Gres (wł.grès porcellanato, ang.porcelain stoneware) – jednolita w strukturze płytka ceramiczna, przeznaczona do wykańczania powierzchni. W literaturze fachowej materiał ten określany jest również jako kamionka porcelanowa lub gres porcelanowy.
Opracowanie technologii wytwarzania gresu pod koniec XX wieku wpłynęło na rozwój produkcji ceramiki budowlanej. Płytki formowane są z tzw. kamionki szlachetnej, stanowiącej mieszaninę gliny, kaolinu, piaskukwarcowego, skalenia i szamotu. Surowce te są mielone, a następnie drobno rozpylane aż do uzyskania proszku odpowiedniego do prasowania. Kolejnym krokiem jest prasowanie pod naciskiem do 800kg/cm² oraz wypalanie w temperaturze 1200–1300°C. Wysokie parametry fizykomechaniczne gresu uzyskuje się w procesie intensywnego spiekania czerepu (masy) ceramicznej.
Gres jest materiałem o nasiąkliwości wodnej bliskiej zeru, co zapewnia mu mrozoodporność i umożliwia stosowanie go wewnątrz oraz na zewnątrz budynków. W wariantach przeznaczonych do zastosowań zewnętrznych (np. balkony, tarasy, schody) nasiąkliwość wodna nie przekracza 3%. Materiał cechuje się ponadto wysoką odpornością na działanie opadów atmosferycznych, promieniowania UV i wahań temperatur.
Historia
Historia gresu porcelanowego sięga początku lat 90. XX wieku. Technologia ta wywodzi się z miejscowości Sassuolo we Włoszech, gdzie podjęto prace nad stworzeniem wyrobu trwalszego od tradycyjnej glazury. Celem było opracowanie produktu hybrydowego, łączącego gres w pełnej masie ze szkliwem, co pozwoliło poprawić parametry wytrzymałościowe i użytkowe powierzchni przy zachowaniu walorów estetycznych. Wprowadzenie gresu porcelanowego szkliwionego na rynek globalny w latach 90. XX wieku wywołało duży popyt na ten materiał.
W Polsce pierwszą szkliwioną płytkę mrozoodporną wprowadzono na rynek w 1997 roku (kolekcja „Sahara”), natomiast w 2016 roku wyprodukowano pierwsze polskie płytki gresowe w formacie 75cm × 75cm.
Surowce
Kaolinit – minerał ilasty będący głównym składnikiem kaolinu
Podstawowymi składnikami ilastymi masy ceramicznej używanej do produkcji gresu są kaoliny oraz plastyczne iły białowypalające się, określane w klasyfikacji międzynarodowej jako ball clays. Ił przeznaczony do produkcji gresu powinien w stanie surowym charakteryzować się plastycznością, w której wytrzymałość na zginanie po wysuszeniu wynosi minimum 3MPa, powierzchnią właściwą BET w granicach 20–50m²/g oraz odpowiednimi właściwościami reologicznymi. Wymogiem jakościowym w technologii ceramiki gresowej jest również wykorzystanie surowców bezwapiennych, o zawartości CaO poniżej 1% masy i udziale kalcytu nieprzekraczającym 2% masy, co stanowi warunek prawidłowego spieczenia masy ceramicznej.
Ze względu na ograniczenia w dostępności złóż w Polsce ponad 80% krajowego zapotrzebowania przemysłu ceramiki gresowej na plastyczne iły białowypalające się pokrywane jest z importu. Ponad 75% łącznego importu tych iłów trafia do zakładów produkcji płyt ceramicznych. Głównym dostawcą surowca ilastego dla polskich fabryk gresu jest Ukraina (region doniecki), a w dalszej kolejności Niemcy, głównie region Saksonii oraz Westerwald. Surowiec ilasty z Zagłębia Donieckiego wykorzystuje się do produkcji gresu z uwagi na zawartość illitu oraz minerałów mieszanopakietowych illit/smektyt o niskiej zawartości żelaza, co zapewnia plastyczność masy surowej, spiekalność i niski poziom nasiąkliwości wyrobu końcowego.
