Mocowanie mechaniczne systemów ETICS

Odpowiednie docieplenie budynku przyczynia się do poprawy klimatu i komfortu cieplnego panującego wewnątrz pomieszczeń. Im cieplejsze są ściany, tym łatwiej i szybciej ogrzewa się powietrze wewnątrz pomieszczeń, a to przekłada się wprost na zmniejszenie wydatków ponoszonych na ogrzewanie.

Skutecznie ocieplając budynek uzyskuje się:

• do 50% oszczędności w zużyciu energii, przekładające się na ilość ciepła potrzebnego do ogrzania pomieszczeń,
• optymalny klimat we wnętrzu budynku,
• zabezpieczenie konstrukcji budynku przed destrukcją,
• estetyczny wygląd elewacji na długie lata,
• dbałość o środowisko naturalne.

Wymagania formalno-prawne stawiane składnikom systemów ociepleń

Kryteria stawiane składnikom systemu ociepleń (ETICS) wobec całości tego systemu zostały określone przez Europejską Organizację Aprobat Technicznych (EOTA - European Organisation for Technical Approvals). Zalecenia oraz programy badań produktów zawarte są w wytycznych do Europejskich Aprobat Technicznych (ETAG - ­European Technical Approval Guidelines).

W odniesieniu do systemów izolacji termicznych na fasadach ważne są następujące dokumenty:

• ETAG nr 004, "Złożone systemy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi" [1],
• ETAG nr 014, "Łączniki tworzywowe do mocowania warstwy izolacyjnej ociepleń ścian zewnętrznych" [2].

ETAG jest podstawą przyznania poszczególnym produktom Europejskiej Oceny Technicznej (European Technical Assesment - ETA), wcześniej Europejskiej Aprobaty Technicznej (European Technical Approval).

Produkty budowlane z ETA oraz deklaracjami zgodności mogą używać znakowania CE, które umożliwia swobodny przepływ towarów w obrębie państw członkowskich Europejskiego Obszaru Ekonomicznego (EEA - European Economic Area).

CE stanowi gwarancję jednakowego wytwarzania produktów w odniesieniu do specyfikacji technicznych. Nie można jednak traktować go jako znaku jakości.

Wytyczne zakładają przewidywalną trwałość użytkową systemu izolacji termicznej na co najmniej 25 lat. Trwałość rzeczywista może być tymczasem zdecydowanie wyższa.

Informacje te nie mogą stanowić gwarancji producenta systemu lub jego komponentów. Podczas montażu produktów należy dodatkowo uwzględnić krajowe przepisy budowlane, w tym wymagania regionalne (np. regulacje wynikające ze strefy wiatrowej, w jakiej znajduje się budynek, ponieważ przekłada się to na obciążenia siły ssącej wiatru oraz czynniki bezpieczeństwa).

Systemy ociepleń stanowią kompatybilny zestaw wyrobów tworzący integralną całość użytkową. Jeżeli inwestor lub inny podmiot gospodarczy samowolnie kompletują składowe systemu różnych oferentów, których produkty nie wchodzą w skład Europejskiej Oceny Technicznej lub aprobaty krajowej danego systemu, dokument traci ważność. Efektem jest automatyczna utrata gwarancji ze strony producenta.

Główne założenia stosowania łączników mechanicznych w technologii ocieplania fasad

System ociepleń złożony z klejonych płyt termoizolacyjnych ma dużą masę własną, która poprzez siły ścinające przekazywana jest bezpośrednio na ścianę. Zaprawa klejowa stanowi jedyne połączenie elewacji z materiałem izolacyjnym i zgodnie z założeniem ETAG przenosi wszystkie siły ścinające działające na fasadę.

Na elewację oddziałują następujące siły:

• ciężar własny układu ociepleniowego,
• czynniki atmosferyczne (wiatr, różnica temperatury),
• czynniki higrotermiczne (rozszczelność termiczna płyt), która z czasem może niekiedy wpływać na wartość adhezji.

Siły te charakteryzuje: wielkość, kierunek i punkt zaczepienia. Wartości sił (nośności) definiowane są w kN (kiloniuton 1 kN = 100 kg), momenty zginające w Nm (niutonometr) 1 Nm = 0,1 kgm). Znajomość obciążeń jest niezwykle istotna w optymalnym doborze rodzaju i liczby łączników.

Przedmiotem analizy powinno być:

• siła niszcząca - siła powodująca zniszczenie podłoża, zniszczenie łącznika, zniszczenie połączenia (wyrwanie łącznika);
• nośność charakterystyczna - siła, która zostaje osiągnięta lub przekroczona w 90% wszystkich przypadków;
• nośność rekomendowana - tzw. obciążenie użytkowe uwzględniające zakładane współczynniki bezpieczeństwa.

