Tepelnoizolačné omietky na zatepľovanie a sanáciu

Na rekonštrukciu a sanáciu obvodových plášťov stavebných konštrukcií sa kladú čoraz vyššie nároky, ktoré súvisia s tepelnoizolačnými vlastnosťami použitých materiálov. Ide predovšetkým o budovy zaťažené zvýšenou vlhkosťou. V týchto prípadoch treba použiť najmä materiály s vysokou otvorenou pórovitosťou, nízkou hodnotou súčiniteľa tepelnej vodivosti a s dobrými mechanickými vlastnosťami.

Medzi vhodné materiály patria ľahké tepelnoizolačné omietky s obsahom ľahkého kameniva na báze expandovaného obsi­diánu, ako aj tepelnoizolačné omietky s využitím alternatívnych surovinových zdrojov, ako sú metakaolín a jemne mletý elektrárenský popolček. Použitím metakaolínu ako náhrady za cement v ľahkých tepelnoizolačných omietkach na báze ľahkého kameniva a vápenného hydrátu možno dosiahnuť výrazné zlepšenie mechanických vlastností pri zachovaní veľmi dobrých tepelnoizolačných vlastností. Nevýhodou metakaolínu je však jeho veľmi vysoká cena, ktorá je výrazne vyššia ako cena cementu. Lacnejšie hydraulické, respektíve latentne hydraulické spojivo predstavuje jemne mletý elektrárenský popolček. V kombinácii s vápenným hydrátom vykazuje porovnateľné vlastnosti ako metakaolín, ale jeho nákupná cena je podstatne nižšia.

V prípade omietkových zmesí určených na sanáciu by sa mal klásť dôraz na dosiahnutie optimálneho pomeru medzi tepelnoizolačnými a mechanickými vlastnosťami.

Skúšobná receptúra a skúšobné vzorky
Medzi kľúčové parametre vyvíjaných materiálov patrili požiadavka na maximálnu hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti vo vysušenom stave λ_{10, dry, max} = 0,08 W/(m . K) a požiadavka na minimálnu pevnosť v tlaku fc, min = 0,5 N/mm². Zároveň sa kládla požiadavka na objemovú hmotnosť vyvíjaného materiálu, ktorá sa mala pohybovať v rozpätí od 250 do 500 kg/m³, pričom materiál mala charakterizovať vysoká otvorená pórovitosť. Pri vývoji tepelnoizolačných omietok s využitím metakaolínu a jemne mletého elektrárenského popolčeka sa testovalo šesť skúšobných receptúr. Základ všetkých skúšobných zmesí tvorilo ľahké pórovité kamenivo na báze expandovaného obsidiánu a vápenný hydrát. Množstvo hydraulického, respektíve latentne hydraulického spojiva bolo 50 kg na 1 m³ zmesi.

Pri návrhu jednotlivých skúšobných receptúr sa dbalo na to, aby bolo možné sledovať vplyv druhu a množstva použitého spojiva na výsledné vlastnosti výsledného materiálu v zatvrdnutom stave. Voda sa do každej zmesi dávkovala individuálne a tak, aby sa dosiahla konzistencia rozliatia 140 až 150 mm v súlade s STN EN 1015-3: 2004 (Metódy skúšania mált na murovanie. Časť 3: Stanovenie konzistencie čerstvej malty pomocou rozlievacieho stolíka). Zloženie jednotlivých receptúr vrátane dávkovania čiastkových zložiek vidieť v tab. 1, kde sa uvádza zloženie zmesi na 1 m³. V tab. 1 sa zároveň nachádza prehľad surovín použitých na výrobu jednotlivých skúšobných zmesí.

Výroba skúšobných vzoriek na stanovenie sledovaných parametrov sa realizovala pomocou miešačky Filamos M50 s núteným obehom. Celkový objem skúšobnej zmesi sa volil optimálne k použitému typu miešačky a činil 15 litrov. Vo všetkých prípadoch sa bezprostredne po namiešaní stanovili vlastnosti čerstvej maltovej zmesi.

• Zo skúšobných zmesí sa pripravili skúšobné telesá v týchto tvaroch:kváder: 40 × 40 × 160 mm – na stanovenie mechanických vlastností, objemovej hmotnosti, súčiniteľa tepelnej vodivosti a koeficientu kapilárnej absorpcie,
• doska: 300 × 300 × 50 mm – na stanovenie súčiniteľa tepelnej vodivosti v ustálenom stave.

Výsledky merania
Na skúšobných vzorkách sa vykonalo stanovanie fyzikálnych a reologických vlastností v čerstvom stave. Výsledky meraní sú uvedené v tab. 2.

Z hodnôt uvedených v tab. 2 je zrejmé, že v prípade zmesi 4 (vzhľadom na vyšší merný povrch metakaolínu) treba použiť väčšie množstvo zámesovej vody na dosiahnutie rovnakej konzistencie ako v prípade ostatných vzoriek, pri ktorých sa použil cement, popolček alebo kombinácia popolčeka a metakaolínu.

