Granulát z pěnového skla jako tepelně izolační stavební materiál

Příspěvek představuje nový a ne zcela běžný stavební materiál, který vznikl teprve nedávno. V květnu 2009 byla zahájena výroba pěnového skla v Horním Rakousku v městečku Gaspoltshofen pod obchodním názvem GeoCell a nyní se dováží i do ČR. Jde o uměle vyráběné kamenivo vyrobené recyklací odpadního, většinou obalového skla, jež se v současné době, při dobře organizovaném sběru skla v evropských zemích, nestačí zpracovávat pro zpětnou výrobu obalového či jiného skla.
Možnost jeho dalšího zpracování byla vyvinuta v Německu a vznikla technologie, jejíž finálním produktem je uměle vyrobené vysoce porézní a tudíž velmi lehké kamenivo pro stavební účely. V České republice se tento produkt obecně označuje jako pěnové sklo. Jelikož základní surovina pro jeho výrobu je z cca 90 % odpadní sklo, jedná se o ekologicky velmi příznivou výrobu a výsledný produkt je ekologicky čistý a nezávadný materiál. Tím se zhodnotí druhotné suroviny a ve výrobním procesu odpadá počáteční energie potřebná pro výrobu skla.

¤ Přiklad skladby: 1) vrstva zeminy, 2) geotextilie, 3) zhutněne pěnove sklo, 4) PE-folie, 5) vnějši izolace, 6) zdivo, 7) zakladova deska, 8) drenaž

Technologie výroby GeoCell
Odpadní obalové sklo se rozemele na skelnou moučku s velikostí zrna do cca 500 mikrometrů. V dalším kroku je ve speciálním mísícím zařízení tato moučka smíchána s chemickými přísadami pro regulaci procesu tavení a dosažení potřebného nakypření. Homogenizovaná hmota je poté rozprostírána v dané výšce na pás, který postupuje do průběžné pece. Během řízeného výpalu vznikne postupně z rozemleté homogenizované moučky při teplotách od 400-900 oC nejdříve nakynutí finálního produktu skleněné porézní hmoty. V dalším kroku dojde k řízenému ochlazení a tím k vytvrzení hmoty podobné přírodní pemze - pěnového skla. Ochlazená hmota následně postupuje do jednoduchého drtiče, kde je rozdrcena na kamenivo o velikosti 10-60 mm, které je případně dále roztříděno na užší frakce.
Tak vznikne tvarově stálý tepelně izolační stavební materiál, jehož struktura je tvořena vysoce porézní hmotou z rovnoměrně rozložených uzavřených pórů se slinutým povrchem s dostatečnou pevností.
Pěnové sklo bylo v Rakousku podrobeno rozsáhlým laboratorním testům, na jejichž základě byl po stránce bezpečně uvolněn do výroby. V současnosti již bylo v Rakousku či SRN realizováno několik významných staveb s využitím této hmoty.

Základní technické vlastnosti GeoCell

• součinitel tepelné vodivosti je ve volně sypaném stavu (nehutněné vrstvy) 0,06 W/m.k, ve zhutněném stavu 0,08 W/m.k;
• je mrazuvzdorný podle EN 1367-1;
• statická únosnost zhutněného násypu dosahuje podle poměru zhutnění 180 kN/m2 a více;
• objemová hmotnost je cca 140 kg/m3 ve volně sypaném stavu a cca 165 kg/m3 ve zhutněném stavu;
• téměř nulová nasákavost;
• je nehořlavé, třída A1, v případě požáru neuvolňuje žádné škodlivé plyny nebo páry;
• jako základní surovina pro jeho výrobu je použit recyklovaný skelný odpad a samotný granulát je opět 100% recyklovatelný.

Vzhledem k výše uvedeným vlastnostem pěnové sklo se nabízí možnost širokého využití a uplatnění jak při realizaci novostaveb, tak u rekonstrukcí či adaptací staveb stávajících. V dalším textu jsou ukázány možnosti použití tohoto materiálu pro různé typy konstrukcí, které byly již v zahraničí úspěšně realizovány. Zatím nejrozšířenější použití je pro hutněnou podkladní vrstvu betonových základových desek, kde se úspěšně využívá jak dostatečné únosnosti, tak i tepelně izolační vlastnosti. Další možnosti jsou tepelně izolační násypy v konstrukcích podlah či stropů, konstrukce zelených střech nebo tepelná izolace podzemních betonových garáží. Volně sypané či zhutněné kamenivo je použitelné jako násypový materiál s dobrou drenáží ve spodní vrstvě násypu a ve střešních či stropních konstrukcích umožňuje cirkulaci vzduchu.