Polskie iły białowypalające się z niecki bolesławieckiej (pozyskiwane m.in. ze złóż Janina i Czerwona Woda) zapewniają białość po wypaleniu wynoszącą około 80%. Mają one jednak plastyczność o wytrzymałości po suszeniu poniżej 2MPa i spiekalność o nasiąkliwości po wypaleniu przekraczającej 10%, przez co stosuje się je w roli komponentu uzupełniającego. W produkcji gresu wykorzystywane są również czerwone iły triasowe. Oprócz surowców skaleniowych, ilastych (kaolinów oraz plastycznych iłów kaolinitowych lub kaolinitowo-illitowych) i kwarcowych, masa gresowa zawiera w mniejszych ilościach dodatki ułatwiające spiekanie (np. talk) oraz pigmenty nadające odpowiednią kolorystykę. W surowcach skaleniowych przeznaczonych do produkcji gresu niepożądana jest obecność tlenków barwiących: tlenku żelaza (Fe₂O₃) oraz tlenku tytanu (TiO₂).
Topniki skaleniowe
Albit, czyli skaleń sodowy – topnik obniżający temperaturę wypalania masy gresowej
Istotnym składnikiem masy gresowej jest skaleń sodowy, którego udział, wynoszący 40–50% lub więcej, wykorzystywany jest do uzyskania stopnia szkliwienia w krótkim cyklu wypalania. W recepturach stosuje się głównie skalenie sodowe, takie jak albit, odznaczające się niską temperaturą topnienia (1118°C) oraz niską lepkością powstającego stopu. Wzrost produkcji gresu w Polsce spowodował zwiększone zapotrzebowanie na skalenie sodowe, co w obliczu ograniczonych krajowych zasobów surowcowych doprowadziło do ich importu, głównie z Turcji i Czech. W przemyśle preferuje się surowce bogate w sód (skalenie sodowe lub sjenit nefelinowy), ponieważ w porównaniu ze skaleniami potasowymi pozwalają na obniżenie temperatury wypalania, skrócenie czasu procesu oraz zmniejszenie zużycia energii. Powstająca podczas wypalania ciekła faza ze stopienia skalenia sodowego wykazuje mniejszą lepkość oraz wyższą reaktywność względem kwarcu.
Do wytwarzania gresu porcelanowego wykorzystuje się specjalistyczne koncentraty surowcowe. Należy do nich m.in. fiński koncentrat flotacyjny FFF K6 28 M, zawierający ponad 50% skalenia sodowego, poniżej 40% skalenia potasowego oraz niewielkie ilości kwarcu i anortytu. Alternatywnym surowcem wprowadzającym alkalia i tlenek glinu do mas gresowych może być sjenit nefelinowy. W produkcji gresu szkliwionego oraz płytek klinkierowych jako surowiec skaleniowo-kwarcowy wykorzystuje się również drobnofrakcyjne odpady (m.in. frakcje 0–1mm i 0–2mm) powstające podczas kruszenia skał granitowych.
Właściwości techniczne
Przecięcie płyty gresowej – widoczna jednolita, spieczona struktura czerepu
Gres jest materiałem twardym, odpornym na ścieranie, o zwartej i nieporowatej strukturze. Twardość gresu wynosi co najmniej 7 w dziesięciostopniowej skali Mohsa. Tworzywo po wypaleniu cechuje się nasiąkliwością wodną poniżej 6% (w wielu przypadkach poniżej 2%) oraz wytrzymałością na zginanie wynoszącą minimum 25MPa. Tworzywo gresowe, wypalane w temperaturze około 1200°C, powinno osiągać wskaźnik białości wynoszący co najmniej 70% (niekiedy powyżej 80%), co jest uwarunkowane niską zawartością tlenków barwiących – suma Fe₂O₃ i TiO₂ powinna wynosić poniżej 2,5%.
Do cech wyrobu należy mrozoodporność, twardość, odporność na ścieranie (określana w klasach od 1 do 5), odporność na gwałtowne zmiany temperatury oraz na działanie agresywnych środków chemicznych. Materiał wykazuje niski współczynnik rozszerzalności termicznej, co chroni okładzinę przed odkształceniami wymiarowymi oraz utratą przyczepności do podłoża pod wpływem skrajnych zmian temperatury. Płytki gresowe produkowane są w klasach antypoślizgowości od R9 do R13, przy czym do zastosowań zewnętrznych stosuje się zazwyczaj klasy R10–R12.
