Kotwa chemiczna: cena, rodzaje, montaż [krok po kroku]

Kotwa chemiczna to coraz popularniejsza forma mocowania ciężkich przedmiotów do powierzchni pionowych i poziomych. I choć na pierwszy rzut oka jej zasada działania przypomina tradycyjne metody kotwienia, to jednak w praktyce obydwie w znacznym stopniu się różnią.

Rodzaje kotew chemicznych

Co to jest kotwa chemiczna

Kotwy chemiczne to produkt chemiczny, składający się z żywicy i utwardzacza. Kotwy chemiczne sprzedaje się w dedykowanych pojemnikach, zawierających niekiedy oprócz samej żywicy również dodatkowe akcesoria, np. w postaci pompki.

Niektóre kotwy chemiczne sprzedaje się w bardziej rozszerzonych zestawach, obejmujących również specjalistyczne narzędzia do oczyszczania otworów.

Ich zaletą jest możliwość stosowania ich w różnych rodzajach podłoży. Co ciekawe, w przeciwieństwie do tradycyjnych, mechanicznych metod łączenia, kotwy chemiczne nie oddziałują aż tak bardzo na podłoże, dlatego możliwość stosowania wewnątrz i na zewnątrz jest znaczenie szersza.

Dzięki temu, kotwy chemiczne mogą być z powodzeniem stosowane w strukturach luźnych, charakteryzujących się znacznie mniejszą spoistością.

Ze względu na specyfikę zastosowania, kotwy chemiczne są znacznie łatwiejsze w stosowaniu, aniżeli mechaniczne.

Coraz częściej stosuje się je w tak zwanym nowym budownictwie, opartym na zaawansowanych instalacjach termoizolacyjnych. 

Jak działa kotwa chemiczna

Podstawową zasadą działania  są tak zwane siły adhezji, wynikające z łączenia się dwóch materiałów, czyli żywicy i podłoża.

Gdy żywica jest do niego wstrzykiwana, tworzy wraz z nim bardzo silne połączenie, jednocześnie nie naruszając jego struktury. 

Oznacza to, że kotwy chemiczne w znacznym stopniu różnią się od swoich mechanicznych odpowiedników.

W tradycyjnych rozwiązaniach, śruba wkręcana do tulei miała za zadanie rozszerzyć jej średnicę, zwiększając w ten sposób siły tarcia, pomiędzy samą kotwą a wewnętrzną powierzchnią podłoża.

Chemiczne kotwienie gwintowanych prętów stalowych nie generuje tych naprężeń, dzięki czemu można je z powodzeniem stosować np. w osłabionych strukturach ściennych, bądź też blisko krawędzi podłoża (bez ryzyka jego uszkodzenia, czy nadłamania).

Środkiem chemicznym, który jest niezbędny w procesie kotwienia chemicznego, jest oczywiście utwardzacz.

Przyspiesza on reakcję adhezji, dzięki czemu czas przewidziany na korektę znacząco się skraca.

Istotną kwestią jest tu zmieszanie obydwu składników w odpowiednich ilościach.

Jest to możliwe, dzięki wprowadzeniu przez wielu producentów kotew specjalnego mieszalnika, który jest zaimplementowany na końcówce pompki, wtłaczającej obydwie substancje do otworu.

Umożliwia on też odmierzenie odpowiedniej dawki spoiwa żywicznego.

Kotwa chemiczna wytrzymałość

Maksymalne obciążenie chemicznych kołków rozporowych jest zależne od dwóch podstawowych kwestii:

• jakości kotwy a konkretnie siły, z jaką mogą się połączyć ze sobą wiązania żywicy i podłoża, w które jest ona wstrzykiwana,
• rodzaju podłoża, na którym osadzono kotwę.

Dlaczego to rodzaj podłoża jest aż tak istotny?

Ponieważ w zależności od tego czy mocujemy kołek w podłożach słabych czy spójnych, techniki kotwienia będą nieco inne.

Jeśli jego struktura jest stosunkowo luźna i pojawiają się w niej miejsca puste, wytrzymałość kotwy będzie relatywnie mniejsza i wyniesie około 200 kilogramów (około 2 000 N).

Jeśli jednak struktura podłoża będzie trwała i wytrzymała, odporność kotwy na obciążenia również istotnie wzrośnie.

Standardowe mieszaniny chemiczne gwarantują udźwig ciężarów o masie nawet 800 kilogramów i to bez ryzyka uszkodzenia wewnętrznej struktury podłoża.

