Polystyren patří mezi nejpoužívanější izolační materiály. Důvod je zřejmý - na jednu stranu vyniká svými tepelněizolačními vlastnostmi, na stranu druhou je cenově dostupný. Využívá se při zateplování nejen fasád, ale také střech, podlah, příček, soklů a dalších stavebních konstrukcí. Ve stavebnictví se polystyren úspěšně používá desítky let a od svého vzniku v polovině 20. století prošel velkým vývojem. Dnes na trhu narazíte na polystyreny vyráběné různými technologiemi a s rozličnými vlastnostmi. Pro každý typ konstrukce budete potřebovat jiný.
Co je pevnost v tlaku a jak se určuje?
Pevnost v tlaku je klíčová mechanická vlastnost polystyrenu, která vyjadřuje jeho schopnost odolávat zatížení bez nadměrné deformace. Výrobky z pěnového polystyrenu se označují značkou EPS (Expanded Polystyrene) a číslem udávajícím hodnotu napětí v tlaku při 10% stlačení v kPa. Toto číslo vyjadřuje pevnost polystyrenu v kilopascalech při desetiprocentním stlačení. Poněvadž je tato deformace již poměrně velká, uvádí se rovněž pevnost polystyrenu EPS 100 S při dvouprocentním stlačení, která činí 20 kPa, což představuje deformaci naší desky 2 mm při zatížení 2 t na 1 m2.
Pevnost v tlaku se stanovuje podle ČSN EN 826, která definuje měření napětí v tlaku při 10% nebo 2% stlačení zkušebního vzorku. Obecně platí, že běžné desky vykazují pevnosti v rozmezí 70-200 kPa při 10% deformaci (tj. 7-20 tis. kg/m2) a je možno je navrhovat také pro vysoce zatížené konstrukce (terasy, průmyslové podlahy).
Příklady zatížení a pevnosti
Pokud bychom si přepočítali plochu podrážky jedné boty jako 120 x 250 mm, vyjde nám, že při dvouprocentním stlačení můžeme na tuto plochu umístit pouze 60 kg, což jistě není mnoho (a to je ještě plocha boty značně idealizovaná, protože se nedotýkáme celou plochou podrážky, ale pouze větší částí). Pěnový polystyren EPS BACHL běžně vykazuje pevnost v tlaku větší než 70 kPa při 10% lin. deformaci. Při své minimální hmotnosti patří k nejvýkonnějším stavebním materiálům.
Přípustné zatížení tepelné izolace v tlaku je možné informativně uvažovat hodnotou 10 % z hodnoty pevnosti při 10% stlačení. Skutečnou hodnotu dlouhodobého přípustného zatížení konkrétních výrobků v tlaku je nutno konzultovat s jejich výrobcem (například firma Rigips uvádí pro EPS 100 hodnotu až 2 t/m2).
Čtěte také: Využití lehčeného betonu s polystyrenem
Typy polystyrenu a jejich použití podle pevnosti v tlaku
Dnes se pro potřebu stavebnictví vyrábí pěnový polystyren pod označením EPS 50 až EPS 200 s tím, že jednotlivé typy EPS mají v závislosti na uvedené hodnotě napětí v tlaku a na tom, zda se jedná o základní nestabilizovaný nebo stabilizovaný polystyren, předepsány výrobcem možnosti jejich použití.
