Sklené výstužné mriežky v stavebníctve

Sklo je pevná amorfná látka (formálne možno amorfné látky považovať za podchladené kvapaliny, ktorým rýchle stuhnutie zabránilo premeniť sa na energeticky výhodnú kryštalickú štruktúru). Základnou stavebnou jednotkou skla je štvorstenný anión kremíka s kyslíkom (SiO₄) s tzv. nepravidelnou mriežkou, ktorý je doplnený napr. oxidom bóru. Platí pritom, že štruktúra povrchových a vnútorných častíc skla nemusí byť rovnaká. 

Zmena zloženia skla má výrazný vplyv na jeho konečné vlastnosti, napr. zvýšenie alkálií sa prejavuje ľahším tavením a tvarovaním, ale zároveň sa znižuje jeho pevnosť a chemická odolnosť. Oxid boritý zlepšuje technologické a fyzikálno-chemické parametre a je najvhodnejším prídavkom oxidu pre všetky druhy vlákien.

Podľa účelu použitia sa pri sklených vláknach rozlišujú tieto typy skiel:

• sklo E – bezalkalické boritohlinitokremičité sklo s výbornými elektroizolačnými vlastnosťami. Používa sa tiež v stavebníctve a na vystuženie plastov;
• sklo A – alkalické vápenatokremičité ­sklo, ktoré je vhodné na plnenie plastových rohoží a laminátov;
• sklo C – stredne alkalické vápenatokremičité sklo, ktoré je vhodné na filtre a filtračné tkaniny pre chemický priemysel;
• sklo S – zvláštne bezalkalické hlinitokremičité sklo, ktoré sa vyvinulo pre raketové motory.

V posledných rokoch smeruje vývoj skiel na výrobu vlákien:

a)    ku sklám typu E s nižším obsahom B₂O₃,
b)    k bezboritým sklám s optimálnym obsahom oxidov alkalických zemín,
c)    k bezalkalickým bezboritým sklám.

Hlavná pozornosť sa pritom zameriava na využitie vlákien na vystužovanie plastov, ale aj na vystužovanie neorganických stavebných hmôt. V súčasnosti sa sklené vlákna vyrábajú najmä zo skla typu E zo sústavy CaO – MgO – Al₂O₃ – B₂O₃ – SiO₂.

Vplyv jednotlivých prvkov na vlastnosti skla:

• SiO₂ vplýva na viskozitu skla na výrobu vlákien,
• TiO₂ a ZrO₂ zvyšujú pri sklách typu A chemickú odolnosť a sú vhodné na vystužovanie cementov,
• Al₂O₃ podmieňuje pri vlákne pevnosť v ťahu, pri vysokých koncentráciách zhoršuje chemickú odolnosť proti kyselinám,
• B₂O₃ pôsobí ako dobré tavivo,
• oxid Mn zlepšuje chemickú odolnosť skla,
• oxidy Ca a Mg zlepšujú chemickú odolnosť a znižujú viskozitu skla,
• oxidy Na, K a Li rozširujú interval tvarovateľnosti v oblasti teplôt tiahnutia. Tieto oxidy však zároveň zhoršujú chemickú odolnosť skla a jeho elektroizolačné a mechanické vlastnosti.

Treba však pripomenúť, že vzájomná kombinácia oxidov pôsobí v určitom smere špecificky, a to umožňuje matematicky modelovať jednotlivé pomery v zložení na špecifické použitia.

Povrchové javy a chemická odolnosť

Chemická odolnosť sklených vlákien je oveľa nižšia ako pri rovnakom masívnom skle a kyseliny a alkalické roztoky vlákna intenzívne narušujú. Adsorpčné javy nepriaznivo ovplyvňujú mechanické, elektrické a adsorpčné vlastnosti sklených vlákien.

Pevnosť vlákien v ťahu výrazne klesá vo vlhkom prostredí, a to oveľa viac pri vláknach zo skla typu A a C ako pri type E. Prejavuje sa to predovšetkým pri striedaní teplôt, keď na povrchu vlákna nastáva kondenzácia vodnej pary a jej následné odparenie. Pri kondenzácii sa niektoré zložky, najmä z alkalických kovov Na, K a Li, z povrchu vylúhujú a prechádzajú do povrchovej vrstvy. 

Mechanická pevnosť

Až po teplotu približne 260 °C zostáva pevnosť vlákien zo skla typu E bez zmeny, ale pri vyšších teplotách už klesá. Pevnosť vlákna sa mení nielen s meniacou sa teplotou, ale aj s časom. Vlákno starne a stráca svoju pevnosť, čo súvisí s povrchovými defektmi, najmä trhlinkami. Absorbovaná vlhkosť urýchľuje ich rozširovanie a pevnosť v ťahu vlákien sa tak znižuje. Vlákna sú výrazne hydrofilné, adsorpciou vody sa znižuje povrchová energia, čo sa výrazne prejavuje pri vláknach zo skla typu C. Konečným efektom môže byť rozpustenie skleného vlákna typu C vo vode.