Na RYS. 1 przedstawiono model pracy łącznika fasadowego.

Dociśnięcie izolacji przez zastosowanie łącznika mechanicznego zwiększa siłę tarcia między warstwami powierzchni: elewacja - zaprawa klejowa - płyta termoizolacyjna i zmniejsza siłę ścinającą oddziałującą na połączenie klejowe ocieplenia z elewacją.

Przeciwdziałanie siłom ssącym wiatru

Drugim poważnym obciążeniem, obok masy własnej systemu, jest siła ssąca wiatru. Naprężenia rozciągające powstałe w wyniku jej działania oddziałują w dużym stopniu na sztywne połączenia klejowe, zwłaszcza w miarę wzrostu wysokości budynku.

Szczególnie narażone są połączenia między ścianą i zaprawą klejową (lub starym tynkiem i zaprawą klejową) oraz między zaprawą klejową i termoizolacją. W efekcie łącznik stanowi istotny element gwarantujący mechaniczną stabilizację układu ociepleniowego.

Zastosowanie łącznika mechanicznego w charakterze dodatkowego mocowania układu ocieplenia przeciwdziała siłom ssącym wiatru i zabezpiecza system przed oderwaniem się od podłoża.

Łącznik, aby sprostać temu obciążeniu, musi mieć sztywny talerzyk (optymalnie nie mniej niż 0,6 kN/mm), dociskający izolację do podłoża, oraz specjalną strefę kotwienia, przenoszącą duże siły w zastosowanym materiale podłoża.

W przypadku, gdy zaprawa klejowa utraci swoje właściwości wiążące izolację z podłożem, łącznik stanowi jedyny element zabezpieczający elewację przed oderwaniem.

Na największe obciążenia szczególnie narażone są: budynki wysokie, krawędzie budynków, budynki wolno stojące oraz obiekty w górskich i nadmorskich strefach wiatrowych.

Przeciwdziałanie siłom higrotermicznym

Duże wahania temperatury oraz zmieniająca się wilgotność powietrza są źródłem powstawania zmian objętościowych materiału termoizolacyjnego.

Zmiany te w bardzo istotny sposób oddziałują na połączenie klejowe między podłożem a płytami termoizolacyjnymi i z czasem mogą prowadzić do jego osłabienia na skutek powstawania wybrzuszeń lub wgłębień płyt termoizolacyjnych (RYS. 2-3).

Do osłabienia układu może dojść zwłaszcza w przypadku nałożenia się oddziaływań higrotermicznych oraz najczęstszych uchybień w przygotowaniu podłoża pod klejone płyty, takich jak:

• zbyt mała ilość kleju użytego na etapie instalacji płyt;
• źle przygotowane podłoże; pozostawione słabe stare warstwy tynku lub powłoki malarskie;
• nieprawidłowe wykończenia elewacji i zbyt duże nierówności powierzchni;
• nieprzestrzeganie wymagań technologicznych podczas montażu (m.in. czasu wiązania kleju na bazie cementu);
• nieprzestrzeganie zalecanej temperatury otoczenia (najczęściej +5°C do +25°C);
• pozostawienie niezakończonych prac na czas zimy.

Ciężar elewacji oraz zabezpieczenie przed siłami ssącymi wiatru w znacznej części spoczywają na łączniku, dlatego tak odpowiedzialnym procesem jest wybór optymalnego kotwienia fasady.

Kołkowanie termoizolacji na łączeniach płyt w ich narożach oraz w części centralnej (RYS. 4) jest najlepszą gwarancją prawidłowej eksploatacji systemu ocieplenia w długim czasie.

Dobór łączników mechanicznych

Dobór optymalnego połączenia mechanicznego rozpoczyna się od zdefiniowania podłoża, do którego będzie zakotwiony system ociepleń.

ETAG 014 "Łączniki tworzywowe do mocowania warstwy izolacyjnej ociepleń ścian zewnętrznych" [2] wyróżnia 5 kategorii użytkowych łączników ze względu na materiał, z którego zbudowane jest podłoże:

• kategoria użytkowa A - łączniki tworzywowe do stosowania w betonie zwykłym (C12/15-C50/60),
• kategoria użytkowa B - łączniki tworzywowe do stosowania w bloczkach pełnych ściennych (cegła pełna silikatowa, cegła pełna ceramiczna),
• kategoria użytkowa C - łączniki tworzywowe do stosowania w ścianach murowanych z pustaków ściennych lub cegły dziurawki,
• kategoria użytkowa D - łączniki tworzywowe do stosowania w betonie lekkim (klasa wytrzymałości LAC 2-LAC 25),
• kategoria użytkowa E - łączniki tworzywowe do stosowania w auto­klawizowanym betonie komórkowym (klasa wytrzymałości P2-P7).

