
 

Glina oszczędza energię i zmniejsza zanieczyszczenie środowiska - w przeciwieństwie do wielu innych materiałów budowlanych (np. cegły wypalanej czy betonu) do przygotowania i przerobienia gliny potrzeba bardzo mało energii. Tym samym wykorzystanie gliny w budownictwie powoduje znikome zanieczyszczenie środowiska.
 

Glina nadaje się do ponownego użycia - niewypaloną, surową glinę można z powodzeniem ponownie wykorzystywać. Nie zaśmieca ona środowiska jako gruz. Wystarczy ją jedynie rozdrobnić i zmoczyć wodą, aby uzyskać pełnowartościowy budulec.
 

Glina jest oszczędna jako materiał budowlany - pozwala ograniczyć koszty transportu, gdyż niejednokrotnie można wydobyć ją bezpośrednio na miejscu budowy w czasie kopania fundamentów lub kupić w pobliskiej cegielni.
 

Glina ma właściwości absorbujące substancje szkodliwe - przede wszystkim związki siarki i fosforu. Daje również ochronę przed promieniowaniem o wysokich częstotliwościach.
 

 

Wady gliny
 

Chociaż wymienione powyżej i doceniane od wieków zalety gliny są zdecydowanie przeważające i przemawiają za jej powszechnym wykorzystywaniem, w porównaniu do ogólnodostępnych, produkowanych przemysłowo materiałów, glina ma wymienione poniżej wady.
 

Glina nie jest materiałem normowanym. Jest mieszaniną iłu, mułku oraz piasku, zawierającego także pospółkę, żwir i kamienie. W zależności od miejsca wydobywania mogą występować znaczące różnice w proporcjach składników. Z tego powodu glina ma różne właściwości. Aby precyzyjnie określić właściwości gliny, konieczne jest poznanie jej komponentów. Pozwala to w razie potrzeby modyfikować skład materiału budowlanego.
 

Glina kurczy się podczas schnięcia. Wskutek odparowywania wody zarobowej, która jest konieczna do wymieszania i zaktywizowania lepkości gliny, następuje zmniejszenie jej objętości. Na skutek wysychania powstają pęknięcia oraz rysy skurczowe. Skurcz można znacząco zredukować poprzez zmniejszenie ilości dodawanej wody oraz iłu a także poprzez optymalizację uziarnienia.
 

Surowa glina nie jest wodoodporna. Glinę trzeba chronić przed deszczem i mrozem, szczególnie wtedy gdy jest wilgotna. Trwałą ochronę glinianych ścian przed działaniem wilgoci powinny zapewniać elementy konstrukcyjne, takie jak okap, cokół chroniący przed bryzgami, czy izolacja pozioma odcinająca podciąganie. Istotną rolę odgrywają również zabezpieczenia powierzchni - powłoki malarskie, impregnacja wodoodporna oraz tynki.
 

Glina jest przeciętnym izolatorem. Popularna opinia, że glina stanowi wyjątkowo dobrą izolację cieplną, jest błędna. Ściana z ubitej, litej gliny, jak też murowana z cegły glinianej bez dodatków porowatych, posiada właściwości izolacyjne podobne do muru tej samej grubości wykonanego z cegły ceramicznej.
 

 

Nieuzasadnione uprzedzenia
 

Oprócz rzetelnych informacji dotyczących wad gliny jako materiału budowlanego, wciąż powszechne są przesądy na jej temat. Wiele osób nie wyobraża sobie, że natura może dostarczać materiał, którego nie ma potrzeby uszlachetniać. Wątpią aby urobek z wykopu pod fundamenty i piwnice nie musiał być odtransportowany, lecz mógł posłużyć jako budulec.
Popularna jest również opinia, że glina jest materiałem niehigienicznym. Za powszechne uważa się zagnieżdżanie się myszy i robactwa w glinianych domach. Jeśli mowa o masywnych, jednolitych budowlach jest to uprzedzenie nie mające wiele wspólnego z rzeczywistością. Sytuacja taka może potencjalnie zaistnieć w przypadku ścian wykonanych z obrzuconych gliną plecionek. Techniki tej jednak właściwie nie wykorzystuje się w Europie środkowej i północnej, natomiast budynki wzniesione z gliny ubijanej lub z surowych cegieł zamkniętych spoinami nie będą w żaden sposób podatne na inwazję insektów i gryzoni.
 

