Lehké betony a jejich role při realizaci plochých střech

Již od 20. let 20. století si designéři budov dobře uvědomují vizuální a celostně-konstrukční výhody zastřešení s malým sklonem, tzv. ploché střechy. Moderní doba pomáhá k tomu, aby plochá střecha byla nejen krásná, ale i správně izolující a nepromokavá.

Plochá střecha se obecně uvažuje do sklonu 5°, tj. 8,75 %. Ze stavebního hlediska se optimální sklon u plochých střech pohybuje mezi 3-4 %, jelikož v tomto spádu snadno odtéká dešťová voda a zároveň se lze snadno na střeše pohybovat, je-li plánována jako užívaná, pochozí.

V naší republice se, zvláště u rodinných domů, ploché střechy mírně „zprofanovaly“, pravděpodobně díky 70. a 80. létům 20. století, kdy bylo moderní bydlet v „kostce“ s plochou střechou. Materiálová kvalita v daných konstrukcích však nebývala dobrá a ploché střechy způsobovaly více problémů než užitku. Používaly se tepelné izolace z novin, spádové vrstvy ze škvárobetonu, které se, kromě přirozeného rozpadu radionuklidů, rozpadaly i mechanicky, případně velmi na pojivo „hubené“ a tenké potěrové vrstvy, které se míchaly přímo na střeše. Tato řešení jsou již naštěstí minulostí.

Lehčené betony se využívají obdobně jako běžný beton na monolitické konstrukce pozemních a inženýrských staveb. V individuální výstavbě se lehčený beton úspěšně uplatňuje při rekonstrukcích a půdních vestavbách na vytvoření spádových vrstev plochých střech nebo jako výplňová tepelně izolační vrstva pro stropy, podlahy, případně terasy. Základem směsí lehčeného betonu je keramické kamenivo o nízké hmotnosti (Liapor), ale i další přísady. Mezi lehké betony se řadí třeba i pěnobeton nebo betonový mix s přísadou polystyrenu.

Nízké objemové hmotnosti je dosaženo nejčastěji použitím pórovitého kameniva (plniva). Hutný lehký beton je nejvíce podobný běžnému betonu, a to díky podobně uzavřené (kompaktní) struktuře. U mezerovitého lehkého betonu je nízké objemové hmotnosti dosaženo upravenou křivkou zrnitosti a omezením množství cementového tmelu. Některé frakce kameniva, zejména jemné, jsou zde značně potlačeny nebo úplně vynechány. Další dvě skupiny lehkých betonů jsou vytvořeny obvykle bez přidání pórovitého kameniva. Pěnobeton je zpravidla tvořen pouze z cementu, vody a pěny. U pórobetonu zaujímají póry až 80 % z celkového objemu.

Čtěte také: OSB vložky v nosnících

Vylehčení (vytvoření pórů) je dosaženo přidáním plynotvorné látky, kterou je v ČR nejčastěji hliníkový prášek. Tato látka v čerstvém betonu vyvolá chemickou reakci s alkalickým prostředím a za uvolnění vodíku způsobí tzv. „nakynutí“ směsi.

Výsledné vlastnosti lehčeného betonu ovlivňuje zvolený materiál. Jako lehčený beton se nejčastěji vyrábějí směsi objemových hmotností 300 kg/m3 až 2000 kg/m3 s pevností v tlaku od 0,2 MPa až do 37 MPa. S ohledem na jejich vlastnosti by se dalo zjednodušeně říci, že čím je betonová směs těžší, tím má vyšší pevnost v tlaku, ale menší tepelný odpor.

Druhy lehkých betonů

Pěnobeton

• Při volbě plniva v podobě technické pěny vzniká jeden z nejlehčích typů betonů (cca 300 - 900 kg/m3), který se nazývá pěnobeton.
• Pro vylehčení betonu bylo v první fázi výzkumu použito lehké plnivo a pěna. Vylehčení pomocí pěny bylo zkoušeno jak poloprovozně v prostorách Prefy Brno, tak laboratorně na FAST VUT v Brně. Beton měl dosahovat pevností v tlaku 1,0 a 13,5 MPa.
• Laboratorně vyrobený pěnobeton na FAST VUT v Brně dosahoval při vysušené objemové hmotnosti 1440 kg/m3 průměrné krychelné pevnosti 12,9 MPa.
• Na pěnobeton lze aplikovat povlakové krytiny.

