opravné prostředky ze zákona 406, když nelze povinnosti splnit
principy referenčních hodnot
kombinace zdrojů a systémů, regulace a monitoring
argumentace pro opatření
registrace
Energetická náročnost budov od 2022
prezenčně středa 1.12.2021
Praha
registrace
Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
TZB studio
zobrazit program

Stanovení smykových vlastností tepelněizolačních výrobků pro ETICS

Příspěvek pojednává o výsledcích zkoušek smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW s podélným vláknem tloušťky 200 mm a větší podle ČSN EN 13162+A1, dokladuje závažné nedostatky ve zkušebním postupu podle stávající ČSN EN 12090 včetně příčin a navrhuje cestu vedoucí k jejich řešení.

1. Úvod

Mezi odbornou veřejností se již delší dobu diskutuje o skutečné úrovni smykových vlastností desek na bázi MW o tloušťkách nad 100 mm, používaných ve vnějších tepelněizolačních kompozitních systémech (ETICS). Tuto diskusi vyvolává celá řada souvisejících i nesouvisejících důvodů:

  • významně se zvětšující tloušťka tepelné izolace v ETICS,
  • některé poruchy ETICS, zjevně způsobené smykovými účinky zatížení,
  • požadavky na instalaci ETICS s obkladem, jehož plošná hmotnost mnohdy výrazně převyšuje hodnotu 20 kg‧m−2, obvyklou pro ETICS s omítkou,
  • změny vlastností tepelněizolačních výrobků, zejména na bázi minerální vlny (MW) podle ČSN EN 13162, vyvolané jejich vývojem a zjevné jak některými provedenými mechanickými zkouškami, tak postupným snižováním objemové hmotnosti výrobků z původních 140 až 150 kg‧m−3 na dnešní úroveň 80 až 90 kg‧m−3.

Při ověřování vlastností ETICS podle ETAG 004 se zkoušky smykových vlastností prováděly a dosud běžně dělají na tloušťce 60 mm, která v době vzniku ETAG 004 byla obvyklou tloušťkou ETICS na bázi MW z důvodu limitace předmětu ETAG 004 minimální hodnotou požadovaného tepelného odporu 1,0 m2‧K−1‧W−1. Tehdejší systémy s deskami z MW tloušťky menší než 60 mm takové hodnoty kvůli vyššímu součiniteli tepelné vodivosti nedosahovaly.

Stanovení smykových vlastností tepelněizolačních výrobků pro budovy se provádí podle ČSN EN 12090, která pro tloušťky výrobků nad 50 mm požaduje provedení zkoušky na zdvojeném zkušebním tělese o plné tloušťce, výšce 200 mm a šířce 100 mm. Je to poměrně náročný postup jak na přípravu vzorků, tak na provedení vlastní zkoušky. Podle ojedinělých zpráv o zkouškách, provedených na tloušťkách tepelněizolačních výrobků na bázi MW s podélným vláknem větších než 60 mm navíc smykové vlastnosti u těchto izolací vycházejí ze zkoušek neúměrně nízké, neodpovídající skutečnému chování v konstrukci ETICS.

Pro získání informací o skutečné úrovni smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW s podélným vláknem proběhly v minulosti ve více laboratořích v ČR zkoušky smykových vlastností na celých deskách zkušebním postupem, modifikovaným ze zkoušky posuvu podle ETAG 004. Při těchto zkouškách byl vzorek, sestávající z jedné celé desky, připevněn na tuhý podklad a byl namáhán tahem za síťovinu, nalepenou cementovým lepidlem na vnějším povrchu. I tyto zkoušky ale nedaly jednoznačné výsledky. Popsaný postup zkoušení a následného vyhodnocení nezohledňuje dodatečný ohybový moment, vnášený do zkušebního vzorku formou dvojice sil (tj. akce od tahu za síťovinu a reakce od přenosu působící síly do upevnění tuhého podkladu). Chování vzorku a tím i výsledek zkoušky může ovlivnit i excentricita působící síly v rovině zatížení. Značnou nevýhodou tohoto uspořádání je pak skutečnost, že negativní účinek působících momentů na přesnost výsledku vzrůstá se zvětšující se tloušťkou zkoušeného tepelněizolačního výrobku.

Ke zjištění skutečné úrovně smykových vlastností tepelněizolačních desek pro ETICS na bázi MW s podélným vláknem o tloušťkách 200 až 240 mm proběhly v Technickém a zkušebním ústavu stavebním Praha s.p., pobočce Brno, v první polovině roku 2020 zkoušky, které nabídly jak vhodné řešení uspořádání a provedení zkoušky smykem, daly reálné informace o skutečných hodnotách smykových vlastností tepelněizolačních desek uvedených tlouštěk, a konečně daly i odpovědi na některé důvody dřívějších neúspěchů při zkouškách.

