Vonzó lehetőségnek látszik a tervezők és az építtetők számára a homlokzatburkoló kerámialapok ragasztással történő rögzítése, ám nem kockázat nélküli. Cikkünkben az ilyen homlokzatburkolatok meghibásodásainak épületfizikai és épületszerkezeti elemzésére vállalkozunk.

Sok építési hiba származik ebből a látszólag egyszerű szerkezetből, amiről a hazai szakirodalomban [1] is megjelent már írás. Tapasztalt szakemberek ezért általában elkerülik ezt a szerkezetváltozatot. Egy hazai kudarc elemzése, valamint a szakirodalom tanulmányozása után talán tisztul a kép ezen a területen is. Érdemes jól átgondolni a tanulságokat és a szabályokat, mielőtt végleg elköteleznénk magunkat a homlokzatburkolat ragasztása mellett.

A KÁROSODÁSOK BEMUTATÁSA

Egy vasbetonvázas iskolaépület homlokzatára ragasztott kerámia lapburkolat az átadást követő néhány éven belül jelentős károkat szenvedett [2]. A kárképek a következők:

• a burkolat az ablakok alatti részeken sok helyen elszíneződött (1. ábra),
• a burkolat hézagain több helyen erőteljes sókiválás tapasztalható (2. ábra),
• a sarkoknál és síkváltásoknál megnyíltak a burkolat hézagai (2. ábra),
• a burkolat néhány helyen síkjából kitérve levált a falról (3. ábra).

Alaposabb szemrevételezés után kiderült, hogy az ablakpárkányok fémlemez lefedései sok helyen nem takarnak rá kielégítő mértékben a mellvédfali burkolat fölső élére, illetőleg a bélletekhez csatlakozó peremeket nem tömítették, továbbá elmulasztottak megfelelő vízterelőket készíteni.

Ez a néhány apróbb hiba elegendő lenne a burkolat elszíneződéséhez, átnedvesedéséhez, vagy netán páradiffúzióból származó nedvességfeldúsulás okozza a jelenséget? Lehetséges, hogy a burkolat vagy a fugázás vízfelvétele magas, és a csapóesőnek kitett oldalakon ezért alakultak ki ezek a foltok?

A földszint + kétemeletes épületet körüljárva megállapítható, hogy nem készültek tágulási hézagok a több száz négyzetméternyi felületen, még az épület sarkainál sem. Milyen szerepe lehet a burkolat színének, hőtágulásának a meghibásodásokban?

A homlokzati fal rétegfelépítése a következő:

• 1 cm belső oldali vakolat
• 30 cm Porotherm 30 N+F blokktégla
• 2 cm alapvakolat
• 1,5 cm ragasztott burkolat (pontos típusát nem közöljük, mivel a tanulságokat nézve érdektelen)

A NEDVESSÉGHATÁSOK ELEMZÉSE

Ilyen és ehhez hasonló épületkárok esetében mindig felmerül, hogy a meghibásodás oka a szerkezet nem megfelelő nedvességtechnikai működése. A szemre igen tömör lapburkolat viszonylag páratömör anyagot sejtet, ami mindenképpen a pára lecsapódás gyanúját veti fel. Azonban az ismert igen egyszerű páradiffúziós ellenőrzések eredményeire ilyen esetekben nem támaszkodhatunk. Az említett számítás a páradiffúzión kívül más transzport folyamatokkal és nedvességforrásokkal nem képes számolni, valamint számos más leegyszerűsítést is tesz (stacioner állapot, konstans anyagjellemzők stb.), hogy a számítás kézzel is elvégezhető legyen. Ha ennél átfogóbb képet akarunk kapni, akkor egyrészt a diffúziós jelenségek mellett a kapilláris nedvességvezetés és a konvektív nedvességtranszport (a szerkezet légzárósági hibái miatt kialakuló légáramokkal vitt nedvességtartalom) hatását is valamilyen módon figyelembe kell vegyük, másrészt pedig a szerkezetet terhelő nedvességforrások tekintetében sem tehetünk durva elhanyagolásokat.

