Vzdělávací centrum

Použití PU lepidel pro stabilizaci vrstev střech

Spolehlivá stabilizace vrstev střech lepením vyžaduje použití ověřených lepidel a způsobů jejich aplikace. Pro návrh jsou nutné věrohodné hodnoty přídržnosti lepidel na podkladu. Autor článku ing. Kafka organizoval rozsáhlé zkoušky přídržnosti různých lepidel při různých klimatických podmínkách, způsobech aplikace a také při různých nerovnostech podkladu. S částí získaných poznatků, které nyní uplatňujeme při tvorbě systémových skladeb střech, nás seznámí ve svém článku.

Stabilizace vrstev střechy s povlakovu hydroizolací se dimenzuje na účinky sání větru, eliminaci negativních účinků objemových změn a v případě větších sklonů (obvykle od 5°) také proti posunu vrstev vlivem gravitace.

Na střechách s povlakovou hydroizolační vrstvou se obvykle používají následující způsoby stabilizace vrstev:

• kotvení všech nebo některých vrstev střešní skladby k únosnému a stabilnímu podkladu; pokud je přikotvena k podkladu jen část vrstev, navazující vrstvy se ke spodním přikotveným obvykle lepí;
• lepení jednotlivých vrstev mezi sebou;
• zatížení hmotností vrchní stabilizační vrstvy.

Lepení má letitou tradici v používání rozehřátého asfaltu. Tento způsob je spolehlivý a s ověřenou vysokou životností, z hlediska technologie a bezpečnosti práce je ale poměrně náročný. Také proto se v posledních letech stávají stále oblíbenějšími různé druhy lepidel za studena, zejména pak lepidla na bázi polyuretanu.

Polyuretanová lepidla mají relativně vysoké pevnosti ve smyku a odlupu, teplotní i chemickou odolnost a adhezi k obtížněji lepitelným povrchům. Kvalitnějšího spoje dosahují polyuretanová lepidla dvousložková, vzhledem k ceně a jednoduchosti aplikace však převažují lepidla jednosložková. Jednosložková polyuretanová lepidla mají již předem zkombinovány jednotlivé dílčí složky hmoty, není potřeba je tedy míchat ani slučovat procesem před či během aplikace. V jednosložkovém lepidle jsou polyoly s izokyanáty namíchány tak, aby ve směsi zůstaly nezreagované izokyanátové skupiny, které jsou citlivé na aktivní vodík (obsažený např. ve vodě). Tyto pak při aplikaci v kontaktu se vzdušnou vlhkostí reagují (vulkanizují). Zahájí se tím proces tvorby polymerní sítě, následkem čehož lepidla tuhnou a tvrdnou.

Zmíněná PU lepidla jsou na stavebním trhu dostupná ve dvou základních formách. Jedna je ve formě gelové, připomínající svou konzistencí medovou hmotu. Z plechových nádob se nanáší prostým vylitím v pruzích či se následně roztírají do plochy. Nevýhodou je nízká výška vypěnění a proto lze gelová lepidla využít k lepení tepelných izolací k podkladu a mezi sebou jen na plochách s dobrou rovinností, nejlépe maximálně do 5 mm na 2 m. Existují i gelová lepidla určená k lepení hydroizolačních povlaků ze syntetických fólií či asfaltových pásů se speciálně upravenou spodní plochou k podkladu.

Pro lepení tepelných izolací na podklady s reálnou rovinností jsou vhodnější jednosložkové polyuretanové pěny s vyšší mírou napěnění. Tato lepidla jsou dodávána ve dvou obvyklých velikostech balení - pistolové kartuše o objemu 750 ml nebo ocelové tanky obsahující 10,4 kg lepidla. Produkty nabízené v prodejní síti Stavebnin DEK jsou uvedeny na konci tohoto článku.

Aplikace lepidla se provádí dle technologických zásad a pokynů předepsaných výrobcem. Zpravidla se lepidlo nanáší v pravidelných pruzích na příslušný podklad. Při první aplikaci doporučujeme provést zkušební nanesení pruhu lepidla pro nastavení aplikačního zařízení. Na plochu s nanesenými pruhy lepidla se kladou desky tepelné izolace. Lepidlo před uložením desky nesmí začít na povrchu tuhnout a nesmí vytvořit škraloup. Na zatuhlé lepidlo by se již povrch tepelné izolace dostatečně nenalepil. Výrobci se v technologických předpisech liší dobou kladení desek i doporučeným způsobem přitlačení desek. Vliv způsobu položení izolace a případného opakování přítlaku v době zrání bude předmětem ověřovacích zkoušek popsaných níže.