2. Zkoušky podle ČSN EN 12090

Obr. 1: Uspořádání zkoušky smykových vlastností tepelněizolačního výrobku pro ETICS na zdvojeném zkušebním tělese podle ČSN EN 12090
Obr. 1: Uspořádání zkoušky smykových vlastností tepelněizolačního výrobku pro ETICS na zdvojeném zkušebním tělese podle ČSN EN 12090

ČSN EN 12090 předepisuje pro zkoušky smykových vlastností desek tepelněizolačních výrobků o tloušťce větší než 50 mm použití zdvojeného tělesa o výšce 200 mm a šířce 100 mm bez ohledu na tloušťku desky.

Tělesa uvedených rozměrů byla tedy použita i pro první zkoušky, provedené v TZÚS Praha s.p. na tepelněizolačních deskách pro ETICS z MW s podélným vláknem deklarované třídy TR10 – CS(10\Y)30 o tloušťce 200 mm, pocházejících od různých výrobců. Zkoušky byly provedeny zásadně v modifikaci zatěžování zkušebního vzorku tahem za kontaktní středovou desku podle obrázku 2b) ČSN EN 12090. Tento způsob vnášení síly významně snižuje dopad případné excentricity účinků působící síly, vyvolané jak nerovnoměrnou pevností obou částí zdvojeného zkušebního tělesa, tak nepřesnostmi ve zhotovení a osazení zkušebního tělesa ve zkušebním stroji, na výsledek zkoušky. Uspořádání zkoušky je dokumentováno na obrázku 1.

Zkoušky proběhly v požadovaném rozsahu, i jejich výsledky vykazovaly příznivý variační součinitel, přesto ale tyto výsledky musely být prohlášeny za zásadně chybné, neodpovídající skutečné úrovni smykových vlastností.

Důvodem tohoto konstatování byla skutečnost, že na zkoušených vzorcích se v průběhu zkoušek projevily velmi výrazné tahové trhliny. Ty vznikly proto, že vzorky o výšce 200 mm a vyložení rovněž 200 mm se při zkoušce zachovaly jako krátký, oboustranně vetknutý nosník, namáhaný na jedné straně poklesem podpory. Vzorky se proto deformovaly jak smykem, tak ale i ohybem. Příklady nežádoucího porušení zkoušených vzorků ohybovými účinky vyvolanými sice normovým, ale přesto nesprávným uspořádáním zkoušky, jsou uvedeny na obrázku 2.

Obr. 2a: Příklady nežádoucího ohybového porušení zdvojených zkušebních těles rozměrů podle ČSN EN 12090
Obr. 2b: Příklady nežádoucího ohybového porušení zdvojených zkušebních těles rozměrů podle ČSN EN 12090
Obr. 2c: Příklady nežádoucího ohybového porušení zdvojených zkušebních těles rozměrů podle ČSN EN 12090

Obr. 2: Příklady nežádoucího ohybového porušení zdvojených zkušebních těles rozměrů podle ČSN EN 12090

Co do naměřených hodnot smykových vlastností se v důsledku nesprávných rozměrů zkušebních těles, a tím i jejich nesprávného namáhání při zkoušce superponovaly účinky obou typů namáhání jak na straně působící síly, tak i na straně vytvořených deformací. Tak došlo k výraznému zkreslení výsledných hodnot, u pevnosti ve smyku směrem k hodnotám vyšším, u modulu pružnosti ve smyku naopak směrem k hodnotám významně nižším. Zjištěné, věcně nesprávné hodnoty takto stanovených smykových vlastností jsou uvedené v tabulce 1 průměrem z celé zkoušené sady vzorků, složené z materiálů od více výrobců. Pro lepší názornost výsledků jsou hodnoty uváděny bez standardizovaného zaokrouhlení.

3. Výsledky zkoušek smykových vlastností podle modifikovaného zkušebního postupu

S ohledem na nežádoucí způsob namáhání zkušebního tělesa rozměrů podle ČSN EN 12090, vyvolaný nevhodným poměrem jeho výšky vůči tloušťce zkoušeného výrobku, bylo nutné hledat takovou modifikaci zkoušky, která by umožnila její správné provedení.

Cestu k řešení ukázala pravidla, používaná pro konstrukci konzol v betonovém stavitelství, podle kterých při vyložení konzoly menším než dvojnásobek její výšky lze návrh provést pouze na účinky smykových sil, ohyb lze zanedbat. Z toho lze odvodit, že pokud výška zkušebního tělesa, použitého pro zkoušku pevnosti ve smyku, bude rovná nejméně dvojnásobku jeho tloušťky, omezí se ohybové účinky vnesené zkušební síly na minimum.

