Využití pěnového skla v provozních střechách, zásady správné aplikace, časté problémy v průběhu stav

 

Pěnové sklo je tepelně izolační materiál na bázi skla, který se svými doplňkovými vlastnostmi výrazně odlišuje od ostatních tepelných izolací. Díky svým unikátním vlastnostem, především extrémně vysoké pevnosti v tlaku spojené s nestlačitelností, je tento materiál ideální tepelnou izolací pro střešní konstrukce zatížené tlakem. Do této skupiny konstrukcí patří vedle střech pochozích a pojezdných také heliporty, střešní zahrady, střechy zatížené technologiemi apod.

 

 

Pěnové sklo je tepelně-izolační materiál, jehož výroba byla patentována již v roce 1936 a do současné doby tak prošla značným vývojem. V současné době se pěnové sklo vyrábí z nově vyrobeného skla, které se po odtavení a vychlazení rozemele na velmi jemný prášek. Skleněný prach je smíchán s jemně mletým uhlíkem a tato směs je v tenké vrstvě rozprostřena do ocelové formy. Formy jsou zahřáté v peci na cca 1000°C, kdy dochází k natavení skloviny a k současné oxidaci uhlíku na CO₂. Tento plyn vytvoří drobné bublinky, které cca dvacetinásobně zvětší původní objem skloviny a vyplní celou formu. Poté je blok napěněné skloviny zvolna ochlazován z 1000°C na 20°C a po konečném zchlazení materiálu zůstává v buňkách podtlak cca 1/3 atmosférického tlaku (viz obr. 1).

 

Po vychlazení jsou bloky pěnového skla obroušeny, zbaveny povrchové „kůrky“ a dále řezány na desky formátu 600´450 mm s konstantní tloušťkou (od 30 do 160 mm) nebo na spádované desky či jiné tvarovky. Celá výroba je plně automatizovaná a splňuje požadavky systému kvality ISO 9002. V Evropě jsou celkem 2 výrobny – v Belgii a v Německu. Tvarovky z pěnového skla jsou vyráběny v České republice (z deskového materiálu vyráběného v zahraničí).

 

Pěnové sklo je vyráběno v několika různých typech, které se vzájemně odlišují svojí objemovou hmotností (velikostí buněk a sílou jejich stěn), tepelnou vodivostí a pevností (viz tabulka 1).

 

Pro náročné aplikace (tepelné izolace nosných stěn, izolace základů nádrží apod.) jsou k dispozici speciální typy pěnového skla s pevností až 1,6 MPa (160 tun/m²).

 

 

 

 

Hodnota součinitele tepelné vodivosti se u pěnového skla pohybuje na úrovni ostatních kvalitních tepelně-izolačních materiálů (se pohybuje součinitel tepelné vodivosti mezi 0,038 a 0,049 Wm^-1K^-1 dle typu). Unikátní jsou však doplňkové vlastnosti pěnového skla. Na rozdíl od všech ostatních tepelně-izolačních materiálů je pěnové sklo současně

 

U dříve vyráběných typů pěnového skla se můžeme setkat s odlišnostmi od uváděných údajů. Například pěnové sklo SPUMAVIT vyráběné v letech 1958 – 1976 v Československu mělo část buněk otevřených (bylo nasákavé) a jeho součinitel tepelné vodivosti se pohyboval okolo 0,060 Wm^-1K^-1.

 

 

 

Aby bylo možné plně využít výše uvedené unikátní vlastnosti pěnového skla, je nutné tento materiál použít v tzv. jednoplášťové kompaktní střešní skladbě (dále pouze „kompaktní skladba“). Jedná se o jednoplášťovou střechu, která neobsahuje žádnou membránovou parotěsnou zábranu, neboť vrstva pěnového skla je sama dostatečně parotěsná (viz obr. 2).

 

Velmi důležité je dodržení důsledné kompaktnosti celé skladby, které je docíleno vzájemným slepením všech vrstev horkým asfaltem. Pěnové sklo je celoplošně lepeno na podklad (v případě zatížených střech většinou betonový) do lože horkého asfaltu, spáry mezi jednotlivými deskami pěnového skla jsou zalepeny asfaltem a hydroizolační vrstva je celoplošně nalepena nebo navařena na asfaltem zatřený povrch pěnového skla (viz obr. 3).

