Mechanické kotvy firmy Koelner v zateplovacích systémech fasád a plochých střech

Při montáži zateplovacích systémů na vnější konstrukce, a. už svislé nebo vodorovné střešní, hraje klíčovou úlohu kvalita a trvanlivost kotvení izolační sestavy k podkladu. V řadě aplikací se kotvení provádí pomocí mechanických kotev (hmoždinek). Znalost a správná volba materiálu, z něhož je kotva vyrobena, rozhodují o zachování či selhání ukotvení zejména v extrémních podmínkách, za mrazu či v horku v kombinaci s větrem.

V některých případech chyby ukotvení spočívají nikoliv v nedostatečných znalostech, ale v nedbalosti. To když se k upevnění termoizolačního materiálu na plochých střechách použije kotev určených k použití při zateplování fasád. Je to velmi závažná chyba, kotvy používané k upevnění izolací na plochých střechách musí splňovat podstatně přísnější požadavky než »fasádní« kotvy.

Zdání, že silová působení, kterým jsou kotvy v obou případech vystaveny, jsou srovnatelná, je povrchní. Podle teorie i praktických zkoušek má na správnou funkci kotvy v izolaci ploché střechy největší vliv zatížení působící ve směru osy kotvy (např. sání větru, sníh, námr

aza, pohybující se osoby, atd.) ve spojení s teplotou. V průběhu práce na střeše, při pokládání lepenky k izolaci za pomoci plynového hořáku atd. dochází k zahřátí kotev, což může způsobit jejich deformaci nebo úplné zničení. Zvláště nepříznivé podmínky se pak objevují při provozu v zimním a letním období. Nízké zimní teploty mohou způsobit zmrznutí plastových kotev, které se stávají křehkými, což současně se zvýšením zátěže střechy námrazou a sněhem, případně vahou osob, vede k jejich zničení. V létě je situace zcela opačná; slunce zahřívá střechu na velmi vysokou teplotu, která může vyvolat plastickou deformaci plastové kotvy, a tím rovněž zničení kotvicího bodu. Zásadním předpokladem dobrých mechanických vlastností kotvy pro upevnění izolace na střechách je kvalita materiálu, ze kterého je kotva vyrobena.

Materiál by měl zachovávat své vlastnosti, zejména dostatečnou pevnost a tuhost, v širokém rozsahu možných klimatických teplot. V praxi, která samozřejmě ctí i ekonomické meze, těmto požadavkům více či méně vyhovují tři materiály - polyethylen, polypropylen a polyamid 6,6 známý pod obchodním označením Nylon 66. Jejich podstatné obecné vlastnosti uvádí tab. 1.

Tabulka naznačuje, že pro nejnáročnější aplikace je vhodný Nylon 66, který vyniká mechanickou pevností i při extrémních teplotách (vysokých i nízkých). Tyto vlastnosti jsou důsledkem vysokého stupně tzv. krystalinity, což je typická vlastnost pro polymery, které často mají tzv. dvoufázovou strukturu, tj. zároveň krystalickou i amorfní. Relativně vysoká krystalinita je charakteristická také pro polyethylen, což vede k jeho relativně stabilním mechanickým vlastnostem v širokém rozsahu teplot, byť na výrazně nižší úrovni: tento materiál má mnohem menší tuhost a pevnost (než Nylon). Tzv. protažení (poměrné délkové protažení před destrukcí) je pro polyethylen podle [3] 100 až 1200 %.

A do třetice - převážně amorfní struktura dalšího, čistě uhlovodíkového materiálu polypropylenu způsobuje, že při mechanickém namáhání za vyšších teplot má tendenci téci a naopak při teplotách pod teplotou tzv. skelného přechodu je velmi křehký. (Teplota skelného přechodu je teplota, pod kterou se amorfní fáze většinou chová jako křehká látka).