Obr. 3: Příklad pracovního diagramu vztahu deformace na zatížení při zkoušce smykových vlastností na tělesech tloušťky 200 mm podle pevnosti v tahu kolmo k rovině desky
Obr. 3: Příklad pracovního diagramu vztahu deformace na zatížení při zkoušce smykových vlastností na tělesech tloušťky 200 mm podle pevnosti v tahu kolmo k rovině desky

Zkušební zařízení, používané pro předmětný typ zkoušek v TZÚS Praha s.p., pobočce Brno, umožňuje velkou variabilitu rozměrů zkoušených těles, proto byla s ohledem na předešlý předpoklad pro další zkoušky použita zkušební tělesa, vyřezaná na celou šířku desky z MW s podélným vláknem, tj. 600 mm. Zkušební tělesa větší výšky už bez zvláštních opatření přímo ve výrobně materiálu získat nelze. Šířka těles byla zvětšena na 200 mm z důvodu eliminace vlivu nepřesností v přípravě a osazení zkušebního vzorku ve zkušebním zařízení na výsledek zkoušky. Větší šířka vzorků by ale naopak mohla do zkoušky vnést nepřesnost vytvořením krouticího momentu v rovině příčné k ose vzorku z důvodu excentricity působící zkušební síly.

Uvedený předpoklad o minimální potřebné výšce zkušebních těles se ukázal jako správný, protože při zkouškách těles této velikosti už zjevně došlo k jejich porušení čistě smykovými účinky vnesené síly formou smykové trhliny ve středové části zkoušených vzorků na celou jejich výšku. Příklad zaznamenaných pracovních diagramů v návaznosti na další mechanické vlastnosti zkoušených materiálů je na obrázku 3.

Příklady porušení vysokých zkušebních těles jsou uvedené na obrázku 4, výsledné hodnoty jejich pevnosti ve smyku a modulu pružnosti ve smyku, včetně porovnání s výsledky zkoušek zjištěnými na tělesech podle ČSN EN 12090, jsou uvedené v tabulce 1.

Obr. 4a: Příklady smykového porušení zdvojených vysokých zkušebních těles modifikovaných rozměrů výšky 600 mm a šířky 200 mm
Obr. 4b: Příklady smykového porušení zdvojených vysokých zkušebních těles modifikovaných rozměrů výšky 600 mm a šířky 200 mm

Obr. 4: Příklady smykového porušení zdvojených vysokých zkušebních těles modifikovaných rozměrů výšky 600 mm a šířky 200 mm

Podobného průběhu porušení zkušebních vzorků docílila již dříve i jiná zkušební laboratoř na vzorcích výšky 350 mm, ale jiné tloušťky a mechanických vlastností. Lze z toho vyvodit, že cesta zvětšení výšky zkušebního vzorku v určitém poměru k tloušťce zkoušeného výrobku je správná.

Úroveň pevnosti ve smyku, zjištěná zkouškou na velkých tělesech, se podle očekávání o něco snížila oproti tělesům podle ČSN EN 12090, avšak modul pružnosti, který rozhoduje o velikosti deformací ve skutečných konstrukcích ETICS, velmi výrazně narostl, a to průměrně o 90 % ve směru kolmém k průběhu vláken v desce, a dokonce o více než 180 % ve směru uložení vláken v desce.

K omezení vlivu nerovnoměrnosti smykové pevnosti v materiálu jednotlivých částí zdvojeného zkušebního tělesa, které by mohlo vést ke vzniku nežádoucího podélného ohybového momentu při zatížení zkušebního vzorku tahovou silou, byl při zkoušce spodní konec středové kontaktní desky, kterou se do zkoušeného tělesa vnáší zkušební síla, na spodním konci stabilizován po obou stranách kluzným vedením. Podle jedné z dále prezentovaných ověřovacích zkoušek je vliv takové stabilizace na výsledek zkoušky zanedbatelný.

V souvislosti s výsledky provedených zkoušek je nutné dále upozornit ve vztahu k použití naměřených hodnot smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW s podélným vláknem na dvě významné skutečnosti.

Tou první je fakt, že smykové vlastnosti tepelněizolačních desek na bázi MW jsou směrově závislé a odvíjejí se od vztahu směřování vláken vůči stranám desky. Průměrná pevnost ve smyku je sice v obou směrech téměř stejná nebo podobná, ale u jednotlivých výrobků je pevnost ve smyku ve směru ukládání vláken až o 20 % vyšší, než ve směru kolmém na vlákna. U modulu pružnosti ve smyku je tato závislost ještě mnohem výraznější a jeho jednotlivé, zkouškou zjištěné hodnoty ve směru vláken jsou i o více než 200 % vyšší než ve směru kolmém na vlákna. Porovnání naměřených průměrných hodnot pevnosti ve smyku a modulu pružnosti ve smyku je pro oba zkoušené rozměry zkušebních těles a ve vztahu ke směru ukládání vláken v desce uvedeno v tabulce 1.