Modul pružnosti

Všeobecne platí, že čím je vyšší modul pružnosti, tým väčšia je teoretická pevnosť skla v ťahu. Oxidy jednomocných prvkov, ako je Na, K, v sklách na vlákna znižujú modul pružnosti v ťahu (týka sa to skla typu C). Oxidy dvojmocných prvkov, ako je Ca, Mg, zvyšujú modul pružnosti (podobne aj Al₂O₃ enormne zvyšuje modul pružnosti skiel), čo je prípad skla typu E.

Tu sa prejavuje zaujímavý efekt, že sklené vlákno pri pôsobení axiálnej sily nepresahujúcej pevnosť v ťahu sa po pretiahnutí a odľahčení vráti do pôvodného stavu, je teda dokonale pružné. Organické vlákna nemajú v každom prípade túto schopnosť. 

Teplotná rozťažnosť

Lineárny koeficient teplotnej rozťažnosti v teplotnom rozpätí 20 až 300 °C sa pri sklách typu E pohybuje medzi 4,8 až 5,2 . 10^-6 K^-1 a jeho priebeh je bez anomálií. Tepelná odolnosť sklených vlákien je dôležitá len pri izolačných materiáloch, ktoré môžu byť vystavené teplote 800 °C a viac.   

Druh väzby sklených tkanín

Tkaniny zo sklených vlákien môžu mať tieto druhy väzby:

• plátnová – osnovné a útkové väzné body sa pravidelne striedajú,
• keprová – rozloženie väzných bodov tvorí šikmé riadkovanie ľavého alebo pravého smeru,
• atlasová – s viacsmerným riadkovaním,
• perlinková – páry nití osnovy sa vzájomne obtáčajú, pričom medzi nimi je prehadzovaný útok (perlinková mriežka môže byť pravá, ktorá sa používa iba na špeciálne účely, alebo polovičná).

Najmä v stavebníctve sa požaduje vysoká alkalická odolnosť tkanín pri súčasnom zachovaní vynikajúcich mechanických parametrov sklených vlákien. Preto sa na povrch vlákien aplikujú povrchové úpravy:

• protialkalická úprava: butadién-styrén, styrén-akrylát, polyvinylacetát s akrylátom, akryláty;
• aplikácia na vystuženie plastov, betónov, brúsnych materiálov a pod.: vinylsilány (vhodné pre polyesterové živice), polyolefíny, metakrylsilány, aminosilány (vhodné pre epoxidové, fenolové a melaminové živice), merkaptosilány (pre kaučuky).

Výrobcovia mriežkových tkanín by mali druh úpravy označiť číslami priamo v označení.

Sklené výstužné mriežky na zateplenie

V bežnej stavebníckej praxi sa sklené vlákna vo forme mriežkových tkanín používajú najmä na:

• vonkajšie kontaktné zatepľovacie systémy,
• vystužovanie vonkajších a vnútorných omietok,
• ľahčené konštrukčné povrchy s výstužou,
• vystužovanie mramorových dosiek,
• elektrické podlahové vykurovanie.

Pri výstavbe nových domov, ale aj pri rekonštrukcii starších objektov sa na zatepľovanie často používajú kontaktné zatepľovacie systémy. Vonkajšie teplotné zmeny spôsobujú zmršťovanie omietok a pohyb izolačných dosiek zatepľovacieho systému. Na povrchových omietkach tak môžu vznikať trhliny a praskliny.

Exponované miesta na vonkajších a vnútorných omietkach, ako sú napr. rohy okenných a dverných otvorov, napojenie priečok, stien a stropov, drážky elektroinštalačných a sanitárnych rozvodov a pod., sa chránia výstužnými mriežkovými tkaninami s rôznymi veľkosťami otvorov. Ďalším rovnako vážnym dôvodom na aplikovanie mriežkových tkanín je používanie dvoch alebo viacerých druhov materiálov s rôznou rozťažnosťou, čím sa vytvorí potenciálne miesto vzniku praskliny na omietke.

Pri zariaďovaní interiérov bytov sa stále viac používajú rôzne ľahčené konštrukčné panely, ktoré sú z polystyrénu, resp. polyuretánu, obojstranne vystužené mriežkovou tkaninou. Využívajú sa na tvarovanie bočných stien vaní, sprchovacích kútov, bazénov, umývadiel a pod. V dôsledku vystuženia mriežkovou tkaninou a prilepenia špeciálnej stierky je ich povrch ideálny na lepenie obkladačiek a dlaždíc, resp. nanášanie omietky.