Kotwa chemiczna zastosowanie

Kotwa chemiczna jest znana już od lat 60 – tych.

Dzięki temu, wielu inwestorów przekonało się o jej zaletach, wykorzystując ją w rozmaitych przedsięwzięciach.

Kiedy najlepiej stosować tę formę trwałego mocowania elementów?

• Przy remontach starych domów, charakteryzujących się uszkodzonym, bądź nawet zniszczonym podłożem.
• Przy budowie nowych domów, które często są budowane w oparciu o założenia energooszczędne (np. podłoże styropianowe, izolacyjne).
• W trakcie napraw otworów, z których wcześniej zostały wyrwane kotwy mechaniczne.
• W trakcie realizacji złożonych prac remontowych o zróżnicowanym charakterze.
• Przy mocowaniu przedmiotów w materiałach budowlanych pełnych mocnych (np. w betonie) i pełnych słabych (cegła dziurawka, beton komórkowy).
• Podczas prawidłowego mocowania w niestabilnym podłożu, w którym mogą zostać wyrwane kotwy mechaniczne.
• Do montażu elementów zewnętrznych (np. anten satelitarnych) w otworach, które narażone są na silne oddziaływanie zmiennych temperatur i przenikania wilgoci.
• Przy mocowaniu ciężkich przedmiotów, umiejscowionych w bliskim sąsiedztwie naroży. Kotwa chemiczna nie powoduje ryzyka ich zniszczenia, na wskutek zbyt dużego obciążenia delikatnej struktury podłoża.

Kotwy chemiczne powinno się stosować również w tych miejscach, które ze względów bezpieczeństwa winny zapewniać stabilność mocowań i uchwytów.

Przykładem takich instalacji są  np. barierki ochronne, które z oczywistych przyczyn są umiejscowione tuż przy narożach podłoża i tym samym są narażone na silne obciążenia zewnętrzne.

Kotwy chemiczne zalety i wady

Kołki chemiczne zalety

• Bardzo duża nośność — wynika ona z faktu pełnej integracji kołków chemicznych z podłożem. Oznacza to, że od momentu utwardzenia się żywicy, łączenie to ma praktycznie taką samą nośność, jak podłoże, w którym ono się znajduje. 
• Wysoki stopień integracji mocowania — ze względu na fakt, że kotwy chemiczne wypełniają całą strukturę otworu, charakteryzuje je bardzo dobra szczelność mocowania. Oznacza to również, że w praktyce jest ono całkowicie zabezpieczone przed działaniem wody i różnic temperatur. W ten sposób chronimy nie tylko samo połączenie, ale i podłoże, w którym ono się znajduje.
• Brak występowania naprężeń, tak charakterystycznych dla tradycyjnych, mechanicznych metod monterskich. Tradycyjne kotwy mechaniczne obciążały jedynie fragment danego otworu. W przypadku rozwiązań mechanicznych, cała jego wewnętrzna powierzchnia łączy się ze strukturą żywicy, tworząc w zasadzie nierozerwalne połączenie.
• Niewielka głębokość otworu — zastosowanie kotew chemicznych nie wymaga wywiercenia bardzo głębokich otworów. Ze względu na dużą spoistość stworzonych w ten sposób połączeń, kotwy chemiczne nie muszą być wprowadzane na dużej długości, przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiedniej stabilności podłoża. 
• Brak konieczności idealnego dopasowania otworu do łącznika. Problem ten był szczególnie istotny w przypadku kotew mechanicznych, które miały tylko ograniczoną tolerancją wymiarową. W przypadku kołków chemicznych do betonu czy gazobetonu jest ona znacznie większa. Należy jednak pamiętać, że zastosowanie większej ilości żywicy, wymusi na nas znacznie dłuższy czas oczekiwania na wyschnięcie spoiwa.

Kotwy chemiczne wady

• Uzależnienie montażu od warunków atmosferycznych. Kotwy chemiczne nie powinny być montowane w warunkach dużej wilgotności powietrza, ani też w niskich temperaturach (lub w zimnym podłożu). Te obydwa czynniki, mogą znacząco wpływać na czas wiązania kotwy, wydłużając go nawet kilkukrotnie!
• Czas wiązania. Parametr ten wynika z charakterystyki zawartych w kotwie innych związków chemicznych. Im lepsza kotwa, tym czas ten jest krótszy. Niestety, nawet najlepsze rozwiązania wiążą co najmniej 30 minut, co znacznie wydłuża czas niezbędny do zrealizowania danej inwestycji.
• Mała odporność na pracę podłoża. Żywica wchodząca w skład kotwy chemicznej charakteryzuje się dużą twardością, ale też niewielką rozszerzalnością. Oznacza to, że w przypadku np. pęknięcia betonowego podłoża, kotwa chemiczna nie gwarantuje prawidłowego mocowania.
• Ciekły charakter kotwy, który znacznie utrudnia jej montaż w przypadku, gdy otwór nawiercony jest pod skosem, bądź też obejmuje strop, lub sufit. W takiej sytuacji konieczne staje się odpowiednie zabezpieczenie otworu. Wypłynięcie, choć części żywicy, może doprowadzić do znacznego osłabienia konstrukcji mocującej!

Kotwa chemiczna cena

Cena kotwy chemicznej nie jest wygórowana.

Za najtańsze kotwy chemiczne do zastosowania w betonie komórkowym, cegle pełnej, pustakach ceramicznych i kamieniu, zapłacimy około 50 złotych. To atrakcyjna cena, za którą otrzymamy kotwy chemiczne o pojemności około 300 mililitrów wyciśniętej masy.

Jedno opakowanie z powodzeniem powinno wystarczyć na zakotwienie maksymalnie 10 połączeń.

Oczywiście na rynku nie brakuje również rozwiązań, oferowanych przez bardziej renomowanych producentów. W przypadku niektórych z nich, koszt kotwy chemicznej do zastosowania w pustakach ceramicznych, cegle pełnej, cegłach silikatowych, betonie komórkowym o pojemności 300 ml, może sięgnąć nawet 180 złotych. 

Sama cena kołków chemicznych nie jest jedynym wydatkiem, jaki musimy ponieść, chcąc stworzyć wysokiej klasy połączenie chemiczne.

Oprócz samej żywicy, konieczne będzie zakupienie:

• pistoletu do wtłaczania masy żywicznej i utwardzacza do wnętrza wywierconego otworu,
• pompki, za pomocą której oczyszcza się przygotowany wcześniej otwór,
• dodatkowych akcesoriów, w postaci tulei, wierteł, śrub mocujących itd.

Kotwy chemiczne montaż krok po kroku

Proces montażu kotwy chemicznej jest dość ujednolicony, niezależnie od tego, jaką formę kotwienia wybierzemy.

Montaż kotwy chemicznej do betonu składa się z kilku etapów.

1. Przygotowywanie otworu. Na tym etapie dokładnie trasujemy miejsce, w którym dany otwór ma powstać. Następnie wiercimy go za pomocą wiertarki, niemniej zawsze należy pamiętać, że wykorzystanie do tego celu udaru może doprowadzić do osłabienia struktury łączenia. Po zakończeniu wiercenia, musimy zadbać o odpowiednie oczyszczenie jego wnętrza z pyłu. Jego obecność znacznie osłabia połączenie, przez co zaleca się jego całkowite wydmuchanie za pomocą odpowiedniej pompki lub odkurzacza przemysłowego.
2. Analiza struktury otworu. Kolejnym krokiem, niezbędnym do zamontowania kotwy chemicznej, jest przeanalizowanie struktury elementu, w którym ma zostać zamontowana. Jeśli jest to struktura otwarta, w której znajdują się puste przestrzenie (cegła dziurawka, czy w pustakach ceramicznych), należy ograniczyć obciążenie do około 200 kilogramów. Jeśli montujemy kotwę chemiczną i kotwiący pręt gwintowany w materiałach pełnych, można zastosować obciążenie maksymalne, zdefiniowane przez producenta masy kotwiącej nawet blisko krawędzi elementu.
3. Wprowadzenie masy do otworu. Jeśli w podłożu znajdują się puste przestrzenie, konieczne będzie wprowadzenie do otworu specjalnej siatki, ograniczającej wypływ masy żywicznej. Jej wprowadzenie wiąże się ze zmniejszeniem powierzchni adhezyjnej, pomiędzy masą a wnętrzem otworu, co przedkłada się na mniejszą odporność na przeciążenia. Jeśli struktura elementu ma charakter pełny i nie ma w nim żadnych pustych przestrzeni, z powodzeniem można rozpocząć kotwienie chemiczne, bez konieczności zamontowania tulei siatkowej. Następnie do tak wprowadzonej masy, wkładamy pręty zbrojeniowe, który będzie podstawą dla całej konstrukcji mocującej. Nie zapominajmy, że jego włożenie do otworu powinno się odbywać poprzez specjalną nakładkę centrującą, która pozwala stabilnie umiejscowić pręt kotwiący w otworze. Wkładając pręty gwintowane do otworu musimy również uwzględnić czas, jaki mamy na przeprowadzenie korekt. Zwykle jest to kilka minut, dlatego pręty gwintowane powinniśmy wyrównać stosunkowo szybko. Pamiętajmy też o tym, by kotwę chemiczną wprowadzać do otworu od samego końca. W przeciwnym razie kotwienie chemiczne będzie nieskuteczne, a mieszanina żywicy i utwardzacza, nie stworzy jednolitej powłoki mocującej. Jeśli pojawią się w niej bąble z powietrzem, chemiczne łączenie będzie znacznie mniej odporne na obciążenia. Kotwę chemiczną do otworu można wprowadzać również za pomocą specjalnych, dedykowanych kapsułek. Ich zaletą jest to, że łatwo ulegają one zniszczeniu wewnątrz otworu, który w tej metodzie nie wymaga dodatkowego oczyszczenia z ich pozostałości.
4. Schnięcie. Po zakończeniu powyższych prac, należy odczekać, aż wprowadzona w ten sposób zaprawa iniekcyjna skutecznie stwardnieje. Większość producentów dobrych kotew chemicznych zaleca, by wynosił on około 30 minut. W przypadku bardziej zagęszczonych żywic zaprawa iniekcyjna może schnąć krócej. Dopiero po jego upływie trwale skleja elementy.

Gdzie nie stosować kotew chemicznych

Specyfikacja opiera się przede wszystkim na założeniu, że aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość zamocowań i odporność na naprężenia, chemiczne produkty do kotwienia w podłożu mają stworzyć integralne połączenie.

Niestety, charakterystyka niektórych ścian, sufitów i innych form podłoży, wymaga zastosowania rozwiązań mechanicznych.

Kiedy zatem nie warto korzystać z dobrodziejstw połączeń chemicznych?

• Kiedy podłoże ma tendencje do częstego pękania. Dotyczy to zwłaszcza betonu, gdzie nie występują pręty zbrojeniowe. W przypadku jego pęknięcia, substancja żywiczna nie będzie już się rozszerzać, co doprowadzi do istotnego spadku jakości wiązań, pomiędzy obydwiema płaszczyznami.
• Kiedy podłoże jest narażone na działanie zróżnicowanych temperatur. Duże wahania temperatur mogą doprowadzić do pęknięcia elementu, a nawet kompletnego zniszczenia.
• Kiedy podłoże jest narażone na działanie intensywnej wilgoci (np. bezpośredniego sąsiedztwa wody). Różnice objętości, wynikające z jej rozmrażania i zamarzania, mogą doprowadzić do poważnego uszkodzenia elementu, które może skutkować wypadnięciem, bądź obluzowaniem kotwy chemicznej.
• Kotwa chemiczna nie powinna być również stosowana w tych miejscach, które na ogół są narażone na działanie niskich temperatur. Szybkość wiązania żywicy (i jej utwardzacza) zależy między innymi od tego, w jakiej temperaturze obydwa składniki się znajdują. Ciągłe oddziaływanie niskich temperatur, może znacznie spowolnić proces utwardzania, a co za tym idzie – doprowadzić do osłabienia powstałych w ten sposób połączeń.

Stosowanie kotew chemicznych na stropach i sufitach, zawsze powinno odbywać się w oparciu o podstawowe założenia bezpieczeństwa. W szczególny sposób należy zwrócić uwagę na to, by żywica znajdująca się w otworze nie wypłynęła podczas montowania kotwy. Dlatego należy pamiętać o zastosowaniu odpowiednich materiałów zabezpieczających np. w postaci dedykowanych kapturków ochronnych.

Kołki chemiczne to na chwilę obecną doskonała alternatywa dla kołków rozporowych i innych klasycznych połączeń mechanicznych. Wyróżnia ją duża twardość i odporność na przeciążenia, a także brak bezpośredniego oddziaływania na strukturę podłoża. Dzięki temu można za jej pomocą montować bardzo duże przedmioty, bez ryzyka, że kotwy chemiczne doprowadzą do zniszczenia, bądź wyrwania fragmentów betonu.