 

Materiał z długą tradycją
 

Techniki wznoszenia glinianych budowli znane są na świecie od ponad 9 tys. lat. Uważa się, że glina wykorzystywana była w niemalże wszystkich starych kulturach jako materiał do budowy domów, obiektów użyteczności publicznej, miejsc kultu i umocnień obronnych, np. glinobitka w tak różnych konstrukcjach jak Mur Chiński czy Alhambra w Hiszpanii. W Europie (w Średniowieczu) na terenach dzisiejszych Niemiec glina służyła do wypełniania ścian szachulcowych, jak również jako warstwa chroniąca przed pożarem dachy budynków krytych słomą. W osiemnastowiecznej Francji popularną techniką było stawianie budynków z ubijanej gliny. Zarówno po pierwszej, jak i po drugiej wojnie światowej, w obliczu kryzysu gospodarczego oraz braku materiałów przypominano sobie o glinie jako budulcu. Powracano do eksploatacji starych kopalni gliny, które w poprzednim stuleciu zdążyły nieco podupaść. Sytuacja ta ma szansę się powtórzyć. W obliczu coraz poważniejszego zagrożenia katastrofą ekologiczną i nieodpowiedzialnego gospodarowania zasobami naturalnymi, powrót do taniego, lokalnego surowca i rozwój zrównoważonego budownictwa może stać się siłą napędową do powstawania współczesnych glinianych budowli.
 

 

Techniki budowania z gliny
 

Istnieje wiele technik pozwalających na wznoszenie glinianych budowli. Poniżej wymienionych zostało kilka z nich, pominięto natomiast techniki najbardziej prymitywne oraz te w największym stopniu niedostosowane do warunków budowania w Europie Środkowej.
 

Obróbka wstępna
 

Najtrudniejszym elementem w budownictwie glinianym jest przetworzenie ziemi z wykopu na materiał budowlany. Rozpoznanie, czy pobrany materiał nadaje się do przerobienia na budulec, a także wybór narzędzi/sprzętu i techniki budowania wymagają dużego wyczucia i doświadczenia. To one decydują o opłacalności całego przedsięwzięcia. Obróbka wstępna zależy od rodzaju i przewidywanego zastosowania gliny. Chuda, gruzełkowata, wilgotna glina nie potrzebuje niemalże przygotowania. Można ją wykorzystać do budowy systemem ubijania, albo po wymieszaniu z wodą do produkcji cegieł, a także jako zaprawy tynkarskiej. Glina tłusta, zbrylona albo pochodząca z warstw o różnej tłustości musi być przed przygotowaniem rozdrobniona i wymieszana, a przy najczęściej stosowanych technikach budowlanych również zmieszana z piaskiem.
 

Glinobitka
 

Wznoszenie budowli z gliny ubijanej, zwane również glinobitką (ang. rammed earth), jest metodą tradycyjną i od wieków z powodzeniem stosowaną w różnych regionach świata. Ciężką glinę umieszcza się pomiędzy deskowaniami tworząc ściany grubości 10-15 cm po czym zagęszcza się ją przez ubijanie. Szalunek stanowią dwie równoległe deski połączone ze sobą poprzeczkami. Jest to metoda bardzo popularna w krajach rozwijających się. W Europie stosuje się ją rzadko z uwagi na bardzo duże nakłady czasu pracy potrzebne do manualnego zagęszczania budulca oraz niewystarczającą izolacyjność cieplną. Pewną modyfikacją tej metody jest „glinobitka mechaniczna”. Ulepszone w niej zostały techniki deskowania, a materiał ubijany jest za pomocą elektrycznych lub pneumatycznych zagęszczarek. Technika ta zyskuje na popularności w krajach uprzemysłowionych ze względów ekologicznych i ekonomicznych. Stała się ona interesującą alternatywą dla konwencjonalnego budownictwa z cegły w szczególności tam, gdzie ze względów klimatycznych nie stawia się budynkom zwiększonych wymagań izolacyjnych np. w południowej części USA oraz Australii.
 

W porównaniu z opisaną poniżej metodą polegającą na wypełnianiu mokrą, lekką gliną konstrukcji szkieletowych, przy glinobitce mamy do czynienia z mniejszym kurczeniem się przy schnięciu i stosunkowo dużą wytrzymałością. Natomiast w zestawieniu z murowaniem z cegieł glinianych niewątpliwą zaletą glinobitki jest monolityczność ścian i tym samym ich długowieczność. W porównaniu do ścian glinianych wykonanych innymi technikami, ściany z glinobitki wymagają niewielkich nakładów pracy i materiałów. Tynkowanie ich nie jest potrzebne, a powierzchnię gotową do malowania uzyskuje się przecierając zaraz po rozszalowaniu pacą obłożoną filcem. O ile konstrukcja budynku pozwala chronić ściany z glinobitki przed deszczem za pomocą okapu oraz zostały one postawione na cokole, to w celu ochrony przed pozostałymi wpływami atmosferycznymi wystarczy je jedynie pomalować, z zachowaniem jednak najwyższej staranności aby powierzchnia malarska nie miała pęknięć ani odprysków.
 