Následující tabulka ukazuje doporučené použití různých typů EPS na základě jejich pevnosti v tlaku:
| Typ EPS | Pevnost v tlaku při 10% deformaci (kPa) | Typické použití |
|---|---|---|
| EPS 50 | 50 | Nízké zatížení, výplně |
| EPS 70 F Fasádní | 70 | Kontaktní zateplovací fasádní systémy |
| EPS 70 S Stabil | 70 | Spodní vrstva u dvouvrstvé izolace plochých střech |
| EPS 80 | 80 | Izolace fasád a příček, standardní obytné prostory bez velkého zatížení |
| EPS 100 Z/S Stabil | 100 | Podlahy (zejména s větším útlumem kročejového hluku), ploché střechy |
| EPS 100 F Fasádní | 100 | Kontaktní zateplovací fasádní systémy (méně často) |
| EPS 150 S Stabil | 150 | Terasy a střešní zahrady, konstrukce s vyšším zatížením |
| EPS 200 S Stabil | 200 | Terasy a střešní zahrady, vysoce zatížené konstrukce (parkoviště, garáže, vrstvy silnější než 20 cm) |
Pro vlastní použití konkrétních výrobků je nutné vždy vyhodnotit jejich skutečné technické parametry udávané jejich výrobcem. Kromě toho někteří výrobci ještě nabízí speciálně upravené pěnové polystyreny například do podlah s výraznějším útlumem kročejového hluku nebo na obklad spodní stavby a soklů budov (například výrobky perimetr a soklové desky).
EPS na fasády
Fasádní pěnové polystyreny se používají pro vnější kontaktní zateplovací systémy - ETICS. Na fasádní pěnový polystyren jsou kladeny větší požadavky na rozměrovou přesnost než na pěnový polystyren určený pro ploché střechy. Pěnový polystyren na zateplování fasád musí mít oproti ostatním výrobkům přesnější rozměry. U fasádního EPS polystyrenu se kladou vysoké nároky zejména na rozměrovou přesnost, aby byla možná pokládka bez mezer, a tedy bez vzniku tepelných mostů. Fasádní pěnový polystyren je proto také dražší. Pro standardní izolaci fasády se obvykle používají polystyrenové desky o tloušťce 50-160 mm. Pěnový polystyren určený na zateplování fasád lze použít i jako tepelnou izolaci plochých střech, ale pěnový polystyren určený pro tepelnou izolaci plochých střech nelze použít na zateplení fasády.
EPS na podlahy
Obecně lze říci, že do podlah se používá nejčastěji EPS 100 Z (nebo speciální výrobky s větší pevností v tlaku, případně s větším útlumem kročejového hluku). Pokud plánujete zateplovat standardní obytný prostor, který nebude vystaven velkému zatížení, bude pevnost EPS 80 dostatečná. Elastifikovaný polystyren s velmi nízkou dynamickou tuhostí byl vyvinut pro konstrukce s vysokými požadavky na útlum zvuku. Bloky jsou stlačovány v mechanických lisech přibližně na třetinu své výchozí tloušťky. Po uvolnění stlačení dosahují asi 4/5 svého původního rozměru. Uvedeným postupem dochází k narušení pevné buněčné struktury polystyrenu, a tím k výraznému zlepšení jeho akustických vlastností. Bloky jsou pak rozřezány na desky používané hlavně do plovoucích podlah pro snížení kročejového zvuku.
Čtěte také: Vlastnosti cementového lepidla na polystyren
EPS na střechy
Na plochých střechách se také setkáváme s namáháním tepelné izolace v tlaku, a to nejen od technologického zařízení umístěného na střeše, ale dnes stále častěji i od provozních souvrství, jako jsou terasy a střešní zahrady. Toto zatížení je však třeba kontrolovat a dle jeho působení navrhovat i pevnější typy EPS - například pro terasy EPS 150 S Stabil nebo EPS 200 S Stabil. Pěnový polystyren na ploché střechy (například EPS 100 S Stabil) je stabilizovaný stejně jako polystyren na fasádu (například EPS 100 F Fasádní). Pro ploché střechy dnes řada našich i zahraničních výrobců nabízí tzv. kompletizované výrobky z EPS s nakašírovanými hydroizolačními asfaltovými pásy, které tvoří po pokládce první hydroizolační vrstvu. V poslední době se na vytvoření hydroakumulační a drenážní vrstvy ve vegetačním souvrství střešních zahrad používají tzv. nopové fólie. Dosedací plocha jejich nopů je však kolem 10% plochy nopové fólie, tzn. že bodové zatížení v úrovni dosedací plochy nopů může výrazně převýšit možné přetížení běžně používaného pěnového polystyrenu. Proto je zpravidla nutné navrhnout pevnější typ EPS nebo použít dokonce roznášecí vrstvu z extrudovaného polystyrenu - vytvořit tzv. DUO střechu.
