Polystyrenová výplň v cihlách HELUZ Family 2in1

Tepelně izolační vlastnosti

Expandovaný polystyrén je dobrý tepelný izolant jak v podobě známých fasádních desek, tak i v sypké formě. U cihel s vysokým počtem dutin – charakteristický pro cihly typu Family – se polystyrén primárně využívá pro snížení přenosu tepla sáláním mezi jednotlivými žebry cihel oddělených vzduchovými dutinami. Teoreticky minimalizuje přenos tepla prouděním vzduchu (v omítnutém zdivu je v cihlách s malými otvory tento přenos tepla prakticky zanedbatelný). Díky snížení přenosu tepla sáláním bylo dosaženo zlepšení tepelněizolačních vlastností zdiva tl. 50 cm z hodnoty U = 0,16 W/m².K na hodnotu U = 0,11 W/m².K (měřeno na fragmentu zdiva v praktické vlhkosti bez vlivu omítek).

Vlhkost zdiva s polystyrénovou výplní

Častým dotazem hraničící někdy s obavou či předsudky byl vliv vlhkosti na zdivo z cihel Family 2in1. Praxe ukazuje, že se není čeho obávat. Přesto byly provedeny četné zkoušky pro popis vlhkostního chování.

Tepelně vlhkostní namáhání zdiva

Zdivo z cihel plněných expandovaným polystyrénem se vyznačuje nízkým faktorem difúzního odporu (μ = 10) shodným s cihlami bez výplně. To je dosaženo díky unikátní patentované technologii integrování polystyrénu do cihelných prvků. Kromě toho byly v roce 2011 provedeny dlouhodobé zkoušky popisující vlhkostní chování reálně namáhané konstrukce tepelně vlhkostními podmínkami zimního období. Testy prokázaly, že hmotností vlhkost zdiva nepřekročila 0,35 %. Vlhkost tedy odpovídá sorpčním vlastnostem cihelného střepu. Případná kondenzace ve zdivu je tedy naprosto nevýznamná. Dále probíhají měření tepelně vlhkostního chování na experimentálním domě HELUZ, kde více jak dvou leté měření ukazuje, že zdivo nemá s vlhkostním chováním problémy. Ke kondenzaci ve zdivu dochází pouze v řádu hodin z celé zimy, a tedy množství kondenzátu ve zdivu je pro jeho vlastnosti nevýznamné. Potvrzují se tím pozitivní předpoklady z provedených výpočtů a dlouhodobých zkoušek.

Vlhkostní namáhání zdiva během realizace stavby

Zkušenosti s vysycháním neplněných cihel jsou velké. Naopak zkušenosti s vysycháním cihel plněných polystyrenem nejsou zatím popsány. Proto byly provedeny tři testy popisující vysychání cihel (nikoliv jen tepelně izolační výplně).

První test se týkal cihel, které během provádění zmoknou. Ač v doporučeních výrobce jsou informace o ochraně zdiva již několik let, stále se lze setkat s následujícími obrázky (1 a 4).

Obr. 1: Zdivo zmokne nebo ze stropu stéká voda po zdivu a způsobí jeho lokální promočení. Pro tento účel byla použita cihla ze stavby, která sice nebyla zabudovaná, ale byla rozbalené paletě a po dobu 84 dnů byla vystavena povětrnostním vlivům.

Obr. 2: Cihla byla zvážena a uložena v laboratoři, aby mohla vysychat. Za 51 dnů cihla vyschla z původních 4,6 % hm. vlhkosti na 1,0 % hm. vlhkosti.

Obr. 3: Graf poklesu obsahu vlhkosti cihly odebrané na stavbě

Obr. 4: Nechráněná první řada cihel proti stojící vodě na základové desce

Druhý pokus simuloval případ, kdy cihly nasají vodu z kaluže na základové desce. Při této situaci je cihelný střep dokonale nasycen vodou, ale ve výplni ke vzlínání vody nedochází. Problém by vyřešil zpětný spoj z hydroizolace.

Tento stav byl simulován postavením cihly do kádě s vodou, kde byla udržována hladina 5 cm. Cihla zde byla ponechána po dobu 3 dnů a potom byla zvážena a umístěna v laboratorním prostředí, kde vysychala.

Po vyjmutí cihly z vody a jejím okapání, bylo patrné, že střep je plně saturován vodou, ale polystyrenové kuličky resp. prostor mezi nimi je prázdný. Zbytky vody byly pozorovány pouze na rozhraní mezi cihlou a polystyrenem – obr. 6.

Obr. 5: Uložená cihla v kádi s vodou s udržování konstantní hladiny vody

Obr. 6: Detail na ložnou plochu cihel po vyjmutí z kádě. Patrná je vlhkost cihelného střepu a částečně na rozhraní cihelné střepu a polystyrénové výplně.

Obr. 7: Graf vysychání cihel namočených v kádi s vodou

Celkově však cihla z původních 46 % hm. vlhkosti vyschla za 46 dní na 1,8 % hm. vlhkosti.

