Kompozitní materiály ve stavebnictví

O kompozitech obecně a jejich užití ve stavebnictví – Ing. Alena Vimmrová, Ph.D. (ČVUT v Praze)

Paní Vimmrová s vtipem sobě vlastním informovala účastníky o tom, co je principem kompozitních materiálů. Zmínila, že takové materiály známe již dlouho, a princip jsme odkoukali jak jinak než od přírody a vynálezů našich předků.

Kompozity jsou kombinace dvou či více materiálů, lišících se tvarem nebo složením. Jednotlivé složky jsou výrazně zastoupeny (alespoň 5 %) a zachovávají si svou identitu, nijak se tedy nerozpouštějí ani neslučují, obsahují zřetelně odlišitelné složky, které se výrazně liší svými vlastnostmi. Na jak podrobné úrovni jsou tyto složky rozlišitelné, dle toho tyto školně dělíme na makrokompozity (rozeznatelné okem, lupou), mikrokompozity (rozeznatelné mikroskopy) a nanokompozity (zde už se ale musíme ptát, kde je ona hranice rozlišitelnosti a oddělenosti složek).

Základními složkami kompozitu jsou výztuž a matrice, která výztuž pojí. Výztuž může být částicová (kamenivo, dřevní prach - bakelit) vláknová (dlouhá či krátká vlákna, sklo, uhlík, ocel), plošná (rohože často splétané z vláken) nebo prostorová (klece).

To, že smícháme dvě různé složky, ještě automaticky neznamená, že získáme požadovaný výsledek. Složky musí být ve výrobku uloženy správným způsobem, musíme znát namáhání, jaká na výrobek budou působit, abychom mohli využít to, o co nám jde – výhody každého z vložených materiálů, a nevýhody předat na starosti materiálu jinému.

Jedná se o synergii – tedy spolupráci, někdy vyjádřenou pěknou rovnicí 1 + 1 = 3, totiž že při vložení dvou látek o jistých vlastnostech získáme novou, která nebude mít pouhý součet vlastností elementů, ale vlastnosti výrazně lepší. Paní Vimmrová dala úžasný příklad k zapamatování principu synergie: „V případě, že do obchodu s porcelánem zavřete na noc kočku, ráno přijdete a najdete několik málo rozbitých váz, které kočka shodila při procházce po regálu, ale jinak žádné velké škody. V případě že do téhož obchodu zavřete psa, ten se ani po regálu procházet nebude, a škody budou ještě nižší. Představte si, když ale do téhož obchodu zavřete na noc kočku se psem...“

Příroda užívá kompozitních materiálů již dávno. Skvělým kompozitem jsou kosti, pavoučí vlákno, lastury živočichů, dřevo. To všechno obsahuje kombinaci pevných a pružných vrstev a dodává výslednému produktu obdivuhodné vlastnosti. Naši předkové využívali kompozity různým způsobem, historicky nejznámější příklad technicky dokonalého výrobku jsou mongolské luky využívající pevné dřevo a pružnou šlachovitou výztuž.

Typickým příkladem kompozitu ve stavebnictví je beton. Zde je synergie zjevná – beton působí jako pojící matrice, která dobře odolává tlaku, zatímco ocelové pruty zvládají to, co je slabinou betonu čili pevnost v tahu a prvek vyztužují. Je však nezbytné znát, jaké síly budou na prvek působit. Dalším příkladem je třeba drátkobeton, typicky různé druhy laminátů se skelným vláknem a umělou pryskyřicí jako matricí, umakart (pryskyřice s papírovým vláknem).

Bylo zmíněno dřevo jako přírodní kompozit, ale se dřevem člověk pracuje ve stavebnictví dlouhá staletí, a dokáže i tento přírodní materiál zpracovat na další kompozity a tím eliminovat některé jeho nepříznivé vlastnosti (objemové změny vlivem vlhkosti, napadání biologickými škůdci, rozptyl vlastností přírodního prvku) a vyzdvihnout jeho pozitivní – nízkou objemovou hmotnost, snadnou opracovatelnost, vysokou pevnost v tlaku i tahu, obnovitelnost. Kompozitními dřevěnými prvky lze dosahovat pevností oceli ale váhy dřeva a překonávat tak úžasné rozpony a vytvářet odvážné konstrukce.