Wysoko spieczone tworzywo gresowe i kamionkowe osiąga w praktyce nasiąkliwość wodną wynoszącą od 0,01% do 0,09%. Klasyfikuje to tego typu płytki jako wyroby o czerepie spieczonym (próg spieczenia określa się dla wartości nasiąkliwości poniżej 6%) i pozwala na ich wykorzystanie m.in. jako okładziny podłogowe. W odróżnieniu od klasycznych płytek ceramicznych, przeznaczonych głównie do wnętrz, gres wyróżnia się wyższą trwałością oraz pełną odpornością na działanie mrozu i opadów atmosferycznych, co pozwala na jego szerokie zastosowanie wewnętrzne i zewnętrzne.
Rodzaje i formaty
Płytki gresowe imitujące układ kamiennego muru
Ze względu na technologię wykończenia powierzchni wyróżnia się gres szkliwiony oraz gres nieszkliwiony (zwany również gresem technicznym), cechujący się jednolitą strukturą w całym przekroju i wysoką odpornością na uszkodzenia mechaniczne. Na rynku dostępny jest także gres rektyfikowany, charakteryzujący się precyzyjnie dociętymi krawędziami, co pozwala na ograniczenie szerokości spoin między płytkami do minimum. Odrębną grupę stanowią płytki o grubości 2cm, przeznaczone do montażu na sucho (na wspornikach) w wentylowanych systemach tarasów i balkonów.
Płyty gresowe mogą odwzorowywać wygląd innych materiałów, takich jak marmur, kamień naturalny, granit, drewno, cement czy metal. Płytki wielkoformatowe produkowane są m.in. w wymiarze 60cm × 120cm. W produkcji stosuje się linie technologiczne umożliwiające uzyskanie efektu zdobniczego w całym przekroju masy (tzw. „na wskroś”), co ułatwia imitowanie naturalnych kamieni. Z gresu wytwarza się również elementy wykończeniowe, takie jak stopnice stosowane przy schodach.
Technologia produkcji
Płyty ceramiczne ułożone na wyposażeniu pieca przed wypalaniem
Produkcja gresu opiera się na technologii szybkiego wypalania (ang. fast-firing technology). Cykl szybkiego wypalania wyrobów ceramicznych z użyciem surowców sodowych trwa od 40 do 50 minut. Produkcja gresu i płyt kamionkowych realizowana jest najczęściej w piecach rolkowych, w których proces wypalania pozwala na osiągnięcie temperatury 1100–1200°C w czasie poniżej godziny. Stanowi to skrócenie procesu w porównaniu z tradycyjnym cyklem wypalania trwającym około 11 godzin. Aby zapobiec odkształceniom wyrobów podczas spiekania, tradycyjne piece tunelowe zastąpiono piecami rolkowymi. Tryb ten eliminuje ryzyko deformacji płytek i sprzyja krystalizacji mullitu w tworzywie.
Wzrost produkcji gresu oraz wdrażanie technologii szybkiego wypalania od drugiej połowy lat 90. XX wieku stanowiły główny czynnik zapotrzebowania na surowce skaleniowe. Przemysł płytek ceramicznych stał się dominującym odbiorcą surowców skaleniowych w Polsce, odpowiadającym za ponad 80% ich całkowitego zużycia.
Rynek i produkcja w Polsce
Zakład ceramiki Paradyż w okolicy Tomaszowa Mazowieckiego, widziany z drogi krajowej nr 8 (2010)
Według stanu na 2022 rok Polska jest trzecim producentem płytek ceramicznych w Unii Europejskiej (po Włoszech i Hiszpanii), a także piątym eksporterem w UE i dziesiątym na świecie. Głównym ośrodkiem produkcji ceramiczno-budowlanej w Polsce jest rejon Opoczna i Tomaszowa Mazowieckiego, gdzie wytwarza się około 70% krajowej produkcji płytek. Do producentów gresu i ceramiki w Polsce należą m.in. Ceramika Paradyż (z udziałem wynoszącym ponad 20% w krajowym rynku producentów gresów), Opoczno, Cersanit, Star-Gres, Ceramika Końskie, Cerrad, Tubądzin, Ceramika Nowa Gala oraz Ceramika Gres.