Minimalna grubość podłoża, w którym mocowane są łączniki, wynosi h_min = 100 mm. Ze względu na to, że odporność na obciążenia i przemieszczenie pod obciążeniem w decydującym stopniu zależy od podłoża, ocena łącznika jest w zasadzie możliwa tylko w przypadku precyzyjnie zdefiniowanego podłoża.

Aby ocenić właściwości łącznika w podłożach gorzej zdefiniowanych (jak cegły dziurawki, kratówki czy pustaki), należy każdorazowo przeprowadzić badania na placu budowy. Jest to szczególnie istotne w przypadku starych podłoży, które na skutek wieloletniej eksploatacji i wpływu wielu czynników mogą tracić swoje parametry.

W zależności od systemu łączniki fasadowe mogą być łączone z dodatkowymi talerzami dociskowymi mającymi na celu zwiększenie powierzchni docisku warstwy termoizolacji. Talerze nakładane są na łącznik w procesie montażu łącznika, co jest procesem bardzo łatwym i szybkim.

Szczególnym wskazaniem do stosowania łączników z dodatkowym talerzem jest montaż płyt termoizolacyjnych z wełny lamelowej (RYS. 5).

Określenie optymalnej długości łącznika

Aby prawidłowo dobrać długość łącznika (L) mechanicznego, należy uwzględnić (RYS. 5):

• grubość warstw termoizolacji (h_d);
• grubość warstwy kleju/zaprawy klejowej (t_tol 10 mm);
• grubość starego tynku, jeśli występuje (t_tol2 - zazwyczaj przyjmuje się 20 mm);
• głębokość kotwienia danego typu łącznika podaną przez producenta (h_nom).

L = h_d + t_tol + t_tol2 + h_nom

Głębokość otworu wierconego w podłożu (h₀) powinna być większa o 10 mm od głębokości zakotwienia łącznika (h_nom). Podczas doboru łącznika należy zawsze uwzględnić wszystkie czynniki specyficzne dla danego obiektu.

Dobór rodzaju łącznika

Po określeniu podłoża następuje etap wyboru typu łącznika. Każda aprobata europejska dotycząca łączników mechanicznych definiuje przydatność danego produktu do określonego typu podłoża wraz z podaniem nośności charakterystycznej łącznika. Na podstawie tych danych można precyzyjnie określić, jakie parametry w danym podłożu osiągnie określony łącznik.

Podczas wyboru typu łącznika należy zwrócić uwagę na następujące parametry:

• nośność charakterystyczną łącznika - odporność łącznika na siły ssące wiatru przy zakotwieniu w podłożu o określonych parametrach (im wyższa w danym podłożu, tym lepsza);
• montaż głęboki za pomocą docieplenia talerza łącznika warstwą termoizolacji, co wyrównuje przewodnictwo cieplne w punktach kotwienia do poziomu, który posiada materiał termoizolacyjny ocieplonej elewacji, oraz różnicę oporu dyfuzyjnego; następstwem niestosowania docieplenia łącznika jest z czasem powstanie punktowych przebarwień elewacji, tzw. efektu biedronki w miejscach występowania mostków termicznych, gdzie występuje kondensacja pary wodnej;
• głębokość zakotwienia łącznika - głębokość osadzenia łącznika w podłożu, przy którym łącznik osiąga nośność charakterystyczną podaną w ETA (im krótsza, tym lepsza, optymalnie 25 mm);
• punktowa przenikalność termiczna trzpienia - tzw. mostek termiczny - miejsce utraty ciepła z wnętrza pomieszczenia na zewnątrz [im mniejsza, tym lepsza, nie powinna być większa niż 0,002 W/(m²·K)]; następstwem wysokiej przenikalności ciepła jest utrata ciepła oraz powstanie punktowych przebarwień na elewacji, tzw. efektu biedronki;
• sztywność talerza łącznika - przeciwdziała przeciągnięciu systemu ociepleń przez zakotwiony w podłożu łącznik (im większa, tym lepsza; optymalnie powinna być nie mniejsza niż 0,6 kN/mm); następstwem słabej sztywności talerza może być zerwanie ocieplenia z elewacji, przy jednoczesnym pozostawieniu łącznika w podłożu;
• uniwersalność zastosowania - z perspektywy klienta najlepszym łącznikiem jest produkt posiadający zdolność bezpiecznego kotwienia w każdym podłożu (A, B, C, D, E) i spełniający wszystkie wymienione wcześniej parametry.