Vlastnosti pěnového polystyrenu (EPS)
Pěnový polystyren (EPS) je už desítky let stálicí mezi izolačními materiály, a to díky unikátní kombinaci vlastností:
- Mechanické vlastnosti: výborné mechanické vlastnosti (pevnost v tlaku, tahu a smyku) s nízkou hmotností.
- Tepelně izolační vlastnosti: Pěnový polystyren EPS má velmi nízkou tepelnou vodivost, což je dáno jeho buněčnou strukturou skládající se z mnoha uzavřených polystyrenových buněk tvaru mnohostěnu obsahujících vzduch, který má pouze nepatrnou tepelnou vodivost. Tepelně izolační vlastnosti pěnového polystyrenu jsou velmi dobré a lze konstatovat, že současně vyráběné typy pěnového polystyrenu mají výrazně lepší hodnoty součinitele tepelné vodivosti (λ), než tomu bylo v minulosti. Hodnota součinitele tepelné vodivosti EPS je však závislá na typu EPS - například pro EPS 100 S Stabil se dnes uvádí hodnota λ = 0,038 W/(m.K), což je hodnota téměř totožná s hodnotou udávanou pro extrudovaný polystyren, pro EPS 200 S Stabil je hodnota součinitele tepelné vodivosti ještě nižší.
- Velmi nízká nasákavost: Pěnový polystyren EPS má velmi nízkou nasákavost. Toto významně napomáhá k udržení tepelných a mechanických vlastností, které by byly ovlivněny vlhkostí. Nasákavost při dlouhodobém ponoření nepřesahuje 5 %. Pěnový polystyren není rozpustný ve vodě ani nenabobtnává a uzavřené buňky nepohlcují téměř žádnou vodu.
- Teplotní a tvarová stabilita: Pěnový polystyren EPS trvale odolává teplotám do 80˚C, nevadí mu ani velmi nízké teploty, což odpovídá všem nárokům běžných konstrukcí. Stabilizováno v blocích před nařezáním, velmi přesné rozměry. Koeficient lineární tepelné roztažnosti EPS má hodnotu 0,05 až 0,07 mm/m.K. Znamená to, že například při rozdílu teplot 70°C dochází k prodloužení (nebo zkrácení) desky dlouhé 1 m až o 5 mm.
- Odolnost proti stárnutí: Vzhledem k šedesátiletému mnohostrannému a dlouhodobému používání pěnového polystyrenu EPS je možno konstatovat, že při správném použití jeho vlastnosti zůstávají nezměněny.
- Požární bezpečnost: Oproti dříve dodávaným materiálům (stupeň hořlavosti C2 nebo C3) se dnes ve stavebnictví používají pouze samozhášivé materiály se stupněm hořlavosti C1. EPS stejně jako řada vynikajících materiálů organického původu (např. dřevo nebo asfalt) neodolává dlouhodobému působení ohně. Proto je tento materiál vždy zabudováván do konstrukce pod ochrannou vrstvu (omítky, sádrokarton).
- Ekologické a zdravotní aspekty: EPS je v současnosti jediným rozsáhle používaným tepelně-izolačním materiálem, na který nemusí být vydáván bezpečnostní list, neboť jeho výroba ani užití nejsou spojeny s žádnými zdravotními riziky. EPS splňuje nejpřísnější kritéria zdravotní nezávadnosti, což umožňuje jeho použití také v potravinářském průmyslu. Pěnový polystyren nevytváří živnou půdu pro mikroorganismy, nehnije, neplesniví ani netrouchniví, neškodí mu ani půdní bakterie.