Druhým závažným zjištěním je fakt, že směr kladení vláken v deskách na bázi MW s podélným vláknem se liší nejen podle výrobce, ale může se lišit dokonce i podle konkrétního výrobního zařízení u stejného výrobce. A bohužel je nutné konstatovat, že ve výrobě převládá směr kladení vláken rovnoběžný s delší stranou desek, tedy že ve směru působení gravitace na ETICS (tj. ve vertikálním směru), který lze z hlediska účinků smyku pokládat za rozhodující, dosahuje zejména modul pružnosti ve smyku zpravidla výrazně nižších hodnot, než ve směru horizontálním.

Tab. 1: Naměřené průměrné hodnoty smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW TR10 s podélným vláknem
Typ zkušebního tělesaSměr souběžný s vlákny (v ETICS zpravidla horizontální směr)Směr kolmý na vlákna (v ETICS zpravidla vertikální směr)
Pevnost ve smyku
[kPa]
Modul pružnosti ve smyku
[kPa]
Pevnost ve smyku
[kPa]
Modul pružnosti ve smyku
[kPa]
Těleso výšky 200 mm a tloušťky 200 mm podle ČSN EN 1209011,767110,0346
Modifikované těleso výšky 600 mm, šířky 200 mm, tloušťky 200 mm8,318908,7686
Změna proti výsledku zkoušky podle ČSN EN 12090−29 %+182 %−13 %+98 %
Obr. 5: Pracovní diagram ze zkoušky smykových vlastností tepelněizolačního výrobku na bázi MW s podélným vláknem, tloušťka desky 240 mm, zkouška ve směru vláken, zkušební těleso výšky 600 mm a šířky 200 mm
Obr. 5: Pracovní diagram ze zkoušky smykových vlastností tepelněizolačního výrobku na bázi MW s podélným vláknem, tloušťka desky 240 mm, zkouška ve směru vláken, zkušební těleso výšky 600 mm a šířky 200 mm

Pro zjištění rovnoměrnosti smykových vlastností u výrobků jednoho typu, ale různé tloušťky, byly na jednom ze zkoušených výrobků, u nějž byly k dispozici i desky stejného typu a deklarovaných základních vlastností (tj. TR10 – CS(10\Y)30) o tloušťce 240 mm, provedeny zkoušky na velkých vzorcích i na této tloušťce. K deskám obou tlouštěk jsou samozřejmě k dispozici i výsledky zkoušek dalších mechanických vlastností a je zajímavé je vzájemně porovnat.

Desky tloušťky 240 mm obsahovaly podle vnitřní struktury, viditelné ale až na porušených plochách po zkoušce, značné množství recyklátu, což se projevilo jak na dosažené úrovni smykových vlastností, zejména pak na modulu pružnosti, tak ale i na pevnosti/napětí v tlaku zkoušeného materiálu. Přesto průběh pracovního diagramu smykových vlastností je vyrovnaný, bez významných výkyvů, viz obrázek 5.

Porovnání výsledků zkoušek provedených na velkých zkušebních tělesech o plné tloušťce desky a na tělesech podle ČSN EN 12090, zhotovených vyřezáním tloušťky 60 mm ve stanovené části plné tloušťky desky, včetně dalších souvisejících mechanických vlastností zkoušeného typu desky, je uvedeno v tabulce 2.

Tab. 2: Průměrné hodnoty smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW TR10 s podélným vláknem zjištěné na různých tloušťkách téhož výrobku, při směru vláken souběžném s delší stranou desky
Typ zkušebního tělesa:
Modifikované těleso výšky 600 mm,
šířky 200 mm
Pevnost stanovená zkouškouSměr souběžný s vlákny (v ETICS zpravidla
horizontální směr)
Směr kolmý na vlákna (v ETICS zpravidla
vertikální směr)
Pevnost v tahu kolmo k rovině desky
[kPa]
Pevnost v tlaku
[kPa]
Tloušťka desky
/
Objemová hmotnost
Deklarace vlastnostiPevnost ve smyku
[kPa]
Modul pružnosti ve smyku
[kPa]
Pevnost ve smyku
[kPa]
Modul pružnosti ve smyku
[kPa]
Třída
TR10
Třída
CS(10\Y)30
200 mm
/
96,6 kg‧m−3
14359,122559,1755
240 mm
/
79,0 kg‧m−3
162614,2195910,9488
Změna vlastnosti proti výsledku na tloušťce 200 mm+14 %−24 %+56 %−13 %+20 %−40 %

Na základě provedených zkoušek a jejich porovnání lze vyslovit předpoklad, že pevnost ve smyku narůstá nebo klesá úměrně s pevností v tahu kolmo k rovině desky, zatímco modul pružnosti ve smyku narůstá nebo klesá úměrně s pevností/napětím v tlaku desky, a pravděpodobně i úměrně s objemovou hmotností. Míra změny je přitom závislá na směru vláken ve vztahu ke směru zatěžování.