Ďalej sa stanovili fyzikálne a mechanické vlastnosti vzoriek v zatvrdnutom stave. Stanovila sa objemová hmotnosť, pevnosť v tlaku a pevnosť v ťahu pri ohybe, koeficient kapilárnej absorpcie vody a súčiniteľ tepelnej vodivosti (vzorka vo vysušenom stave pri teplote +10 °C a teplotnom spáde 10 K).

Výsledky meraní realizovaných na vzorkách v zatvrdnutom stave sú uvedené v tab. 3.

Ako vidieť z nameraných hodnôt, skúšobné zmesi vykazovali pri zhodnom množstve použitého hydraulického, respektíve latentne hydraulického spojiva výrazne rozdielne mechanické vlastnosti. Najlepšie vlastnosti vykazovala vzorka, v prípade ktorej sa použil metakaolín a popolček, a to v pomere 75 : 25. Najhoršie vlastnosti vykazovala vzorka č. 6 s pridaním portlandského cementu.

Namerané hodnoty sa vyhodnotili a zároveň sa overili závislosti tepelnoizolačných vlastností od objemovej hmotnosti a množstva podielu jednotlivých druhov spojív. Medzi objemovou hmotnosťou a súčiniteľom tepelnej vodivosti sa zistila slabá korelácia (koeficient korelácie 0,62), pričom so zvyšujúcou sa objemovou hmotnosťou sa zvyšovala aj hodnota súčiniteľa tepelnej vodivosti (obr. 1).

Obr. 1 Graf závislosti tepelnej vodivosti od objemovej hmotnosti (vo vysušenom stave)

Overovala sa aj závislosť pevnosti v tlaku po 28 dňoch od objemovej hmotnosti. Na obr. 2 vidieť závislosť pevnosti v tlaku od množstva spojiva (oddelene pri jednotlivých druhoch spojív). V danom prípade sa však medzi týmito vlastnosťami nepreukázala nijaká korelácia.

Obr. 2 Graf závislosti mechanických vlastností od objemovej hmotnosti

Na porovnanie vlastností jednotlivých receptúr sa zvolil pomer tepelnoizolačných a mechanických vlastností cfc/λ (s . K)/mm². Vypočítané hodnoty pomeru mechanických a tepelnoizolačných vlastností sú uvedené v tab. 4.

Z hľadiska tepelnoizolačných a mechanických vlastností sa ako najlepšia receptúra javí zmes č. 3, v prípade ktorej sa použil metakaolín a popolček v pomere 72 : 25.

Záver
Na základe vykonaných meraní sa zistilo, že ľahké omietkové zmesi na báze ľahkého kameniva z obsidiánu a vápenného hydrátu vykazujú veľmi dobrý pomer tepelnoizolačných a mechanických vlastností – najmä v prípade použitia metakaolínu alebo elektrárenského popolčeka (prípadne pri ich kombinácii) ako spojiva.
V prípade použitia elektrárenského popolčeka sa preukázalo, že predstavuje vhodnú alternatívu za metakaolín. Najvhodnejšia sa javí čiastková náhrada metakaolínu popolčekom v pomere 75 : 25.

Na záver možno konštatovať, že vyvinuté materiály vykazujú veľmi dobré úžitkové vlastnosti, ktoré ich predurčujú na použitie v oblasti sanácie historických stavieb. Vyvíjané materiály neboli vnútorne hydrofobizované, čo dokazujú aj namerané hodnoty koeficientu kapilárnej absorpcie (tab. 3). Ak by sa tieto omietky mali použiť ako sanačné, v súlade so špecifikáciou smernice WTA by sa kapilárna aktivita musela znížiť vhodnými hydrofobizérmi a zároveň použiť vyššie množstvo spojiva. Vďaka tomu by sa dosiahla požadovaná pevnosť v tlaku 1,5 N/mm².

Vzhľadom na vysokú otvorenú pórovitosť a nízku objemovú hmotnosť majú vyvinuté materiály bez ďalších úprav potenciál v oblasti sanácie a zatepľovania konštrukcií, a to v prípade ich nižšieho zaťaženia vlhkosťou.

Tento výsledok sa získal s finančnou podporou projektu MPO FR-TI1/253.

TEXT: Ing. Jiří Zach, PhD., prof. Ing. Rudolf Hela, CSc., Ing. Jitka Hroudová, Ing. Martin Sedlmajer
GRAFY: autori

Ing. Jiří Zach, PhD., pôsobí ako odborný asistent v Ústave technológie stavebných materiálov a dielcov Stavebnej fakulty VUT v Brne.

Prof. Ing. Rudolf Hela, CSc., pôsobí ako vedúci odboru stavebno materiálového inžinierstva v Ústave technológie stavebných materiálov a dielcov Stavebnej fakulty VUT v Brne.

Ing. Jitka Hroudová pôsobí ako doktorandka v Ústave technológie stavebných materiálov a dielcov Stavebnej fakulty VUT v Brne.

Ing. Martin Sedlmajer, PhD., pôsobí ako odborný asistent v Ústave technológie stavebných materiálov a dielcov Stavebnej fakulty VUT v Brne.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.