Technické konopí pro konstrukce plovoucích podlah

Čtvrtek, 1. Duben 2010 - 2:00
| Napsal:
Tepelně a akusticko-izolační materiály z alternativních surovinových zdrojů dnes představují velmi perspektivní materiály. Vykazují výhodný poměr užitných vlastností a ceny a jejich výroba je energeticky a environmentálně úsporná. Dalším jejich kladem je využívání snadno obnovitelných a lokálně dostupných surovinových zdrojů.

Izolační materiály na bázi technického konopí jsou vyráběny z konopného vlákna s podílem konopného pazdeří. Vykazují velmi dobré akustické vlastnosti, které jsou dány jejich nízkou hodnotou dynamické tuhosti. Příspěvek se věnuje možnostem konkrétního uplatnění těchto izolačních materiálů v konstrukcích plovoucích podlah, a to především z pohledu akustických, tepelně izolačních a také mechanických vlastností.

Akusticko-tepelné izolace jsou v dnešní době nedílnou součástí každé podlahové konstrukce v oblasti občanské výstavby. Jejich výroba je však poměrně náročná. Materiály pro konstrukce plovoucích podlah musí mimo akustických a tepelně izolačních vlastností vykazovat i dostatečné mechanické vlastnosti, které jsou většinou závislé na objemové hmotnosti materiálu, která musí být ve většině případů podstatně vyšší, než u stejného druhu izolačního materiálu s použitím pro konstrukce svislé.

Z těchto důvodů provází výrobu izolačních materiálů do podlah poměrně vysoká spotřeba vstupních surovin na výrobu jedné objemové jednotky výsledného izolantu a i vyšší celková energetická náročnost výroby. Proto se v současné době hledají možnosti výroby alternativních izolačních materiálů s nízkou energetickou náročností na výrobu, které jsou vyrobeny z alternativních, snadno obnovitelných surovinových zdrojů. Tímto způsobem je možné z dlouhodobého hlediska zajistit udržitelnost výroby těchto izolantů jak po finanční, tak surovinové stránce.

Z daného hlediska se jeví jako velmi výhodné využití snadno obnovitelných lokálních surovinových zdrojů ze zemědělství, nezatěžujících životní prostředí, za předpokladu následného zpracování s nízkou energetickou náročností. Mezi ně může být řazeno právě technické konopí. Jeho nespornou výhodou je každoroční a výhledově prakticky nevyčerpatelná produkce, nízké náklady na pěstování, zpracování a následnou výrobu produktů, nízká ekologická zátěž a snadná recyklace materiálů po ukončení jejich životnosti.

Výzkum materiálů na bázi technického konopí

V rámci výzkumu bylo provedeno ověření možnosti využití vláknitých tepelně akusticko-izolačních materiálů z technického konopí pro výrobu izolačních rohoží, případně desek, které by byly využity jako izolace plovoucích podlah.

 Vzorek:  Složení [%]
 konopná vlákna  konopné pazdeří  syntetická vlákna
 1  48  32  20
 2  48  32  20
 3  64  16  20

Zkušební vzorky byly vyrobeny na speciální výrobní lince. Jako vstupní suroviny byla použita konopná vlákna s pazdeřím (odpad při zpracování konopných vláken), v níže uvedeném procentuálním podílu (tab.). Jako pojivo byla použita polyesterová bikomponentní vlákna. Výroba izolačních rohoží z technického konopí probíhá v praxi dle následujícího schématu:

  • rozvláknění balíků technického konopí, úprava konopného vlákna (aplikace přísad proti hoření, biologickým škůdcům, atd.),
  • sušení vlákna,
  • rozvláknění balíků bikomponentních vláken,
  • pneumatické míšení konopných a bikomponentních vláken,
  • přidání rozvlákněných zbytků z výroby,
  • homogenizace směsi,
  • vytváření desek izolačních rohoží,
  • zapékání desek za zvýšeného tlaku a teploty (vytváření desek o požadované tloušťce a objemové hmotnosti),
  • ochlazování rohože,
  • řezání desek v požadovaném formátu,
  • balení a uskladnění.

Složení zkušebních vzorů je uvedeno v tabulce.

Vyhodnocení experimentů

Ze zkušebních materiálů deskového tvaru byly připraveny zkušební vzorky o rozměrech 300 x 300 mm nebo 200 x 200 mm, na kterých bylo provedeno stanovení tepelně izolačních, akustických, fyzikálních a mechanických vlastností. Zkušební vzorky byly před měřením uloženy v laboratoři za podmínek: teplota: 21± 2 °C, relativní vlhkost: 40±5 %.

Na zkušebních vzorcích byla provedena série laboratorních měření, jejichž cílem bylo stanovení základních vlastností, které jsou významné z pohledu užití izolačních materiálů do konstrukcí plovoucích podlah. Bylo provedeno stanovení následujících vlastností:

  • Tloušťka (dle ČSN EN 1602),
  • Objemová hmotnost (dle ČSN EN 1602),
  • Součinitel tepelné vodivosti (dle ČSN 707012, ČSN EN 12667),
  • Faktor difúzního odporu (dle ČSN EN 12086),
  • Napětí při 10%deformaci (dle ČSN EN 826),
  • Dynamická tuhost (dle ČSN ISO 9052-1),
  • Pevnost v tahu kolmo k rovině desky (dle ČSN EN 1607).