4. Další zkoušky k ověření modifikovaného zkušebního postupu, provedené na deskách z MW s podélným vláknem

S ohledem na skutečnost, že smykové vlastnosti se v minulosti zjišťovaly na tloušťce desek 60 mm, byla zkouškami ověřována i možnost jejich stanovení na vzorcích o tloušťce 60 mm, zhotovených vyřezáním z desky o větší tloušťce. Z desek na bázi MW s podélným vláknem tloušťky 200 mm byly pro účely dodatečných zkoušek vyřezány dvě skupiny zkušebních těles o tloušťce 60 mm následovně:

  • první sada těles, jejichž jednu stranu tvořil původní povrch desky, druhou stranu řezná plocha, tedy tělesa s jednou stranou původní a jednou stranou řezanou;
  • druhá sada těles vyřezaná osově symetricky ze středu tloušťky desky, tedy tělesa s oběma stranami řezanými.

Zbývající rozměry vyřezaných těles odpovídaly požadavku ČSN EN 12090, tedy výšce 200 mm a šířce 100 mm. Obě skupiny těles byly zkoušeny a hodnoceny zvlášť.

Zkoušky smykových vlastností, provedené na výřezech z desek, daly výsledky diametrálně odlišné od zkoušek na vzorcích výšky 600 mm při plné tloušťce desek. Velmi výrazně se ale vzájemně lišily i výsledky těles odebraných od povrchu desky a těles odebraných z jejího středu. Pevnost ve smyku v obou případech významně vzrostla, modul pružnosti ve smyku naopak výrazně poklesl. Porovnání výsledků těchto zkoušek je uvedeno v tabulce 3.

Tab. 3: Porovnání průměrných naměřených hodnot smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW TR10 s podélným vláknem, provedených na vysokých tělesech o plné tloušťce, a na tělesech standardních rozměrů o tlouštce 60 mm, zhotovených vyřezáním po tloušťce desky
Typ zkušebního tělesaSměr souběžný s vlákny (v ETICS zpravidla
horizontální směr)
Směr kolmý na vlákna (v ETICS zpravidla
vertikální směr)
Pevnost ve smyku
[kPa]
Modul pružnosti ve smyku
[kPa]
Pevnost ve smyku
[kPa]
Modul pružnosti ve smyku
[kPa]
Modifikované těleso výšky 600 mm a šířky 200 mm, na plnou tloušťku desky8,318908,7686
Těleso podle ČSN EN 12090 tloušťky 60 mm, vyřezané po tloušťce z desky 200 mm silnéTěleso od povrchu desky25,2163314,1548
Změna proti modifikovanému tělesu+204 %−14 %+62 %−20 %
Těleso z vnitřní třetiny tloušťky desky20,794412,1337
Změna proti modifikovanému tělesu+149 %−50 %+39 %−51 %

Rozdíly v naměřených hodnotách lze spatřovat ve zhotovení zkušebních těles řezáním po tloušťce původní desky. Vlákna v deskách na bázi MW s podélným vláknem nikdy nejsou uložena přesně rovnoběžně s podélnou osou desky, vždy jsou uložena poněkud šikmo, zřejmě tím šikměji, čím je větší tloušťka desky. Při řezání zkušebních těles po tloušťce desky tak vlákna zasahují svými čely do řezné plochy, která je pak při přípravě zkušebních vzorků nalepena na kontaktní desky zkušebního přípravku.

Zkušební síla se do jednotlivých vláken, přerušených řezem, přenáší poněkud jiným způsobem, což se projevilo na výsledku zkoušky. K překonání tahové pevnosti vláken přerušených řezem a jejich interlaminární soudržnosti s vlákny, která nejsou řezem narušená, je třeba větší síla, která vyvolá větší deformaci, což se projeví nárůstem pevnosti ve smyku a naopak poklesem smykového modulu pružnosti.

Ze skutečnosti, že se výrazně odlišují hodnoty smykových vlastností, zjištěné na tělesech, odebraných od povrchu silné desky, a na tělesech, odebraných z jejího středu, pak lze konstatovat, že takový výsledek zkoušky je silně závislý jak na poloze odebraných zkušebních těles, tak na původní tloušťce zkoušené desky. Jako takový ale není vhodný pro hodnocení smykových vlastností desky na bázi MW s podélným vláknem o plné tloušťce větší než 100 mm. Z rozdílu mezi smykovými vlastnostmi povrchové a vnitřní části desek lze rovněž dovodit, že je ovlivňuje i způsob zpracování materiálu desek ve výrobě.

