Současné pálené zdicí prvky pro vnější obvodové zdivo a jejich použití

Cihly se jako stavební materiál používají již více než 10 000 let. Jako nejstarší umělé stavivo prošly dlouhým vývojem, který se v posledních letech výrazně zrychluje. Pravidelně se objevují nové výrobky splňující neustále se zvyšující požadavky nejen na jejich fyzikálně-mechanické vlastnosti, ale i na rychlost a kvalitu samotné výstavby. Článek uvádí nejnovější trendy v oblasti výroby tvarovek pro vnější jednovrstvé obvodové zdivo, u nichž je v současné době prioritou dosažení maximální tepelněizolační funkce vytvořeného zdiva.

Úvod
Pálené zdicí prvky podle ČSN EN 771-1 jsou produkty cihlářského průmyslu a po­dle umístění zdiva v konstrukci stavby je lze rozdělit na prvky pro vnější nosné obvodové zdivo, nosné zdivo, nenosné (výplňové) zdivo a režné (lícové) zdivo. V sortimentu největších tuzemských výrobců zdicích prvků je vždy nosným artiklem tvarovka pro vnější obvodové zdivo, obecně nazývaná jako tvarovka typu THERM, která musí zajistit minimální požadovaný tepelný odpor R, respektive součinitel prostupu tepla U vytvořeného zdiva.

Do roku 1964 byl standardem tzv. cihelný ekvivalent, empiricky odvozený z tepelného odporu 450 mm silného zdiva z plných cihel. Hodnota tepelného odporu byla tedy okolo 0,5 m² . K/W. Postupně se normy zpřísňovaly – do roku 2002 platil dlouhou dobu požadavek na minimální tepelný odpor obvodové konstrukce 2 m² . K/W (doporučeno minimálně 2,9 m² . K/W), od roku 2002 musejí těžké obvodové konstrukce (s plošnou hmotností nad 100 kg/m²) dosahovat minimálního součinitele prostupu tepla 0,38 W/(m² . K)
(doporučeno minimálně 0,25 W/(m² . K)), což odpovídá tepelnému odporu asi 2,46 m² . K/W.

Pro jednovrstvé nosné konstrukce je již tato hodnota poměrně přísná, protože takový materiál musí splňovat protichůdné požadavky (především pevnost versus tepelná izolace). Pro vnější nosné obvodové zdivo lze také použít prvky bez požadovaných tepelněizolačních schopností s tím, že zdivo bude opatřeno dodatečným zateplovacím systémem. Zde se většinou využívají tvarovky pro nosné zdivo o šířce okolo 300 mm s vyšší objemovou hmotností, aby se využila jejich vyšší schopnost akumulace tepla.

Tvarovky THERM a jejich vývoj
Cihlářská výroba stále reaguje na zvyšující se nároky novými typy tvarovek pro obvodové zdivo, jejichž společným rysem je nízká objemová hmotnost, obvykle v intervalu 600 až 800 kg/m³ pro dosažení maximální tepelněizolační funkce. Tu lze zvyšovat i růstem šířky tvarovky (tab. 1), tj. šířkou zdiva. Nízké objemové hmotnosti tvarovek je dosahováno dvojím způsobem:

• děrováním tvarovek – otvory mají být úzké, dlouhé a vzájemně přesazené, orientované kolmo k tepelnému toku ve stěně (obr. 1). Čím větší počet řad otvorů kolmo k tepelnému toku, tím má tvarovka vyšší tepelný odpor (nižší součinitel prostupu tepla). Každá řada otvorů zvyšuje tepelný odpor tvarovky asi o 0,03 až 0,05 m² . K/W. V současné době je obvyklý podíl děrování tvarovek typu THERM v intervalu 50 až 60 %. Někdy bývají součástí děrování i otvory pro snadnější uchopení (tzv. uchopovací otvory), které ovšem často nesprávně svádějí k jejich zaplňování zdicí maltou nebo i betonem, což výrazně snižuje tepelněizolační schopnosti zdiva;
• vylehčením střepu, které zabezpečuje přídavek tzv. lehčiv do výrobní směsi. Ta je tvořena cihlářskými zeminami a ostřivem (např. křemenný písek). Nejběžnějším lehčivem jsou dřevěné piliny nebo papírenské kaly, které během výpalu vyhoří, nebo elektrárenský popílek, který má nízkou objemovou hmotnost.

