Přetvoření mechanicky upevňovaného izolantu v ETICS
Aktuální poznatky o přetvoření mechanicky upevňovaného izolantu v ETICS vycházejí z nových zkoušek protažení hmoždinek izolantem a ukazují na omezený rozsah funkce plastových hmoždinek. Jedná se především o zkoušky dynamického zatěžování simulujícího dlouhodobé působení větru na zateplené fasády.
1. Součastný stav navrhování mechanicky upevňovaných ETICS
Od roku 2011 platí norma ČSN 73 2902 Vnější tepelně izolační kompozitní systémy (ETICS) – Navrhování a použití mechanického upevnění pro spojení s podkladem, která shrnuje dosavadní zkušenosti s mechanickým upevňováním ETICS a jeho návrhem.
Doposud se v převážné většině zateplovací systémy upevňují pomocí plastových kotev (s plastovými nebo kovovými, zatloukacími nebo šroubovacími trny) s doplňkovým lepením, které především zastává funkci nositele zatížení od vlastní váhy zateplovacího systému, a mechanické upevňovací prvky (hmoždinky) se dle výše uvedené normy dimenzují na osový tah vznikající od zatížení větrem. Při návrhu tedy závisí především na maximální síle, kterou je schopna hmoždinka přenést do tepelného izolantu bez jeho destrukce.
Síly, které hmoždinka přenáší, se stanovují experimentálně pro každý typ hmoždinky na základě zkušební metody z řídícího pokynu ETAG 004 a při samotné zkoušce jsou ovlivňovány velikostí talířku plastové hmoždinky, jeho tuhostí a únosností. Dále pak pochopitelně závisí na mechanických vlastnostech upevňovaného izolantu. Nejčastěji se pro zateplovací systémy používají expandovaný polystyrén (EPS) a minerální vlna (MW).
Mohlo by vás zajímat:Vysoce odolný fasádní systém Ceresit Impactum maximálně zvyšuje životnost ETICS
Nový systém Ceresit Impactum od firmy Henkel maximálně zvyšuje životnost vnějšího kompozitního tepelněizolačního systému zateplování budov (ETICS). Novinka je při zachování špičkové úrovně tepelné izolace extrémně odolná proti mechanickému poškození a proti silnému tepelnému namáhání. Ceresit Impactum navíc umožňuje použití sytějších odstínů barev na fasádách. Nový systém zajišťuje více než 100 J odolnost proti nárazu a nabízí výrazné prodloužení životnosti celé fasády.
2. Zkoušky protažení hmoždinek
2.1. Postup zkoušky
Vzorky izolace s hmoždinkou procházející středem každého vzorku (nebo spárou mezi deskami) se nalepí na tuhý podklad. Talířek hmoždinky je zakrytý kluznou fólií. Po zatvrdnutí lepidla se mezi tuhou deskou a koncem hmoždinky vyčnívajícím z izolačního výrobku vyvine tahová síla o rychlosti 20 mm za minutu až do porušení.
Pro ověření způsobu přetvoření izolantu při zkoušce protažení hmoždinky byla na základě zkušeností se zkouškou a navrhováním mechanického upevnění navržena zkušební metoda cyklického zatěžování izolantu. Tato zcela nová zkouška si klade za cíl odlhalit vliv mezní síly při protažení hmoždinky po mnohokrát opakovaném namáhání na materiál tepelného izolantu a následně i za pomoci grafického výstupu stanovit maximální přípustnou deformaci pro jednotlivé druhy izolačních výrobků.
2.2. Cyklické zatěžování
Zkouška protažením hmoždinek při cyklickém zatěžování byla zatím pokusně prováděna v ploše izolantu na vzorcích rozměrů 400 × 400 mm z EPS 70F o tloušťce 80 mm. Ve středu vzorků přilepených k silné překližkové desce byly osazené modely hmoždinky simulující ideálně tuhý talířek.
Při vlastní zkoušce byly zkušební vzorky podrobeny 2000 cyklům cyklického zatížení a po posledním cyklu pokračovala zkouška klasickým protažením hmoždinky izolantem až do vytržení kuželu.
Z grafického záznamu průběhu zkoušky pak byly získány maximální síla Fmax při protažení hmoždinky izolantem a deformace na zvolených bodech pro 500, 1000, 1500 a 2000 cyklů, a samozřejmě i grafické znázornění závislosti deformace na zatížení (viz obr. 1 a 2).