A diffúzióhoz képest a már említett konvektív nedvességforrásokkal, továbbá a homlokzatot érő csapóesőből a burkolólapokon, azok fugáin és különböző hibáin át történő felszívódásával akár nagyságrendileg nagyobb nedvességmennyiség juthat a szerkezetbe. Annak érdekében, hogy ezekről a jelenségekről tisztább képet kaphassunk egy instacioner hő- és nedvességtechnikai szimulációs programot használtunk fel (Fraunhofer IBP – WUFI2D, Wärme Und Feuchte Instationär, azaz instacioner hő- és nedvesség), mely a hő- és a nedvességvezetés kapcsolt parciális differenciálegyenleteit oldja meg a véges térfogat módszer segítségével.

A számítások megbízhatósága minden esetben nagyban függ a bevitt adatok pontosságától. A ragasztók, a fugázók és a burkolat nedvességtechnikai anyagjellemzőit pontosan ismernünk kellene ahhoz, hogy a folyamatokat nagy pontossággal modellezhessük. Az adott esetben sajnos nem állt rendelkezésre kellő számú anyagjellemző. Ezeket a gyártók a legtöbb esetben sajnos eleve nem közlik. Egy megvalósult épületnél amúgy sem vehető biztosra, hogy valóban a betervezett anyagok kerültek felhasználásra, a szükséges mélységű anyagvizsgálatokra pedig nem volt lehetőségünk. A szükséges anyagjellemzők hiánya általános probléma épületfizikai számításoknál, méghozzá nemcsak szakértések, hanem tervezési munkák esetében is.

A konkrét esetben a lapokról csak vízfelvételi mérések készültek, melyek 2,5-3,1 tömeg%-os eredményt adtak. A lapok méretváltozása vízfelvétel hatására gyakorlatilag nulla. A lap anyagának lineáris hőtágulási együtthatója 4-4,7×10-6 közötti.

Mindezeken túl a számításokhoz szükséges kiindulási nedvességtartalmakról sem voltak megbízható adataink, csak becslésekre tudtunk hagyatkozni. Ilyen adathiány mellett nem vállalkozhatunk a nedvességtartalom tényleges alakulásának kiszámítására. Azonban megfelelő analógiákkal, mérnöki közelítésekkel és paramétervizsgálatokkal képesek lehetünk egy közelítő becslést adni a várható nedvességtartalmakra (melyeket összevethetünk a mért értékekkel), de ami ennél is fontosabb, egy kvalitatív betekintést adhatunk a szerkezet nedvességtechnikai működésébe.

A modellalkotás folyamatának, és magának a számításnak az eredményeit és tanulságait a következő pontokban foglalhatjuk össze.

