Fasádní pláště, Snižování energetické náročnosti budov, Technologie

Kontaktní zateplování budov z pohledu defektoskopické praxe – 3. část: Možnosti využití nosné funkce lepeného spoje mezi izolantem a nosným podkladem u mechanicky upevněných ETICS

V první části této série článků jsme si zjednodušeně definovali pojem „mechanicky upevněný ETICS“ podle podmínek řídicího pokynu pro evropská technická schválení ETAG 004:2013, a to jako sestavu komponentů, která obsahuje tepelný izolant s pevností v tahu kolmo k rovině fasádní desky nižší než 30 kPa (TR < 30). V reálné stavební praxi k této skupině přistupují i sestavy ETICS s tepelným izolantem s TR > 30, pokud se výrobce ETICS takový systém rozhodne z vlastní vůle uvést na trh jako mechanicky upevněný.

V dalším textu budeme pro zjednodušení pracovat pouze s první skupinou sestav, kde výrobce ETICS možnost volby způsobu upevnění aktuálně nemá. Jsou to obvykle sestavy s izolantem z fasádních desek z minerální vlny s převážně podélnou orientací vlákna, uváděné na trh s izolantem v kvalitativním rozmezí tR 10 až tR 15.

Poznámka: Pro úplnost je nutno uvést, že v současné době se rodí další skupina mechanicky upevněných sestav ETICS, a to tzv. zdvojené sestavy ETICS. Jedná se o případy dodatečného zvýšení tepelného odporu obvodového pláště budovy již dříve kontaktně zateplené. Tohoto cíle je dosaženo provedením další kontaktně montované tepelněizolační vrstvy s povrchovou úpravou omítkou bez demontáže původního zateplovacího souvrství. V těchto případech je vždy nutno mluvit o mechanicky upevněném systému proto, že původní ponechané zateplovací souvrství neplní podle stávajících technických předpisů požadavky na nosný podklad pro montáž ETICS.

Zdvojené zkušební těleso pro zkoušku podle ČSN EN 12090:2013. Při zkoušce působí zkušební zařízení tlakem na střední kovovou plotnu. Nápad se spřažením krajních ploten závitovými tyčemi významně eliminuje nežádoucí účinky excentricity protisměrných rovnoběžných silZdvojené vzorky z MW v tloušťkách přes 100 mm po zkoušce smykové pevnosti podle ČSN EN 12090:2013

V první části této série článků byl dále uveden fakt, že stávající předpisy u skupiny mechanicky upevněných ETICS v rámci počáteční zkoušky typu neověřují únosnost lepeného spoje mezi tepelným izolantem a nosným podkladem. A k tomu zkušenost, získaná z defektoskopické praxe, že bez funkčního lepeného spoje mezi tepelným izolantem a nosným podkladem nedávají mechanicky upevněné ETICS od určité tloušťky souvrství garanci dlouhodobé tvarové a statické stability. Prakticky u všech posuzovaných defektů charakteru svislého posunu ETICS byl konstatován lokální nebo celoplošný kolaps lepeného spoje. Je tedy nasnadě předložit návrh, aby do stávajících předpisů pro ETICS byly vřazeny postupy, podle kterých se nosná funkce lepeného spoje začne povinně ověřovat i pro skupinu mechanicky upevněných ETICS.

Při podrobnějším studiu technické dokumentace konkrétních lepených systémů zjistíme, že v ETA (nebo STO) systému je vedle požadavku na minimální hodnoty přídržnosti lepidla k nosnému podkladu a přídržnosti lepidla k izolantu (tyto hodnoty lze zavedenými zkušebními postupy snadno zjistit) uveden požadavek na minimální hodnoty smykové pevnosti a modulu pružnosti ve smyku tepelného izolantu. technické předpisy pro ETICS při stanovení smykové pevností a tuhosti izolantu využívají zkušební postup podle EN 12090. tato norma z roku 1998 vznikala časově souběžně s první verzí řídicího pokynu ETAG 004:2000 s předpokladem tloušťky izolantu do 100 mm. Při překročení této tloušťky tepelného izolantu vzniká technický problém, který se nyní pokusíme podrobněji rozebrat.

