Reklama

Možnost použití cementových lepidel u dřevostaveb

Jiří Patloka, Erika Kratochvílová

Odborný

Nepříznivé působení klimatu na dřevo a dřevěné výrobky bez ochrany může mít za následek změnu mechanických, chemických vlastností dřeva a v konečné fázi i nevratné poškození. Opláštění dřevostaveb je vždy nutné doplnit povrchovými úpravami, přičemž ve velkém množství případů je nasazen kontaktní zateplovací systém.

Reklama

Článek byl oceněn a vydán v rámci odborné konference doktorského studia Juniorstav 2020.

Příspěvek představuje výzkum zaměřený na možnost použití běžně užívaného cementového lepidla pro lepení tepelných izolantů na podklad tvořený OSB deskami. Podklad je opatřen několika typy penetračních nátěrů či adhezních můstků a následně je sledován jejich vliv na samotnou přídržnost cementového lepidla. Nejlepších hodnot bylo dosaženo při ošetření povrchové úpravy modifikovanou dispersí s křemičitým pískem. Naopak za nevhodnou úpravu lze označit penetrační nátěr směsi vody, nanodisperze styren-akrylátového kopolymeru a aditiv.

1 Úvod

Dřevo, jako stavební materiál, má díky svým vlastnostem neuvěřitelný potenciál, který současně nabízí odpověď na často diskutovanou problematiku obnovitelnosti zdrojů a energetickou náročnost budov. Předností tohoto materiálu je především snadná opracovatelnost, vysoká pevnost v poměru k hmotnosti a dobré izolační vlastnosti [1]. Jako jediný stavební materiál je schopen poskytnout energii i v konečné fázi své existence [2], [3], [4]. Dřevostavba je velice odolná proti zemětřesení a dále pak, je-li už na takové riziko navrhována, vhodná do zátopových a povodňových oblastí [2]. Nepříznivé účinky klimatu, především pak působení vlhkosti má na tento materiál nepříznivý vliv, který ovlivňuje mechanické, fyzikální či dokonce chemické vlastnosti dřeva (v důsledku infekcí houbami či plísněmi, které enzymaticky rozkládají dřevní hmotu na jednodušší složky, které potom tráví) [5], [6], [7]. Proto je nutné plášť dřevostaveb, který je ve většině případů tvořen velkoformátovými OSB deskami, chránit proti těmto nežádoucím účinkům.

Výzkum se zaměřuje na sledování vlivu úpravy podkladu z OSB desek penetracemi či adhezními můstky, které mají zřetelně zvyšovat adhezitu povrchu, na přídržnost cementového lepidla. Cementová lepidla jsou běžně užívána pro lepení tepelných izolací. Samotný problém nastává v podkladu tvořeném OSB deskami. Ty jsou homogenním, hladkým a nesavým materiálem, což značně ovlivňuje přídržnost následných vrstev. Smyslem celého experimentu je zvolit takové postupy, aby výsledky laboratorní práce vedly k jednoznačným závěrům ohledně dlouhodobé spolehlivosti vazby mezi podkladem ošetřeným příslušnou úpravou a cementovým lepidlem používaným pro lepení kontaktních tepelně izolačních systémů.

2 Popis současného stavu

Obecně lze konstatovat, že uživatelé očekávají velmi dobrou tepelnou izolaci a vnitřní komfort budovy, což vyplývá z mezinárodního průzkumu [8]. Při použití optimální tloušťky izolace lze dosáhnout úspory energie, která je důležitou součástí každé národní energetické strategie. Mnoho výzkumů se proto zabývá optimalizací tloušťky tepelné izolace [9], [10]. Proto jsou často nasazovány vnější zateplovací systémy, které vedou k úspoře energie a brání znečištění atmosféry, množství oxidu uhličitého a oxidu siřičitého klesá s klesající spotřebou energie. Otázkou však zůstává jak izolaci, která není zabudovaná v nosné konstrukci dřevostaveb, kotvit k plášti budovy.

