Wytrzymałość na rozciąganie warstwy zbrojonej siatką pancerną w systemach ETICS

Producenci systemów ociepleń powinni zapewnić odpowiednią odporność na uderzenia oraz wytrzymałość całego systemu. Cechy te gwarantowane są przez konstrukcję warstwy zbrojonej - RYS. 1.

Zastosowanie różnych rodzajów poszczególnych komponentów oraz badania ich właściwości wytrzymałościowych przedstawiono w licznych publikacjach, m.in. w artykułach: "Zastosowanie tkaniny polipropylenowej do robót ocieplających metodą lekką" [1], "Wpływ tkanin z włókna szklanego na cechy wytrzymałościowe warstwy zbrojonej w Bezspoinowych Systemach Ociepleń" [2] oraz "Klej do styropianu czy klej do siatki?" [3].

Wzmacnianie warstwy zbrojonej w części parterowej zwykle nie jest stosowane w budynkach jednorodzinnych, ale powinno być standardem w budynkach wielorodzinnych oraz budynkach użyteczności publicznej. Jest to rozwiązanie zalecane w instrukcji ITB nr 447/2009 [4].

Ponadto warstwa zbrojona stanowi jednocześnie bazę pod wyprawę tynkarską [5]. Badania dotyczące wpływu siatki pancernej na przyczepność warstwy zbrojonej do podłoża oraz odporność na uderzenia przedstawiono w pracy "Właściwości mechaniczne warstwy zbrojonej BSO wykonanej z siatki pancernej" [6].

Materiały i metodyka badań

Warstwa zbrojona systemów ociepleń wykonana była z dwóch rodzajów alkalioodpornych siatek z włókna szklanego o splocie gazejskim: standardowej siatki szklanej koloru białego, o wielkości oczek 2,5×2,5 mm ±5% i gramaturze 145 ± 10 g/m² (FOT. 1), oraz siatki pancernej koloru pomarańczowego, o wielkości oczek 4,7×5,6 mm ±10%, o wysokiej masie powierzchniowej 367 ±18 g/m² (FOT. 2).

Warstwy zbrojone systemu wykonano z dwóch rodzajów klejów: zaprawy klejowo-szpachlowej na bazie cementu zbrojonej włóknami oraz kleju dyspersyjnego.

Do wykonania próbek użyto płyt styropianowych fasadowych gr. 50 mm. Wszystkie próbki wykonano zgodnie z zaleceniami zawartymi w ETAG 004 [7] oraz technologią wykonania zalecaną przez producentów.

Badania wytrzymałości na zerwanie tkaniny zbrojącej

Maksymalną siłę zrywającą i wydłużenie tkaniny przy zerwaniu zbadano w odniesieniu do dwóch kierunków: wątku i osnowy, odpowiednio dla siatki standardowej oraz siatki pancernej.

Wymiary próbek siatki zwykłej wynosiły: 300×50×0,4 mm i 300×40×0,8 mm siatki pancernej. Liczba nitek splotu siatki standardowej to 12 wzdłuż osnowy i 12 wzdłuż wątku, natomiast siatki pancernej to odpowiednio 4 wzdłuż osnowy i 3 potrójne wzdłuż wątku. Badanie przeprowadzono na próbkach w stanie dostawy oraz po starzeniu w roztworze alkalicznym.

Badanie tkaniny zbrojącej na próbkach w stanie dostawy przeprowadzono po kondycjonowaniu próbek przez 24 godziny w warunkach laboratoryjnych, tj. 23 ± 2°C i 50 ± 5% wilgotności względnej powietrza.

Roztwór alkaiczny, w którym próbki poddane były procesowi starzenia, miał następujący skład: 2 g wodorotlenku sodu (NaOH), 8 g wodorotlenku potasu (KOH), 1 g wodorotlenku wapnia (Ca(OH)2) i 2 litry wody destylowanej.

W tak przygotowanym roztworze próbki siatek przechowywano przez 28 dni w temperaturze 23 ± 2°C. Po wyjęciu z roztworu próbki spłukano kwaśnym roztworem (5 ml 35% HCl rozpuszczonym w 4 litrach wody), a następnie włożono do trzech kąpieli wodnych o objętości 4 litrów (na 5 min do każdej kąpieli). Na zakończenie próbki kondycjonowano przez 48 godzin w warunkach laboratoryjnych.

Badanie wytrzymałości na zrywanie wykonano przy użyciu maszyny wytrzymałościowej (FOT. 3 i FOT. 4) w Katedrze Fizyki Budowli i Materiałów Budowlanych Politechniki Łódzkiej. Próbki ustawiano pionowo, prostopadle do szczęk maszyny.