Při zateplení střechy běžnými izolanty, pěnovým polystyrenem nebo minerální vlnou, je třeba vzít v úvahu jejich vysokou mechanickou poddajnost. Zatížení střechy sněhem nebo ledem v zimním období způsobuje jejich často velké stlačení. Přehlédnutí této skutečnosti vede k další závažné chybě: Běžné kotvy se v takovéto situaci nemohou délkově přizpůsobit snížené vrstvě izolačního materiálu. Působící tlaková síla (bota, vrstva sněhu apod.) pak může kotvu zničit nebo protrhnout izolaci proti vlhkosti – lepenku v místech upevnění kotev. Pro tuto situaci je vhodné použít teleskopické kotvy.

Technologie pro fasády

V systému zateplování vnějších stěn je funkcí kotvy přenášení sil, které působí na elevační vrstvu, na konstrukci zdi budovy. Kotvy přenášejí svisle působící, smykové síly vyvolané hmotností izolační vrstvy a povrchových materiálů, jakož i vztlakové síly vzniklé větrem, které izolaci (a kotvy) vytrhávají. Nosnost kotvy je závislá na velikosti třecí síly mezi vnitřním povrchem otvoru a částí kotvy, která se v otvoru rozpíná. Pevnost kotvy závisí na hloubce zakotvení a zároveň na podkladu, ve které je kotva zasazena. Důležitá je volba odpovídajícího typu a délky kotvy. Při volbě je důležité brát na zřetel jak použitý termoizolační materiál, tak i druh podkladu. Pro uchycení polystyrenu do plného podkladu si můžeme vybrat mezi kotvou s plastovým nebo kovovým trnem, který má 5 cm dlouhou rozpěrnou oblast. Pro upevnění minerální vlny se vždy používá kotva se šroubovacím nebo zatloukacím kovovým trnem.
Jinak to je s upevňováním termoizolace do měkkých podkladů (plynobeton) nebo do podkladu s dutinami (děrovaná, voštinová cihla). V takovémto případě je vhodné použít kotvy s prodlouženou rozpěrnou oblastí, u nichž se hloubka zakotvení pohybuje okolo 8 - 9 cm, bez ohledu na použitý izolační materiál (polystyren, minerální vlna).

Montážní chyby při zateplování vnějších stěn

Síly, kterým jsou vystaveny izolační vrstvy kotvené k nosným obálkovým konstrukcím, byly zmíněny výše. Zejména sací síly větru strhávají izolační materiál a způsobují vnitřní praskliny ve vrstvě lepidla, což je nakonec nejčastější příčinou prasklin omítky. Použití mechanických kotev úspěšně eliminuje tyto jevy. Nejčastějšími chybami při montáži tepelně izolačních vrstev jsou:

• lepení izolačních materiálů na ze. se špatným povrchovým stavem;
• nedbalá příprava podkladu (pozůstatky staré barvy nebo omítky nepřiléhající k podkladu);
• pokračování v práci na fasádě před zaschnutím lepidla;
• zateplovaní při nevhodných atmosférických podmínkách (silný vítr, dlouhotrvající deště, nízké teploty).

Navrhování tepelně izolačního opláštění s použitím mechanických kotev V zásadě je nutno si dobře rozmyslet čtyři základní věci:

• druhy kotev;
• průměr talířků;
• druh hrotu;
• délka kotvy;
• hloubka zakotvení;
• množství kotev a jejích umístění na povrchu.

Jako jeden z lídrů v oblasti kotev pro izolaci vnějších stěn firma KOELNER se sídlem ve Wroclawi nabízí širokou škálu kotev KI vyrobených z plastu, které splňují takřka veškeré projektové a užitné požadavky. Používají se k zateplování budov za použití jak polystyrenu tak i minerální vlny, na všechny typy stěn, bez ohledu na výšku budovy. V příspěvku uvádíme dva typy kotev, KI-8 a KI-10.30

Typ KI-8 o průměru kolíku 8mm –tři typy hrotů; z plastu (označuje se např. KI-110/8), kovový zatloukaný (např. KI-110/8M) a kovový šroubový (např. KI-110/8S). Jsou určeny k upevnění polystyrenu, minerální vlny, atd. do stěn z betonu, plné cihly, kamene, atd., jestliže stačí hloubka zakotvení 5 cm. Všechny tři typy nabízíme v délkách: 110, 130, 150, 170, 190 mm.