Experiment I, provedený na zvětšeném zdvojeném vzorku z MW s plochou 300x420 mm a tloušťkou 200 mmZdvojený vzorek z Experimentu I po zkoušce vykazuje destrukční projevy nežádoucích podružných silových účinků od excentricity působících zkušebních silPorovnání pracovních diagramů získaných při Experimentu I na vzorcích desek MW stejné deklarované kvality o tloušťce 60 mm a 200 mm

V části 1. Předmět normy aktuálně platné ČSN EN 12090:2013 je tato důležitá poznámka: Zkoušky popsané v této normě neurčují chování při čistém smyku, ale měří účinek dvou protisměrných rovnoběžných sil, působících na největší povrchové plochy zkušebního tělesa. Zkouška se v tomto textu přesto podle zvyklostí nazývá smyková. Vychází se z toho, že síly působící tangenciálně na největší povrchové plochy zkušebních těles vystihují lépe namáhání, jimž jsou vystaveny tepelněizolační výrobky v mnoha stavebních aplikacích, zejména u stěn, než jiné metody měření smykového chování, např. zkoušky ohybem.

Tato „Poznámka“ poměrně přesně definuje avízovaný technický problém. Pokud chceme přesnějším zkušebním postupem pro zdvojené uspořádání vzorku podle normy ČSN EN 12090:2013 zkoušet výřez z desky izolantu s tloušťkou nad 100 mm, měli bychom ho vlepit mezi zkušební plotny jeho největší plochou, tedy plochou řezu. Za těchto podmínek však okraje výřezu přesáhnou svou šířkou šířku normové plotny (100 mm) a překvapivě dobré výsledky této zkoušky nelze interpretovat jako smykovou pevnost desky s podélným uspořádáním vlákna, ale jako smykovou pevnost desky příčným uspořádání vlákna (lamely).

Experiment II – zkouška smykové pevnosti a tuhosti celé desky izolantu MW zatěžované tlakem přes roznášecí desku shora – tento postup může být vhodný pro ověření únosnosti lepeného spoje ve smyku a stanovení jeho minimální plochyExperiment III – zkouška smykové pevnosti a tuhosti celé desky izolantu MW zatěžované tahem za vyztuženou základní vrstvu ETICS. Tento postup smykového zatížení vzorku využívá i ETAG 004:2013 a jeho konverze

Po vyhodnocení tohoto faktu byly provedeny pokusy se zkoušením vzorků větších rozměrů. Za nejvýznamnější výsledek těchto zkoušek lze označit zjištění, že s rostoucí tloušťkou zkoušených vzorků (fasádních desek) roste nežádoucí vliv podružných destrukčních namáhání od excentricity smykových sil, působících ve zkoušeném vzorku, takže s tloušťkou zkoušené desky zjištěné smykové pevnosti izolantu stejného typu klesají. Při tom je obtížné určit, jaký vliv má na zjištěný pokles smykové pevnosti a modulu pružnosti ve smyku geometrie (tloušťka) zkoušeného vzorku a z ní plynoucí excentricita působení zkušebních sil a jaký vliv má nestejnoměrnost kvality izolantu, která se reálně může technologicky projevit při větší výrobní tloušťce desky. Jako již prokázaný fakt lze uvést to, že s klesající hodnotou pevnosti v tahu kolmo k rovině fasádní desky (hodnota, uvedená jako TR v ČSN EN 13162, která má zjevnou vazbu na objemovou hmotnost izolantu) klesá stejně nebo rychleji hodnota smykové pevnosti a tuhosti izolantu pro ETICS. To v blízké budoucnosti pravděpodobně vymezí oblast použitelnosti (tj. maximálních technicky přípustných tlouštěk fasádních desek) pro jednotlivé typy izolantů pro ETICS.

S ohledem na výše uvedené proběhlo v minulých letech ve zkušebních laboratořích Kloknerova ústavu ČVUT a VUPS Certifikační společnosti s r. o. několik experimentů, jejichž cílem bylo získat názor na možnosti zkoušení smykové pevnosti a modulu pružnosti ve smyku u izolantů pro ETICS v aktuálně používaných tloušťkách a též s cílem získat názor na interpretaci výsledků provedených zkoušek. Provedené experimenty i až iii jsou orientačně naznačeny na následujících obrázcích. Z jejich výsledků lze rámcově odvodit závěr, že pro ověření únosnosti lepeného spoje mezi nosným podkladem a izolantem a pro stanovení minimální plochy lepeného spoje při technologii bodového lepení izolantu je vhodný zkušební postup popsaný níže v Experimentu II.