Obr. 6: Pracovní diagram ze zkoušky smykových vlastností vzorku kombinovaného ze dvou materiálů o různé pevnosti ve smyku
Obr. 6: Pracovní diagram ze zkoušky smykových vlastností vzorku kombinovaného ze dvou materiálů o různé pevnosti ve smyku

Dalším ověřovaným detailem byl vliv možné významně nerovnoměrné pevnosti obou částí zdvojeného zkušebního tělesa. K ověření tohoto vlivu byla provedena zkouška na zkušebním tělese, jehož jednu polovinu záměrně tvořil materiál s vyšší pevností ve smyku (11,5 kPa) a druhou polovinu materiál se smykovou pevností nižší (10,0 kPa). K porušení tohoto zkušebního vzorku došlo při síle, ekvivalentní pevnosti ve smyku 9,7 kPa, tedy při hodnotě, která při zohlednění statistického rozptylu odpovídá materiálu o nižší pevnosti. Na průběhu pracovního diagramu této zkoušky (viz obrázek 6) pak není patrná žádná odchylka nebo nerovnoměrnost, kterou by mohla rozdílná pevnost obou částí zkušebního vzorku vyvolat.

Modul pružnosti ve smyku pevnějšího materiálu, zkoušený samostatně, byl 736 kPa, u materiálu s nižší pevností jen 494 kPa. Ekvivalentní modul pružnosti, stanovený zkouškou na kombinovaném vzorku, vyšel hodnotou 511 kPa, tedy velmi blízký hodnotě materiálu méně pevné části vzorku.

Z hlediska průběhu zkoušky jde o logické chování materiálu. Pevnější část vzorku sice formou redistribuce vnitřních sil při vynucené stejné deformaci převzala část zatížení ze slabší části, ale v okamžiku selhání slabší části zkušebního tělesa byla působící síla už tak vysoká, že pevnější část tuto sílu nepřenesla a rovněž se porušila. Jen deformace celého vzorku byla díky vnitřní redistribuci sil o něco menší a tím mírně ovlivnila modul pružnosti směrem k vyšší hodnotě. Z této zkoušky plyne, že výrobně daný rozptyl smykových vlastností u konkrétního výrobku nemá vliv na výsledek zkoušky na velkých tělesech.

Hodnoty smykových vlastností, stanovené zkouškou na velkých vzorcích, lze proto považovat za hodnoty minimální, reprezentující jejich statisticky charakteristickou úroveň pro daný výrobek.

5. Ověření modifikovaného zkušebního postupu na EPS

EPS podle ČSN EN 13163 se zhotovuje řezáním z velkých bloků a jako takový jej lze z hlediska jeho mechanických vlastností považovat za kvazihomogenní materiál. Z toho důvodu byl postup zkoušení smykových vlastností tepelněizolačních výrobků na vzorcích o velké výšce ověřován i na tomto materiálu, protože je u něj možné srovnání výsledku se zkouškou na vzorku podle ČSN EN 12090.

Při zkoušce ale došlo k tomu, že v průběhu zatěžování selhalo lepidlo na bázi polyuretanové pěny, použité pro připevnění zkoušených bloků o výšce 600 mm na kontaktní desky, a zkouška tak musela být ukončena bez dosažení meze porušení při zatížení cca o 25 % nižším, než odpovídá smykové pevnosti EPS, zjištěné na tělesech podle ČSN EN 12090.

Podobných výsledků zkoušky jak co do způsobu porušení, tak co do dosaženého zatížení, dosáhla i jiná zkušební laboratoř na vzorcích výšky 350 mm. Ze způsobu porušení lze odvodit, že u tuhých materiálů má významný vliv na výsledek zkoušky tuhost použité zkušební stolice.

Tahová síla, působící na středovou dělicí desku, vyvolává v konzolách držících zkoušené těleso vnitřní ohybový moment, který je vyklání směrem ven. Pokud se ale konzoly deformují, vzniká na kontaktních plochách zkušebního tělesa kombinované napětí, složené ze smykové a tahové složky, odlišného směru a velikosti, než čistý smyk. Účinkem tohoto hlavního tahového napětí se zkušební těleso poruší dříve, než čistým smykem. Konzoly zkušební stolice by tedy měly být tak tuhé, aby jejich deformace zkoušku neovlivnila. Lze doporučit, aby konzoly zkušební stolice byly konstruovány tak, že jejich deformace od maximální zkušební síly na horním konci nepřekročí 0,05 mm.

S ohledem na způsob zhotovování desek na bázi EPS řezáním z velkých bloků lze ale konstatovat, že vlastnosti tohoto materiálu je možné považovat za kvazihomogenní a jeho pevnost a modul pružnosti ve smyku stačí ověřovat na standardních vzorcích o tloušťce 50 mm a rozměrech podle ČSN EN 12090. Dostatečně tuhá zkušební stolice bude nutná zejména pro zkoušení jiných tepelněizolačních materiálů, u nichž nebude možné jejich vnitřní strukturu s ohledem na způsob výroby považovat za homogenní. V případě potřeby bude třeba dalšími zkouškami ověřit i postup připevnění zkušebních těles o výšce 600 mm (případně 500 mm) ke kontaktním deskám jiným typem lepidla s významně vyšší pevností.

6. Závěr

Prezentované zkoušky smykových vlastností tepelněizolačních desek pro ETICS na bázi MW s podélným vláknem daly potřebné informace k zodpovězení řady dosud nevyjasněných otázek.

