Zalety zastosowania systemu mocującego w postaci kotew chemicznych

Kotwy chemiczne stosuje się najczęściej podczas modernizacji obiektów w celu połączenia nowej konstrukcji z już istniejącą. Jeszcze w latach 60. XX wieku, aby połączyć stare i nowe zbrojenie betonu należało odkuć beton w miejscu łączenia i je zespawać.

Metoda kotwienia chemicznego została po raz pierwszy zastosowana w 1972 r. podczas przebudowy Stadionu Olimpijskiego w Monachium. Jest to bardzo popularna, a czasem wręcz niezastąpiona metoda, przeznaczona do szczególnie obciążonych zamocowań. Systemy kotwień chemicznych są stosowane w wielu obszarach budownictwa – od konstrukcji budynków i lądowych obiektów inżynieryjnych, przez drogownictwo i mostownictwo, aż po budownictwo podziemne, np. przy budowie tuneli.

Kotwy chemiczne znajdują zastosowanie przy przedłużaniu płyt i belek stropowych, wykonywaniu balkonów, łączeniu ścian wielowarstwowych oraz przy mocowaniu filarów, słupów czy wsporników. Ten rodzaj mocowania jest również coraz częściej stosowany przy montażu cięższych elementów wyposażenia, takich jak ościeżnice, bramy czy ceramika sanitarna. Kotwy wklejane idealnie sprawdzą się do mocowania elementów narażonych na obciążenia dynamiczne (silny wiatr lub drgania) oraz wilgoć i wodę np. markiz czy barierek. To rozwiązanie można stosować zarówno podczas budowy nowych obiektów, jak i remontów oraz renowacji starych budynków, w których często podłoże jest już bardzo zniszczone.

System mocujący kotwy chemicznej składa się z elementu profilowanego z metalu lub tworzywa. Do kotew stosuje się pręty gwintowane lub zbrojone ze stali i stali nierdzewnej, a elementy z tworzywa lub metalu czyli tuleje są elementem uzupełniającym. Elementem kotwy jest chemicznie wiążąca masa na bazie żywicy i utwardzacza. Wklejanie kotwy rozpoczyna się od wykonania i oczyszczenia otworu montażowego, który następnie wypełnia się masą żywiczną. Potem umieszcza w nim pręt kotwy.

Głównymi zaletami kotew chemicznych są nieskomplikowany montaż, niewysoki koszt w porównaniu z innymi metodami oraz możliwość zastosowania w przypadku podłoży o niskiej nośności. Podstawą tej metody kotwienia jest proces wiązania masy żywicznej, podczas którego dochodzi do jej trwałego połączenia się z wewnętrzną powierzchnią otworu oraz z elementami kotwiącymi. Pomiędzy zżelowaną żywicą a mikrocząsteczkami na ściankach mikroszczelin pobocznic otworów (ich wewnętrzną powierzchnią) dochodzi do wiązań kształtowych (są to tzw. miejsca zazębień kształtowych). Pojawiają się one także na tzw. zamocowaniach klinowych, czyli na styku utwardzonej żywicy i elementu kotwionego, które zapobiegają jego wysunięciu z otworu.

W celu zwiększenia trwałości takiego połączenia ściankom elementów kotwionych nadaje się odpowiednie ukształtowanie. Takim przykładem są gwintowane pręty stalowe, żebrowane pręty zbrojeniowe, elementy z nacięciami, elementy karbowane czy elementy specjalnie profilowane. Jednak w wypadku elementów kotwionych z podcięciem, obciążenie przenoszone przez spoinę chemiczną wspomagane jest blokadą mechaniczną elementu w podciętym otworze.

W przypadku elementów kotwionych z kontrolowanym momentem dokręcania, obciążenia przenoszone przez siły kotwienia chemicznego w otworze cylindrycznym wspomagane są dodatkowymi obciążeniami wynikającymi ze specjalnej konstrukcji elementu kotwionego (np. siłami rozprężania trzpienia).

Zalety kotwień chemicznych

Zaletą tego systemu kotwienia jest szerokość zastosowania – kotwy chemiczne można wykorzystywać w wielu podłożach, takich jak beton, kamień, cegła pełna, cegła dziurawka, kratówka czy pustak ceramiczny. W cegłach i pustakach ceramicznych możliwości kotwy chemicznej znacznie przekraczają możliwości tradycyjnych zamocowań. Spoiny po okresie utwardzania są w stanie przenosić duże siły obciążające, często większe niż podłoże, do którego zostały zastosowane. Wytrzymałość takiego mocowania jest wtedy zdeterminowana przez jakość podłoża, a nie możliwości samej kotwy.

Kotwy chemiczne mają również zdolność do przenoszenia dużych obciążeń w betonie (porównywalną do kotew stalowych). Dodatkowo powłoka z żywicy zapewnia dużą szczelność połączenia, co chroni spoinę przed wnikaniem w nią powietrza atmosferycznego, wody i wilgoci (także pod wpływem ciśnienia). Dzięki temu na stykach połączenia spoiny z elementem kotwionym i pobocznicą maleje ryzyko kondensacji wilgoci, a powierzchnia mocowania jest chroniona przed pojawianiem się pęknięć i szczelin. Ta właściwość zapewnia trwałość połączenia i jest istotna np. przy kotwieniach w betonie, gdzie w strefach stycznych z metalowymi elementami kotwionymi zmniejsza się ryzyko pojawienia się lokalnych wysadzin betonu i niebezpiecznych procesów odspajania się kotwionego elementu od podłoża.

