Tepelněizolační omítky k zateplování a sanaci stavebních konstrukcí

Na rekonstrukci a sanaci obvodových plášťů stavebních konstrukcí se kladou stále vyšší nároky, které souvisejí s tepelněizolačními vlastnostmi použitých materiálů. Jde především o budovy zatížené zvýšenou vlhkostí. V těchto případech je třeba použít hlavně materiály s vysokou otevřenou pórovitostí, nízkou hodnotou součinitele tepelné vodivosti a s dobrými mechanickými vlastnostmi.

Mezi vhodné materiály patří lehké tepelněizolační omítky s obsahem lehkého kameniva na bázi expandovaného obsidiánu, stejně jako tepelněizolační omítky s využitím alternativních surovinových zdrojů, jako jsou metakaolin a jemně mletý elektrárenský popílek. Použitím metakaolinu jako náhrady za cement v lehkých tepelněizolačních omítkách na bázi lehkého kameniva a vápenného hydrátu lze dosáhnout výrazného zlepšení mechanických vlastností při zachování velmi dobrých tepelněizolačních vlastností. Nevýhodou metakaolinu je však jeho velmi vysoká cena, která je výrazně vyšší než cena cementu. Lacinější hydraulické, respektive latentní hydraulické pojivo představuje jemně mletý elektrárenský popílek. V kombinaci s vápenným hydrátem vykazuje srovnatelné vlastnosti jako metakaolin, ale jeho nákupní cena je podstatně nižší.

V případě omítkových směsí určených k sanaci by se měl klást důraz na dosažení optimálního poměru mezi tepelněizolačními a mechanickými vlastnostmi.

Zkušební receptura a zkušební vzorky
Mezi klíčové parametry vyvíjených materiálů patřily požadavek na maximální hodnotu součinitele tepelné vodivosti ve vysušeném stavu l_{10, dry, max} = 0,08 W/(m . K) a požadavek na minimální pevnost v tlaku
f_c, min = 0,5 N/mm². Zároveň byl kladen požadavek na objemovou hmotnost vyvíjeného materiálu, která se měla pohybovat v rozpětí od 250 do 500 kg/m³, přičemž materiál měla charakterizovat vysoká otevřená pórovitost. Při vývoji tepelněizolačních omítek s využitím metakaolinu a jemně mletého elektrárenského popílku bylo testováno šest zkušebních receptur. Základ všech zkušebních směsí tvořilo lehké pórovité kamenivo na bázi expandovaného obsidiánu a vápenný hydrát. Množství hydraulického, respektive latentně hydraulického pojiva činilo 50 kg na 1 m³ směsi.

Při návrhu jednotlivých zkušebních receptur se dbalo na to, aby bylo možné sledovat vliv druhu a množství použitého pojiva na výsledné vlastnosti výsledného materiálu v ztvrdnutém stavu. Voda se do každé směsi dávkovala individuálně a tak, aby bylo dosaženo konzistence rozlití 140 až 150 mm v souladu s STN EN 1015-3: 2004 (Metody zkoušení malt na zdění. Část 3:

Stanovené konzistence čerstvé malty pomocí rozlévacího stolku). Složení jednotlivých receptur včetně dávkování částkových složek vidíme v tab. 1, kde se uvádí složení směsi na 1 m³. V tab. 1 se zároveň nachází přehled použitých surovin na výrobu jednotlivých zkušebních směsí.

Výroba zkušebních vzorků pro stanovení sledovaných parametrů byla realizována pomocí míchačky Filamos M50 s nuceným oběhem. Celkový objem zkušební směsi byl volen optimálně k použitému typu míchačky a činil 15 litrů. Ve všech případech byly bezprostředně po namíchání stanoveny vlastnosti čerstvé maltové směsi.

Ze zkušebních směsí byla připravena zkušební tělesa v těchto tvarech:

• kvádr: 40 × 40 × 160 mm – pro stanovení mechanických vlastností, objemové hmotnosti, součinitele tepelné vodivosti a koeficientu kapilární absorpce,
• deska: 300 × 300 × 50 mm – pro stanovení součinitele tepelné vodivosti v ustáleném stavu.

Výsledky měření
Na zkušebních vzorcích bylo vykonáno stanovení fyzikálních a reologických vlastností v čerstvém stavu. Výsledky měření jsou uvedeny v tab. 2.

Z hodnot uvedených v tab. 2 je zřejmé, že v případě směsi 4 (vzhledem k vyššímu měrnému povrchu metakaolinu) je třeba použít větší množství záměsové vody k dosažení téže konzistence jako v případě ostatních vzorků, u nichž byl použit cement, popílek nebo kombinace popílku a metakaolinu.