Tou nejdůležitější odpovědí jsou reálné hodnoty úrovně smykových vlastností tepelněizolačních desek na bázi MW s podélným vláknem, které lze očekávat u tloušťky desek na úrovni 200 mm. Protože způsob porušení, dosažený na vzorcích o výšce 600 mm a celé tloušťce desek, odpovídá čistým účinkům smyku, lze tyto hodnoty vztáhnout na reálné působení těchto desek v konstrukci ETICS. Neméně důležité je konstatování o velmi výrazné směrové závislosti smykových vlastností desek na bázi MW s podélným vláknem.

Zkoušky také prokázaly, že stanovovat smykové vlastnosti tepelněizolačních desek na bázi MW o tloušťce nad 100 mm zkouškou na výřezech tloušťky 60 mm, zhotovených po tloušťce desky, vede bez domyšlení dalších souvislostí k nesprávným, v případě modulu pružnosti dokonce silně zkresleným výsledkům, které mohou směřovat k nesprávné interpretaci vlastností ve výpočtových modelech ETICS.

Provedené zkoušky rovněž ukázaly, že postup stanovení smykových vlastností desek tepelněizolačních materiálů pro ETICS tlouštěk nad 100 mm bude nutné diferencovat podle vnitřní struktury zkoušeného materiálu, např. podle následujících pravidel:

  • Zkoušky desek o tloušťkách nad 50 mm zásadně provádět na zdvojeném zkušebním tělese, zkoušku provádět tahem za středovou desku zdvojeného zkušebního tělesa, spodní okraj středové desky zajistit vůči vybočení v osové rovině zkušebního tělesa. Konzoly použité zkušební stolice musejí mít takovou tuhost, aby jejich deformace od zkušební síly neovlivnily výsledek zkoušky;
  • Pro tepelněizolační výrobky s tuhou, kvazihomogenní strukturou, zhotovované řezáním z velkých bloků (např. EPS nebo MW s příčným vláknem, případně i EPS vypěňované do formy), provádět zkoušky nadále na vzorcích o tloušťce do 100 mm při rozměrech zkušebních těles podle ČSN EN 12090;
  • Pro tepelněizolační výrobky s měkkou, z hlediska mechanických vlastností heterogenní strukturou (zejména MW s podélným vláknem), zkoušky provádět na zdvojených tělesech splňujících následující podmínky:
    • Pro tloušťky do 100 mm včetně provádět zkoušky na tělesech podle dosavadních pravidel, obsažených v ČSN EN 12090;
    • Pro tloušťky nad 100 mm do 300 mm včetně provádět zkoušky na vzorcích o plné tloušťce desky, výšce rovné výrobní šířce desky (tedy zpravidla 600 mm) a šířce zkušebního tělesa 200 mm. Pro tloušťky nad 300 mm bude nutné zkušební postup ještě dále ověřit a upřesnit. U tepelněizolačních desek menší šířky (např. 500 mm nebo 585 mm) lze zkoušku samozřejmě provést na tomto rozměru;
    • Výsledky zkoušek vztahovat pouze na tu tloušťku, na níž byly zkoušky provedeny, včetně dalších mechanických vlastností příslušejících zkoušenému výrobku (zejména pevnosti kolmo k rovině desky, pevnosti/napětí v tlaku a objemové hmotnosti).
  • Pro tepelněizolační výrobky s tuhou, potenciálně nehomogenní strukturou, zhotovované jiným způsobem, než řezáním z velkých homogenních bloků (např. typu XPS), zkoušky na tloušťkách nad 100 mm provádět podle pravidel platných pro MW s podélným vláknem, pro zhotovení zkušebních těles ale použít pevnostní lepidlo (např. dvousložkové, epoxydového typu), které při použití nebude degradovat materiál zkoušeného tepelněizolačního výrobku. Zkoušky provádět ve zkušební stolici s tuhostí konzol odpovídající předpokládaným smykových vlastnostem zkoušeného výrobku.

Důvodem pro doporučení zkoušet smykové vlastnosti u desek na bázi MW s podélným vláknem na velkých vzorcích o výšce 600 mm je skutečnost, že směrování vláken ve struktuře desky z MW je díky způsobu výroby závislé na její tloušťce. Lze očekávat, že čím větší tloušťka desky, tím budou vlákna více odkloněná od roviny desky a při smykovém zatížení povrchu desky tak budou více namáhaná ohybem, zatímco vlákna v tenčích deskách budou spíše rovnoběžná s povrchem desky a tím se na přenosu smykového zatížení bude více podílet jejich tahová pevnost. Smykové vlastnosti desek o menší tloušťce tak budou zřejmě lepší, snad i významně, než desek o tloušťce větší, a výška zkušebního tělesa může naměřenou hodnotu ovlivnit. Při zkoušce provedené na výšce tělesa odpovídající výrobní šířce desky lze potom zjištěnou hodnotu smykových vlastností přímo vztáhnout na chování desky v konstrukci ETICS.

