Chemické kotvy

Rozhodujúcimi faktormi z hľadiska voľby konkrétneho typu chemického kotvenia sú požadované výsledné únosnosti, rýchlosť tuhnutia, aplikačné teploty a hĺbka kotvenia. Ďalším faktorom je, samozrejme, ekonomickosť konkrétneho systému, na ktorú má vplyv spotreba chemickej kotviacej malty na jednotku kotvenia a rýchlosť aplikácie, prípadne manipulácie so systémom. Chemické malty sa môžu aplikovať špeciálnymi aplikačnými pištoľami (napr. v prípade viacpiestových kartuší). Jednotliví výrobcovia ponúkajú rôzne aplikačné zariadenia, ktoré sa môžu líšiť aj pri jednotlivých typoch balení chemických kotviacich mált. Na trhu sú však aj produkty, ktoré špeciálne aplikačné náradie nevyžadujú a možno nimi kotviť aj pomocou univerzálnych pištolí na tmelenie. Pri aplikácii chemických kotviacich hmôt sa musí použiť ochranné oblečenie, pri práci treba dobre vetrať priestor a udržiavať čistotu.

Polyesterové lepidlá charakterizuje vysoká rýchlosť tuhnutia (pri 20 °C približne 50 minút) a schopnosť zreagovať aj pri nízkych teplotách do –10 °C. Z hľadiska podkladu, do ktorého sa môžu aplikovať, sú univerzálne. Využívajú sa na kotvenie do betónu, tehlového muriva i kameňa. V niektorých prípadoch sa dajú uplatniť aj pri kotvení do dutých tvárnic a tehál. V tomto prípade však treba pred zakotvením vsunúť do navŕtaného otvoru perforované plastové alebo kovové puzdrá. Sú vhodné pri nižších a stredných zaťaženiach.

Epoxiakrylátové hybridné lepidlá majú vysokú rýchlosť tuhnutia (pri 20 °C približne 50 minút). Sú určené pre stredné a vyššie zaťaženia, najmä v prípade náročných aplikácií. Umožňujú kotvenie do betónu, kameňa alebo tehlového muriva.

Epoxidové kotviace lepidlá sa používajú pri vysokých zaťaženiach. Umožňujú kotvenie do otvorov s väčším rozdielom priemerov vŕtaného otvoru a kotvených prvkov. Vykazujú minimálne objemové zmrašťovanie. Výhodou je tiež kotvenie do vlhkých podkladov alebo vlepovanie do drevených konštrukcií.

Hlavným kritériom pri navrhovaní chemického kotvenia do betónu je typ zaťaženia, ktoré bude kotvenie prenášať, a potenciál na vznik trhlín v betóne v blízkosti kotvenia. Existuje vysoká pravdepodobnosť vzniku trhlín, ak sa kotvenie realizuje v ťahovej zóne betónového prvku. Únosnosť kotvenia úzko súvisí s pevnosťou podkladu, do ktorého kotvíme. Prasknutá betónová konštrukcia má nižšiu únosnosť, ktorú ešte značne ovplyvňuje aj samotný typ kotvenia a šírka prasklín. Taktiež únosnosť v ťahu alebo šmyku samotného kotveného oceľového prvku má rovnako dôležitý vplyv na celkovú únosnosť kotvenia.

Kotvenie je medzičlánkom, ktorý zabezpečuje spojenie medzi rozdielnymi samostatnými konštrukčnými systémami. Osové zaťaženie, moment a šmykové zaťaženie, ktoré pôsobí na spoj, sú presne zadefinované a musia sa kotvením preniesť, keďže zvyčajne neexistuje alternatívny spôsob prenosu týchto síl v konštrukcii. Preto je veľmi dôležité, aby stavbyvedúci, resp. majster chápal účel navrhnutého kotevného systému. To by malo zabezpečiť, že pod jeho dozorom sa bude kotvenie z funkčného hľadiska realizovať tak, ako bolo navrhnuté. S tým súvisí použitie správneho systému, navrhovaných rozmerov a materiálu a taktiež ich správne osadenie.

Schopnosť chemického kotviaceho lepidla zabezpečiť prenos síl v kotviacom systéme v zmysle navrhovaného spôsobu porušenia môže byť overená testovaním. Samozrejme, treba si uvedomiť, že na výsledok testu majú okrem lepidla vplyv aj ďalšie spolupôsobiace faktory, ako vlastnosti kotveného oceľového prvku, podkladového materiálu, vzdialenosti od okrajov konštrukcie, rozmery a hĺbka kotvenia, praskliny betónu, podmienky zaťažovania a vplyv okolia (teplota, vlhkosť, chemické zaťaženie). Kotviace lepidlo musí splniť relevantné kvalitatívne štandardy. To, či kotviaci systém v podklade dosiahne plné hodnoty pevnosti v ťahu, závisí prevažne od pevnosti lepeného spoja. Samotnú pevnosť lepeného spoja môžu výrazne ovplyvniť podmienky pri inštalovaní kotvy (čistota otvoru), vlhkosť betónu alebo voda v otvore pri inštalácii, teplota a samotný proces vŕtania.

Najmä na zvislé kotvenie nad hlavou (ale aj na kotvenie do vodorovných otvorov) sa používajú tixotrópne lepidlá, lebo nevyžadujú žiadne opatrenia na zabránenie úniku kotviacej hmoty z otvorov. Tieto lepidlá musia umožňovať vlastnú aplikáciu tak, aby sa nanášali do otvoru od jeho konca smerom von. Tak sa v lepenom spoji zabráni vzniku vzduchových medzier, ktoré zmenšujú kontaktnú plochu, a tým nepriaznivo oslabujú kotvený spoj. Tekuté lepidlá vyžadujú v porovnaní s pastovitými lepidlami menej času na aplikáciu a sú menej náchylné na zachytenie vzduchových bublín v lepenom spoji. Na kotvenie do zvislých otvorov nad hlavou ich však nemožno použiť. 

