U tradičních řešení podlahových konstrukcí se využívají nejčastěji tepelně izolační materiály vložené do konstrukce (minerální vlna, EPS a další), které zajišťují její tepelně izolační vlastnosti, a dále pro dosažení lepších vlastností podlahy z pohledu její tepelné jímavosti a poklesu dotykové teploty je výhodné využití deskových materiálů na bázi dřeva do souvrství podlahy při povrchu konstrukce pod nášlapnou vrstvu.

Při použití určité vrstvy ultralehkého mezerovitého betonu z kameniva na bázi pěnového skla je možné dosáhnout dostatečného tepelného odporu bez použití dodatečného izolantu, anebo lze dosáhnout výrazného snížení tloušťky tohoto izolantu. Lehký mezerovitý beton z pěnového skla může být také využit pro konstrukce, u kterých je nutné dosáhnout snížení tepelné jímavosti (např. podkladní vrstva pro aplikaci dlažby apod.).

Příspěvek se zabývá návrhem podlahových konstrukcí s použitím ultralehkého betonu na bázi pěnového skla jako tepelně izolační a roznášecí vrstvy. Pro návrh podlahové konstrukce byl proveden návrh receptur speciálních ultra lehkých mezerovitých betonů a bylo provedeno stanovení jejich klíčových vlastností a vlastností dalších klíčových vrstev u modelové podlahové konstrukce, která byla navržena ve formě klíčové studie. Jednalo se o stanovení mechanických a tepelněizolačních vlastností ultralehkého betonu tvořící jádro podlahy a vlastnosti cementotřískové desky jako podklad pro uložení nášlapné vrstvy.

Návrh podlahové konstrukce a receptur ultra lehkých mezerovitých betonů

V rámci výzkumných prací byl vytvořen návrh jednoduché podlahové konstrukce pro případ podlahy přiléhající k terénu, který je tvořen z podkladního betonu, vrstvy ultralehkého mezerovitého betonu, roznášecí vrstvy (2x vrstva 15 mm cementotřískových desek) a finální nášlapné vrstvy. Schéma konstrukce je uvedeno na obrázku č. 1.

Obrázek 1. Navrhovaná skladba podlahové konstrukce

Pro výrobu ultralehkého betonu byly navrženy 3 zkušební receptury, na kterých bylo provedeno stanovení základních fyzikálních, mechanických a tepelně izolačních vlastností. Z hlediska cementotřískových desek byl vybrán typicky používaný zástupce (standardní cementotřísková o tloušťce 15 mm a objemové hmotnosti 1320 kg/m³) těchto deskových materiálů a byla na vzorcích z toho materiálu vyrobených provedeno stanovení základních fyzikálních a tepelně vlhkostních vlastností. Snahou bylo simulovat reálné možné vlhkostní zatížení materiálu po zabudování do konstrukce. Snahou bylo také u obou typů materiálů stanovit reálné tepelně izolační vlastnosti se zohledněním reálné sorpční vlhkosti a jejího vlivu na tepelně izolační vlastnosti. Receptury navržených betonů jsou uvedeny v tabulce č. 1.

Tab 1. Přehled vyrobených receptur

U výroby vzorků z lehkého mezerovitého betonu se vycházelo z postupu, který by bylo možné následně aplikovat na stavbě. Nejprve bylo objemově nachystáno lehké kamenivo na bázi pěnového skla a následně hmotnostně ostatní vstupní složky. Míchání probíhalo pomocí staveništní míchací vrtule do vzniku zavlhlé směsi (všechna zrna kameniva obalena cementovým tmelem). Čerstvý beton byl ukládán pomocí vibračního stolu do zkušebních forem a zároveň byla čerstvá směs do forem vtlačována pro jejich dokonalé vyplnění a zhutnění vzorku. Ze zkušebních receptur byly vyrobeny dva typy zkušebních vzorků, na kterých byly stanoveny požadované vlastnosti:

1) Trámečky 40 x 40 x 160 mm (stanovení mechanických a fyzikálních vlastností)

2) Čtvercové vzorky 200 x 200 x 35 mm (stanovení mechanických a tepelně izolačních vlastností)

Obrázek 2. Vyrobený vzorek ultralehkého betonu ULC3, 
Obrázek 3. Vyrobený vzorek ultralehkého betonu ULC 3 (detail obalení zrn kameniva cementem)

Metodika a zkušební postupy

Na připravených vzorcích byly po 14 a 28 dnech stanoveny klíčové vlastnosti, které jsou důležité z hlediska využití vyvíjených materiálů do podlahových kontaktních konstrukcí. Všechny provedené zkoušky probíhaly dle uvedených platných technických norem (viz níže): 

- Objemová hmotnost v čerstvém/ztvrdlém stavu byla stanovena na vzorcích lehkých betonů v souladu s ČSN EN 12350–6 a ČSN EN 12390-7,

- Pevnost ztvrdlých lehkých betonů v tahu ohybem byla stanovena dle ČSN EN 12390-5,

- Pevnost ztvrdlých lehkých betonů v tlaku byla stanovena dle ČSN EN 12390-3,

- Stanoveni součinitele tepelné vodivosti lehkých betonů i deskových materiálů bylo provedeno v ustáleném stavu metodou desky dle ČSN EN 12667 a ISO 8301,

- Tloušťkové bobtnání deskových materiálů bylo stanoveno dle ČSN EN 317.

Stanovení objemové hmotnosti bylo provedeno v čerstvém stavu a dále v ztvrdlém stavu po 14 a 28 dnech. Stanovení mechanických vlastností (pevnosti v tlaku a v tahu za ohybu) bylo provedeno ve ztvrdlém stavu po 14 a 28 dnech od namíchání. Výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 2 a na obrázku č. 2.

Tab 2. Přehled mechanických vlastností ultralehkého mezerovitého betonu

Obrázek 4. Přehled fyzikálně mechanických vlastností ultralehkého mezerovitého betonu

Stanovení tepelně izolačních vlastností bylo provedeno v ustáleném stavu metodou desky pomocí přístroje Lasercomp Fox 200 Vacuum při střední teplotě +10°C a teplotním spádu 10°C.

Měření bylo provedeno na zkušebních vzorcích ultra lehkých betonů všech tří receptur a na vzorku cementotřískové desky kondiciované v laboratorním prostředí (teplota 23°C a relativní vlhkost 50 %).  Výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 3. Z výsledků je patrné, že naměřené hodnoty tepelných vodivostí u ultra lehkých betonů jsou ve všech případech velmi nízké a pohybují se v rozmezí 0,099 – 0,114 W/(m.K). Tyto hodnoty jsou nižší než hodnoty běžných lehkých betonů srovnatelné objemové hmotnosti (např. dle ČSN 73 0540-3). V případě cementotřískové desky byla zjištěna hodnota 0,2201 W/(m.K), což je při objemové hmotnosti 1260 kg/m³ výrazně nižší hodnota, než je hodnota uváděná v ČSN 730540-3).

Tab 3. Přehled součinitele tepelné vodivosti u vzorků kondiciovaných v laboratorním prostředí (teplota 23°C a relativní vlhkost 50 %).

Obrázek 5. Závislost součinitele tepelné vodivosti na objemové hmotnosti u vzorků lehkého betonu (laboratorní prostředí)

Dále bylo provedeno studium tepelně vlhkostního chování obou typů materiálů, aby bylo možné stanovit reálné chování materiálů po zabudování do konstrukce. Bylo provedeno kondiciování vzorků v prostředích s teplotou +23°C a různou relativní vlhkostí (0 – 93% u cementotřískové desky, 0 – 80% u ultra lehkého betonu). Pro toto studium byla z lehkých betonů zvolena pouze receptura č. 3, která vykazovala nejlepší mechanické vlastnosti a také nejlepší poměr tepelně izolačních vlastností a objemové hmotnosti, jak je i patrné z obrázku č. 5.

