Ocieplanie: Tworzywowe łączniki mechaniczne

Systemy dociepleń stosuje się przy budowie nowych obiektów i termomodernizacji już istniejących. Najczęściej płyty ocieplające mocowane są mechanicznie do ściany budunku.

Jest kilka rodzajów systemów ocieplenia: płyty styropianowe klejone, płyty styropianowe i z wełny mineralnej łączone mechanicznie (kotwione kołkami), płyty z wełny mineralnej o tradycyjnym układzie włókien lub lamelowe (o włóknach prostopadłych do powierzchni klejenia) klejone i kotwione.

Funkcja łącznika  

Funkcją łącznika mechanicznego jest przenoszenie działających obciążeń z warstwy elewacyjnej na konstrukcyjną ściany. Przenosi on osiowe siły rozciągające, wywołane ssącym działaniem wiatru, który odrywa płyty izolacyjne od ściany, a także pionowe siły ścinające pochodzące z ciężaru własnego materiału docieplającego, we współpracy z klejem. W wyniku działania wypadkowej tych sił, łącznik pracuje również na zginanie. Wytrzymałość zamocowania kołka na wyrywanie zależy od siły tarcia na styku rozprężnej części mocującej łącznika z wewnętrzną powierzchnią otworu wywierconego w podłożu. Wartość tej siły jest zależna od rodzaju podłoża i długości osadzenia łącznika oraz zdolności rozprężnej części łącznika. Poza funkcją konstrukcyjną kołek ma także utrwalić wstępną przyczepność kleju, przytwierdzić płytę i zapobiec jej odkształceniu, a tym samym zapobiec powstawaniu zarysowań na powierzchni tynku. Dodatkowo łączniki pomagają wyeliminować skutki błędów popełnianych przy montażu: niewłaściwego przygotowania podłoża (ułożenie kleju na stary tynk lub podłoże słabo wchłaniające), układania izolacji przed czasem pełnego utwardzenia spoiny, montowania docieplenia przy niesprzyjających warunkach atmosferycznych (deszcz, silny wiatr, niska temperatura).

Rozmieszczenie kołków  

Liczba, typ i sposób rozmieszczenia kołków powinny być określone w dokumentacji technicznej izolacji, wykonanej na podstawie obliczeń statycznych. Zanim przystąpimy do projektowania, należy określić rodzaj i jakość podłoża w obiekcie, ewentualnie przeprowadzić próbę na wyciąganie kilku kołków. Otrzymamy wówczas obraz rzeczywistej nośności podłoża, co pozwoli wybrać odpowiedni typ i rodzaj łącznika. Podstawą sporządzenia dokumentacji są zalecenia według: PN-77/B-02011 - "Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenia wiatrem". PN-91/B-02020 - "Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia". instrukcji ITB nr 334/96 - Metoda lekka mokra oraz aprobat i świadectw dopuszczenia ITB systemów dociepleń i łączników. Liczba łączników (nie mniej niż 4 szt/m²) i schematy kotwienia będą różne w zależności od wysokości budynku, wartości obciążeń i odległości od narożników (strefa brzegowa). Szerokość stref brzegowych zależy od szerokości budynku (mniejszego wymiaru obrysu budynku). Powinna wynosić 1/8 tej szerokości, ale nie mniej niż 1 metr i nie więcej niż 2 metry. W strefie brzegowej liczba kołków powinna się zwiększyć o minimum 20%, maksimum 50% w zależności od warunków obciążenia. W wypadku szczególnie wysokich budynków należy zrobić szczegółowy projekt określający ich liczbę i rozmieszczenie.