- Cenová dostupnost: EPS i při vynikajících vlastnostech zůstává cenově výhodný. Je to způsobeno především nízkou energetickou náročností při výrobě a používáním moderních technologií.
Důležité upozornění
EPS není dlouhodobě odolný proti UV záření. Jemná buněčná struktura ale nevytváří přirozenou zábranu proti hlodavcům a hmyzu, kteří nechráněný polystyren příležitostně poškozují, ačkoliv je pro ně nestravitelný.
Výroba pěnového polystyrenu
Nejpoužívanějším typem polystyrenu je expandovaný neboli pěnový polystyren. Základní surovinou je zpěňovatelný polystyren ve formě perlí, obsahujících zpravidla 6-7 % pentanu jako nadouvadla. Styren i pentan jsou látky, které se běžně vyskytují v přírodě - styren lze nalézt i v mnoha potravinách včetně jahod, fazolí, ořechů, piva, vína a skořice. Obě tyto látky se pro průmyslové využití vyrábějí z ropy.
- Předpěnění: Zpěňovatelný polystyren se předpěňuje působením syté vodní páry. Výsledná sypná hmotnost, daná teplotou páry a dobou jejího působení na perle, musí být stejná jako požadovaná objemová hmotnost vyráběného EPS.
- Zrání: Během meziuskladnění v provzdušňovaných silech se v čerstvě vypěněných perlách během chlazení vytvoří podtlak, způsobující jejich vysokou citlivost na mechanické poškození. Podtlak se vyrovnává difuzí vzduchu do buněk perlí a ty získávají větší mechanickou pevnost a zlepšuje se jejich další zpracovatelnost. Perle se současně i suší.
- Výroba bloků nebo konečných výrobků: Vyzrálé perle se zpracovávají buď do bloků, které jsou pak řezány na požadovaný rozměr, nebo do podoby konečného výrobku. Dutina formy s parními tryskami ve stěnách se zcela vyplní předpěněnými perlami a vystaví se opět působení syté vodní páry. Perle změknou a působením pentanu a vzduchu v buňkách dále expandují. V uzavřeném prostoru formy se vzájemně svaří a vytvoří kompaktní blok. Bloky jsou dále řezány teplým nebo studeným drátem na desky.
Extrudovaný polystyren (XPS)
Druhou používanou technologií výroby polystyrenu je extruze. Extrudovaný polystyren (XPS) se vyrábí vytlačováním taveniny polystyrenu za současného sycení vzpěňovadlem. Extrudovaný polystyren je na rozdíl od pěnového velmi odolný vůči vlhkosti a na výbornou zvládá dlouhodobé působení tlaku. Díky těmto vlastnostem se využívá k izolování základů, podezdívek nebo podlahových konstrukcí. Jeho hlavní nevýhodou je malá odolnost vůči UV záření. Z toho důvodu se nepoužívá v místech, kde dochází ke kontaktu se slunečními paprsky. Polystyreny vyráběné extruzí se využívají také jako tepelná izolace jednoplášťových střech s obráceným pořadím vrstev.
Čtěte také: Použití polystyrenu
Historie polystyrenu
Málokdo ví, že pěnový polystyren je tak trochu českého původu. Vynalezl jej v Německu Fritz Stastny, vývojový pracovník firmy BASF. Pan Stastny v laboratoři zkoumá houževnaté plasty, připravuje a testuje stále nové a nové směsi. Unavený po celodenní práci večer odkládá jednu sadu ze směsí, které přechovával v plechových krabičkách od krémů na boty, do ještě nevychladlé trouby a odchází spát. Ráno mu div oči nevypadnou z důlků - horní víčko jedné plechové krabičky se nachází na patnáct centimetrů vysokém sloupu z jakési nové, lehké, tajemné pěnové hmoty. Pěnový polystyren byl na světě. Teprve desítky let poté můžeme docenit tuto událost se všemi důsledky pro stavebnictví.
tags: #polystyren #pevnost #v #tlaku