Lepení dalších vrstev přímo na OSB desku je možné, avšak pouze za předpokladu použití vhodných lepidel, přičemž sortiment je omezen. OSB desky jsou homogenním, hladkým a nesavým materiálem, což značně ovlivňuje přídržnost následných vrstev. OSB desky netvoří jen venkovní plášť, ale ve velké míře, nejen u dřevostaveb, je tento materiál užit v podkrovních částech domů i v interiéru. Obecně lze zlepšení přilnavosti dosáhnout mechanickým zdrsněním podkladu [11], modifikací lepící vrstvy [12] nebo právě použitím penetračních nátěrů [13] a adhezních můstků.

3 Materiály a metodika

Specifikace podkladu

Podklad pro účely experimentu byl volen s ohledem na funkci, kterou v reálné fázi plní. Účelu venkovního opláštění konstrukce, často plnící nosnou funkci, odpovídá dle normové klasifikace OSB/4, zvláště zatížitelná nosná deska pro použití ve vlhkém prostředí [13]. Základní parametry podkladu jsou uvedeny v Tab. 1. Velikost zkušebních těles byla volena s ohledem na zkušební postupy 100×100 mm a 100×25 mm tloušťky 15 mm.

Tab. 1 Výrobní charakteristiky OSB/4
Materiál	Množství
Podíl dřeva (měkké dřevo, především borovice, smrk, obsah tvrdého dřeva do max. 30 %)	85–92 %
Vlhkost dřeva	4–6 %
PMDI lepidlo v povrchové a jádrové vrstvě	3–6 %
Parafínová emulze	≤ 1 %
Hustota	600–640 kg/m³
Lisovací tlak	150–250 bar

Penetrace, adhezní můstky

Zvýšení přídržnosti cementového lepidla k podkladu by mělo být zajištěno buď penetrací, nebo adhezním můstkem. Tyto výrobky mají za úkol po vyschnutí zřetelně zvyšovat adhezitu povrchu. Při výběru byl brán zřetel na vlastnosti podkladu (homogenní, hladký a nesavý materiál) a běžnou dostupnost na trhu. V Tab. 2 jsou uvedeny bližší specifikace použitých výrobků.

Tab. 2 Specifikace penetrací, adhezních můstků
Číslo úpravy	Popis výrobku	Typ výrobku
1	Modifikovaná disperse s křemičitým pískem	Adhezní můstek
2	Jednosložkový bezrozpouštědlový nátěr, směs plniv kameniv ve vodné styren-akrylátové disperzi s přídavkem aditiv	Adhezní můstek
3	Bezrozpouštědlový vodou ředitelný přednátěr na bázi umělopryskyřičné disperze a minerálních přísad	Adhezní můstek
4	Směs vody, nanodisperze styren-akrylátového kopolymeru a aditiv	Penetrační nátěr
5	Vodní emulze akrylického kopolymeru	Penetrační emulze

Cementový tmel

Na vzorky byl nanesen dle technologických pravidel cementový tmel určený pro lepení všech typů izolantů zateplovacích systémů (polystyren, minerální vlna). Tmel byl aplikován v tloušťce 3 mm a vyrovnán pomocí šablony do roviny tak, aby na něj bylo umožněno lepení odtrhových terčů. Zkušební vzorky odpovídající zkoušce stanovení pevnosti ve smyku při tahovém namáhání přeplátovaných lepených sestav tvoří dva pásky podkladního materiálu rozměru 100 × 25 mm, které jsou vzájemně spojeny cementovým tmelem tloušťky 3 mm v přesahu 12,5 mm (± 0,25 mm). Vzorky byly uchovány po dobu 28 dnů v standardním prostředí 23/50 dle ČSN EN ISO 291 [14] pro vyzrání tmelu.