• A számítást legalább 5-10 éves ciklusidőre kell elvégezni, mivel a nedvességfeltorlódás és kiszáradás szezonális ciklusainak hosszú távú alakulása határozza meg végeredményben a szerkezet megfelelőségét.
• A vázkerámia falazatban a kiindulási nedvességtartalmat először a 70%-os relatív nedvességtartalomnak megfelelő egyensúlyi nedvességtartalommal vettük figyelembe. Ezzel igyekeztük modellezni azt az építésmódot, amivel az épület készült. Vékony ragasztóhabarcs technológiával és száraz nútféderes függőleges élképzéssel, azaz viszonylag alacsonyabb építési nedvességterheléssel járó módon. Az építőanyag vagy a fal megázásával azonban ilyen technológia mellett is jelentős kezdeti nedvességtartalom juthat a szerkezetbe, melynek kiszáradását is ellenőrizni kell.
• A vizsgált fal északi tájolású, függőleges szerkezet a modellben. A károk szemrevételezése, valamint a szakirodalom alapján a hőtágulási problémák mellett a túlzott nedvességtartalom és az azzal járó esetleges fagykárok tűntek a probléma okának. A nedvességfeldúsulás szempontjából pedig a kevéssé benapozott és a csapóesőnek legjobban kitett tájolás tekinthető a legveszélyeztetettebbnek. A hőtágulási problémák vizsgálatánál nyilván a benapozott homlokzatokat kell elsősorban megvizsgálni.
• A páradiffúzió egy ilyen rétegrendnél eredendően többdimenziós probléma, mivel jelentős részben a kerámialapok hézagrendszerén át játszódik le, különösen a nagytömörségű burkolatoknál. Ebből a szempontból a nagyméretű burkolóelemek látszanak kockázatosnak, ahol fajlagosan kevesebb a fuga.
• Az egyszerű stacioner páradiffúziós számításokkal ellentétben a dinamikus épületfizikai szimulációk csak igen ritkán mutatnak valódi kondenzációt a szerkezeten belül, mivel azt a szerkezet a jellemzően igen jelentős nedvességkapacitása és a feltöltődési, kiszáradási időszakok ciklikus változása miatt legtöbbször nem tudja elérni. Kialakulhat egy dinamikus egyensúly. A kérdés az, hogy mekkora a nedvességingás, mekkorák a szélső értékei (csúcs nedvességtartalmak a téli időszakban), ezek felvetik-e a fagykárok veszélyét, illetve nem alakul-e ki lassú többéves feltöltődési trend? A nedvességkapacitás jelenségét közelítő módon a páradiffúziós számítás magyar változata is figyelembe veszi (egyensúlyi állapot létrejöttének ellenőrzése). Azonban a szimulációk segítségével a nedvességtartalom változásáról nemcsak sokkal pontosabb képet alkothatunk, hanem a különböző nedvességforrások és nedvességtranszport mechanizmusok ki-be kapcsolásával (egyféle paramétervizsgálattal) megvizsgálhatjuk azok relatív fontosságát:
  • Jelen példában, ha csak a páradiffúzió jelenségét vesszük számításba, azaz a csapóesőt és a kapilláris nedvességfelvételt elhanyagoljuk, akkor a burkolat mögötti habarcsrétegben a nedvességtartalom 2-3 tömeg% között ingadozik, ami 68-84%-os relatív páratartalomnak megfelelő egyensúlyi nedvességtartalomnak felel meg (4–5. ábra).
  • Amennyiben a csapóeső és a kapilláris nedvességvezetés hatását is figyelembe vesszük a számítások során, akkor a nedvességtartalomban az említett dinamikus egyensúly magasabb szinten áll be. Ez azt jelenti, hogy a habarcsban állandóan 3,5-9 tömeg% között ingadozik a nedvességtartalom, ez 90% feletti relatív nedvességtartalomhoz tartozó egyensúlyi nedvesség-tartalomnak felel meg (6–7. ábra).
• A számításoknál nem tudtuk figyelembe venni a homlokzatburkolat mögé felülről (pl. ablakok bádogozásánál) bejutó nedvességet, illetve a falszerkezet esetleges légzárósági problémái következtében konvekcióval bejutó nedvesség hatását (üreges falazóblokkok, függőleges habarcshézagok hiánya stb.). Azonban látható módon a csapóeső nedvességterhelése figyelembevételével a szerkezet már eleve kritikus tartományban van, amit a különböző újabb nedvességterhelések könnyen „átbillenthetnek".
• A kapott eredmények alapján az a véleményünk, hogy hosszabb távon nem megengedhető, hogy a burkolat mögött telített állapothoz közeli nedvességtartalmak uralkodjanak, mert így fennáll a lehetősége annak, hogy a burkolat mögötti habarcs réteget fagy károsíthatja. Ez a lapok lehullásához vezethet.

A számítások tanulsága nem a konkrétan kiszámított nedvességtartalmakban rejlik, hanem annak a kimutatásában, hogy a szerkezet alapvetően nem a páradiffúzió miatt problémás, hanem a kívülről felszívott nedvességgel van a gond. A kapillárisan felszívott nedvesség a burkolólapok mögé jutva onnan csak igen nehezen és lassan tud távozni. Tehát a szerkezet megítélése szempontjából a meghatározó a külső nedvességfelvétel mértéke, a ragasztó és fugázó anyagok helyes megválasztása, azok pórusszerkezete, kapillaritása és fagyérzékenysége.