Budowanie z niewypalonych cegieł glinianych
 

Niewypalone cegły gliniane łączone są ze sobą w murze zaprawą glinianą lub wapienną. Wyróżniamy różne rodzaje tego materiału: cegły o bryle prostopadłościanu, cegły formowane ręcznie - „wrzucane” i „zielonki”. Cegły prostopadłościenne to wielkowymiarowe elementy produkowane z wilgotnej, chudej gliny poprzez ubijanie w formach, zazwyczaj o masie ok. 20 kg przez co są dość trudne w użyciu. Cegły „wrzucane” wytwarzane są ze średniotłustej mieszanki, zawierającej przeważnie dodatki włókniste. Przygotowuje się je umieszczając wilgotną mieszankę w drewnianych formach. Z kolei „zielonki” wytwarza się z tłustej, pozbawionej kamienia gliny, za pomocą prasy. „Zielonki” nie są mrozoodporne i dlatego nie powinno się ich stosować do murowania ścian zewnętrznych.
 

Ściany wybudowane z niewypalonej cegły glinianej powinny pozostać nieotynkowane. W celu poprawy właściwości estetycznych można je pokryć bardzo cienką warstwą gliny. Niewskazane jest natomiast pokrywanie ich tynkiem, gdyż w sposób znaczący ogranicza to pozytywne zjawisko regulacji wilgotności wewnątrz pomieszczeń.
 

Wypełnianie gliną lekką konstrukcji szkieletowych
 

Metoda polegająca na wykonaniu spoin konstrukcji palisadowych i blokowych oraz uszczelniania ścian z plecionek za pomocą rozrobionej gliny była wykorzystywana od wieków. W konstrukcjach szachulcowych plastyczna glina służyła również do wypełniania przestrzeni między belkami, w formie masy rzucanej na plecionki oraz w postaci zwojów słomiano-glinianych. W Europie techniki te są nadal wykorzystywane przy pracach renowacyjnych, nie stosuje się ich natomiast do wznoszenia nowych budynków.
 

Tradycyjne metody polegające na wypełnianiu przestrzeni międzykonstrukcyjnej gliną w chłodniejszych strefach klimatycznych nie dają wystarczającej izolacyjności. Z tego powodu współcześnie używa się w tym celu mieszanek nazywanych “gliną lekką”. Izolację cieplną gliny zwiększa się poprzez dodatki porowate. Dodatkiem takim może być słoma, trzcina, trawa morska, kora korkowa i podobne lekkie części roślinne. Alternatywnie można wykorzystywać również naturalne lub sztucznie spienione cząsteczki mineralne, takie jak pumeks, lawa, keramzyt, szkło porowate, łupek wypalony, perlit. Im więcej porów, tym materiał staje się lżejszy a jego właściwości izolacyjne poprawiają się. Glina lekka może służyć do produkcji cegieł albo budowy ścian w deskowaniu, również w postaci wyciskanych prasą pasm. Do produkcji gliny lekkiej używa się szlamu glinianego o stosunkowo dużej zawartości iłu. Istnieje wiele różnych technik ubijania, wsypywania i pompowania gliny lekkiej, które mogą być wykorzystywane zarówno przy budowie ścian, jak i posadzek czy konstrukcji stropów, a nawet jako tynki kładzione metodą natryskową.
 

 

Podsumowanie
 

Choć niepozbawiona wad, surowa glina jest bez wątpienia materiałem budowlanym wartym uwagi – przede wszystkim w związku z przystępną ceną, dużą dostępnością oraz ekologicznym charakterem. Budować gliniane domy mogą nawet laicy, gdyż tradycyjne metody wymagają niewielu narzędzi i umiejętności, są jedynie pracochłonne. Należy pamiętać natomiast, że użycie gliny w północnej i środkowej Europie do budowy ścian zewnętrznych ma uzasadnienie jedynie wówczas, kiedy z zewnątrz zabezpiecza ją dodatkowa izolacja termiczna, albo gdy konstrukcje powstają z dobrze izolującej gliny lekkiej.
 

 

 

Źródło:

  • Gernot Minke, Podręcznik Budowania z Gliny. Materiałoznawstwo, technologia, architektura, Łódź 2005

  • Aleksander Byrdy, „Stosowanie materiałów z gliny a mikroklimat wewnętrzny nowoczesnych budynków energooszczędnych”, IZOLACJE 9/2013

  • Uniwersytet w Durham, Zamki z piasku wskazówką co do pradawnej technologii budowlanej, https://cordis.europa.eu/news/rcn/30866_pl.html