Dále byly stanoveny fyzikální a mechanické vlastnosti vzorků ve ztvrdnutém stavu. Byla stanovena objemová hmotnost, pevnost v tlaku a pevnost v tahu za ohybu, koeficient kapilární absorpce vody a součinitel tepelné vodivosti (vzorek ve vysušeném stavu při teplotě +10 °C a teplotním spádu 10 K).

Výsledky měření realizovaných na vzorcích ve ztvrdnutém stavu jsou uvedeny v tab. 3.

Jak můžeme vidět z naměřených hodnot, zkušební směsi vykazovaly při shodném množství použitého hydraulického/latentně hydraulického pojiva výrazně rozdílné mechanické vlastnosti. Nejlepší vlastnosti vykazoval vzorek, v jehož případě byl použit metakaolin a popílek, a to v poměru
75 : 25. Nejhorší vlastnosti vykazoval vzorek č. 6 s přidáním portlandského cementu.

Naměřené hodnoty byly vyhodnoceny a zároveň se ověřily závislosti tepelněizolačních vlastností od objemové hmotnosti a množství podílu jednotlivých druhů pojiv. Mezi objemovou hmotností a součinitelem tepelné vodivosti byla zjištěna slabá korelace (koeficient korelace 0,62), přičemž se zvyšující se objemovou hmotností se zvyšovala i hodnota součinitele tepelné vodivosti (obr. 1).

Obr. 1  Graf závislosti tepelné vodivosti na objemové hmotnosti (ve vysušeném stavu)

Obr. 2  Graf závislosti mechanických vlastností na objemové hmotnosti

Ověřovala se i závislost pevnosti v tlaku po 28 dnech od objemové hmotnosti. Na obr. 2 můžeme vidět závislost pevnosti v tlaku na množství pojiva (odděleně u jednotlivých druhů pojiv). V daném případě se však mezi těmito vlastnostmi neprokázala žádná korelace. Pro srovnání vlastností jednotlivých receptur byl zvolen poměr tepelněizolačních a mechanických vlastností c_fc/l (s . K/mm²). Vypočítané hodnoty poměru mechanických a tepelněizolačních vlastností jsou uvedeny v tab. 4.

Z hlediska tepelněizolačních a mechanických vlastností se jako nejlepší receptura jeví směs č. 3, v jejímž případě byl použit metakaolin a popílek v poměru 72 : 25.

Závěr
Na základě vykonaných měření bylo zjištěno, že lehké omítkové směsi na bázi lehkého kameniva z obsidiánu a vápenného hydrátu vykazují velmi dobrý poměr tepelněizolačních a mechanických vlastností – hlavně v případě použití metakaolinu nebo elektrárenského popílku (případně při jejich kombinaci) jako pojiva.

V případě použití elektrárenského popílku se prokázalo, že představuje vhodnou alternativu za metakaolin. Nejvhodnější se jeví částková náhrada metakaolinu popílkem v poměru 75 : 25.

Na závěr lze konstatovat, že vyvinuté materiály vykazují velmi dobré užitkové vlastnosti, které je předurčují k použití v oblasti sanace historických staveb. Vyvíjené materiály nebyly vnitřně hydrofobizovány, což dokazují i naměřené hodnoty koeficientu kapilární absorpce (tab. 3). Pokud by se tyto omítky měly použít jako sanační, v souladu se specifikací směrnice WTA by se kapilární aktivita musela snížit vhodnými hydrofobizéry a zároveň použít vyšší množství pojiva. Díky tomu by se dosáhlo požadované pevnosti v tlaku 1,5 N/mm².

Vzhledem k vysoké otevřené pórovitosti a nízké objemové hmotnosti mají vyvinuté materiály bez dalších úprav potenciál v oblasti sanace a zateplování konstrukcí, a to v případě jejich nižšího zatížení vlhkostí.

Tento výsledek byl získán za finanční podpory projektu MPO FR-TI1/253.

TEXT: Ing. Jiří Zach, Ph.D., prof. Ing. Rudolf Hela, CSc., Ing. Jitka Hroudová, Ing. Martin Sedlmajer
GRAFY: autoři

Ing. Jiří Zach, Ph.D., působí jako odborný asistent v Ústavu technologie stavebních materiálů a dílců Stavební fakulty VUT v Brně.

Prof. Ing. Rudolf Hela, CSc., působí jako vedoucí v Ústavu technologie stavebních materiálů a dílců Stavební fakulty VUT v Brně.

Ing. Jitka Hroudová působí jako doktorandka v Ústavu technologie stavebních materiálů a dílců Stavební fakulty VUT v Brně.

Ing. Martin Sedlmajer, Ph.D., působí jako odborný asistent v Ústavu technologie stavebních materiálů a dílců Stavební fakulty VUT v Brně.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.