Polystyrenbeton (PsB)

• Lehký je také polystyren-beton (cca 500 - 1500 kg/m3). Ten díky uzavřené struktuře polystyrenu nemá tendenci přijímat vodu.
• Je dodáván v zavlhlé nebo nižší konzistenci, proto je nesnadné jeho čerpání a je většinou ukládán pomocí bádií.
• Beton lehčený polystyrenem se hodí například pro spádové vrstvy plochých střech, sanace kleneb a dalších prostor, a dále pro tepelně izolační vrstvy v podlahových konstrukcích.
• Na stavbě se v mobilním zařízení vyrábí kašovitá, polystyrenovými kuličkami vylehčená cementová směs, která se pomocí čerpadla a hadic přímo dopravuje na místo uložení.

Technické údaje Polystyrenbetonu (PsB)

Technické údaje platí pro PsB vyrobené z cementu třídy CEM II 32,5R.

Polystyrenbeton není určen ve skladbách podlah jako finální povrchová úprava. Od poškození se musí vhodným způsobem ochránit. V případě použití v konstrukci podlahy se na tuto vrstvu vždy aplikuje roznášecí vrstva. Třída PsB 60 se může použít pro vyrovnávací vrstvy profilovaných krytin střech se sklonem do 15°.

Betony lehčené uměle vyráběným kamenivem (Liaporbeton)

• Betony lehčené uměle vyráběným kamenivem mívají objemovou hmotnost 1000 - 2000 kg/m3, tedy až o 2/3 nižší, než u běžných betonů.
• Lehké betony jsou vlastně speciální betonové směsi s přesně stanovenou recepturou, která zaručuje nejen nízkou hmotnost, ale také optimální pevnost a další parametry.
• Vylehčení betonu se dosahuje nahrazením běžného kameniva lehkým keramickým kamenivem Liapor. Díky tomu pak získává výsledný beton nejen nižší hmotnost, ale také lepší tepelně izolační i akustické vlastnosti.
• Lehký keramický beton Liaporbeton je stejně jako běžný beton pevný a trvanlivý. Díky svému složení má však navíc k těmto vlastnostem i další výhody.
• Liaporbeton se připravuje a aplikuje se podobně jako běžný beton. V míchačce nebo ručně se smíchá s předepsaným množstvím vody a vzniklá směs se pak nanáší na připravený podklad.
• Lehké keramické betony mohou být použity jako prosté, vyztužené i předpjaté. Vyrábí se z nich, stejně jako z běžného betonu, monolitické konstrukce pozemních a inženýrských staveb, tak dílce pro montované stavby.
• Jejich výroba probíhá na staveništích, nebo stálých výrobnách odkud se dodávají jako transportbetony. Používají se zpravidla stejně jako běžné betony. Také se navrhují dle stejných pravidel, jen s odchylkami zohledňujícími například deformační vlastnosti lehkých betonů apod. Hutné lehké betony se též řadí do stejných pevnostních tříd jako běžné betony. Nižší pevnost, ale také velmi nízká objemová hmotnost a dobré izolační vlastnosti charakterizují mezerovité lehké betony.

Ultralehký beton (ULC)

• Betony s objemovou hmotností pod 1200 kg/m3 lze dle [1] označit jako ultralehké (ULC).
• Ultralehký beton (ULC) byl vyvíjen na FAST VUT v Brně v rámci projektu MPO ČR TIP FR-TI4/159 „Light structures“.
• Pro ULC byl použit cement CEM I 52,5R.
• Podařilo se vyvinout ultralehký beton pevnostní třídy 12/13 při třídě objemové hmotnosti D1,0. Průměrná objemová hmotnost ULC po vysušení byla 950 kg/m3 při průměrné krychelné pevnosti 19,4 MPa.
• Přitom na trhu lze běžně nalézt jen lehký konstrukční beton s pevnostní třídou pouze 8/9 při třídě objemové hmotnosti D1,2 [5].

Výroba a Vlastnosti Ultralehkého Betonu

V další fázi vývoje se pozornost zaměřila na vylehčení pomocí lehkého keramického kameniva, konkrétně na hutný lehký beton. V jeho složení převládá minerál illit a kaolinit, dále oxidy křemíku, hliníku, železa a dalších prvků. Obsahuje i úlomky slíd a fosilní zbytky. Tyto fosilní zbytky a další hořlavé příměsi způsobují expanzi materiálu při výpalu. Díky výpalu na teplotu přes 1000 °C získává Liapor i své charakteristické vlastnosti. Pro experiment byl použit Liapor frakcí s označením 4-8/350, 1-4/500 a 0-2/575.

Čtěte také: průvodce lehkými palubkami

Optimalizace a Příprava Směsi

V rámci teoretické přípravy návrhu LC jsme nejprve definovali optimální křivku zrnitosti vytvořenou z výše uvedených frakcí. Z poměrného zastoupení užitých frakcí pak mohla být vyčíslena průměrná objemová hmotnost směsi kameniva cca 850 kg/m3.