Tab. 3 Technické parametry cementového tmelu
Vlastnost	Průměrné hodnoty
Přídržnost k podkladu po 28 dnech – beton	0,25 N/mm²
Přídržnost k podkladu po 28 dnech – polystyren	0,08 N/mm²
Přídržnost k podkladu po 28 dnech – minerální vata	0,08 N/mm²

Zkouška přídržnosti povrchové úpravy k podkladu

Zkušební postup definuje technická norma ČSN 73 2577 [15]. Podstatou zkoušky je změření síly potřebné k odtržení povrchové úpravy vymezené plochy od podkladu kolmým tahem. Pro realizaci je nutné použití odtrhových terčů přilepených ke zkušebním vzorkům pryskyřičným lepidlem dle technologických zásad výrobce. Požadovaná plocha terčů činí 2500 mm², normou stanovené velikosti vzorku činí 200×200 mm (40 000 mm²), vymezená testovaná plocha tedy zaujímá pouze 6,25 %, z čehož plyne že 93,75 % plochy je zcela nevyužito. Zkušební přípravek pro uchycení a realizaci tahové zkoušky umožňuje osazení menšího vzorku, přičemž velikost vymezené plochy odtrhového terče je zcela zachována. Byla proto volena hospodárnější geometrie zkušebního vzorku na 100×100 mm (10 000 mm²). Samotná realizace měření byla prováděna na trhacím zařízení FP 10/1 s maximální silou 10 kN zaznamenávající průběh deformace v závislosti na zatížení rychlostí 5 mm/min. Vzorek byl namáhán do úplného porušení vazby mezi podkladem (ošetřeným příslušnou povrchovou úpravou) a cementovým lepidlem. Přídržnost k podkladku se následně vypočítá dle vzorce (1). Pro každou povrchovou úpravu bylo vyrobeno 6 zkušebních těles.

(1)

kde je

σ_adh: přídržnost v MPa,
F: síla potřebná k odtržení terče v N,
A: plocha terče v mm².

Obr. 1 Vzorek umístěn v trhacím zařízení

Stanovení pevnosti ve smyku při tahovém namáhání
přeplátovaných lepených sestav

Metoda stanovení pevnosti ve smyku při tahovém namáhání přeplátovaných soustav specifikována dle ČSN EN 1465 [16] zjišťuje pevnost samotného spoje. Vzorek je umístěn do zkušební formy a namáhán trhacím zařízením (Obr. 1) do plného přerušení lepeného spoje. Pevnost ve smyku je poté stanovena dle vzorce (1) viz kapitola Zkouška přídržnosti povrchové úpravy k podkladu. Pro každou povrchovou úpravu bylo vyrobeno 5 přeplátovaných sestav.

4 Výsledky

Tab. 4 Přídržnost cementového tmelu v MPa
Zkušební vzorek	Úprava č. 1	Úprava č. 2	Úprava č. 3	Úprava č. 5
1	0,266	0,229	0,029	0,195
2	0,156	0,149	0,031	0,284
3	0,252	0,326	0,074	0,233
4	0,319	0,282	0,000	0,372
5	0,368	0,246	0,000	0,077
6	0,293	0,317	0,000	0,221
`x̅`	0,276	0,258	0,044	0,230
`σ`	0,066	0,060	0,021	0,089

Tab. 5 Smyková pevnost v MPa
Zkušební vzorek	Úprava č. 1	Úprava č. 2	Úprava č. 3	Úprava č. 4	Úprava č. 5
1	1,406	0,229	0,029	0,000	0,133
2	0,765	0,149	0,031	0,000	0,018
3	1,330	0,326	0,074	0,000	0,005
4	1,682	0,282	0,000	0,000	0,007
5	0,743	0,317	0,000	0,000	0,221
`x̅`	1,185	0,912	0,163	0,034	0,836
`σ`	0,371	0,224	0,135	0,042	0,156

5 Diskuse

Zkušební vzorky z OSB desek upravených 5 druhy nátěrů pro zvýšení přilnavosti cementového tmelu k podkladu, byly podrobeny zkouškám dle výše uvedených zásad. Dosažené výsledky jsou prezentovány ve výše uvedených tabulkách (Tab. 4 a Tab. 5). Hodnoty vyznačené kurzívou jsou ponechány v naměřené hodnotě, nicméně dosahují méně než 70 % hodnoty aritmetického průměru a při posuzování dle normy by byly z hodnocení vyloučeny.