Vlivu tloušťky na dosahovanou úroveň smykových vlastností nasvědčuje i porovnání výsledků zkoušek smykových vlastností na deskách téhož typu a téže deklarace vlastností od jednoho výrobce, ale dvou různých tlouštěk, prezentované v tabulce 2.

U tepelněizolačních desek na bázi MW s podélným vláknem je tak podle výsledků zkoušek nutné očekávat značné rozdíly ve smykových vlastnostech, a to nejen podle jejich tloušťky, ale i podle výrobce, možná i podle konkrétního výrobního zařízení, a dokonce i podle konkrétního složení desek, zejména obsahu recyklátu v nich.

Podle dosavadních výsledků zkoušek se také zdá, že hlavně u modulu pružnosti ve smyku lze očekávat jeho blízkou provázanost s pevností/napětím v tlaku zkoušeného výrobku, případně s objemovou hmotností.

Zkouškami stanovené hodnoty smykových vlastností tepelněizolačních desek pro ETICS o tloušťce nad 100 mm, zejména desek na bázi MW s podélným vláknem, pak bude nutné v krátké době pečlivě posoudit ve vztahu k celkové bezpečnosti ETICS zejména v následujících oblastech:

  • Vliv rozptylu úrovně smykových vlastností na bezpečnost staveb jako takových ve vztahu k požadavkům na stavby a stavební výrobky podle ustanovení Nařízení EU pro stavební výrobky č. 305/2011 (CPR), Přílohy I, obsahující základní požadavky na stavby;
  • Vliv dosahované úrovně smykových vlastností tepelněizolačních výrobků na bázi MW s podélným vláknem ve vztahu k požadavkům ETAG 004, použitého jako EAD, na rozsah a způsoby prověřování vlastností ETICS jako výrobku s ohledem na jeho bezpečnost při použití.

To ale budou zcela odlišné a velmi náročné úkoly.

7. Literatura

  1. Nařízení Evropského parlamentu a Rady EU č. 305/2011 (CPR), kterým se stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh
  2. ČSN EN 12090 Tepelněizolační výrobky pro použití ve stavebnictví – Zkouška smykem
  3. ČSN EN 13162+A1 (72 7201) Tepelněizolační výrobky pro budovy – Průmyslově vyráběné výrobky z minerální vlny (MW) – Specifikace
  4. ČSN EN 13163+A2 (72 7202) Tepelněizolační výrobky pro budovy – Průmyslově vyráběné výrobky z pěnového polystyrenu (EPS) – Specifikace
  5. ČSN EN 13164+A1 (72 7203) Tepelněizolační výrobky pro budovy – Průmyslově vyráběné výrobky z extrudovaného polystyrenu (XPS) – Specifikace
  6. ČSN EN 13166+A2 (72 7205) Tepelněizolační výrobky pro budovy – Průmyslově vyráběné výrobky z fenolické pěny (PF) – Specifikace
  7. ETAG 004 použitý jako EAD Řídící pokyn pro evropská technická schválení – Vnější tepelněizolační kompozitní systémy s omítkou (ETICS), EOTA, vydání únor 2013
  8. Zkušební protokoly k jednotlivým zkouškám, vydané v Technickém a zkušebním ústavu stavebním Praha s.p., pobočce Brno
 
Komentář recenzenta doc. Ing. František Kulhánek, CSc., ČVUT Praha

Bezprostředním podnětem k aktivitám, popisovaným v článku byla skutečnost, že s nárůstem tloušťky tepelněizolačních desek na bázi MW, používaných pro ETICS, se začaly objevovat signály, že skutečná úroveň smykových vlastností těchto desek se výrazně liší od hodnot, zjištěných dosud platnými zkušebními postupy.
Proto došlo k řadě experimentů s cílem stanovit zkušební postup, který by umožnil získání co nejobjektivnějších výsledků. Práce se zaměřily nejenom na úpravu zkušebních těles, ale i na úpravy zkušebního zařízení. Výsledkem experimentů je řada doporučení pro použití modifikovaného zkušebního postupu nejen pro materiály na bázi MW s podélnou a příčnou orientací vláken, ale i pro EPS a XPS.
Článek s ohledem na svůj obsah je určen především pro poměrně úzkou skupinu pracovníků ve zkušebnictví, ale jsem přesvědčen, že i široké stavařsky zaměřené odborné veřejnosti přinese řadu zajímavých a užitečných informací.

English Synopsis
Determination of Shear Charactristics of Thermal Insulation Products for ETICS

This paper deals with the test results of shear characteristics of thermal insulation boards based on MW with longitudinal orientation of fibres of thickness 200 mm and more according to ČSN EN 13162+A1, documents serious faults in test procedure according to current ČSN EN 12090, reasons included, and proposes possible way of their solution.

 
 
Reklama