Počet (vzdálenost) pruhů lepidla v jednotlivých oblastech střechy se stanoví ze zatížení větrem a přídržnosti. Vzhledem k tomu, že neexistuje žádný normový způsob zjištění přídržnosti PU lepicí pěny, mohou být hodnoty uváděné výrobci (pokud vůbec uvedeny jsou) složitě porovnatelné. Někteří výrobci dokonce využívají metodiky pro přídržnost povrchové úpravy stavebních konstrukcí (omítky, obklady…). Ty však dostatečně nezohledňují podmínky aplikace a fungování lepidla na skutečné střeše. Z uvedených důvodů jsme v Atelieru DEK vyvinuli vlastní metodu stanovení přídržnosti PU lepidel tak, aby co nejvíce odpovídala reálné aplikaci.

Zkoušky jsme prováděli na zkušebních tělesech velikosti 200x200 mm. Pod každým tělesem byly dva pruhy lepidla. Podkladní nosnou vrstvou byla OSB deska tl. 22 mm. Na desku byla aplikována parozábrana ze samolepicího asfaltového pásu GLASTEK 30 STICKER PLUS s jemnozrnným minerálním posypem na horním povrchu. Tento povrch je charakteristický pro většinu natavitelných či samolepicích asfaltových parozábran. Samolepicí asfaltový pás byl přilepen na podklad, aktivován při zvýšené teplotě s mírnou podporou plamene a následně plošně zaválcován, aby došlo k co možná nejlepšímu přilnutí. Po vychladnutí se na takto připravenou plochu lepil potřebný počet zkušebních těles.

Lepilo se za různých aplikačních podmínek (teploty, vlhkosti) či postupů realizace. Pro každou kombinaci podmínek a postupů bylo realizováno několik modelů poskytujících až stovku zkušebních těles a z nich pak bylo získáno velké množství hodnot vhodných ke statistickému zpracování.

Během zkoušek se potvrdil předpoklad, že významný vliv na přídržnost tepelné izolace k podkladu při lepení polyuretanovými lepidly má nerovnost podkladní vrstvy. Se vzrůstající nerovností přídržnost pruhů lepidel významně klesá.

Skutečné hodnoty nerovností byly ověřeny na několika realizovaných stavbách za pomoci rotačního laseru v síti bodů po 0,5 m v obou navzájem kolmých směrech na ploše konstrukce.

První z obrázků ukazuje plochu 1 m² na níž byla síť bodů výpočtově „zjemněna“ po 0,1 x 0,1 m. Na druhém obrázku je na stejném výseku plochy dopracován vliv T spoje asfaltových pásů natavených nebo nalepených na podklad. Mapa bodů a v nich stanovených nerovností byla pořízena pro celou plochu střechy. Posloužila ke stanovení odchylek rovinnosti i jako podklad pro analýzu výběru vhodné velikosti desek tepelné izolace. K podrobnostem o zjišťování rovinnosti se dostaneme v některém z dalších článků. Bylo prokázáno, že na stavbách se běžně vyskytují nerovnosti v řádu od 0 do 14 mm. Níže ukážeme vliv takových nerovností na přilnavost lepidel.

Pro imitaci nerovnosti na modelech posloužily dřevěné distančníky různých výšek rozmístěné na připravený zkušební podklad (OSB desky s asfaltovou parozábranou). Mezi ně se aplikovaly pruhy polyuretanového lepidla a následně vzorky tepelné izolace. Zkoušky přídržnosti byly provedeny s různou výškou distančníků na různých materiálech tepelné izolace a s různými lepidly. Zároveň se měnila teplota a vlhkost. U každé ze zkoušek se ověřovala vydatnost (spotřeba) lepidla na běžný metr lepicích pruhů. Měření přídržnosti probíhala po úplném vytvrdnutí lepidla, v závislosti na okolních podmínkách obvykle za 7 – 10 dnů od aplikace. Tahové zkoušky byly provedeny mechanickým kalibrovaným výtahoměrem s digitálním odečtem a zaznamenáváním hodnot.