Liczba i rozmieszczenie łączników

Liczba i rozstaw łączników to jedne z najważniejszych parametrów decydujących o trwałości i bezpieczeństwie eksploatacji fasady. Wpływ na to mają następujące czynniki:

Zasadniczo obowiązuje zasada zwiększenia liczby punktów mocujących wraz ze wzrostem wysokości budynku oraz w jego obszarach krawędziowych. Ze względu na duże siły ssące oddziałujące na obszary krawędziowe w miejscach tych zaleca się zwiększenie liczby zakotwień.

Zalecana liczba łączników powinna być każdorazowo obliczona dla konkretnego budynku, przy uwzględnieniu wszystkich czynników, które wpływają na jej wartość (zgodnie z normą PN-EN 1991-1-4:2008 [4]) (RYS. 6).

Każda płyta izolacyjna (styropian, wełna mineralna) powinna być bezwzględnie mocowana w punktach klejenia do podłoża. Rozróżnia się dwa podstawowe typy rozmieszczenia łączników:

• w układzie typu T (RYS. 7)
• w układzie typu W (RYS. 8)

Wiercenie i osadzenie łącznika

Sposób wiercenia otworu do montażu łącznika mechanicznego zależy od rodzaju materiału, z którego wykonane jest podłoże. Wyróżnia się trzy rodzaje wiercenia:

• wiercenie obrotowe - przez obrót wiertła bez dodatkowych uderzeń (udaru); zalecane do odwiertów w materiałach o niskiej wytrzymałości mechanicznej, np. w pustakach, gazobetonie, ze względu na to, że nie powoduje powiększenia otworu i uszkodzeń struktury materiału (RYS. 9);
• wiercenie udarowe - przez obrót i jednocześnie dużą liczbę lekkich uderzeń wiertła w podłoże; zalecane do odwiertów w materiałach o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i zwartej strukturze (np. beton, cegła pełna) (RYS. 10);
• wiercenie młotkowe - przez obrót i małą liczbę uderzeń o dużej energii w podłoże; zalecane do odwiertów w bardzo twardych strukturach (np. beton) (RYS. 11).

Wiertło jest narzędziem, które podlega eksploatacji. Jej stopień i częstotliwość jest pochodną twardości materiału podłoża.

Im twardsze podłoże, tym większe zużycie wiertła. Podczas dbania o efektywne tempo prac montażowych należy pamiętać o odpowiedniej częstotliwości wymiany wiertła.

W procesie wiercenia otworu do montażu łącznika fasadowego istotne jest zachowanie prawidłowej geometrii otworu.

Wiercenie powinno się odbywać zawsze pod kątem prostym do powierzchni elewacji.

Niedopuszczalną jest zmiana kierunku prowadzenia wiertła, szczególnie w przypadku materiałów o niskiej wytrzymałości mechanicznej (pustak, gazobeton).

Po zakończeniu wiercenia bezwzględnie należy wyczyścić otwór z pyłu, co często jest powodem nieprawidłowego zakotwienia łącznika w podłożu.

Trzpień mocujący, zależnie od wariantu, wbija się lub wkręca się za pomocą wkrętarki z odpowiednią końcówką.

Prawidłowy montaż łącznika w elewacji zakłada całkowite zlicowanie się talerza łącznika z warstwą termoizolacji (RYS. 12).

Przy zbyt głębokim zakotwieniu łącznika (RYS. 13) konieczne jest użycie większej ilości zaprawy zbrojeniowej w punktach kotwienia, co zwiększa wyraźnie ilość zużytego tynku i z czasem może stać się powodem powstania rys i spękań elewacji.

Z kolei przy zbyt płytkim zakotwieniu (RYS. 14) talerz łącznika wystaje ponad warstwę termoizolacji, co skutkuje koniecznością nałożenia grubszej warstwy zbrojenia na całej powierzchni elewacji z wyjątkiem powierzchni kołków i w efekcie istotne podniesienie kosztu inwestycji.

Aby prawidłowo osadzić łączniki podczas wykonywania otworów montażowych, należy przestrzegać wytycznych producenta danego łącznika.

Nie wolno pominąć klejenia płyt i zastosować tylko łączniki mechaniczne, gdyż niezależnie od tego, czy w danym rozwiązaniu łączniki pełnią podstawową czy uzupełniającą funkcję mocowania termoizolacji, operacja klejenia zapewnia jako pierwsza mocowanie izolacji termicznej, umożliwia jej stabilizację i zapobiega przesuwaniu się płyt względem podłoża.

Literatura

1. ETAG nr 004, "Złożone systemy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi".
2. ETAG nr 014, "Łączniki tworzywowe do mocowania warstwy izolacyjnej ociepleń ścian zewnętrznych"
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 nr 75 poz. 690).
4. PN-EN 1991-1-4:2008, "Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!