Porównanie systemu kotwienia chemicznego i mechanicznego

Kotwy mechaniczne wykorzystują najczęściej klinowy (tarciowy) schemat pracy w podłożu. Kotwy chemiczne pracują natomiast w podłożu w oparciu o dwa schematy: kształtowy (klinowy) i zamocowania adhezyjnego (tzw. wiązaniowego).

Poprawnie wykonane systemy kotwienia chemicznego eliminują lub znacznie redukują negatywny wpływ niektórych obciążeń charakterystycznych dla kotwień mechanicznych. Przykładem może być występowanie naprężeń montażowych przenoszonych na pobocznice otworów. W przypadku kotew chemicznych naprężenia osadzania w podłożu są znacznie niższe, co ogranicza występowanie szkodliwych zjawisk, takich jak rozszczepienia podłoży czy oberwania ich krawędzi. Właściwość ta jest szczególnie istotna na etapie projektowania, ponieważ pozwala zmniejszyć odległość osiową pomiędzy kotwami oraz umożliwia bezpieczne kotwienie blisko naroży i krawędzi, czego nie można tak łatwo wykonać przy użyciu konwencjonalnych kotew. W przeciwieństwie do kotew mechanicznych pozwalają również na osiągnięcie nieograniczonej długości użytkowej kotwy.

Do wad kotwień chemicznych należy jednak brak możliwości obciążania bezpośrednio po zamocowaniu (w przypadku kotew mechanicznych jest to możliwe) oraz wymagana precyzja przy wykonywaniu otworów montażowych (w szczególności przy oczyszczeniu otworu, by zapewnić pełen kontakt między żywicą a materiałem podłoża). W przypadku pozostawienia pyłu lub brudu w otworze nośność łączenia może ulec obniżeniu.

Jak dobrać żywicę do kotwy?

Żywica do montażu kotew występuje w formie gotowych fabrycznych opakowań (tub z wyciskaczami, kartuszy z mieszaczami), kapsułek (ampułek) szklanych oraz opakowań z aluminium lub PE. Masę można również sporządzić ze składników dostarczanych luzem i mieszanych przed użyciem w określonych proporcjach.

Wybór formy aplikacji żywicy powinien zależeć od dostępności akcesoriów oraz ilości planowanych zamocowań. Kartridże i ładunki foliowe dają możliwość wykonania wielu zamocowań z jednego opakowania oraz pracy z przerwami. Nie wymagają też określenia rozmiaru kotwy przed montażem. Otwory nie muszą być ściśle dopasowane do łącznika, ponieważ poprawnie wprowadzona żywica całkowicie je wypełni. Jednak w przypadku ładunków foliowych niezbędna będzie specjalna pompka z zabudowaną komorą. Żywica w tubie o objętości 165 i 300 ml może być zaaplikowana za pomocą zwykłego pistoletu do silikonu, a przy niestandardowych wielkościach należy wyposażyć się w odpowiedni dozownik.

Najmniej akcesoriów wymaga zastosowanie żywicy w szklanych ampułkach. Do jej aplikacji potrzebna jest jedynie wiertarka. Po wykonaniu otworu należy umieścić w nim ampułkę z żywicą o odpowiedniej wielkości. Dołem pręta kotwy rozbijamy bańkę z powietrzem ampułki i umieszczamy kotwę w otworze.

Podczas zakupu kotwy chemicznej należy upewnić się, że w jej składzie nie znajduje się styren. Jest to związek chemiczny w postaci bezbarwnej lub żółtawej cieczy, mający negatywny wpływ na ludzki organizm. Najczęściej przedostaje się do organizmu człowieka przez układ oddechowy lub rzadziej – przez skórę. Opary styrenu w małych stężeniach mogą wywołać łzawienie oczu i metaliczny smak w ustach, w stężeniach ok. 800 mg/m3 – ból i zaczerwienienie spojówek, a w większych – kaszel, zawroty głowy, zmęczenie czy nerwowość.

Podział kotew chemicznych

Kotwy chemiczne ze względu na rodzaj żywicy dzielimy na:

• Kotwy epoksydowe: ich bazę stanowi wolnowiążąca żywica epoksydowa. Ten rodzaj kotwy jest przeznaczony do bardzo wysokich obciążeń. Niestety nie nadaje się do stosowania w przy ujemnej temperaturze.
• Kotwy hybrydowe/winyloestrowe: zastosowana żywica jest związkiem chemicznym o średniej gęstości, zapewniającym relatywnie krótki czas wiązania. Kotwy winyloestrowe przenoszą wysokie obciążenia. Są często stosowane przy podłożach betonowych. Do ich dużych zalet należy możliwość stosowania w temperaturze poniżej –10°C.
• Kotwy poliestrowe: w przeciwieństwie do kotew epoksydowych i hybrydowych/winyloestrowych charakteryzują się mniejszą wytrzymałością, dlatego stosuje się je przy niskich i średnich obciążeniach. Żywica poliestrowa charakteryzują się sporą gęstością, jest również szybkoschnąca. Ten rodzaj kotew jest często stosowany do mocowania w pustakach.

Niezależnie od wybranej żywicy należy zapoznać się z oznaczeniem jej czasu żelowania, umieszczonym na opakowaniu lub w karcie technicznej produktu. Jest to czas pomiędzy aplikacją masy żelowej a zamocowaniem pręta, który wynosi zwykle od 2 do 3 minut. Mocowanie nie powinno być wykonane po upływie tego czasu.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!