A HŐTÁGULÁS HATÁSÁNAK ELEMZÉSE

A vizsgált szerkezet esetében a beépített lapburkolat lineáris hőtágulási együtthatója alacsonyabb, mint a mögötte lévő rétegeké. Ugyanakkor a 10-15 mm vastagságú, sötétszínű, magas sugárzásabszorpciós tényezőjű lapok jelentősen a léghőmérséklet fölé melegedhetnek. Éves viszonylatban –20 ºC és +70 ºC közötti tartományban mozog a felületi hőmérsékletük, amely kis vastagságuk miatt gyorsan változhat. Sokkal gyorsabban, mint a hátszerkezet hőmérséklete. Ez jelentős feszültségeket ébreszt a lapburkolatban, a hézagoló habarcsban, és a ragasztórétegben egyaránt. Ennek következtében a burkolólapok tágulási hézagok hiányában összefeszülhetnek, elválhatnak aljzatuktól, és leeshetnek a helyükről. A már meggyengült kötésű burkolat a szélszívás hatására is lehullhat, balesetet vagy akár tragédiát okozva.

Nagy jelentősége van ezért a tartósan jó tapadásnak a burkolat és az ágyazat, továbbá az ágyazat és az alapvakolat között.

A BEMUTATOTT KÁRESET ÉRTÉKELÉSE

A fényképeken látható épület homlokzatburkolati meghibásodását a tágulási hézagok elhagyása, valamint az ablakok párkánylefedésének hibás kialakítása okozták. A hőfeszültségek hatására a burkolat több helyen elvált az ágyazó habarcstól, és síkjából kitért. Mielőtt lehullott volna, az üzemeltető leverte a szemmel látható módon már nem tapadó lapokat.

Az uralkodó csapadékirány felőli oldalon, a párkánylefedéseknél a burkolat mögé jutó nedvesség lokálisan meg nem engedett mértékű feldúsulásokat okozhat, további járulékos fagykárokat előidézve.

A nyílászárók felett, az áthidalóknál a hiányzó vízcseppentő profil, vagy idomelem miatt az élben lévő fuga rendszeresen bevezette (nedvességvezetés jelensége) a vizet a burkolat mögé. A habarcsból kioldódott anyagok a nedvesség eltávozását (száradási periódusok) követően visszamaradtak. Ez a jelenség térfogat-növekedéssel járt, amely a fuga mentén élben szétfeszítette a szemöldök burkolatát.

A hézagoló habarcs, a ragasztó és az alapvakolat anyagjellemzőit nem ismerjük, ezért a meghibásodás mélyebb feltárására nem volt módunk.

Hazánkban a sok negatív tapasztalat ellenére még nem volt mód átfogó kutatás keretében értékelni a ragasztással kialakított kerámia homlokzatburkolat rendszerek megvalósíthatóságát. Németországban azonban több igen komoly munka született ennek a kérdésnek a vizsgálatára [3, 4, 5]. A következőkben ezeknek a tanulságait igyekszünk bemutatni.

A KÜLFÖLDI KUTATÁSI EREDMÉNYEK

Amennyiben a kerámia homlokzatburkolatot hőszigetelésre (színvakolat nélküli hőszigetelő rendszerű vakolatra) ragasztják (8. ábra), akkor a hőszigetelő rétegben, és annak határán további hatások működésével kell számolni. A homlokzatburkolat terhét, és igénybevételeit a hőszigetelésre készített alapvakolatnak adja át. Az alapvakolatról – a hőszigetelés ragasztásán túlmenően – minden esetben méretezett dübelek viszik át a terhelést a hátfalra.

Tekintettel arra, hogy a hőszigetelő anyagok terhelés hatására a hagyományos építőanyagoknál nagyobb alakváltozásokat, torzulásokat szenvednek, az anyagok és a rétegek helyes megválasztását laboratóriumi nagymintákon végzett mérések alapján kell elvégezni. Ez a rendszergazda feladata és felelőssége.

A külföldi szakirodalom alapján a közvetlenül a falszerkezetre ragasztott lapoknál (9. ábra) a hőtágulás miatti feszültségek a viszonylag merev kapcsolat miatt könnyen át tudnak adódni a burkolatról, míg a hőszigetelő táblák esetében a burkolat és a fal közé kerülő rugalmasabb réteg miatt nagy felületeken sokkal inkább össze tudnak adódni.