Vystužovanie mramorových dosiek
S modernizáciou výstavby domov a bytov sa vo veľkom začali používať rôzne mramory. Mriežkovými tkaninami sa na spevnenie podlepujú krehké mramorové dosky. Na lepenie sa používajú špeciálne polyesterové živice, ktoré rozpúšťajú špeciálnu apretáciu sklených mriežok a vytvoria sa tak pevné a spoľahlivé spoje s mramorovou tabuľou.
Vo všetkých prípadoch, kde sa používajú silikátové stierkové materiály, sa používa sklená mriežková tkanina zo skla typu E s povrchovou úpravou odolnou proti alkáliám.

Mriežkové tkaniny zo skla typu C

V poslednom období sú na európskom trhu v ponuke niektorých predajcov mriežkové tkaniny pre stavebníctvo, vyrábané na báze prechodového skla typu C z juhovýchodnej Ázie. Oproti doteraz používaným mriežkovým tkaninám v Európe sa odlišujú predovšetkým cenou. Je to dané viacerými technologickými parametrami pri výrobe, najmä nižšou taviacou teplotou, nižšou cenou vstupných surovín a pracovnej sily.

Aké sú skutočné vlastnosti sklených mriežok na báze skla typu C, by mali preukázať uskutočnené merania. Celkovo sa hodnotilo 7 vzoriek mriežok z rôznych krajín (ČR, SR, Maďarsko a Juhoslávia). Vo výbere boli vzorky ekvivalentné s výrobkami iných európskych výrobcov, a to plošnou hmotnosťou upravenej tkaniny minimálne 120, 145 a 160 g/m².

Z porovnania vzoriek v zmysle požiadaviek príslušných noriem možno konštatovať tieto zistenia:

• deklarovaná hmotnosť – nameraná plošná hmotnosť len v jednom prípade zodpovedala deklarovanej hmotnosti, v ostatných prípadoch bola o 7,5 až 10 % nižšia;
• kvalita tkáčskeho spracovania – z pohľadu rovnomernosti tkania je najmä útok veľmi nepravidelný a v širokom rozpätí a prejavuje sa rozstrapatenie útkových nití;
• pevnostné parametre – perlinka vykazuje veľké disproporcie medzi útkovou a osnovnou pevnosťou, ich pomer oproti bežným hodnotám v Európe sa odlišuje o 60 až 100 %, čo poukazuje na nedostatočnú pevnosť osnovy. Európske perlinky majú vyššie pevnosti;
• apretácia – bola nepravidelná a v nižšom množstve, ako je v Európe zaužívané, v niektorých prípadoch pri testoch apretácie vzorka napučala a prestala plniť svoj účel.

Na základe zhodnotenia výsledkov meraní možno skonštatovať, že sklené mriežky zo skla typu C majú slabšiu kvalitu spracovania a nemajú deklarovanú hmotnosť. Závažnejším problémom sú však veľké disproporcie medzi útkovými a osnovnými pevnosťami.

Novodefinované požiadavky európskych noriem na pevnosť perliniek na zateplenie – 2 000/2 000 N/5 cm – nespĺňala ani jedna vzorka sklených mriežok. Podobné výsledky skúšok sa dali očakávať aj z hore uvedených vplyvov alkálií na sklenú hmotu a nižšie pevnostné charakteristiky sklených vlákien na báze prechodového skla typu C.

Záver

Silikátové vlákna majú široké využitie v rôznych oblastiach priemyselných aplikácií. Nemalo by sa pri tom zabúdať na fyzikálno-chemické vlastnosti sklenej hmoty, z ktorej sa vlákna vyrábajú. Nadväzne hotové vlákna sa uplatňujú v rôznych odvetviach priemyslu, stavebníctvo nevynímajúc. Treba však stále pamätať na to, že jednotlivé aplikácie s ohľadom na charakter a vlastnosti okolitého prostredia musia spĺňať určité vlastnosti.

Toto sa v celom rozsahu dotýka používaných mriežkových tkanín na aplikáciu v stavebníctve aj na spevňovanie fasád pri kontaktných zatepľovacích systémoch. Nemal by platiť len aspekt nízkej ceny, ale z hľadiska dlhodobého užívania kvalitnej fasády by sa mali používať materiály, ktoré dlhodobo spĺňajú kvalitatívne požiadavky.

Text: doc. Ing. Walter Waradzin, PhD.

Autor ukončil Chemicko-technologickú fakultu STU, kde habilitoval v oblasti teórie chemickej techniky. Pôsobil v Duslo Šaľa, Plastika Nitra a od roku 1996 je konateľom spoločnosti Mage SK, s. r. o., ktorá sa v roku 2005 premenovala na HPI-SK. HPI-SK (HAUSprofi International) je súčasťou celoeurópskej spoločnosti, ktorá sa zaoberá výrobou a predajom stavebného príslušenstva pre strechy, fasády, zatepľovanie; príchytiek pre drevárske obklady, spojovacích prvkov a pod.