Konstrukce základové desky budov
GeoCell lze využít jako nosnou hutněnou vrstvu podzákladí s vyhovující únosností a současně jako tepelně izolační materiál, který po celé ploše desky eliminuje možnost výskytu tepelných mostů a současně zajistí nulovou vzlínavost vlhkosti z podzákladí do základových konstrukcí.
Technologický postup je jednoduchý a lze ho shrnout do následujících kroků. Zemní pláň se upraví do potřebné nivelety a překryje se geotextilií (gramáž 150g/m2) a ihned se může navážet a rozhrnovat pěnové sklo, buď ručně nebo i pomocí mechanizace. Doprava materiálu na staveniště je možná buď v big bagech po 1 a 3 m3 nebo jako volně loženého ve velkokapacitních korbách ?Walking Floor?. Tento materiál není samozřejmě vhodné aplikovat v oblastech s tlakovou vodou či v úrovni hladiny spodní vody.
Při navrhované výšce zhutněného násypu větší než 400 mm se doporučuje provést hutnění ve dvou vrstvách. Po zhutnění se povrch opět překryje geotextílií nebo PE fólií, aby se při betonáži nosné desky zabránilo vnikání cementového tmele do mezerovité struktury zhutněného násypu.

Zahraniční realizace
Rekonstrukce hradu Glachau v Sasku, Německo
Celková rekonstrukce hradu postaveného v roce 1170 trvala dva roky. GeoCell byl použit pro svou nízkou hmotnost, nízkou nasákavost a tepelně izolační schopnost. Využil se při rekonstrukci podlah v suterénech a stropních konstrukcí nadzemních podlaží.

¤ Pokladani izolačni vrstvy GeoCell při rekonstrukci hradu Glachau

¤ Rekonstruovany hrad Glachau v Německu

¤ Přičny řez: umistěni izolačni vrstvy mezi klenbou a podlahou v 1. NP, resp. 2. NP, rekonstruovaneho hradu Glachau

Výstavba nové výrobní haly v Horním Rakousku
Po vyhodnocení provozních nákladů nutných k vytápění výrobní haly o ploše 3000 m2 pro dosažení teploty 18 °C, dospěl investor k rozhodnutí o izolaci nejen obvodového pláště, ale také o nutnosti tepelné izolace podlahové konstrukce. Železobetonová základová deska o síle 250 mm byla doplněna 200 mm silnou vrstvou zhutněného pěnového skla. Touto skladbou je velmi účelně využita akumulační schopnost betonové desky, aniž by docházelo k tepelným ztrátám směrem do podloží.

¤ Připrava na rozmistěni pěnoveho skla na izolačni folii. Vyrobni hala v Hornim Rakousku.

¤ Betonaž podlahy. Vyrobni hala v Hornim Rakousku.

¤ Přičny řez: skladba tepelne izolace podlahove konstrukce s využitim materialu GeoCell. Vyrobni hala v Hornim Rakousku.

Výstavba nízkoenergetických domů na Slovensku
GeoCell byl aplikován do podzákladové desky těchto domů. Výška násypu po zhutnění byla cca 300 mm, pěnové sklo zde plní nejen funkci tepelně izolační, ale taktéž drenážní. Pěnové sklo při výše uvedené aplikaci snižuje i nezámrznou hloubku celého výkopu na 400 mm.

¤ Rozhrnovani pěnoveho skla při vystavbě zakladove desky (Slovensko)

¤ Hutněni pěnoveho skla v zakladove desce nizkoenergetickeho rodinneho domu na Slovensku

Prezentované ukázky znázorňují aplikaci pěnového skla v zahraničí. Jelikož se téměř ve všech případech jedná o uložení pěnového skla pod základové desky, je zřejmé , že požadavek na jeho únosnost je sledován a lze ji ověřit statickou zkouškou únosnosti přímo na konkrétní stavbě podle DIN 18 134.

Příspěvěk vznikl za podpory projektu MŠMT ČR 1 MO 579 výzkumného centra CIDEAS.

Autor:
doc. Ing. Rudolf Hela, CSc.
Ústav technologie stavebních hmot, Fakulta stavební, VUT Brno