ANYAGVÁLASZTÁSI SZEMPONTOK

Amennyiben a ragasztott kerámia homlokzatburkolat hőszigetelő rendszerű vakolatra, mint aljzatra készül, akkor a lapok vízfelvételét a hőszigetelő réteg nedvességtől való megvédése céljából korlátozni kell. Polisztirolhab hőszigetelés esetén a burkolat megengedett vízfelvétele ≤6 %, ásványi szálas hőszigetelések esetén ≤3 % lehet.

A ragasztónak kiváló húzó-tapadó szilárdsággal kell rendelkeznie ciklikus fagyás-olvadási terhelések után is. A szakirodalom szerint [4] ez a hatás csökkenti leginkább a habarcs szilárdsági jellemzőit. Követelmény, hogy a klimatikus öregítés után a tapadó-húzószilárdság értéke ≥0,5 N/mm² legyen.

Az ágyazó habarcsot (és az alatta lévő rétegeket) a csapadéktól víztaszító tulajdonságú, alacsony vízfelvételű hézagoló anyaggal kell védeni. Vízfelvétele ≤0,1 kg/ m²h^-1/2 legyen a szabvány szerint.

A DIN 18515-1 [6] szabvány hagyományos, műanyag adalékanyagok nélkül – pontosan leírt receptúra szerint – készített ágyazó habarcsokat is megenged kerámia homlokzatburkolatok készítéséhez, azonban ezek alkalmazása – mint arról a Berlini Műszaki Egyetemen végzett kutatás összefoglalója beszámol [4] – több nehézséggel jár. A hagyományos habarcsok fizikai adhézió útján kötnek a kerámia hátoldalához. Ilyenkor a tapadás minőségét a kerámia tapadófelületének mikroszkopikus tulajdonságai határozzák meg. A vizsgálatok szerint a megfelelő adhéziós tapadáshoz a lapok hátoldalán a pórustérfogat >20 mm³/g, a pórusok sugara >0,2 μm. Ezeket a feltételeket sok burkolóanyag nem teljesíti.

A műgyantákkal erősen javított habarcsok – melyekhez folyékony halmazállapotú akrilátdiszperziót adnak – azonban fizikai és kémiai adhézióval kötnek a felülethez, és nem érzékenyek a kerámia tapadófelülete mikroszkopikus szerkezetének struktúrájára. Ezért ezekkel a vékonyágyas ragasztókkal bármilyen tapadófelületű, fagyálló lapburkolat tartósan állékony maradhat.

A lapburkolat teljes felületű beágyazását, a légzárványok elkerülését a legjob¬ban a kombinált ragasztási technológiával (floating-buttering) lehet biztosítani, amikor mind az alapvakolat felületére, mind pedig a burkolólapok hátoldalára felhordják a ragasztót.

Az alapvakolatnak is állékonynak kell maradni az ágyazó habarcsra ható igénybevételek viselése érdekében. A német kutatási beszámoló szerint a vízfelvétele ≤0,5 kg/m²h^-1/2 legyen; a keresztirányú húzószilárdsága pedig klimatikus öregítést követően is ≥0,10 N/mm² legyen.

Amennyiben hőszigetelő rétegre készül az alapvakolat, akkor mindenképpen alkáli-álló hálóerősítéssel kell ellátni (a burkolólapok miatt a vakolat sokkal tovább megőrzi lúgos kémhatását, csak hosszú idő elteltével kezd el karbonátosodni), melynek klimatikus öregítést követően is a húzószilárdsága ≥1300 N/50 mm. Ez a hőszigetelő rendszerű vakolatok esetén (ragasztott homlokzatburkolat nélkül) a megszokottnál erősebb üvegszövet hálót jelent, melynek klímaöregítést követően megmaradt húzószilárdsága nem kisebb, mint az eredeti érték 50 %-a. A dübeleket az üvegszövet hálón keresztül kell a hátfalhoz rögzíteni. A dübeleket a szélterhelésen, valamint az önsúlyterhelésen kívül a hőmérsékletváltozásokból, és a nedvességhatásokból származó igénybevételekre (ún. higrotermikus igénybevételek) is méretezni kell. Az alapvakolat ilyenkor mindig vastagabb, mint amikor csak színezés kerül rá. Rendszerfüggő az alapvakolat pontos kialakítása.