 

   

 

Takto provedená kompaktní skladba umožňuje plné využití vlastností pěnového skla – především pevnosti v tlaku, pevnosti v tahu, parotěsnosti a vodotěsnosti. Pěnové sklo je v kompaktní skladbě chráněno celoplošně navařenou hydroizolací proti námraze vody na svém povrchu. Pro docílení dokonalé kompaktnosti se před navařováním hydroizolace provádí na horním povrchu pěnového skla zátěr horkým asfaltem. Vzhledem k tomu, že povrchová námraza je jedním z mála faktorů, které mohou pěnové sklo poškodit, není vhodné používat na pěnové sklo hydroizolaci volně loženou nebo mechanicky kotvenou.

 

 

 

 

Tepelně-izolační vrstva z pěnového skla má všechny spáry dokonale slepené asfaltem a proto má také velmi vysoký difúzní odpor (m = 70 000 až 700 000). Pokud je izolace z pěnového skla provedena ve dvou vrstvách s vzájemně překrytými spárami, difúzní odpor celé vrstvy se blíží nekonečnu. V kompaktní skladbě se proto nepoužívá klasická parotěsná zábrana, neboť součin m × tloušťka pěnového skla řádově převyšuje součin m × tloušťka standardních parotěsných zábran. Protože je celá tepelně izolační vrstva prakticky parotěsná, není ohrožena kondenzací vodní páry a kompaktní skladbu je možné použít i nad prostory s vysokou vlhkostí vzduchu (bazény, papírny, sauny) nebo na konstrukce se střídavým směrem difúze vodní páry (střechy zimních stadiónů).

 

Asfalt mezi jednotlivými vrstvami střechy zajišťuje dokonalý přenos zatížení v tlaku, ale i v tahu. Skladba nemůže být stržena nebo roztržena sáním větru a současně může být využito extrémní pevnosti pěnového skla v tlaku, především u teras, pojížděných střech nebo střešních zahrad.

 

U správně provedené kompaktní skladby (s celoplošně natavenou hydroizolací) nemůže dojít díky vodotěsnosti celého střešního systému k většímu poškození střechy ani v případě poškození hydroizolační vrstvy (například při výstavbě vozovky). Případná porucha hydroizolace se projeví lokálním vymrznutím pěnového skla (neboť voda se díky celoplošnému přivaření hydroizolace nemůže rozlít po povrchu pěnového skla a poškodit ho plošně) a následným drobným prosáknutím vlhkosti do interiéru. Rychlost vymrzání pěnového skla je v případě takové lokální poruchy velmi pomalá – cca 2 mm za 1 mrazový cyklus. Podle místa průsaku lze poruchu přesně lokalizovat, což je u jiných střech se skrytou hydroizolací velmi obtížné. Tím se při opravě případné poruchy vyhneme mnohem rozsáhlejším poruchám vzniklým při odstraňování vrstev nad hydroizolací a hledání poruchy v hydroizolaci. Velikost případné poruchy v kompaktní skladbě se pohybuje v řádu decimetrů a poškozenou část je možné velmi jednoduše, rychle a levně opravit. Vedle dokonalé funkčnosti nabízejí zatížené střechy z pěnového skla navíc i vysokou spolehlivost a jsou pojistkou proti budoucím problémům.

 

Mezi další oceňované vlastnosti kompaktní skladby patří vysoká požární odolnost a velmi dlouhá životnost při zachování konstantních vlastností.

 

 

Pojem „provozní střechy“ zahrnuje střechy pochozí, pojezdné, střešní parkoviště, střešní zahrady, heliporty apod. Pro všechny typy těchto střech je kompaktní skladba ideálním základem. Detailně o těchto skladbách s pěnovým sklem pojednává [2], výhradně o střechách pojezdných pak [1].