Při objemové hmotnosti cementového tmelu 2270 kg/m3 a požadované výsledné objemové hmotnosti betonové směsi 1000 kg/m3 vychází maximální dávka cementového tmelu cca 105 l. Tento objem je vzhledem k běžné spotřebě cementového tmelu cca 300 l nedostatečný. Takto navržený LC by byl mezerovitý, špatně zpracovatelný a nedostatečné pevnosti. Bylo tedy nezbytné přijmout ještě další opatření pro snížení objemové hmotnosti LC, které (jak vyplynulo z teoretického rozboru) musí být směrováno k vylehčení cementového tmelu.

Jako nejefektivnější se jevilo provzdušnění tmele, které vytváří v betonu malé vzduchové póry o průměru 10-300 µm.

Čerstvý beton byl připraven v laboratorní míchačce s nuceným mícháním. Abychom zabránili odebírání vody z čerstvého betonu v průběhu míšení, bylo kamenivo před mícháním navlhčeno tzv. dodatkovou vodou. Tato voda se podle [3] nezapočítává do vodního součinitele, nezmenšuje tedy pevnost betonu, která závisí na vodním součiniteli, a navíc ve ztvrdlém betonu působí jako ošetřující voda.

Následně byl přidán cement, práškové příměsi a 90 % účinné vody s rozpuštěnou provzdušňující a kombinovanou polyfunkční přísadou. Kombinovaná polyfunkční přísada byla připravena na našem pracovišti smísením polykarboxylátového superplastifikátoru a polymelaminu. Jedině tak mohlo být dosaženo dobře zpracovatelného a přitom stabilního LC požadované objemové hmotnosti.

Čtěte také: vše o vrtání do betonu s korunkou 150 mm

Čerstvý LC vykazoval rozlití kužele cca 450 mm, což zdánlivě není mnoho. Je třeba si ale uvědomit, že při objemové hmotnosti řádově 1000 kg/m3 působí na čerstvý lehký beton při flow-testu úměrně nižší síly.

Pevnost a Modul Pružnosti

Pro použití v konstrukčních prvcích jsou nejvýznamnějšími vlastnostmi LC jejich pevnost a modul pružnosti. Jak se při zkouškách ukázalo, existuje relativně přímý vztah mezi pevností a objemovou hmotností. Z toho vyplývá, že pokud známe objemovou hmotnost betonu určitého základního složení, lze s velkou mírou pravděpodobnosti určit dopředu i jeho krychelnou pevnost. V našem případě byla průměrná krychelná pevnost celkového souboru 20 vzorků 19,4 MPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 2,2 MPa.

Průměrný modul pružnosti lehkého betonu s označením LC 12/13, D1,0 lze podle [4] vypočítat pomocí vztahu Elcm = Ecm ‧ ηE, kde Ecm je modul pružnosti obyčejného betonu odpovídající pevnostní třídy a ηE je zmenšující součinitel závislý na objemové hmotnosti. Pro objemovou hmotnost 1000 kg/m3 vychází hodnota modulu pružnosti 5,6 GPa. Naproti tomu jsme při experimentech naměřili průměrnou hodnotu modulu 8,6 GPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 0,5 GPa.

Výhody lehčených betonů

• Odlehčuje a izoluje: Výhody v podobě nízké objemové hmotnosti v kombinaci s vynikajícími tepelně izolačními parametry předurčují tento materiál k použití nejen u novostaveb, ale také při rekonstrukcích.
• Snížení zatížení konstrukce: Liaporbeton nabízí hmotnost až o 2/3 nižší (pouze 600 kg/m3) než u běžného betonu. Majitelé starších domů, chat, chalup a dalších budov s přísnějšími nároky na statiku ocení výrazně nižší hmotnost.
• Tepelně izolační vlastnosti: Neopomenutelné jsou i jeho tepelně izolační vlastnosti (součinitel tepelné vodivosti 0,14 Wm-1 K-1).
• Rychleschnoucí: Liapor Mix je rychleschnoucí - pochozí je již po 24 hodinách. Celková doba vysychání je 5-7 dní.
• Snadná manipulace: Díky vývoji stavební a výrobní techniky a technologie už není nutné šplhat do výšky po žebřících s pytli cementu a vědry plniva na střechu. Lehčený beton je možné nechat jeřábem dopravit na střechu, případně nechat na míru „nařezat“ prvky polystyrenových spádových klínů, nebo třeba pohodlně dopravit pomocí mobilní čerpací techniky cementové lité pěny, určené pro uložení do spádu.