Foto 1 – Příprava plochy pro nalepení zkušebních těles. Na OSB desce je nalepena parozábrana, na ní pomocné pásky pro dodatečné odečtení gramáže lepidla

Foto 2 - Nanášení pruhů lepidla mezi distančníky

Foto 3 - Kladení zkušebních těles do lepidla

Foto 4 a 5 – Nalepená zkušební tělesa z tepelného izolantu a na nich nalepené pomocné přířezy OSB desek pro připevnění zkušebního zařízení

Obr. 1 - Schéma zkušebního tělesa připraveného k tahové zkoušce

Foto 6 a 7 - Měření tahové síly na jednom ze zkušebních těles

Graf 1

Z grafu 1 je patrné, že v porovnávací zkoušce gelový typ lepidla dosáhl měřitelné pevnosti do nerovnosti 4 mm. Přestože obě lepidla měla při dokonale rovném podkladu úplně stejnou únosnost, tak již s minimálním nárustem nerovnosti křivka gelového lepidla strmě klesá. Pěnové lepidlo si udrželo dostatečné napětí v tahu i při nerovnosti 10 mm. Na základě tohoto měření a zkušeností z kontrolních sond na vybraných stavbách doporučujeme pro příznivější eliminaci nerovností v souvislosti s adhezní pevností lepidla použití pěnových polyuretanových lepidel.

Graf 2

Vliv teploty při aplikaci na přídržnost lepidla je v grafu 2 demonstrován na nerovnosti podkladu 4 mm. Nerovnost 4 mm je pro použití gelového lepidla už problematická. Při teplotě 21°C nedosahuje gelové lepidlo ani hodnoty přídržnosti pěnového lepidla nanášeného při teplotě 8°C. Při teplotě 8 °C je rozdíl v přídržnostech až 65%.

Byly testovány izolanty EPS 100 a EPS 150, zvolilo se pěnové lepidlo dodávané v klasické pistolové kartuši aplikované krátkou pistolí a pěnové lepidlo dodávané v tlakové nádobě – tanku. Lepidlo z tanku bylo aplikováno dlouho pistolí s hadicí.

Graf 3

Při zkoušce bylo prokázáno, že pevnost použitého expandovaného polystyrenu neměla takřka žádný vliv na přídržnost polyuretanového pěnového lepidla.

Tvar křivek v grafu 3 u obou testovaných lepidel je takřka shodný. Ovšem křivky pro lepidlo aplikované v tankové variantě jsou posunuty výše než pro lepidlo v kartuši. Tankové lepidlo má vyšší přídržnost. Každý druh balení nejspíš vyžaduje jinou recepturu lepidla, liší se také tlaky v balení.

Vzhledem k tomu, že technologické předpisy výrobců lepidel se liší v doporučeních jak klást desky tepelné izolace z hlediska jejich přitlačení do lepidla či opakovaného zatížení během procesu tvrdnutí, chtěli jsme tyto různé procesy porovnat. Pro zkoušku bylo vybráno lepidlo v tanku v kombinaci s tepelnou izolací EPS 100.

Na třech různých zkušebních modelech bylo provedeno lepení třemi různými způsoby:
I. způsob – Po aplikaci lepidla byly vzorky izolačních desek kladeny do lepidla a přitlačeny. Dále byly vzorky ponechány bez zatížení.
II. způsob – Po aplikaci lepidla byly vzorky izolačních desek kladeny do lepidla a přitlačeny. Desky byly opětovně přitlačovány po 5., 10. a 15. minutě od nalepení.
III. způsob – Po aplikaci lepidla byly vzorky izolačních desek kladeny do lepidla a přitlačeny. Vzorky byly poté zatíženy. Zátěž na vzorky působila stabilně až do úplného vytvrzení lepidla.

Graf 4

Ze souhrnného grafu 4 lze porovnat vliv jednotlivých způsobů provádění na přídržnost. Největší přídržnosti dosáhneme při provedení třetím způsobem, tj. kdy je tepelná izolace po nalepení dlouhodobě zatížena. Tento způsob stabilizace desek však klade na stavu zvýšené materiálové nároky. Je nutno mít přitěžovací materiál na všechny desky tepelné izolace, pod kterými probíhá proces vytvrzování lepidla v řádu desítek minut až hodin. Nejméně vhodný je první způsob, kdy necháme izolační desky nezatížené. Z hodnot ovšem také plyne, že způsob kladení a přitěžování desek nemá až tak velký vliv na přídržnosti lepidla, na rozdíl od výše uvedených nerovností.

Výše uvedené zkoušky byly realizovány na půdě experimentálního a rozvojového centra DERIC, které společnost Stavebniny DEK vybudovala v Brně. V experimentálním centru je prováděno testování jak polyuretanových lepidel, tak i dalších dílčích částí střešních plášťů plochých střech, jako jsou systémy mechanického kotvení, samolepicích asfaltových pásů apod. Experimentální budova DERIC umožňuje také sledování velkoplošných modelů plochých a šikmých střech a stala se tak nedílnou součástí procesu tvorby systémových skladeb konstrukcí, které jsou prezentovány v elektronické Stavební knihovně DEK nebo tištěných katalozích. Projektanti mají do Stavební knihovny DEK nebo k tištěným publikacím snadný přístup prostřednictvím programu DEKPARTNER.