Jako matrice se do dřevěných prvků používají formaldehydová lepidla, lepidla na bázi linginu, cement i polymery. Výztuží jsou potom dřevěné dýhy, třísky, prach, štěpky.

Konkrétní výrobky nás běžně obklopují, aniž si to uvědomujeme, ve formě nosníků i desek. Překližky, dřevotřísky, OSB desky, nosníky z lepeného či vrstveného dřeva, dřevoplastové kompozity se běžně užívají na nosné konstrukce, nábytek, okna. Nejzajímavějším příkladem, co paní Vimmrová ukázala, byl Parallam – dřevo z dlouhých lepených třísek dosahujících obrovských pevností v desítkách MPa běžně užívaného ve stavitelství za mořem, kde se dřevem pracují v daleko větším rozsahu než u nás. Parallam má navíc zajímavou kresbu povrchu.

Zajímavé kompozity můžete na vlastní oči, hmat i čich zažít v knihovně materiálů, představené již dříve v článku na TZB-info.cz: Knihovna materiálů sítě matériO má sloužit k hledání netradičních řešení

Kompozitní střešní okno, dřevo a polymer – Ing. Tomáš Švec (Velux)

PUR

Zástupce společnosti Velux účastníkům předvedl kompozitní výrobek: Střešní okno s dřevěným jádrem 4 mm polyuretanovou vrstvou. Dřevo zde přebírá pevnost a tuhost celého výrobku, zajišťuje také (oproti plastovým oknům) tvarovou stálost vlivem změny teplot. Polyuretanová vrstva pak chrání dřevo před vlivem změn vlhkosti, zaručuje bezúdržbovost, omyvatelnost, dlouhou životnost a opravitelnost povrchu okna při poškození.

Zajímavostí je, že dřevěný rám i křídlo okna je polymerem (zde užívaný polyuretan) zcela a beze švů obalen. Prvek se totiž vytvoří nejprve pouze z dřevěných lepených profilů, a poté jde do „autoklávu“, kde je na něj nastříkána 3–5 mm silná vrstva polyuretanu, který se teplotou vytvrdí. Barva takového výrobku je světle krémová a výrobek se finálně lakuje na bílou barvu.

Co tento způsob výroby přináší za výhody? Především dřevěný rám je z plného materiálu a již sám o sobě je tuhý, nehrozí jeho pohyb. Nastříkání dřeva polymerním povrchem pak zajišťuje dokonalou ochranu, která nemá švy ani ostré hrany. Z hlediska údržby i estetiky je výhodou, že okno má ladně oblé hrany a bez svárů v koutech či rozích. Okna jsou opatřena UV filtrem, a proto mají i barevnou stálost. (Vizuálně může výrobek připomínat lakované MDF desky jako jeden z esteticky nejhodnotnějších materiálů pro výrobu nábytku.)

A při poškození polyuretanové vrstvy lze, jak bylo na konferenci prakticky ukázáno, velmi snadno svépomocně okno opravit. Poškození může nastat prakticky pouze velmi hrubým zacházením, při běžném provozu si nelze představit takovou situaci. Přesto, pokud bude při pracích na střeše používáno jako výlez, může se to stát. Opravný set obsahuje vícesložkový kyt, kterým se díra zatmelí, přebrousí a lak se přestříká dodaným sprejem. Oprava nebyla ani při bližším zkoumání okem viditelná. Při osazování stínicích prvků na okno výrobce tvrdí, že díra se utěsní samotným vrutem a nedochází k narušení vlastností.

Doporučit tento výrobek lze prakticky kamkoli do střechy, výrazně potom do prostor se zvýšenou vlhkostí jako je koupelna či kuchyň.