Obrázek 1: grafické znázornění průběhu deformace izolantu při cyklickém zatěžování
Obrázek 2: grafické znázornění průběhu síly v závislosti na dráze, při cyklování mezi silami 30–360 N, 2000 cyklů
Ukazuje se, že při namáhání kontaktního prostředí mezi talířkem hnoždinky a materiálem tepelné izolace blízko běžně udávané hodnoty síly při protažení talířku izolantem postupně dochází k zatahování talířku pod povrch tepelné izolace, což může být příčinou postupného vzniku nepříjemných poruch. Při jedné z cyklických zkoušek totiž došlo k protažení hmoždinky izolantem ještě před dosažením předepsaného počtu cyklů.
Vliv tohoto způsobu namáhání na talířek hmoždinky zatím nebyl ověřován, lze ale předpokládat, že zejména u hmoždinek s menší tuhostí talířku a jeho celkově subtilní konstrukcí mohou rovněž vzniknout problémy.
2.3. Vliv velikosti talířku hmoždinky
Podstatný vliv na velikost síly potřebné k protažení hmoždinky izolantem má velikost talířku hmoždinky. Na obr. 3 je zachycena závislost mezi zatížením a dráhou v desce z MW s podélným vláknem tloušťky 100 mm s objemovou hmotností 110 kg/m3 a pevností v tahu 13 kPa, při průměru talířku 60 mm a níže je pro porovnání uvedena stejná závislost na izolantu MW shodných parametrů, jen s průměrem talířku 110 mm (obr. 4). Rozdíl v posunu při dosažení maximální síly je přibližně pětinásobný. Závislost je ale opět významně ovlivněna tuhostí a celou konstrukcí talířku hmoždinky. U hmoždinek s nevhodně tvarovaným talířkem bude příspěvek jeho většího průměru významně nižší.
Jako nejjednodušší cesta pro zmenšení přetvoření izolantu při zatížení fasády větrem se v současné době jeví zvětšení účinné plochy talířků plastových hmoždinek, např. pomocí rozšiřujících talířků s dostatečnou tuhostí v celé jejich ploše.
Obrázek 3: grafické znázornění průběhu síly v závislosti na dráze, kterou urazí hmoždinka v MW TR10 tloušťky 100 mm, průměr talířku 60 mm
Obrázek 4: grafické znázornění průběhu síly v závislosti na dráze, izolant MW TR10 tloušťky 100 mm, s rozšiřujícím talířkem o průměru 110 mm
3. Závěr
Na základě statických i cyklických zkoušek ověřujeme maximální dosažené síly, typy poruch v izolantu v kontaktním místě s hmoždinkou a závislosti posunutí hmoždinek v izolantu na měřené síle.
Při zkouškách prováděných v posledních letech na zkušebních strojích s grafickým záznamem je dokumentováno značné přetvoření izolantu při dosažení maximální síly, potřebné na protažení hmoždinky izolantem. Zatím nebylo stanoveno, jaká deformace izolantu v mechanicky upevňovaném ETICS je přípustná, aniž by to bylo příčinou postupného vzniku poruch těchto fasádních systémů. Rozhodně ale lze konstatovat, že deformace na úrovni 30 a více milimetrů, odpovídající současné praxi uváděných sil na mezi protažení hmoždinky materiálem tepelného izolantu, lze považovat za potenciální riziko pro dlouhodobou spolehlivost ETICS.
Zatím se pro současné typy hmoždinek s talířkem o průměru 60 mm jeví jako nejsprávnější řešení uvažovat pro všechny tloušťky a všechny typy izolantu jedinou hodnotu odolnosti proti protažení, stanovenou na tloušťce 60, max. 80 mm. U hmoždinek s talířky většího průměru, případně i při zapuštěné montáži talířku, je třeba postupovat individuálně, protože zejména izolanty z MW se podle svého výrobce vzájemně velmi výrazně odlišují v relevantních mechanických vlastnostech.
Protože se bez mechanicky upevněných ETICS při zateplování stávajících objektů s povrchovými úpravami i při dalším zateplování již jednou zateplených budov nyní i v budoucnosti neobejdeme, věnujeme v TZÚS nadále zvýšenou pozornost zkoumání deformací při interakci různých kombinacích hmoždinek a izolačních výrobků.
Literatura
- [1] ČSN 73 2902 Vnější tepelně izolační kompozitní systémy (ETICS) – Navrhování a použití mechanického upevnění pro spojení s podkladem
- [2] ETAG 004 Vnější tepelně izolační kompozitní systém (ETICS) s povrchovou úpravou, vydání z října 2011
- [3] prEN 16382 – Thermal insulation products for building applications Determination of the pull-through resistance of anchors through thermal insulation products, CEN/TC 88/WG 18
The current knowledge about deformation of mechanically fixed insulation in the ETICS is based on the new tests of anchors. New experience shows that performance of the anchors is limited. It deals especially with dynamic load tests simulating the long-term effect of the wind on facades.