Polyuretanová pěnová lepidla mají dnes nezastupitelný význam v systémech střech stabilizovaných lepením. Výhody lepení spočívají především v zamezení vzniku tepelných mostů v ploše střechy. Také nedochází k perforaci podkladních vrstev, což zvyšuje těsnost parozábrany. Při aplikaci lepidel nevzniká prach ani jiné nečistoty a minimalizuje se hlučnost. Montáž je jednoduchá, s lepidly i aplikačním nářadím se snadno manipuluje. Lepidla mají dobrou adhezi a vzniklý spoj má při správném fungování skladby dlouhodobou životnost. Pro vytvoření kvalitního lepeného systému je potřeba volit vhodná lepidla s garancí technického řešení a aplikovat je dle systémových zásad s přihlédnutím k výše uvedeným skutečnostem. Výše uvedené poznatky jsou zohledněny také v publikaci Střechy s povlakovou hydroizolační vrstvou– konstrukční, technické a materiálové řešení.

Na testování polyuretanových lepidel se podílí i konzultační technici Stavebnin DEK, kteří mají s aplikací lepidel zkušenosti a jsou připraveni zákazníkům Stavebnin DEK a projektantům poskytnout informace při tvorbě konkrétních projektů.

	Kartušové balení PUK 3D od firmy Georg Börner. Lepidlo se aplikuje z kartuše pomocí krátké pistole. Vydatnost toho balení je zhruba 40 bm pruhu lepidla při šířce pruhu 25-30 mm a hmotnosti lepidla 19 g/bm. Toto lepidlo je vhodné pro střechy menšího rozsahu, nebo jako doplněk tankové varianty v případě rozsáhlejších střech.
	Krátká kartušová aplikační pistole, kovová, variantně s teflonovými povrchy pro snížení přilnavosti lepidla k pistoli a snazší čištění.
	Tank o obsahu 10,4 kg lepidla INSTA-STIK STD od výrobce DOW. Souvislá aplikace ve větší ploše. Udávaná vydatnost se pohybuje okolo 250 - 300 bm pruhu lepidla při šířce pruhu 25-30 mm. Je vhodné pro lepení tepelných izolací k podkladu a vzájemnému lepení desek tepelné izolace.
	Tank o obsahu 10,4 kg lepidla PUK 3D XL dodavatele Georg Börner. Souvislá aplikace ve větší ploše. Udávaná vydatnost se pohybuje okolo cca 250 - 300 bm pruhu lepidla při šířce pruhu 25 mm. Je vhodné pro lepení tepelných izolací k podkladu a vzájemnému lepení tepelné izolace.
	Dlouhá aplikační pistole pro práci ve stoje s dostatečně dlouhou hadici umožňující pohodlnou manipulaci s pistolí nezávisle na tanku. Pistole zadním dorazovým šroubem umožňuje regulaci průtoku a tím plynulé nanášení lepidla v pruhu stálé šířky.
	Aplikační trubice s hadicí. Doporučujeme pro jednorázové či méně časté použití. Hadice se našroubuje přímo na tank, kohout pro otevření toku lepidla slouží zároveň k regulaci jeho množství.
	Čisticí přechodový kus. Umožňuje nasazení kartuše čističe na aplikační hadici jak ve variantě s aplikační pistolí tak i s aplikační trubicí.
	DEKFOAM čistič aplikačních pistolí na PU pěnu. Speciálně vyvinutý prostředek určený k čištění aplikačních pistolí na polyuretanovou pěnu. Je vhodný pro odstraňování nevytvrzené pěny z aplikačního nářadí, pracovního prostoru, ventilové části láhve apod.

Autor:
Ing. Tomáš Kafka
DEK a.s.
technik pro stavební materiály, specialista pro hydroizolační asfaltové pásy, tepelné izolace a lepení střech

Zdroje:
Archiv ATELIER DEK - Oddělení výzkumu a vývoje a Oddělení technické podpory nákupu
Bakalářská práce Jan Krlín, ČVUT FS, Lepení deskových izolačních materiálů na plochých střechách
Bakalářská práce Michal Tesař, ČVUT FS, Vliv teploty a vlhkosti na přídržnost tepelné izolace na asfaltové pásy
Diplomová práce Bc. Tomáš Mrázek, ČVUT FS, Měření vlivu nerovnosti podkladu na přilnavost lepené tepelné izolace s ohledem na realizaci