Pracovní diagramy z testů prováděných na ETICS formou tlakové smykové síly na horní hranu izolační deskyPracovní diagramy z testů prováděných na ETICS se totožnými deskami minerální vlny TR10 lišícími se v tloušťkáchPracovní diagramy z testů prováděných na ETICS s deskami z minerální vlny lišícími se třídou TR o shodných tloušťkách

Pro zjištění tvarových deformací konkrétní skladby ETCS a stanovení maximálních hodnot tloušťky izolantu a přitížení povrchovými úpravami pak postup popsaný níže jako Experiment III s tím, že v tomto případě je nutno současně stanovit využitelnou část pracovního diagramu konkrétního ETICS s ohledem na technicky odůvodněný požadavek nepřekročit při návrhu přípustných deformací ETICS mez elasticity izolantu. Zkoušky podle konceptu Experiment III provedl též před lety na základě zadání CZB ČR Ing. Ivan Řehoř ve zkušební laboratoři firmy MCT , spol. s r. o., Praha. Výsledky těchto zkoušek tehdy významně posunuly úroveň technického poznání a korigovaly názory na příčiny poruch charakteru nežádoucích tvarových změn ETICS . Byly shodou okolností publikovány rovněž v tomto časopisu v čísle 1/2014 na str. 46–49 a aktuálně jsou dostupné v tomto článku.

Závěr

Popsaný stav a z něho vznikající nejistota se začínají postupně promítat do stavební praxe. Je nutno upozornit na fakt, že poslední revize národní normy pro provádění ETICS (ČSN 732901:2017) omezila plošnou hmotnost povrchových úprav rutinně ověřovaných ETICS na 20 kg/m2, a také na to, že nedávno byl u našich sousedů na Slovensku schválen text aplikační normy pro MW (STN 72 7221-4:2019), který pro použití v ETICS připouští pro tloušťky izolantu nad 100 mm pouze fasádní desky z MW s pevností v tahu kolmo k rovině desky tR 15 (kPa) a vyšší. Rizika spojená s popsaným stavem nesou v současné době v převážně výrobci ETICS. Jejich profesní organizace však zatím v této věci nevyvíjí pozorovatelné aktivity. V případě zájmu lze minimálně výsledky zkoušek provedených na izolantech pro ETICS v KÚ ČVUT  dát k dispozici i s technickým komentářem.

Požadovaný výstup z popsaných zkoušek je pracovní diagram. Pro jeho získání je nutno v průběhu zatěžování vzorku přesně monitorovat jeho tvarové změny. Z dosud získaných výsledků je jasné, že s rostoucí tloušťkou izolantu v ETICS logicky roste absolutní hodnota deformací ve fasádním líci ETICS. To se může negativně projevit v místě styku s pevnými konstrukcemi prostupujícími ETICS (např. balkony)Shrnující pracovní diagramy, získané při porovnávacích zkouškách tuhosti fasádních desek z MW TR 7,5, TR 10 a TR 15 v tloušťkách 100 mm, 140 mm a 200 mm

Tabulka 1: Hodnoty působících sil ve vybraných stádiích přetvoření pro desky TR10

Označení vzorku Složení izolačního souvrství max. síla [kN] posun při max. síle [mm] síla při překočení posunu 0,4 mm [KN] napětí při překočení posunu 0,4 mm [MPa] síla při překočení posunu 1 mm  [KN] napětí při překočení posunu 1 mm [MPa] síla při překročení posunu 2 mm 
[KN]
napětí při překočení posunu 2 mm
[MPa]
30 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata 100 mm TR 10, 3x kotva, perlinka s lepidlem 9,00 2,1 5,5 0,055 7,3 0,073 8,9 0,089
33 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata 140 mm TR 10, 3x kotva, perlinka s lepidlem 5,55 3,2 3,3 0,023 4,5 0,032 5,3 0,038
26 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata 200 mm TR 10, 3x kotva, perlinka s lepidlem 4,93 6,6 0,8 0,004 1,4 0,007 2,4 0,012