Vzorky, které byly zkoušeny dle ČSN 73 2577 [15], byly po 28 dnech vyzrávání cementového tmelu (při teplotě 23 °C a relativní vlhkosti 50 %) podrobeny vlastní zkoušce. Výsledky této zkoušky jsou uvedené v Tab. 4. Lze říci, že téměř všechny úpravy podkladu měli na samotnou přídržnost pozitivní účinek. Vzorky bez úpravy a vzorky ošetřené výrobkem č. 4 dosáhly tak nízké adheze, že při samotné manipulaci se vzorky cementový tmel samovolně odpadl od podkladu. Na základě naměřených hodnot lze vyhodnotit jako nejlepší úpravu podkladu výrobkem č. 1 (modifikovanou disperzí s křemičitým pískem) a dále pak výrobkem č. 2 (jednosložkovým bezrozpouštědlovým nátěrem, obsahující směs plniv kameniv ve vodné styren-akrylátové disperzi s přídavkem aditiv).

Přeplátované spoje byly po vyzrání cementového lepidla podrobeny zkoušce stanovení pevnosti ve smyku při tahovém namáhání přeplátovaných lepených sestav do plného přerušení vazby. Tato zkouška v podstatě potvrzuje výsledky získané zkouškou přídržnosti povrchové úpravy k podkladu a poukazuje na vhodnost použití jednotlivých úprav podkladu Tab. 5. Nejlepších výsledků dosáhl výrobek pod označením č. 1, dobrých výsledků dosáhla také úprava výrobkem č. 2. Nicméně opět bylo potvrzeno, že úprava podkladu výrobkem č. 4 neplní svoji funkci, taktéž úprava č. 3 a 5 se nejeví jako efektivní.

6 Závěr

Cílem výzkumu bylo zjistit, zda a do jaké míry bude mít úprava podkladu z OSB desky penetrací či adhezním můstkem vliv na přídržnost cementového tmele. Výsledky experimentů do jisté míry předpoklad zvýšení přilnavosti po ošetření podkladu vhodnými přípravky potvrdily. Vzorky, které nebyly žádným způsobem ošetřeny, nedosáhly žádné přídržnosti cementového tmelu k podkladu, stejně tak penetrační nátěr na bázi směsi vody, nanodisperze styren-akrylátového kopolymeru a aditiv nevyhověl. Výrazného zlepšení výsledků nedosáhl ani bezrozpouštědlový vodou ředitelný přednátěr na bázi umělopryskyřičné disperze a minerálních přísad a na samotnou přídržnost měl minimální vliv oproti neošetřeným vzorkům. Pozitivně lze ohodnotit zbývající úpravy. Lze konstatovat, že vhodně zvolené ošetření podkladu může významně ovlivnit míru přídržnosti následné vrstvy k samotnému podkladu. Je evidentní, že podklad z OSB desek je problematickým podkladem a vyžaduje další výzkum ve formě rozšíření zkoušených hmot nejen pro samotnou úpravu podkladu, ale i pro vlastní lepení ETICS.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory projektu FAST-J-18-5416 „Řešení problematiky povrchových úprav sendvičových panelů na bázi OSB desek“.