Szczęki maszyny pokryte były wkładkami gumowymi uniemożliwiającymi zerwanie siatek tuż przy krawędziach. Obejmowały całą szerokość próbki. Długość odcinka tkaniny zbrojącej między szczękami wynosiła 200 mm. Badanie przeprowadzono ze stałą prędkością przemieszczania szczęk 100 mm/min, aż do momentu zerwania tkaniny.

Badania wytrzymałości na rozerwanie warstwy zbrojonej

Badania wytrzymałości na rozerwanie warstwy zbrojonej przeprowadzono w odniesieniu do czterech różnych kombinacji materiałów warstwy zbrojonej, tj.:

• podwójnej standardowej siatki szklanej z zaprawą cementową,
• pojedynczej standardowej siatki szklanej i pojedynczej siatki pancernej z zaprawą cementową,
• podwójnej standardowej siatki szklanej z klejem dyspersyjnym,
• pojedynczej standardowej siatki szklanej i pojedynczej siatki pancernej z klejem dyspersyjnym.

Na powierzchnię czterech płyt styropianowych równomiernie naniesiono przygotowaną zaprawę klejącą gr. ok. 3 mm. Klej nałożono za pomocą pacy nierdzewnej z zębami o wymiarach 6×6 mm (ustawionej pod kątem 60° do powierzchni płyty).

Po rozprowadzeniu zaprawy natychmiast wtopiono w nią pojedynczą warstwę tkaniny zbrojącej. Do całkowitego zatopienia siatki w masie klejowej użyto płaskiej pacy metalowej. Po przygotowaniu pierwszej warstwy nałożono dodatkową, niewielką porcję masy klejowej, tak aby umożliwić zatopienie kolejnej siatki.

Na zakończenie wyrównano wierzchnią warstwę masy klejowej aż do momentu uzyskania gładkiej powierzchni na całej płycie. Zbliżoną grubość warstwy zbrojącej wszystkich próbek osiągnięto dzięki jednakowemu zużyciu kleju w każdym z czterech wariantów, tj. ok. 4 kg/m².

Po wykonaniu próbek sezonowano je przez 28 dni w warunkach laboratoryjnych. Następnie usunięto styropian i wycięto próbki w kształcie "wiosła" o wymiarach jak na RYS. 2.

Dzięki przewężeniu w środkowej części próbki uniknięto zerwania próbki podczas próby przy szczękach maszyny. Przygotowano i poddano badaniu po trzy próbki każdego zestawu materiałów. Próbki przygotowano w ten sposób, aby siła rozciągająca działała wzdłuż wątku.

Wytrzymałość na rozerwanie pasków warstwy zbrojonej określono przy użyciu tej samej maszyny wytrzymałościowej. Próbki ustawiano pionowo, prostopadle do szczęk maszyny.

Szczęki maszyny przygotowano tak, aby uniknąć zniszczenia próbek tuż przy szczękach. Długość wolnego odcinka tkaniny zbrojącej między szczękami wynosiła 150 mm. Badanie prowadzono z prędkością 100 mm/min aż do momentu zniszczenia próbki.

Wyniki badań i ich analiza

Wytrzymałość na zerwanie tkaniny zbrojącej

Wytrzymałość siatek określono na podstawie wartości maksymalnej siły zrywającej. Odczytano wartości sił rozciągających, wydłużenia oraz odpowiadającego im naprężenia oraz odkształcenia.

Ze względu na różną szerokość próbek (50 mm dla siatki szklanej i 40 mm dla siatki pancernej) w celu porównania maksymalnej siły zrywającej wyniki uzyskane dla siatki szklanej pomnożono przez współczynnik korygujący równy 0,8.

Na RYS. 3 i RYS. 4 zamieszczono przykładowe wykresy zależności wydłużenie/obciążenie badanych siatek. Można zaobserwować sprężyste zachowanie materiału siatki zbrojącej aż do wyraźnie zaznaczonego zerwania obu analizowanych przypadków. Otrzymane siły zrywające w przypadku siatki pancernej są znacznie wyższe niż dla siatki standardowej.

Siatka pancerna charakteryzuje się znacznie wyższą maksymalną siłą zrywającą - RYS. 5 i RYS. 6. Wartość odkształcenia podczas zerwania jest zbliżona w obu przypadkach. Kondycjonowanie próbek w środowisku alkalicznym niekorzystnie wpływa na wytrzymałość obydwu rodzajów badanych siatek.