 

 

Provoz na pochozí střeše pro tepelnou izolaci z pěnového skla nepředstavuje vysoké zatížení. Pro pochozí střechy obvykle postačí pěnové sklo s nižší pevností v tlaku (např. FOAMGLAS^â T4 –0,7 MPa). Obecným pravidlem pro zatížené kompaktní skladby z pěnového skla je dodržení bezpečnostního koeficientu 3,0 pro namáhání v tlaku. Základem skladeb pochozích střech je výše popsaná kompaktní skladba. Hydroizolaci je pouze nutno chránit pochozí vrstvou proti poškození provozem. Pochozí vrstva může být tvořena různými typy dlažeb (do písku, na terče, zámkovou apod.), betonovým potěrem, asfaltovým kobercem nebo jiným speciálním povrchem (sportovní povrchy apod.). Před vytvářením nášlapné vrstvy (respektive roznášecí vrstvy) je vhodné chránit hydroizolaci geotextilií (v případě násypů), PE fólií (v případě betonových potěrů) apod. Konkrétní skladby teras izolovaných pěnovým sklem jsou uvedeny na www.foamglas.cz .

 

 

Volba vozovky provedené na kompaktní skladbě a typ použitého pěnového skla závisí především na maximální hmotnosti vozidel. I když lze díky vysoké pevnosti a tuhosti pěnového skla použít i méně únosné vozovky (zámkovou dlažbu, litý asfalt nebo dlažbu na podložkách), nejčastěji se používá železobetonová vozovka. Tato vozovka umožňuje ve spojení s kompaktní skladbou řešit pojezdné střechy pro všechny typy vozidel – viz tabulka 2.

 

 

Poznámky k tabulce 2:

(a) Výpočty jsou provedeny pro vozovky z betonu s pevností 35 MPa po 28 dnech.

(b) Popis výztužných sítí je uveden v tabulce 3

(c) Rozdilatovaná vozovka je uložena na akustických gumových rohožích s tlumící charakteristikou Ks = 100MPa

(d) Jedná se o tyčovou výztuž umístěnou na výztužných sítích po obvodě dilatačních celků vozovky

(e) Standardní výztužné sítě ohnuté do tvaru U

(f) Dodatečné čtverce výztužných sítí umístěné v rozích dilatačních celků vozovky

(g) Pro velmi zatížené vozovky je doporučeno provedení smykových spojek mezi dilatačními celky vozovky

 

Kompaktní skladba z pěnového skla tvoří velmi tuhý podklad pro betonovou vozovku. Ve srovnání např. s extrudovaným polystyrenem umožňuje tuhost pěnového skla výrazně snížit tloušťku i vyztužení vozovky a tím současně odlehčit nosnou konstrukci, která tak může být navržena subtilnější. Kompaktní skladba z pěnového skla je více odolná po stránce chemické (úniky ropných produktů na parkovištích) i z hlediska nežádoucí vegetace. Navíc u betonových vozovek vystupuje do popředí i záruka vysoké spolehlivosti kompaktní skladby z pěnového skla, neboť rekonstrukce těchto vozovek jsou velmi náročné a nákladné.

Varianty betonových vozovek se podle zatížení pohybují od desek z prostého betonu vyztužené jednou sítí proti smršťování betonu až po masivně vyztužené železobetonové desky ze speciálních betonů. Mezi střechami konstruovanými na kompaktní skladbě z pěnového skla nejsou výjimkou ani střechy pojížděné vozidly o váze 60 tun (Škoda Mladá Boleslav) nebo přistávací plochy pro těžké vojenské vrtulníky (Ústřední vojenská nemocnice v Praze, nemocnice v Novém Městě na Moravě či v Brně). Mezi betonovou vozovkou a kompaktní skladbou se vždy vytváří separační vrstva (např. 2×PE fólie), v případě silněji armovaných desek se doporučuje navíc provedení cementového potěru chránícího hydroizolaci před poškozením. Betonová vozovka musí být plošně rozdilatována. Skladby vozovek a varianty řešení detailů jsou uvedeny na www.foamglas.cz .