Typ KI-10 o průměru kolíku 10 mm – čtyři varianty hrotu; z plastu (např. KI-090), kovový zatloukaný (např. KI-090M), kovový zatloukaný s plastovou hlavičkou (např. KI-140N) nebo kovový šroubový s plastovou hlavičkou (např. KI-140NS). První dvě varianty se používají stejně jako typ KI-8 a nabízejí se v délkách: 70, 90, 120, 140, 160, 180, 200 mm, u kovového zatloukaného ještě v délce 260 mm. Poslední dvě varianty se naopak používají pro uchycení izolace na stěnách z materiálů, které vyžadují větší hloubku uchycení – okolo 9 cm, a jsou to plynobeton, děrované cihly, atd. Jsou nabízeny v délkách: 140, 160, 180, 220, 260, 300 mm.

Všechny prezentované kotvy jsou zakončené talířkem o průměru 60 mm, který dokonale přitlačí polystyren ke zdi. Takováto velikost talířku je však nedostačující pro uchycení minerální vlny s nízkou hustotou. Firma KOELNER proto doporučuje zkombinovat výše představené kotvy s talířky KWL, které mají zvětšený průměr na 140 mm. Pro určení délky kotvy musíme k tloušťce izolačního materiálu přičíst ještě min. 5 cm pro kotvy používané do betonu nebo plné cihly, popřípadě min. 8 cm pro kotvy určené pro plynobeton, děrované cihly, atd. Počet a rozmístění kotev je nejvýznamnějším faktorem, který má vliv na trvanlivost a bezpečnou exploataci fasády. Již v technickém projektu by měl být uveden předpokládaný počet použitých kotev, popřípadě by tento údaj měl uvést dodavatel systému, a neměl by být menší než 4ks/m². Podle výzkumů nejsou odtrhávající síly rovnoměrně rozloženy po povrchu izolační vrstvy, ale největších hodnot dosahují v okrajových zónách, proto by se zde měl použít větší počet kotev. Okrajová zóna se vypočítá na základě délky nejužší stěny budovy (např. štítu). Šířka tohoto okraje je stanovena 1/8 této délky a přitom by neměla být menší než 1 m a větší než 2 m. Počet kotev použitých v této okrajové zóně naroste minimálně o 20% a maximálně o 50%. Dále je tento počet (také typ a rozměr) závislý na výšce stěny a na použitém materiálu k zateplení. Dále v tab. 2 je znázorněno množství odvozené od použitého systému a výšce stěny, nicméně ve zvláštních případech je nutné domluvit se s dodavatelem systému o rozmístění a počtu použitých kotev.

Mechanické připevnění izolačních desek se musí provádět až po jejich důkladném přilepení a to po době, která je stanovena dodavatelem systému nebo výrobcem lepidla (mělo by uplynout minimálně 24 hodin). Technologie plochých střech Ve střešních systémech se mechanické kotvy používají k uchycení termoizolace (polystyrénové desky nebo minerální vlna uchycené do betonu nebo plechu) pod fólií nebo lepenkou. Podle rozdílných materiálů dělíme kotvy na teleskopické a pevné. Podstatou bezpečné a dlouhodobé funkce střechy je správný výběr kotev a jejich montáž.

Na kvalitu provedení mají vliv následující faktory:

a) správný výpočet počtu kotev

Příliš malý počet může být nebezpečný v souvislosti se silami větru (kdy odtrhávající síly jsou větší než kotevní síly), příliš velký počet zase zbytečně zasahuje do rozpočtu a také použití pevných kotev (POW + WB) zvyšuje výskyt tepelných mostů. Optimální počet kotev vypočítáme pomocí norem větru DIN 1055, ČSN 730035 současně s umístěním na střeše a to:

Pouze orientačně:

• v rohové zóně – 9 ks/m²,
• v postraní zóně – 6 ks/m²,
• ve střední zóně – 3 ks/m².