Väčšina lepidiel sa počas tuhnutia zmrašťuje. Hlavný vplyv na tento proces má chemická báza polymérového systému použitého pri kotviacom lepidle. Objemové zmraštenie, ak porovnáme objem nestuhnutého s úplne stuhnutým lepidlom, sa môže líšiť od 2 % pri epoxidových lepidlách s plnivami až po 20 % pri niektorých polyesterových systémoch. Zmrašťovanie nepriaznivo pôsobí na dobrú priľnavosť lepidla. Zmenšuje kontakt medzi lepidlom samotným a podkladom, ktorý je nevyhnutný na vytvorenie dostatočnej mechanickej väzby medzi lepidlom a povrchom podkladu. Preto je dôležité dodržať odporúčania ohľadom maximálneho rozdielu medzi priemerom vŕtaného otvoru a priemerom použitého kotveného prvku. Za každých okolností treba dosiahnuť čo najmenší rozdiel v priemeroch otvoru v podklade a kotveného prvku. Priemery vŕtaných otvorov sa môžu líšiť od priemerov tyče v rozpätí 1,0 až 2,0 mm bez výrazného vplyvu na výslednú únosnosť kotviaceho systému. Niektoré typy kotviacich lepidiel, konkrétne lepidlá na báze epoxidových živíc, umožňujú vďaka minimálnej miere zmrašťovania svojho objemu zakotviť prvky aj do otvorov s väčším priemerom.

Aby oceľová kotva dosiahla plnú únosnosť, musí byť osadená podľa odporúčaní výrobcu o kotevnej hĺbke, čím sa zároveň predíde porušeniu betónu. U každého produktu treba vychádzať z presne stanovených hodnôt minimálnej hĺbky kotvenia a tak isto z tabuliek alebo výpočtov určujúcich únosnosť zakotvenej tyče pre konkrétne použité hĺbky otvorov.

Rozstupy kotiev by mali umožňovať osadenie dostatočného množstva kotiev tak, aby sa dalo preniesť požadované zaťaženie medzi spájanými konštrukciami a zároveň aby nevzniklo nadmerné napätie v betóne medzi jednotlivými kotvami. Hodnota minimálneho rozstupu a správne rozmiestnenie kotiev tiež pomáhajú predchádzať poškodeniu betónu počas samotného vŕtania otvorov.

Čas spracovania sa môže líšiť od približne 2 minút až do 8 hodín, a to v závislosti od typu chemického kotviaceho lepidla. Všeobecne platí, že čím je dlhší čas spracovania lepidla, tým dlhšia je aj čas jeho úplného zatuhnutia. Automatické miešacie a dávkovacie systémy, ktoré v súčasnosti pri kotviacich lepidlách existujú, však podstatne uľahčujú ich spracovanie i aplikáciu. Čas spracovania výrazne ovplyvňuje teplota balenia lepidla, teplota okolia, ako aj teplota podkladu, do ktorého sa kotví. Vyššie teploty čas spracovania skracujú, nízke teploty ju, naopak, predlžujú. Pri reakcii po premiešaní dvojzložkového kotviaceho lepidla vzniká teplo – polymerizácia je exotermická. Nanesením lepidla do otvoru v podklade ihneď po zamiešaní zložiek sa čas spracovania predĺži, pretože väčšina vzniknutého tepla sa rozptýli v podklade bez toho, aby sa ďalej zvyšovala teplota lepidla.

Bežným problémom pri aplikácii je kríženie kotvy s výstužou v betóne. V súčasnosti existuje niekoľko spôsobov na určenie prítomnosti výstuže, vďaka ktorým sa dá takémuto problému predísť. Niekedy sa  však prítomnosť výstuže jednoducho zistí pri vŕtaní otvoru, keď vrták narazí na prút. Ak je to možné, kotvenie treba presunúť na nové miesto, kde ku kríženiu s výstužou nebude dochádzať.

Očistenie vyvŕtaného otvoru pred kotvením chemickou maltou má výrazný vplyv na fungovanie zakotveného prvku a jeho maximálnu únosnosť. Vplyvom zlého a nedostatočného očistenia otvoru pred kotvením sa únosnosť môže znížiť približne o 20 %, v niektorých prípadoch však až o 50 %. Toto zníženie je čiastočne závislé od typu použitého kotviaceho lepidla, ale aj od ďalších prvkov systému. Z tohto dôvodu je veľmi dôležité očistiť otvor správne a dôkladne, pretože „jedným vyfúknutím“ sa zo stien vŕtaného otvoru všetky nečistoty neodstránia. Čistenie otvorov vo vlhkom betóne je zvlášť dôležité, pretože uvoľnené čiastočky sa rýchlo lepia na steny otvoru.

Chemická odolnosť lepidiel je väčšinou dobrá, zo spomínaných lepiacich hmôt sú v tomto smere najodolnejšie epoxidové kotviace systémy. Odolnosť používaných, už osadených chemických kotviacich systémov proti vode závisí od miery vystavenia lepidla pôsobeniu vody, či už cez podklad, alebo cez horný okraj lepeného spoja. Inak majú lepidlá používané na chemické kotvenie zväčša dobre odolné proti pôsobeniu vody.