Zakotwienie 

Wymaganą długość kołka obliczamy, dodając do siebie następujące dane: wymagana głębokość zakotwienia (zależy od rodzaju podłoża) + grubość tynku (jeśli jest) + grubość spoiny klejowej + grubość płyty + zapas na ewentualne nierówności podłoża. W wypadku braku kołków wymaganej długości należy użyć dłuższych. Trzeba również pamiętać, że tynk nie jest podłożem nadającym się do zakotwienia. Kołek musi rozeprzeć się we właściwym materiale stanowiącym konstrukcję ściany.
Głębokość zakotwienia zależy od rodzaju podłoża. W materiale pełnym (takim jak beton i cegła pełna) minimalna głębokość osadzenia łącznika wynosi 40 mm. W materiałach takich jak cegła dziurawka, cegła kratówka, bloczki z betonu komórkowego głębokość powinna wynosić 60 mm (80 mm wg standardów zachodnioeuropejskich).

Elementy składowe  

Kołek składa się z dwóch zasadniczych elementów: korpusu z talerzem dociskowym i trzpienia. Klasyczny korpus ma w strefie mocującej część żebrowaną z podłużnymi rozcięciami, która z chwilą wprowadzenia trzpienia rozpręża się, naciskając na ścianki otworu. Dzięki temu, na styku łącznik-podłoże, powstaje siła tarcia przejmująca działające na kołek siły zewnętrzne i przekazująca je do podłoża. Kształt części rozprężnej jest szczególnie ważny, gdy chcemy zastosować łącznik na przykład w betonie komórkowym. Jest to materiał nieodporny na nacisk powierzchniowy, dlatego istotny jest kształt skrzydełek (żeberek). Są one wypierane przez trzpień, wgniatane w beton komórkowy i tworzą rodzaj zamka, nie wywołując przy tym trwałych sił rozprężnych, co daje stałą wytrzymałość takiego połączenia. Nieco inaczej wygląda korpus łącznika wstrzeliwanego. Jest on krótszy, ma elastyczną końcówkę, która w trakcie montażu ulega ściśnięciu, a trzpień styka się bezpośrednio z podłożem, co zapewnia dobre zamocowanie. Działa tu inny mechanizm przenoszenia obciążeń - jest to tzw. połączenie materiałowe łącznika z podłożem. Energia osadzenia w wyniku tarcia wywołuje tak wysoką temperaturę, że zachodzi scalenie cząstek materiału podłoża i cząstek trzpienia. Metoda ta jest dopuszczalna tylko w twardym podłożu (betonie lub stali). W zależności od używanego do ocieplania materiału, należy dobrać średnicę talerza dociskowego. Są trzy podstawowe średnice: 60, 90, 120 mm. Kołki z talerzami 90 i 120 mm zalecane są przede wszystkim do mocowania płyt z wełny mineralne. Talerze średnicy 60 mm stosuje się do styropianu, choć ITB dopuszcza ich stosowanie do wełny. Przy dociepleniu wykonywanym z płyt z wełny mineralnej lamelowej proponuje się nawet średnicę 140 mm. Powierzchnia talerza powinna być dość szorstka, aby zapewnić jak najlepszą przyczepność zaprawy. Trzpieniem może być gwóźdź wbijany lub wkręt. Gwintowanie pozwala uzyskać mocniejsze zakotwienie, a dzięki temu możliwość przeniesienia większych obciążeń. Używanie trzpienia gwintowanego zalecane jest do mocowania wełny mineralnej i prac na dużych wysokościach.