A hátfallal szemben megfelelő teherviselő képesség követelménye támasztható. Fontos kiemelni, hogy a kellő légzárás érdekében, illetve a konvektív nedvességtranszport megelőzése céljából a hátfal mindkét oldalán vakolt legyen.

SZERKEZETTERVEZÉSI SZEMPONTOK

A burkolat tartós állékonyságának érdekében a felületet tágulási hézagokkal mezőkre kell osztani. Ezeket a mezőket a rendszer műszaki paraméterei, a burkolat színe alapján, az építészeti és épületszerkezeti adottságok figyelembevételével a tervezőnek kell meghatározni.

A burkolat síkváltásainál, sarkoknál mindig tágulási hézagot kell készíteni. A DIN 18515-1 [6] szabvány szerint a vízszintes tágulási hézagok 3 m-ként (szintenként), a függőleges tágulási hézagok legfeljebb 6 m-ként készüljenek.

A tágulási hézagokat vízzáróan, UV-sugárzás álló, tartósan elasztikus fugázó anyagokkal tömíteni kell, ügyelve arra, hogy a hézagolás csak a két szemben fekvő felületen tapadjon (zártcellás habszalag fugaháttámasz).

A tágulási hézagokat egyenes vonallal kell kialakítani; fogazott, fugaosztást követő rajzolat esetén a tömítőanyagok várható élettartama lerövidül.

Szerkezeti mozgási- és tágulási hézagok vonalában nem csak a hátszerkezetet, de a homlokzatburkolatot is meg kell szakítani. A légzárást és csapadékzárást a hátfal síkjában, a burkolást megelőzően el kell készíteni. A burkolat síkjában a vízzárást meg kell ismételni, elasztikus tömítőhabarcsok, vagy dilatációs profilok beépítésével.

KIVITELEZÉSI SZEMPONTOK

Fontos szem előtt tartani, hogy a burkolás egy szakma, megfelelően tartós burkolatot csak jól képzett szakmunkások készíthetnek. A fent leírt kombinált ragasztási technológia betartása alapvető fontosságú.

Lényeges kivitelezési szempont, hogy a burkolatra nem szabad rögzíteni sem világítótestet, sem reklámhordozókat, sem az állvány kikötését szolgáló szerelvényeket. Ezek ugyanis gátolják a burkolatot a síkjában végzett hőmozgásban, és vizet vezetnek a burkolat síkja mögé. Ennek megelőzése céljából a homlokzatra rögzített tárgyakat, vagy azok rögzítő szerelvényeit a burkolást megelőzően kell a hátszerkezethez erősíteni; majd a burkolat síkjában elasztikus, UV-sugárzás álló tömítőanyagok használatával meg kell gátolni a nedvesség rétegek közé jutását.

TANULSÁGOK

A ragasztott homlokzatburkolatok megfelelő kialakítására nézve nincsenek széles körben ismert tapasztalatok sem a tervezők, sem a kivitelezők körében. A hazai építőiparban nem tartoznak a bevált, jól ismert szerkezetek körébe. Több a kudarc, mint a sikeres példa [2, 7].

A külföldi kutatási eredményekre alapozott ajánlások, és szabványok alkalmazásával, körültekintő gondos anyagválasztással és szerkezettervezéssel, továbbá kifogástalan kivitelezéssel elvileg elérhető, hogy tartósan állékonyak maradjanak ezek a burkolatok.

Látni kell azonban, hogy a kockázatok nagyok, látszólag kisebb hibák következményei is súlyosak lehetnek.

Csökkenti a tervező kockázatát, ha rendszerként minősített termékeket alkalmaz, mert ebben az esetben az anyagválasztás összhangját korábban mérésekkel, vizsgálatokkal már igazolták.

Dr. Kakasy László
egyetemi adjunktus
BME Épületszerkezettani Tanszék

Bakonyi Dániel
tanársegéd
BME Épületszerkezettani Tanszék