Obr. 8: Graf dlouhodobého vysychání ponořené cihly ve vodě a následně zabalené do fólie, kdy zůstaly obnažené jen lícové plochy cihel

Poslední zkouška byla extrémním testem. Cihla byla ponořena do kádě s vodou, kde zůstala do její úplné saturace. Pak byla vyjmuta z kádě, ponechala se okapat a následně byla zabalena do fólie a zvážena. Tato cihla byla průběžně vážena a výsledky jsou zpracovány do grafu – viz obr. 8.

Z výše uvedených testů plynou následující závěry:

1. Cihly 2in1 zmoklé na stavbě dokážou vyschnout za cca 51 dní na 1,0 % hm. vlhkosti.
2. Cihly nasáknuté vodou ze základové desky vyschnou za cca 46 dní na 1,8 % hm. vlhkosti.
3. Extrémní test ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti. Toto odpovídá zkušenostem ze staveb, kde se uvádí, že stavby lze považovat za vyschlé po době 3–5 let.

Poznámka: Doba vysychání nasáknutých cihel vodou je ovlivněna každým konkrétním případem – množstvím vlhkosti a klimatickými podmínkami během stavby.

Trvanlivost polystyrénové výplně v cihlách

Obr. 9: Foto z elektronového mikroskopu na strukturu EPS z cihel Family 2in1. Povrch granule EPS je uzavřený, vnitřní struktura je pravidelně formovaná.

Polystyrén je organický materiál a může podléhat rychlejší degradaci oproti cihelnému střepu. Pro popsání trvanlivosti byla zpracována studie Centrem Materiálového výzkumu při Chemické fakultě VUT Brno. Je třeba mít na paměti, že polystyrén je integrován do cihel a je tedy jednak chráněn keramickou obálkou a v samotném zdivu další vrstvou povrchové úpravy zdiva (omítka, obklad, zavěšená fasáda). Není vystaven takovým podmínkám jako fasádní polystyrén v kontaktních zateplovacích systémech. Hlavní degradačním faktorem polystyrénové výplně je UV záření, kterému může být polystyrén v cihlách krátkodobě vystaven ve fázi výstavby. Nejedná se ale o problém, neboť výstavba zdiva trvá pouze několik dnů. Studie se zabývala vlastním dotvarováním polystyrénu od fáze plnění cihel v čase, a to i za zvýšených teplot, vlivem případných vyluhovaných látek z cihelné střepu při jeho saturaci vodou, vlivu vlhkosti v kombinaci s teplotami pod bodem mrazu. Na základě provedených testů lze garantovat životnost polystyrénu v cihlách Family 2in1 při jejich řádném zabudování do zdiva minimálně 80 let bez zhoršení vlastností zdiva. Reálná trvanlivost bude však mnohem delší.

Požár a polystyrén uvnitř cihel

Společnost HELUZ je průkopníkem na poli požární bezpečnosti cihel plněných polystyrénem. Protože se nelze opřít o technické normy při zatřídění požární odolnosti stěn z cihel Family 2in1 jako u „klasických“ cihel, byly provedeny zkoušky požární odolnosti. Třída reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1+A1:2010, čl. 11 cihel plněných polystyrénem je B-s1,d0. Vývoj kouře je charakterizován do nejpřísnější třídy (s1) a nedochází k odkapávání plameně hořících kapek (d0). Požární odolnost nosné stěny šířky 38–50 cm je REI 90 (zkoušeno na zdivu s cihlami šířky 38 cm). Při zohlednění normy ČSN 73 0810 je klasifikace REI 30 DP1/ 90 DP3. Pro rodinné domy naprosto dostačující. V případě zvýšení požadavku požární odolnosti je možné nenaplnit první dvě řady voštin cihly a dosáhnout požární odolnost REI 45 DP1. Zkoušky požární odolnosti prokázaly, že zdivo z cihel plněných EPS velmi dobře odolává požáru. Po více jak hodině a půl došlo k rozkladu polystyrénu pouze v prvních 10 cm na straně zdiv přivrácené k požáru – viz obr. 10 a 11.

Obr. 10: Fragment zdiva po ukončení zkoušky požární odolnosti

Obr. 11: Fragment zdiva po ukončení zkoušky požární odolnosti – je vidět, že polystyrénová výplň je neporušená ve většině objemu cihel.

Závěr

Polystyrén integrovaný do cihel, je chráněn keramickým střepem před nepříznivými účinky okolního prostředí zdiva. Díky vlastními silami vyvinuté výrobní technologii nedošlo k negativnímu ovlivnění vlhkostního transportu ve zdivu. Provedené testy i praktické zkušenosti ukazují, že cihly Family 2in1 jsou dalším vývojovým stupněm pro zlepšování kvality obvodových stěn nízkoenergetických budov se zachováním stálostí deklarovaných parametrů při předpokládané životnosti staveb více jak 80 let.