Tabulka 2: Hodnoty působících sil ve vybraných stádiích přetvoření pro desky z minerální vlny různých typů

Označení vzorku Složení izolačního souvrství max. síla [kN] posun při max. síle [mm] síla při překočení posunu 0,4 mm [KN] napětí při překočení posunu 0,4 mm [MPa] síla při překočení posunu 1 mm  [KN] napětí při překočení posunu 1 mm [MPa] síla při překročení posunu 2 mm 
[KN]
napětí při překočení posunu 2 mm
[MPa]
10 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata FKD N Thermal 100 mm TR 7,5, 3x kotva, perlinka s lepidlem 5,47 5,1 0,9 0,009 1,9 0,019 5,2 0,052
30 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata 100 mm TR 10, 3x kotva, perlinka s lepidlem 9.00 2,1 5,5 0,055 7,3 0,073 8,9 0,089
14 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata FKD 100 mm TR 15, 3x kotva, perlinka s lepidlem 9,51 3,5 4,6 0,046 7,3 0,073 8,7 0,087
15 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET lepeno do kříže, vata FKD 100 mm TR 15, 3x kotva, perlinka s lepidlem 10,90 4,8 3,0 0,030 4,9 0,049 8,9 0,089

Tabulka 3: Hodnoty působících sil ve vybraných stádiích přetvoření pro deskyTR 10

Označení vzorku Složení izolačního souvrství max. síla [kN] posun při max. síle [mm] síla při překočení posunu 0,4 mm [KN] napětí při překočení posunu 0,4 mm [MPa] síla při překočení posunu 1 mm  [KN] napětí při překočení posunu 1 mm [MPa] síla při překročení posunu 2 mm 
[KN]
napětí při překočení posunu 2 mm
[MPa]
7 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET, vata FKD S Thermal 100 mm TR10, 2x kotva 3,19 8,4 0,3 0,000 1,1 0,004 2,1 0,004
8 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET, vata FKD S Thermal 100 mm TR 10, 2x kotva 2,96 20,9 0,2 0,000 0,6 0,002 1,1 0,003
9 Cetris 30 mm, penetrace Peneco, lepidlo Sanaflex ET, vata FKD S Thermal 100 mm TR 10, 2x kotva 2,72 12,7 0,1 0,000 0,3 0,002 1,1 0,004

LUKÁŠ BALÍK, LADISLAV VALEŠ
Foto: archiv autorů (pořízeno ve zkušebních laboratořích KÚ ČVUT a VÚPS Certifikační společnosti s.r.o.)

Tento článek byl vytvořen za podpory projektu NAKI MK DG18P020VV033.

Literatura:
1) DVOŘÁK, Jan, Petr LORENC a Ivan ŘEHOŘ. Odolnost ETICS vůči zatížení působícímu rovnoběžně s rovinou. imaterialy.cz (online). ©2007–2017 (2014-05-12). Dostupné z: https://imaterialy.cz/rubriky/materialy/odolnost-etics-vuci-zatizeni-pusobicimu-rovnobeznes-rovinou-fasady_107089.html

Ing. Lukáš Balík, Ph. D., (*1973) absolvoval FSv ČVUT. Pracoval jako projektant a specialista v oblastech sanací vlhkého zdiva, posudků a navrhování tepelných izolací staveb. V současné době se zabývá diagnostikou staveb, stavebními dozory a poradenskou činností a pokračuje ve vědecké činnosti v oblasti fyzikálního a materiálového inženýrství. Je vedoucím Oddělení stavebních materiálů Kloknerova ústavu ČVUT.

Ing. Ladislav Valeš (*1957) absolvoval FSv ČVUT Praha v roce 1981. Získal praxi v oblasti realizace staveb, technologického projektování, zkušebnictví a vývoje stavebních hmot. Od roku 1994 vykonává soustavně činnost znalce v oboru stavebnictví se specializací na vady a poruch staveb. Od roku 2000 se specializuje na vady a poruchy vnějších tepelněizolačních kompozitních systémů (ETICS).

Související články:
Kontaktní zateplování budov z pohledu defektoskopické praxe – 2. část. Materiálová skladba ETICS a požární bezpečnost zateplené budovy
Kontaktní zateplování budov z pohledu defektoskopické praxe – 1. část. Otevřené otázky kolem tvarové stability ETICS