Rozměry tvarovek jsou upraveny tak, aby na 1 m² zdiva bylo potřeba 16 kusů tvarovek (4 × 4 kusy). Pro běžné zdění na zdicí maltu mají tvarovky THERM výšku 238 mm (předpokládá se ložná spára o tloušťce 12 mm) a délku 247 mm. Šířka tvarovek upravuje tepelněizolační schopnost zdiva – nejběžnější hodnoty jsou 440, 400 a 365 mm (bez omítek), v současné době až 490 mm. Ve svislých spárách jsou dnes téměř bezvýhradně tvarovky opatřeny systémem pero-drážka (označuje se P+D), aby se omezil vliv tepelných mostů a snížila se spotřeba zdicí malty (styčné spáry se nemaltují). Na obr. 2 je patrný vývoj styčné maltové spáry od celoplošného vyplnění styčné spáry maltou přes maltovou kapsu po odlišné systémy P+D.

Tepelněizolační požadavky
Ačkoli podle dosavadních poznatků činí ztráty tepla obvodovým zdivem pouze 25 % z celkových tepelných ztrát (33 % větrání, 19 % okna a dveře, 12 % podlaha, 10 % střešní konstrukce), tvarovky THERM jsou nabízeny se stále nižším součinitelem prostupu tepla. Tuto situaci podpořily i zvýšené tepelněizolační požadavky na vnější obvodové stěny, které začaly platit od roku 2002, a také pochopitelně konkurenční materiály.

Na trhu se objevují tvarovky označené například Si, STI, Ti a podobně (obvykle výrobce používá některé z počátečních písmen slov: super – tepelně – izolační), které mají nízkou objemovou hmotnost (tab. 1), již téměř na hranici technologických možností výroby. Vyšší stupeň vylehčení tvarovky je zajištěn především vyšším podílem děrování s tenčími žebry – ve stejné tloušťce tvarovky je více řad otvorů (obr. 3). Tento nový typ tvarovek obvykle s velkou rezervou (pro větší šířky tvarovek) převyšuje požadavek tepelnětechnické normy (ČSN 73 0540-2), ovšem za cenu poklesu pevnosti přibližně podle závislosti

σ_{L =} σ . (ρ_L/ρ) ^3,6

kde σ_L, σ je    pevnost v tlaku vylehčené a nevylehčené tvarovky (MPa),
          ρ_L, ρ –    objemová hmotnost vylehčené a nevylehčené tvarovky (kg/m³).

Z tohoto důvodu je možno tyto extrémně vylehčené tvarovky vyrábět v pevnostních třídách obvykle pouze P6 nebo P8. Dalším negativem nízké objemové hmotnosti tvarovek je pokles vzduchové neprůzvučnosti zdiva (tab. 1), pro jejíž řešení jsou využívány tvarovky hutnější (s vyšší objemovou hmotností), označené jako AKU.

Tab. 1  Vybrané průměrné vlastnosti různých druhů tvarovek typu THERM

Broušené tvarovky
Novinkou v sortimentu zdicích tvarovek pro obvodové zdivo jsou tvarovky broušené, které díky velmi malým rozměrovým tolerancím dovolují tenkovrstvé zdění ložné spáry (podobně jako u přesných pórobetonových tvarovek). Tloušťka ložné spáry se předpokládá 1 mm, což snižuje množství použité malty a zvyšuje tepelněizolační vlastnosti zdiva. Pro spojování broušených tvarovek lze obvykle použít (podle výrobce) tři typy lepicích hmot, které jsou již obvykle součástí dodávky samotných tvarovek:

• polymercementová lepicí hmota pro tenkou spáru, která je obvykle řidší konzistence a je určena pro nanášení pouze na žebra tvarovek (obr. 4a). Tuto hmotu lze do ložné spáry nanášet buď speciálním válcem, nebo prostým namáčením tvarovek;
• polymercementová lepicí hmota pro celoplošnou tenkou spáru, která zakrývá žebrování tvarovek v ložné spáře (obr. 4b). Pro tuto hmotu již neexistuje možnost namáčení tvarovek, ale je možno počítat s vyšší (asi o 35 %) výpočtovou pevností zdiva ve srovnání s předchozí variantou;
• nízkoexpanzní polyuretanová (PUR) pěna – tzv. dry fix systém zdění (obr. 4c), která umožňuje suchý proces zdění i při záporných teplotách (obvykle doporučováno do –5 °C), na rozdíl od polymercementových hmot, které vyžadují minimální teplotu +5 °C. Při použití systému dry fix je třeba počítat s nejnižší výpočtovou pevností zdiva ve srovnání s oběma předchozími variantami, na druhou stranu ale s nejvyšší rychlostí zdění (nejnižší směrnou pracností zdění) (tab. 2).