Tab 4. Přehled vlastností použité cementotřískové desky

Tab 5. Přehled vlastnosti ultralehkého betonu receptura 3

Obrázek 6. Závislost součinitele tepelné vodivosti na relativní vlhkosti prostředí při teplotě +23°C

Obrázek 7. Závislost materiálové sorpční vlhkosti na relativní vlhkosti prostředí při teplotě +23°C

Využití ultralehkého mezerovitého betonu v podlahových konstrukcích

Na základě naměřených tepelných vodivostí materiálů, byl proveden návrh modelové podlahové konstrukce a byla stanovena potřebná tloušťka lehkého betonu, aby bylo dosaženo požadované hodnoty součinitele prostupu tepla dle ČSN 730540-2 U_N,20 = 0,45 W/(m².K). Při návrhu nebyla započítána finální nášlapní vrstva, aby nebyl výpočet ovlivněn případným vyšším tepelným odporem přídavných vrstev (např. v případě plovoucí podlahy). Pro dosažení požadovaných vlastností by byla nutná vrstva cca 240 mm lehkého betonu (s návrhovou tepelnou vodivostí 0,1193 W/(m.K)), což je hodnota mírně vyšší než je běžná skladba obsahující tepelný izolant a např. železobetonovou desku. Výhodou je však rychlejší a jednodušší provádění podlahy a i skutečnost, že je použito lehké kamenivo vyráběné z recyklovaného skla. Při zohlednění objemové hmotnosti použitého betonu lze tvrdit, že 240 mm lehkého betonu odpovídá hmotnostně cca 59 mm železobetonu při objemové hmotnosti 2400 kg/m³.

Ve většině skladeb lze kombinovat lehký mezerovitý beton a tepelný izolant, kterého je ovšem možné využít menší množství, čímž se dosáhne výrazných úspor (i finančních). Zlepší se také tepelně technické parametry výsledné konstrukce a její chování v obvodové části přiléhající se svislým konstrukcím. Také bude dosaženo příznivější hodnoty tepelné jímavosti v případě, kde bude jako nášlapná vrstva použita povlaková krytina nebo dlažba (zde především v případech, že by byla aplikována přímo na vyrovnaný lehký beton).

Konečně ultra lehký beton může najít využití i u rekonstrukcí, kde jeho aplikací lze snížit zatížení konstrukce, lze ho využít i na vyplnění dutin, nerovností, zateplení kleneb sklepů a podobně.

Lehký beton je možné kombinovat v podlahových konstrukcích velmi výhodně s dřevocementovými, dřevo vláknitými a dalšími deskovými materiály, které budou působit na povrchu jako roznášecí vrstva a chránit ultralehký beton před účinky bodového zatížení. Výhodou tohoto systému je relativně jednoduchá a rychlá výstavba a menší nároky na vlastnosti podkladního povrchu, což může být výhodné především u rekonstrukcí, kdy je možné podkladní konstrukci vyrovnat přímo mezerovitým betonem.

Poděkování:

Příspěvek byl vytvořen v rámci řešení projektu FV20086 "Vývoj lehkých novodobých stavebních materiálů s využitím lehkého kameniva na bázi odpadní skleněné moučky" podporovaného Ministerstvem průmyslu a obchodu a projektu specifického výzkumu VUT v Brně  FAST-J-19-6034 - Trvanlivost a chování deskových materiálů na bázi dřeva při různých expozicích.

Kontakt:

REFAGLASS s.r.o.                                                         
Na Flusárně 168
261 01 Příbram
Česká republika

Tel: +420 800 12 13 13
E-mail: info@refaglass.cz, www.refaglass.cz

Autoři: ZACH Jiří, BUBENÍK Jan, SEDLMAJER Martin,
Brno, VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ, fakulta stavební, ústav technologie stavebních hmot a dílců,
Centrum AdMaS, Purkyňova 139, 612 00 Brno, Czech Republic