Použité zdroje

VAVERKA, Jiří. Dřevostavby pro bydlení. Praha: Grada, 2008. Stavitel. ISBN 978-80-247-2205-4.
ŠKRABALOVÁ, Eva, ed. Dřevostavby. Brno: ERA group, 2002. Edice 21. století. ISBN 80-865-1739-X.
ZAHRADNÍČEK, Václav a Pavel HORÁK. Moderní dřevostavby. Vyd. 2., aktualiz. Brno: Computer Press, 2011. ISBN 978-80-251-3568-6.
ASDRUBALI, F., B. FERRACUTI, L. LOMBARDI, C. GUATTARI, L. EVANGELISTI a G. GRAZIESCHI. A review of structural, thermo-physical, acoustical, and environmental properties of wooden materials for building applications. Building and Environment [online]. 2017, 114, 307–332 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1016/j.buildenv.2016.12.033. ISSN 03601323. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360132316305285 SCOPUS Impact of Aspen Log Storage with and without Protection on OSB Performance
HALLIGAN, A. F. A review of thickness swelling in particleboard. Wood Science and Technology [online]. 1970, 4(4), 301-312 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1007/BF00386406. ISSN 0043-7719. Dostupné z:
https://link.springer.com/article/10.1007/BF00386406
WANG, Xiang-Ming, Hui WAN, Dian-Qing YANG a Jun SHEN. Impact of Aspen Log Storage with and without Protection on OSB Performance. Holz als Roh- und Werkstoff [online]. 2006, 64(5), 377–384 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1007/s00107-006-0106-z. ISSN 0018-3768. Dostupné z:
https://link.springer.com/article/10.1007/s00107-006-0106-z
CANIATO, Marco, Federica BETTARELLO, Alessio FERLUGA, Lucia MARSICH, Chiara SCHMID a Patrizio FAUSTI. Thermal and acoustic performance expectations on timber buildings. Building Acoustics [online]. 2017, 24(4), 219–237 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1177/1351010X17740477. ISSN 1351-010X. Dostupné z:
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1351010X17740477
BALABÁN, Karel a František KOTLABA. Atlas dřevokazných hub. Ilustroval Bohumil VANČURA. Praha: Státní zemědělské nakladatelství, 1970. Lesnická knihovna (Státní zemědělské nakladatelství).
DOMBAYCI, Ö. Altan, Mustafa GÖLCÜ a Yaşar PANCAR. Optimization of insulation thickness for external walls using different energy-sources. Applied Energy [online]. 2006, 83(9), 921–928 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1016/j.apenergy.2005.10.006. ISSN 03062619. Dostupné z:
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0306261905001364
HASAN, Afif. Optimizing insulation thickness for buildings using life cycle cost. Applied Energy [online]. 1999, 63(2), 115-124 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1016/S0306-2619(99)00023-9. ISSN 03062619. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0306261999000239
LIBLIK, Johanna a Alar JUST. Performance of Constructions with Clay Plaster and Timber at Elevated Temperatures. Energy Procedia [online]. 2016, 96, 717–728 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1016/j.egypro.2016.09.133. ISSN 18766102. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S187661021630772X
LIMA, José a Paulina FARIA. Eco-Efficient Earthen Plasters: The Influence of the Addition of Natural Fibers. FANGUEIRO, Raul a Sohel RANA, ed. Natural Fibres: Advances in Science and Technology Towards Industrial Applications [online]. Dordrecht: Springer Netherlands, 2016, 2016-02-11, s. 315–327 [cit. 2019-11-04]. RILEM Bookseries. DOI: 10.1007/978-94-017-7515-1_24. ISBN 978-94-017-7513-7. Dostupné z:
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-017-7515-1_24
FISCHER, H. B. Primers role in plastering systems on concrete surfaces. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering [online]. 2015, 71 [cit. 2019-11-04]. DOI: 10.1088/1757-899X/71/1/012020. ISSN 1757-899X. Dostupné z: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/71/1/012020
ČSN EN 300: Desky z orientovaných plochých třísek (OSB) – Definice, klasifikace a požadavky. Praha: Český normalizační institut, 2006.
ČSN EN ISO 291: Plasty – Standardní prostředí pro kondicionování a zkoušení. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2009.
ČSN 73 2577: Zkouška přídržnosti povrchové úpravy stavebních konstrukcí k podkladu. Praha: Český normalizační institut, 1981.
ČSN EN 1465: Lepidla – Stanovení pevnosti ve smyku při tahovém namáhání přeplátovaných lepených sestav. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2009.

English Synopsis

Possible Use of Cement Adhesives in Timber Structure

The unfavourable effects of the weather on unprotected wood and timber products can cause changes to the mechanical and chemical properties of the wood, and if unchecked can do irreversible damage. The sheathing of wooden buildings must always be supplemented with surface treatments, and in a large number of cases a contact thermal insulation system is used. The paper presents research focused on the possibility of using a commonly used cement adhesive for bonding thermal insulation to the substrate formed by oriented strand boards. The substrate is provided with several types of penetration coatings or bonding primers and subsequently their influence on the adhesion of the cement adhesive is monitored. The best values were achieved when treating the surface treatment with a modified dispersion with quartz sand. On the other hand, the penetration coating of a mixture of water, nanodispersion of styrene-acrylate copolymer and additives is inappropriate treatment.