Wyniki badań siatki pancernej wykazały niższą wytrzymałość na zerwanie tkaniny starzonej w stosunku do tkaniny w stanie dostawy o ok. 40% dla kierunku osnowy oraz o ok. 30% dla kierunku wątku. W przypadku siatki standardowo stosowanej w systemie ociepleń zastosowanie procesu starzenia zmniejsza wytrzymałość o ok. 50% badanych próbek w obu kierunkach.

Wytrzymałość na rozerwanie warstwy zbrojonej

Analizy wytrzymałościowej warstw zbrojonych dokonano na podstawie wartości maksymalnej siły zrywającej. Odczytano wartości sił rozciągających, wydłużenia, odpowiadające im naprężenia oraz odkształcenia. W TABELI zamieszczono średnie wartości otrzymanych wyników.

Zniszczenie próbek wykonanych na bazie kleju dyspersyjnego nastąpiło poprzez gwałtowne zerwanie tkaniny zbrojącej i pęknięcie w tym miejscu kleju dyspersyjnego na całej szerokości próbki (FOT. 5).

W przypadku warstwy wykonanej przy użyciu zaprawy cementowej próbki zniszczyły się przez pojawienie się rys i rozwarstwienie brzegów, a następnie gwałtowne zerwanie tkaniny zbrojącej, któremu towarzyszyło odpryskiwanie kawałków kleju i rozwarstwienie na całej długości pomiarowej (FOT. 6).

Otrzymane wyniki wskazują na to, że większą wytrzymałość na zerwanie mają próbki wykonane z kleju dyspersyjnego i zbrojone siatką pancerną, natomiast większym odkształceniem przy maksymalnej sile charakteryzują się paski zbrojone podwójną siatką szklaną.

Wyniki przeprowadzonych badań wykazały lepszą współpracę siatek pancernych z klejem dyspersyjnym (większe obciążenie niż w przypadku warstwy zbrojonej siatką pancerną z klejem cementowym).

Wnioski

Odpowiedni dobór materiałów warstwy zbrojonej może znacznie polepszyć jej właściwości mechaniczne. Wyniki badań tkaniny zbrojącej potwierdzają negatywny wpływ alkaliów na jej wytrzymałość. Starzenie próbek w roztworze alkalicznym powoduje spadek wytrzymałości nawet o 50% w przypadku siatek standardowych i od 30% do 40% siatek pancernych.

Pomimo lepszych właściwości wytrzymałościowych siatki pancernej próbki zbrojone tą tkaniną cechuje większa wytrzymałość na zerwanie tylko w przypadku wykonania warstwy na bazie kleju dyspersyjnego. Użycie zaprawy cementowej do połączenia siatki pancernej ze standardową skutkuje niższymi wartościami wytrzymałości niż w przypadku warstwy zbrojonej podwójnie siatką szklaną.

O wyższych wartościach wytrzymałości i wydłużenia próbek podczas zniszczenia decyduje zatem wybór kleju. Klej dyspersyjny dzięki swojej odkształcalności poprawia współpracę między obydwiema tkaninami. Jest to lepsze rozwiązanie w przypadku stosowania standardowej siatki szklanej jednocześnie z pancerną.

Wykonane badania wskazują, że duży wpływ na poprawę właściwości mechanicznych systemów ETICS ma zastosowanie kleju dyspersyjnego. Dodatkowe zbrojenie siatką pancerną poprawia wytrzymałość mechaniczną warstwy zbrojonej w przypadku stosowania kleju dyspersyjnego.

Literatura

1. Z. Rydz, "Zastosowanie tkaniny polipropylenowej do robót ocieplających metodą lekką", "Materiały Budowlane", nr 1/1999, s. 19-23.
2. P. Konca, M. Koniorczyk, D. Gawin, M. Bodziuch, "Wpływ tkanin z włókna szklanego na cechy wytrzymałościowe warstwy zbrojonej w Bezspoinowych Systemach Ociepleń", "Czasopismo techniczne. Budownictwo", R. 109, z. 2-B/2012, s. 223-230.
3. S. Chłądzyński, "Klej do styropianu czy klej do siatki?", "IZOLACJE", nr 12/2013, s. 41-44.
4. "Złożone systemy izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków ETICS. Zasady projektowania i wykonania", Instrukcje, Wytyczne, Poradniki nr 447/2009. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2009.
5. M. Lipnicka, T. Hertman, "Trwałość systemów ociepleń", "IZOLACJE", nr 4/2007, 93-95.
6. P. Konca, A. Zawadowska, M. Koniorczyk, "Właściwości mechaniczne warstwy zbrojonej BSO wykonanej z siatki pancernej", przyjęte do druku w czasopiśmie "Materiały Budowlane".
7. ETAG 004, "Złożone systemy izolacji cieplnej z wyprawami tynkarskimi".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!