 

Typ / Popis	Q 131			Q 188			Q 257			Q 377			R 188			R 257
Velikost ok (mm)	150	x	150	150	x	150	150	x	150	150	x	150	160	x	250	150	x	250
Průřez (mm)	5		5	6		6	7		7	6		8,5	6		4	7		4,5

 

Na kompaktní skladbě lze provést i další typy vozovek (zámková dlažba, dlažba na podložkách, litý asfalt). Jejich použití se obvykle omezuje na pojezdné plochy pro osobní vozidla, pokud je vyžadována vyšší únosnost, kombinují se tyto vozovky s roznášecí betonovou deskou.

 

 

 

Mezi specifické pojížděné konstrukce patří rampy ve vnějším prostředí. Ať vedou na pojezdnou střechu nebo pouze vyrovnávají různé úrovně terénu je nutné u nich zajistit celoroční provoz. Proto je často do betonové vozovky ramp zabudován vytápěcí systém (obvykle elektrický odporový). Z ekonomických důvodů jsou proto izolovány někdy i rampy na terénu. V případě ramp (a to i pokud je použita velmi únosná kompaktní skladba) jsou jednoznačné vhodné pouze železobetonové vozovky, neboť u všech ostatních povrchů je obtížné zajistit jejich stabilitu při provozu na šikmé ploše. Ostatně to je obtížné i na vodorovných plochách. Ve srovnání s prakticky vodorovnou pojížděnou střechou je do vozovky rampy vnášeno výrazné namáhání ve směru rovnoběžném s hydroizolací. Stejně tak, jako v ploše střechy, musí i na rampě být betonová vozovka pravidelně rozdilatována. Aby nedošlo ke „sklouznutí“ všech dilatačních celků ke spodní hraně rampy je nutné vytvořit pro každý dilatační celek spolehlivé kotvení. Bohužel u tak masivní konstrukce jako je betonová vozovka (3×3×0,12×2400 = cca 2,5 tuny, při spádu 1 : 10 je posouvající síla 2,5 kN + brzdné účinky vozidla) je nutné vytvořit masivní kotvení, které prochází tepelně izolační vrstvou až do nosné konstrukce.

Tento systém kotvení je použit mimo jiné i na rampách střešního parkoviště na OC Vaňkovka Brno.

Obvykle se provádí min. 2 kotvy na jeden dilatační celek, aby se zabránilo jeho pootočení. Varianta kotvení kompaktní skladbu rampy je na obrázku 4.

 

Obr. 4   Varianta kotvení rampy na kompaktní skladbě

 

 

 

Kompaktní skladba střešního heliportu se prakticky shoduje s výše popsanými železobetonovými vozovkami pro vyšší zatížení. Při výpočtech je nutné uvažovat vyšší dynamické účinky od dosedajících strojů a pro toto krátkodobé zatížení se velmi pozitivně projevuje „nepružnost“ kompaktní skladby. Při krátkodobém působení vyšší ho zatížení nedochází k creepu asfaltového lože v kompaktní skladbě a proto lze uvažovat i vyšší modul pružnosti souvrství než při působení dlouhodobého zatížení (např, parkování vozidel).

Vzhledem k celoročnímu provozu heliportů jsou obvykle betonové vozovky doplněny vytápěcím systémem obdobně jako rampy vozovek.

Reference: ÚVN Praha, Nemocnice v Novém Městě na Moravě, Fakultní dětská nemocnice Brno

 

 

 

Vzhledem ke své extrémní pevnosti v tlaku a nestlačitelnosti je pěnové sklo ideálním tepelně –izolačním materiálem pro zatížené ploché střechy. Obdobné principy se používají i v případě použití tohoto materiálu v dalších zatížených konstrukcích (podlahy, spodní stavba, základy pod nádrže apod.) Všechny konstrukce se vyznačují i vysokou spolehlivostí a dlouhou životností.

 

 

 

[1]        Jens-Peter Schlee: Wärmegedämmtes Parkdach, Wölfer, Druck – Verlag, Haan (D), 1998

[2]        Courtois Ch.:Practical guide to Flat Roofing, Pittsburgh Corning Europe (B), 1992

[3]        Kolektiv:Roof-top car park and service decks, Pittsburgh Corning Europe (B), 2005