Obr. 4: Lepení broušených tvarovek THERM a) na tenkovrstvou lepicí hmotu, b) na tenkovrstvou celoplošnou spáru, c) na speciální nízkoexpanzní polyuretanovou pěnu

Tab. 2: Rozdíly v parametrech standardní a broušené tvarovky


¹⁾ Hodnota v závorce platí pro lepicí hmotu pro celoplošnou tenkou spáru.

Výhody použití broušených tvarovek

• Snižuje se podíl spár ve zdivu, které jsou vždy, i při použití lehké tepelněizolační malty (LM), tepelným mostem s horšími tepelněizolačními parametry.
• Výrazně se snižuje spotřeba lepicí hmoty pro zdění a rychlost (pracnost) zdění (tab. 2).
• Snížení tloušťky spár zvyšuje výpočtovou pevnost zdiva (neplést si s pevností tvarovky). Podle ČSN EN 1996-1-1 vykazuje například výpočtová pevnost zdiva vytvořeného ze standardních nebroušených tvarovek o tloušťce 400 mm pevnostní třídy P8 a zdicí malty třídy M10 hodnotu 1,29 MPa, s tepelněizolační maltou LM 5 potom 0,81 MPa při tloušťce ložné spáry 12 mm. Stejná tvarovka s broušenými ložnými plochami za použi­tí tenkovrstvé lepicí hmoty (ložná spára 1 mm) vytvoří zdivo s pevností 1,7 MPa. U broušených tvarovek a použití suchého zdění s využitím PUR pěny se počítá s výpočtovou pevností zdiva 0,90 MPa.

Jako nevýhodu použití broušených tvarovek lze uvést nutnost téměř dokonalého rovinného založení první řady, což vyžaduje použití speciálního zařízení. Na druhou stranu je založení zdiva již standardní službou, kterou poskytuje každý výrobce broušených tvarovek.

Aby byly využity veškeré výhody tepelněizolačních tvarovek typu THERM, je třeba s tímto materiálem správně zacházet. Pro vyzdívání rohů a dalších detailů je nezbytné využívat i dostupné doplňky, tj. tvarovky krajové, rohové a poloviční, nikoli cihly plné nebo tvarovky pórobetonové (obr. 5), aby se tyto finanční „úspory“ neprojevily ve zdivu v podobě trhlin (v důsledku nehomogenity zdiva) a tepelných mostů, které jsou nebezpečné ani ne z důvodu úniku tepla, ale především vlhnutím zdiva při dosažení rosného bodu s možným vznikem plísní.

Závěr
V současné době již cihelné tvarovky pro obvodové zdivo z pohledu vylehčení dosahují téměř svého technologického limitu. Dalšího zvyšování tepelněizolačních vlastností tvarovek je tedy možno dosáhnout pouze zvětšením šířky tvarovek (a tedy i zdiva). Pro tvarovky THERM o šířce 490 mm se objevují v prospektových materiálech hodnoty součinitele prostupu tepla zdiva při vlhkosti 0 % až 0,18 W/(m² . K) (tepelný odpor 5,37 m² . K/W), což odpovídá více než dvojnásobku požadavku normy. Nelze ovšem do budoucna předpokládat, že se vývoj bude posunovat směrem k růstu tloušťky zdiva. Spíše okrajově se začínají objevovat na trhu tvarovky s většími otvory (obr. 6), které jsou vyplněny tepelněizolačním materiálem (perlit, PUR pěna a podobně). Ty pak vykazují vysoké tepelněizolační schopnosti při šířce do 400 mm.

doc. Ing. Radomír Sokolář, Ph.D.
Foto: archiv autora

Autor působí na Fakultě stavební VUT v Brně.

Literatura
1. Matějka, J.: Cihly THERM pro obvodové zdivo. In.: Stavebnictví a interiér, 1999, č 4.
2. Firemní literatura Wienerberger cihlářský průmysl, a. s.
3. Firemní literatura Heluz cihlářský průmysl, v. o. s.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.