Okrajová zóna je velká 1/8 šířky střechy; není však menší než 1m a větší než 4 m.

b) správný výpočet délky kotvy

U pevných kotev nebo celková délka (i zasunutých částí) u teleskopických kotev. Správný výpočet má vliv na správnou funkci spoje, příznivě ovlivní případný vznik tepelných mostů a také umožňuje stanovit správnou cenu kotvy.

c) volba vhodného nářadí k práci

• nastavení hlavy šroubováku,
  
• správný výběr koncovek,
  
• v případě použití montážního automatu správné zaškolení výrobcem.

d) správný postup provádění

Při nahřívání lepenky nebo jiné střešní krytiny je nutné dávat pozor, aby nebyla kotva vystavena teplu na více než pár sekund.

e) stupeň zatěžování střechy

Firma realizující montáž nebo opravy je povinna informovat uživatele domu o nevhodnosti chůze po střeše, jestliže teplota vzduchu je nižší než –5 ^oC nebo vyšší než +50 ^oC. Pro použití na plochých střechách vyhovují nejvíce teleskopické kotvy, jež se skládající ze dvou elementů;
plastového teleskopu a železného závitu, jako podloží je použit trapézový plech. Jestliže se kotví do betonu, pak výše zmíněné prvky se kombinují ještě s rozpěrným kolíkem. KOELNER nabízí dvě varianty těchto kotev: GOK nebo GOW. Jsou vyrobeny z nehořlavého polyamidu (Nylonu) odolného proti úderům i výkyvům teploty od –40 ^oC do + 140 ^oC. Liší se druhem hlavice a také škálou nabízených délek. GOW – kulatá hlavice o průměru 50 mm, délky: 45, 65 a 85 mm, GOK – oválná hlavice 40 × 75 mm, délky: 85, 105, 135, 155, 185, 235 a 285 mm. Oválný tvar hlavice umožňuje kontakt větší plochy hlavice s lepenkou, aniž by se musel zvětšovat průměr hlavice, který by vedl k navýšení vrstvy lepenky. Podle materiálu, který je jako podklad pro kotvy z kompletů GOK i GOW, použijeme vruty WX nebo WO s povlakem RoofPro (odolnost proti korozi min. 15 cyklů Kesternicha), a také hmoždinku KO8L060. Vruty používáme na trapézové plechy, vrut WX pro tloušťku plechu do 2,5 mm a vrut WO pro tloušťku do 0,9 mm. Pro uchycení izolace na beton použijeme kotvy GOW a GOK spolu s vrutem WO nebo hmoždinku KO8L060.

Důležitý je taktéž výběr vhodných částí spoje. Délku kotvy lze vypočítat pomocí vzorců:

pro plech: G + 35 ÷ 45 mm = Lk + Lv > G;
G je tloušťka izolace, Lk je délka teleskopu (ideální délka je o 2 ÷ 3 cm menší než tloušťka izolace), Lv je délka vrutu. pro beton: G + 75 ÷ 85 mm = Lk + Lv > G; G je tloušťka izolace, Lk je délka teleskopu (ideální délka je o 2 ÷ 3 cm menší než tloušťka izolace), Lv je délka vrutu.

Zkoušky v autorizovaných zkušebnách potvrdily vysokou kvalitu uchycení našimi výrobky. Odolnost proti vytržení je následující:

• trapézový plech 0,75 mm - 1200 N;
• trapézový plech 1,00 mm – 2000 N;
• trapézový plech 1,25 mm – 2600 N;
• beton B-15 - 2420 N.

Firma KOELNER, aby ujistila všechny své zákazníky, garantuje spolehlivost všech svých výrobků, a zároveň uzavřela u pojišťovny Allianz smlouvu o civilní odpovědnosti do výše 4 000 000 Euro. Tato pojistka zaručuje výplatu odškodnění v případě, že škody způsobí eventuální vada našich střešních upevnění.

Literatura:

[1] Černoch Svatopluk: Strojně technická příručka, SNTL Praha 1959
[2] Julák Alois, Štulík Karel, Vohlídal Jiří: Chemické a analytické tabulky. Grada Publishing, Praha 1999.
[3] Rubin, Irwin I. (Robinson Plastics Corporation): Handbook of Plastics Material and Technology, NEW YORK/CHICHESTER/BRISBANE/TORONTO/SINGAPORE, 1990

1) Mgr. Waldemar Cichowski, ředitel a jednatel společnosti Koelner CZ s.r.o.
2) Filip Mucha, jednatel společnosti Koelner CZ s.r.o.