Materiały  

Materiał, z którego wykonano kołek, ma wpływ na jego wytrzymałość. Ważne jest, aby surowiec do produkcji łączników nie pochodził z recyklingu. Koszulki kołków produkuje się z polimerowych tworzyw sztucznych. Są to polipropylen, polietylen, poliamid lub ich kopolimery. Aby polepszyć właściwości materiałowe, surowce można modyfikować. Ważnym czynnikiem wpływającym na cechy wytrzymałościowe polimerów jest temperatura. Przy temperaturach od -15 do +40^oC te trzy tworzywa zachowują się podobnie i dają pewne zakotwienie. Przy temperaturach wyższych od +60^oC, polipropylen na przykład wykazuje duże pełzanie w przeciwieństwie do polietylenu i piliamidu. Ze względu na niską temperaturę topnienia wszystkich tworzyw należałoby przeprowadzić badania w celu sprawdzenia ich zachowania w warunkach podwyższonej temperatury pod długotrwałym obciążeniem, a także badania trwałości. Niestety, takich badań kołków w Polsce jeszcze się nie przeprowadza. Oprócz tworzyw sztucznych, do produkcji trzpieni używa się stali stopowej. Jako zabezpieczenie antykorozyjne najczęściej daje się podwójną powłokę cynkową. Aby zapobiec powstawaniu mostków termicznych, łby metalowych trzpieni powleka się tworzywem. Można spotkać także bardziej finezyjne rozwiązania dodatkowo minimalizujące działania mostka cieplnego (np. pokrywka ochronna talerzyka).

Mocowanie  

Mocowanie powinno być wykonane po uprzednim przyklejeniu płyt, z uwzględnieniem czasu wiązania kleju (minimum 24 h). Klejenie przenosi obciążenia montażowe i nie pozwala na ewentualne przesuwanie się płyty. Aby osadzić łącznik w podłożu, trzeba wywiercić otwór średnicy równej średnicy kołka, z tolerancją +0,1 mm -0,3 mm. W podłożu pełnym (beton, cegła pełna) można użyć wiertarki udarowej z końcówką z węglików spiekanych. Natomiast w podłożach takich jak cegła dziurawka, kratówka, beton komórkowy, stosowanie udaru jest niedopuszczalne (niszczy strukturę materiału wokół otworu, nie pozwala na prawidłowe zamocowanie). Głębokość otworu musi być przynajmniej o 10 mm większa od ustalonej długości zakotwienia.
Przed wprowadzeniem łącznika otwór należy oczyścić, a następnie wcisnąć korpus i ewentualnie lekko dobić młotkiem. Należy zwrócić uwagę na dociśnięcie płyt do podłoża, ważne jest, aby punkty wbicia kołków pokrywały się z punktami klejenia. Kolejnym krokiem jest, w zależności od rodzaju łącznika, wbijanie lub wkręcanie trzpienia. W wypadku, gdy otwór nie został wywiercony prawidłowo i czynności trzeba powtórzyć, należy pamiętać o zachowaniu odległości równej minimum głębokości zakotwienia. Montaż został wykonany prawidłowo, gdy łącznik tkwi nieruchomo w podłożu. Najbardziej efektywnym sposobem montażu jest wstrzeliwanie (jednoetapowe i szybkie). Jest to istotne przy dużych powierzchniach ociepleń. Problemem może być co prawda wysoki koszt robót (około 4-krotnie wyższy od tradycyjnego), ale oszczędność czasu i robocizny czynią ją opłacalną.

Narzędzia  

Narzędzia do mocowania płyt ociepleniowych muszą być lekkie, wydajne i łatwe w obsłudze, gdyż prace wykonuje się często na dużych wysokościach i przez wiele godzin. Wykwalifikowane ekipy najczęściej używają tradycyjnych wiertarek lub wiertarek z udarem. Mniej znane są osadzaki, chociaż w porównaniu z metodą tradycyjną pozwalają na pięciokrotnie szybsze mocowanie kołków. Ich wydajność to jeden strzał na sekundę. Są lekkie (około 2-3 kg) i łatwe w obsłudze. Powinny być jednak obsługiwane przez fachowca i zgodnie ze wskazówkami producenta. Proces osadzania przebiega nastepująco: po odpaleniu ładunku chemicznego powstaje energia, która przesuwa do przodu tłok znajdujący się w osadzaku. Tłok, przesuwając się, wbija jednocześnie element mocujący (gwóźdź, kołek) w podłoże. Energia osadzenia zależy od rodzaju i wielkości naboju. W celu dobrania optymalnej energii osadzenia należy wykonać kilka próbnych osadzeń. Montaż za pomocą osadzaka można wykonywać na podłożu betonowym i stalowym.