Aplikace lehčených betonů na ploché střechy

Spádová vrstva vytváří požadovaný sklon svrchních střešních vrstev pro odvod dešťové vody. Aby se srážky na střeše nedržely v podobě louží, musí mít i plochá střecha takový spád, který zaručí jejich rychlé odvedení ze střechy k odvodňovacím prvkům. Ideální je pochopitelně vytvoření spádu už nosnou konstrukcí, což není vždy možné.

Příkladem mohou být rekonstrukce střech, střechy velmi složitých půdorysů nebo třeba střechy větších ploch. Právě u tak rozsáhlých realizací, jako jsou bytové domy nebo nákupní centra, jsou cementové pěny ideální variantou. Lehčené betony, cementové lité pěny a polystyrenové klíny jsou běžně používané materiály pro vytvoření spádových vrstev plochých střech.

Srovnání materiálů pro spádové vrstvy

Lehčené betony (keramzitové, polystyrenové apod.)

• Mají relativně vysoké pevnosti, ale i relativně vysokou objemovou hmotnost (cca 900 kg/m3).
• Je do nich obvykle potřeba použít výztuž a je nutné je dilatovat.
• Jejich doprava se provádí většinou pomocí jeřábu a bádií. První z uvedených variant je časově a personálně velmi náročná, u druhé varianty je ukládání nákladné a vzhledem k vysokým čerpacím výškám i dost problematické.
• Zpracovávat se musí obvykle ručně.
• Pomáhají, ale jen někdy při statických úlohách. Pro pojížděné střechy jsou velmi vhodné.
• Oproti polystyrenu vynikají lehčené betony použité jako spádová vrstva svou pevností, které je ale dosaženo na úkor vyšší objemové hmotnosti (jsou těžší) a tepelných charakteristik. Jde o cenově poměrně nákladné řešení.
• Doporučený spád pro střechu spádovanou lehčeným betonem se s ohledem na eliminaci nerovností pohybuje zpravidla kolem 5 %.
• U lehčených betonů je problematické dosáhnout přesného spádování. Spád, který vytvoří dělníci, není vždy přesný a místně mohou vznikat plochy s nižším sklonem nebo dokonce s protispádem.

Polystyrenové klíny (EPS)

• S přípravou pro natavování izolace jsou velmi lehké (objemová hmotnost cca 20 kg/m3).
• Dají se předem připravit podle tvaru střechy a jsou tedy i ve finále tvarovatelné.
• Jejich transport a pokládka je náročnější na organizaci.
• Bez významné roznášecí desky je nelze použít na pojížděné konstrukce.
• Jsou relativně deformabilní a mají nižší pevnost. Pevnost spádové vrstvy je dána v projektu, proto EPS klíny, které mají pevnost nízkou, nemusí navržené parametry vůbec splňovat.
• Jejich izolační funkce je velmi dobrá.
• Mírný problém je při řešení detailů, průchodů a styků, kdy je nutné spáry a nedolehy vyplňovat.
• Následná realizace spádové vrstvy pomocí polystyrenových klínů (EPS) je náročná na přesnost při návrhu, výrobě, manipulaci i ukládání a zároveň představuje zpravidla vyšší náklady.
• Spádování pomocí tepelné izolace v podobě polystyrenu je energeticky výhodnější, avšak za cenu nízké pevnosti. Problematické může být také natavování dalších vrstev.

Cementové lité pěny (PORIMENT)

• Tyto pěny mají relativně vysoké pevnosti a nízkou objemovou hmotnost (od 500-700 kg/m3).
• Jsou schopné řešit rozličné podkladní materiály a spády do 4 % či 8 %.
• Při zatížení konstrukce asi 500 kg/m3 nabízejí minimální zaručenou krychelnou pevnost v tlaku 0,5 Mpa (u varianty PORIMENT PS 500).
• Díky nízkému součiniteli tepelné vodivosti (např. 0,114 W/m-1.K-1 v suchém stavu u cementové pěny PORIMENT PS 500) přispívají cementové pěny ke splnění požadovaného tepelného odporu celého souvrství.
• Příprava podkladu pro tyto pěny je snadná, podklad by měl být čistý, může být mírně nasákavý a může jej tvořit i plech nebo dřevo.
• Jelikož jsou pěny i mírně zatékavé, je dobré případné otvory či spáry vyplnit v dostatečném předstihu.
• Použitelné vrstvy jsou dle zvoleného typu od 2 cm do cca 25 cm v jednom aplikačním kroku. U okrajů střechy je samozřejmě nutné použít bednění pro zabránění úniku pěny.
• Využitím cementových pěn lze výrazně ušetřit náklady na dopravu materiálu. Autodomíchávačem je totiž dopravováno pouze cementové mléko, ze kterého se pěna vyrábí až na stavbě. Výroba pěny se provádí přímo na stavbě, pomocí mobilního míchacího a čerpacího zařízení. Stejně tak polystyrenová drť je přimíchávána přímo do stroje na stavbě. To znamená, že z jednoho autodomíchávače, který přiveze speciální cementovou suspenzi, je možné vyrobit kupř. až 18 m3 koncového výrobku. Tento fakt ulehčuje od zatížení staveb vícenásobnými nájezdy.
• Ukládka pěny probíhá pomocí systému gumových hadic o průměru 50 mm, je tedy pohodlná a fyzicky není náročná. Na stavbě tedy není pro ukládku potřeba žádný jeřáb.
• Na střeše se vodícími latěmi nebo provázky pouze vytyčí spády a materiál se do potřebných ploch srovná buď latí, nebo tzv.
• Pěna je pak do dvou dnů pochozí a do týdne zatížitelná.
• Na otevřeném prostranství je samozřejmě problém se srážkami, čerstvý materiál by neměl propršet intenzivní srážkou, případně by měl být chráněný před sluncem při extrémních teplotách (mlžení vodou).
• Pro střechy se složitými spády (psaníčka, hřebeny, zalomení) a změnami spádů s hodnotami do 8 % je vhodné použít cementovou litou pěnu s polystyrenem PORIMENT PS 500. Tato pěna má po vytvrdnutí objemovou hmotnost 500 kg/m3 a pevnost v tlaku 0,5 MPa. V jednom kroku při spádu okolo 5 % lze aplikovat vrstvu až 20 cm, při větších vrstvách se doporučuje technologická přestávka a navrstvení. Na tuto pěnu lze aplikovat bez problémů natavované pásy, za použití přípravného, asfaltového, penetračního prostředku. Slouží i jako vhodná tepelná izolace, její součinitel tepelné vodivosti je l = 0,11 W.m-1.K-1.
• Na střechách, které mají naplánované nízké spády a malé stavební výšky (rekonstrukce) a kde není přílišná složitost půdorysu, je vhodné použití pěny PORIMENT WS 700. Tato pěna je bez polystyrenových perel, a při své objemové hmotnosti 700 kg/m3 má pevnost v tlaku 2 MPa. Součinitel tepelné vodivosti má tato pěna l = 0,13 W.m-1.K-1. Do tohoto materiálu je možné i použít určité typy kotev vrchní hydroizolace.
• Cementové pěny PORIMENT jsou lehký silikátový materiál vhodný pro novostavby i pro rekonstrukce, který se vyrábí pomocí moderní, počítačem řízené technologie. Cementové pěny sice nemají tak nízký součinitel tepelné vodivosti jako polystyren, ale jsou oproti němu cenově dostupnější.
• Cementové pěny použité pro spádové vrstvy jsou tak určitým kompromisem mezi oběma variantami.
• Cementové pěny jsou při použití ve spádových vrstvách řešením, které nabízí určitý kompromis mezi vlastnostmi ostatních dvou nejčastěji používaných variant. Zároveň ale toto řešení vyžaduje nižší náklady na dopravu a výrazně jednodušší manipulaci než varianty používající pěnový polystyren a lehčený beton.

Doporučení pro výběr materiálu

Pro ploché střechy se složitými spády (psaníčka, hřebeny, zalomení) a změnami spádů s hodnotami do 8 % je vhodné použít cementovou litou pěnu s polystyrenem PORIMENT PS 500. Na střechách, které mají naplánované nízké spády a malé stavební výšky (rekonstrukce) a kde není přílišná složitost půdorysu, je vhodné použití pěny PORIMENT WS 700.

Skladby a typů střech a plochých střech existuje samozřejmě mnoho. Kupříkladu jednoplášťové a víceplášťové, nebo standardní a inverzní. U inverzních střech je zamýšlená hydroizolační vrstva až pod vrstvou tepelněizolační. Pro tuto skladbu se cementové pěny obecně nehodí, jelikož jsou i přes svou hutnost mírně nasákavé. Výhoda pěn ale je, že díky vzduchovým pórům, příp. příměsím polystyrenu, mají i dobré tepelně izolační vlastnosti.

tags: #lehke #betony #na #ploche #strechy

Oblíbené příspěvky:

• Zde je návod, jak připravit podklad pro vaše ohniště.
• betonový potěr do garáže
• Vše o spojovacích trnech a lištách
• Přečtěte si článek o jádrových omítkách
• Kompletní řešení pro vaši střechu