V úvodu bylo provedeno stanovení tloušťky a následně pak objemové hmotnosti. Objemová hmotnost je jedním z význačných aspektů ovlivňujících tepelně izolační, akustické i fyzikálně mechanické na vzorcích o rozměrech 200 x 200 mm. U vzorku byla nejprve stanovena tloušťka a následně pak bylo provedeno stanovení objemové hmotnosti. Objemová hmotnost byla získána jako podíl hmotnosti a objemu vzorku.

Nejvyšší objemová hmotnost byla naměřena u vzorku č. 1 (111,6 kg.m-3) a naopak nejnižší objemová hmotnost byla stanovena u vzorku č. 2 (56,8 kg.m-3). Velmi důležitým parametrem u izolačních materiálů do plovoucích podlah jsou mechanické vlastnosti, které jsou většinou vyjádřeny napětím při 10% deformaci. Napětí při 10% deformaci bylo stanoveno na zkušebních vzorcích – desky o rozměrech 200 x 200 mm. Při stanovení mechanických vlastností byly vzorky postupně zatěžovány zkušebním zařízením (lisem). Během zatěžování byla snímána a zaznamenávána deformace spolu se zatěžovací silou. Hodnota 10%deformace byla stanovena výpočtově na základě zjištěného pracovního diagramu.

Nejlepší mechanické vlastnosti v daném případě vykazoval vzorek č. 1 (36,9 kPa) a naopak nejhorší mechanické vlastnosti vzorek č. 2 (6,7 kPa). V daném případě jsou mechanické vlastnosti úměrné objemové hmotnosti a tloušťce zkušebního vzorku.
Nejdůležitější vlastností u izolačních materiálů s použitím pro plovoucí podlahy je dynamická tuhost. Dynamická tuhost byla zkoušena rezonanční metodou na vzorcích tvaru desky o rozměrech 200 x 200 mm dle normy ISO 9052-1. Vzorek byl umístěn mezi základnu a zatěžovací ocelovou desku o daných rozměrech. Byl zjišťován základní rezonanční kmitočet mechanické soustavy. Buzení se uskutečňuje díky elektromagnetu na zatěžovací desce a permanentního magnetu.

Dalším důležitým parametrem u izolačních materiálů s využitím pro podlahové konstrukce je hodnota součinitele tepelné vodivosti, neboť akustická izolace ve většině případů plní i funkci tepelně izolační. Hodnoty součinitele tepelné vodivosti byly stanoveny pro teplotu 10 °C při teplotním spádu 10 °C stacionární metodou desky. Bylo použito přístroje Lambda 2300. Zkušební vzorky, desky o rozměrech 300 x 300 mm, byly před zkouškou vysušeny při teplotě 65 °C a poté dosušeny při teplotě 105 °C do konstantní hmotnosti.

Zjištěné hodnoty tepelných vodivostí se pohybovaly v rozmezí od 0,041 do 0,048 W.m-1.K-1. Nejpříznivější hodnota tepelné vodivosti byla zjištěna u vzorku č. 3, s objemovou hmotností okolo 80 kg.m-3.

Zkouška stanovení propustnosti pro vodní páru byla provedena dle EN 12086 „Tepelně-izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – Stanovení propustnosti pro vodní páru“. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v následujícím grafu:

Faktory difúzního odporu se pohybovaly v rozmezí 3,8 až 5,3. Nejvyšší hodnota faktoru difúzního odporu byla zjištěna u vzorku č. 1, naopak nejnižší hodnota byla zjištěna u vzorku č. 2. V daném případě platí, že se zvyšující se objemovou hmotností zkušebního vzorku se zvyšuje i hodnota faktoru difúzního odporu.

Závěr

Na zkušebních vzorcích izolací na bázi technického konopí byly stanoveny mechanicko-fyzikální vlastnosti, akusticko a tepelně-izolační vlastnosti. Měřením bylo dokázáno, že vlastnosti izolačních desek z technického konopí jsou plně srovnatelné s vlastnostmi běžných izolačních desek z jiných typů materiálů. Zjištěné hodnoty dynamické tuhosti řadí dané izolační materiály do skupiny dynamicky měkkých materiálů (dle ČSN 73 0532), které jsou vhodné jako akustické izolace do konstrukcí plovoucích podlah.Vzhledem k rozvoji vědy a techniky lze tvrdit, že tepelné izolace vyrobené z technického konopí, se v blízké budoucnosti stanou vhodnou alternativou k dnes běžně používaným deskám z jiných materiálů.

Ing. Jiří Zach, Ph.D., Ing. Bc. Jitka Hroudová, VUT Brno, Fakulta stavební

Tento výsledek byl získán za finančního přispění MŠMT ČR, projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS a grantu GA 103/08/P265.

Psáno pro časopis Interiér veřejných budov 1/2010

Divadlo ako vostavba / High tech technika v historické budově / Barevná kavárna Streetcafé v Plzni / Zo starej tabačky univerzita v Nitre / Společenské centrum Soběslavska / Lucie Koldová na stáži v Paříži / Evropská cena pro nejlepší interiéry / Záruka dobrého posezení / Komunikácia pomocou farieb / Požadavky na sedací nábytek / Šestice top nábytkových systémů / Předměty s vlastním příběhem / Textil: Od univerzálnosti ke kreativitě / Matematika a dekorativní obklady stěn / V showroomu, kde voní dřevo / Moderní koberce ve světle ramp / Technické konopí pro konstrukce plovoucích podlah

Klíčová slova: