Wpływ czynników fizyczno-chemicznych na kształtowanie

TEMAT WYDANIA – Dachy
Wpływ czynników
fizyczno-chemicznych na
kształtowanie trwałych i skutecznych
hydroizolacji papowych
prof. dr hab. inż. Bogusław Stefańczyk*
dr inż. Paweł Mieczkowski*
I
stotnym przełomem w kształtowaniu jakości pap asfaltowych było
uszlachetnienie masy powłokowej
przez modyfikację polimerami
i zastąpienie słabej mechanicznie
osnowy tekturowej włóknem, tkaniną
organiczną lub nieorganiczną (poliestrową, szklaną). Koniecznym też było
dostosowanie parametrów technicznych wyrobów hydroizolacyjnych
i technologii ich aplikacji do przewidywanych warunków eksploatacyjnych.
Innymi właściwościami powinny charakteryzować się papy pracujące
w środowisku zamkniętym, odizolowanym od powietrza i promieniowania
słonecznego (fundamenty, podpiwniczenia itp.) niż znajdujące się na otwartej przestrzeni, narażone na przemienne oddziaływanie opadów atmosferycznych, wiatru, nasłonecznienia
i obniżonej temperatury (pokrycia dachowe itp.).
Uwzględniwszy wymienione uwarunkowania, wyraźnie widać, że zasadniczym wymaganiem w stosunku do materiału hydroizolacyjnego jest jego odporność na starzenie eksploatacyjne. Zastąpienie
składników mineralnych (wypełniacz, piasek itp.) polimerem było
działaniem w pełni uzasadnionym,
bo zwiększającym żywotność materiału izolacyjnego. Wieloletnie doświadczenia stosowania pap modyfikowanych, zwłaszcza jako pokryć
dachowych, udowodniły, że na ich
trwałość (długowieczność) w równym stopniu wpływ ma jakość materiałów składowych i zestawienie
w układzie warstwowym oraz metody i technologie wbudowywania.
Analizując w przekroju historycznym
* Politechnika Szczecińska
12
6 ’2008 (nr 430)
rozwój technologii pap modyfikowanych, np. w firmie Icopal, można dostrzec logikę kształtowania jakości
właśnie z punktu widzenia wymienionych czynników.
W pierwszym okresie postępu technologicznego zwracano szczególną
uwagę na dobór lepiszcza asfaltowego do zastosowanych polimerów
(kompatybilność), a w celu zahamowania prawie nieograniczonej rozszerzalności liniowej masy powłokowej
z udziałem elastomerów zaproponowano osnowę w postaci tkaniny poliestrowej.
Poza uwagą technologów znalazły
się zagadnienia dotyczące warstwy
klejącej papy służącej do mocowania
papy z podłożem (preimer). Prawdopodobnie uważano, że funkcję preimeru przejmie masa powłokowa
topiąca się pod wpływem źródła
ciepła.
Już w tym okresie, zwłaszcza
w przypadku pap zgrzewalnych przeznaczonych na pokrycia dachowe, zaczęto stosować układ warstwowy,
w którym ważną rolę przypisano warstwie papy perforowanej.
Kolejne lata doświadczeń i wnikliwych obserwacji doprowadziły do
wniosku, że na duże straty sprawności technicznej, a więc eksploatacyjnej hydroizolacji, ma wpływ wysoka
temperatura przyklejania papy
do podłoża, często wynosząca
1000 °C. W celu ograniczenia, a nawet sprowadzenia do akceptowalnego
minimum wpływu wysokiej temperatury na starzenie eksploatacyjne wysiłkiem technologów firmy Icopal, wprowadzono rozwiązanie Szybki Profil
SBS. Jednak jak się później okazało,
była to technologia nie w pełni satysfakcjonująca producenta, ponieważ
tylko w pewnym stopniu ograniczała
wpływ wysokiej temperatury na znajdujące się w masie powłokowej związki węglowodorowe (parafiny, nafteny,
aromaty).
Ogrzewanie palnikiem gazowym
płaszczyzny papy celem roztopienia
pokrywającego ją asfaltu skutkuje
wzrostem temperatury, lokalnie nawet do ok. 1000 °C. Wynikiem tego
może być tzw. przepalanie papy
oraz uszkodzenie jej osnowy, najczęściej również węglowodorowej.
W wysokiej temperaturze w masie
powłokowej, składającej się z mieszaniny fizycznej asfalt – SBS (styren-butadien-styren), równocześnie
następują istotne, nieodwracalne
zmiany w obu składnikach. Asfalt
i jego składniki grupowe (oleje, żywice, asfalteny) podlegają procesom utleniania, czego efektem
z jednej strony jest zjawisko koksowania materiału bitumicznego,
a z drugiej zanieczyszczenie środowiska naturalnego gazowymi produktami spalania w postaci tlenku
i dwutlenku węgla, siarki, azotu.
W przypadku SBS wysoka temperatura palnika w pierwszym etapie
wywołuje rozprzęganie kopolimeru na polibutylen i polistyren
(temp. ok. 120°C). Ten ostatni w dużej części ulega spaleniu na tlenek
i dwutlenek węgla, przy czym znaczna jego część wydziela się do otoczenia (atmosfery) w postaci bardzo
toksycznych oparów, niebezpiecznych nie tylko dla personelu, ale
również środowiska naturalnego.
W konsekwencji tych procesów
asfaltowo-polimerowa masa powłokowa zubaża się i traci właściwości plastyczno-elastyczne,
w większym lub mniejszym stop-
Dachy – TEMAT WYDANIA
niu, stając się ciałem kruchym,
podlegającym w warunkach eksploatacyjnych dalszemu starzeniu.
Zmiana właściwości, zwłaszcza
masy powłokowej skutkuje znacznym pogorszeniem większości
podstawowych parametrów, takich
jak: penetracja, temperatura mięknienia, giętkość w niskiej temperaturze oraz adhezja do podłoża betonowego. Wynika więc z tego, że
długotrwałe, energochłonne zgrzewanie z użyciem palników gazowych jest czynnikiem znacząco
ograniczającym długowieczność
tego typu hydroizolacji.
Potwierdzają to przeprowadzone
badania penetracji, temperatury
mięknienia i lepkości w 60°C na próbkach masy powłokowej pobranej z papy typu Szybki Profil SBS i Szybki
Syntan SBS przed ich ogrzewaniem
technologicznym i po ogrzaniu (płomieniem palnika zgodnie z zaleceniami producenta papy). Zmiany parametrów (w %) w stosunku do wartości
początkowych przedstawiono na rysunku.
Dane na rysunku wskazują, że decydujący wpływ na zmianę parametrów technicznych ma sposób
i intensywność ogrzewania (przy zbliżonych parametrach wyjściowych
masy powłokowej), co bezpośrednio przekłada się na trwałość i żywotność papy.
Zmiana parametrów masy powłokowej
przed ogrzewaniem technologicznym i po
nim (na budowie)
Wszystkie te doświadczenia zainspirowały firmę ICOPAL do poszukiwań takich rozwiązań technologicznych, które wyeliminują dotychczasowe problemy wynikające głównie
ze słabo kontrolowanych procesów
długotrwałego zgrzewania pap na
gorąco.
W rozważaniach nad opracowaniem najnowszego rozwiązania
hydroizolacji papowej przyjęto cztery generalne założenia:
przyczepność (adhezja) papy
do podłoża (mineralne, organiczne lub
innego rodzaju) powinna być wzmocniona specjalną substancją (tzw. preimerem), dobrze współpracującą zarówno z górną warstwą pap nowej generacji, jak i podłożem, niezależnie
od wartości temperatury;
w związku z tym, że klejenie papy
będzie odbywać się z wyłączeniem
temperatury powyżej 100°C, a w podłożu i preimerze należy liczyć się
z obecnością łatwolotnych substancji
(woda, rozpuszczalniki organiczne i innych), zasadne staje się korzystanie
z pap, mających właściwość samorzutnej wentylacji i lokalnego wyrównywania ciśnienia pod powierzchnią papy;
wszystkie używane podczas wbudowywania hydroizolacji materiały nie
mogą być niebezpieczne dla ludzi
i środowiska naturalnego;
opracowana technologia pod
względem nakładu robocizny, efektywności prowadzenia robót i żywotności
powinna przewyższać wszystkie wcześniejsze rozwiązania.
W efekcie, wykorzystując także bogate doświadczenie koncernu, naukowcy z Icopala opracowali specjalny układ hydroizolacyjny, Szybki Syntan SBS w połączeniu z Siplast
Primer Szybki Grunt SBS. Środek
gruntujący na bazie asfaltu twardego
z dużą zawartością substancji powierzchniowo-aktywnych (kwasy asfaltogenowe i ich bezwodniki), naturalnie
zawartych w lepiszczu, dobrze rozpuszcza się w rozpuszczalniku. Poza rozpuszczaniem substancji węglowodorowej (asfalt) charakteryzuje się
on wysoką prężnością par. Naturalny
skład asfaltu i jego rozpuszczalnika
tworzą roztwór o bardzo niskim napięciu powierzchniowym i tym samym wysokiej zdolności wnikania (wsiąkania)
w podłoże. Stosunkowo niska temperatura wrzenia rozpuszczalnika i jednocześnie wysoka prężność jego par
do minimum skraca czas tężenia preimera. Szybkie parowanie rozpuszczalnika i wysoka twardość wyjściowa asfaltu gwarantuje masie klejącej bardzo
wysoką kohezję.
Jednocześnie należy zauważyć,
że rodzaj rozpuszczalnika jest tak
dobrany, aby jego opary były inertne
w stosunku do środowiska naturalnego.
Podczas tężenia primera adhezję
papy typu SYNTAN do podłoża
wzmaga się przez lekkie ogrzewanie
zewnętrznej strony papy łagodnym
płomieniem palnika. Prowadzi to
do błyskawicznej aktywacji termicznej pasm klejowych papy złożonych
z kompozycji asfaltu z SBS i innych
żywic syntetycznych. Łagodne warunki ogrzewania zapewniają prawidłowy przebieg procesów rozprzęgania i odbudowy kopolimeru SBS.
Oznacza to, że przy rozgrzewaniu następuje rozpad sieci (domeny styrenu
miękną i ulegają rozpadowi), a podczas ochładzania następuje ich odbudowa. Sieć SBS wzmacnia się szczególnie szybko przy obniżaniu temperatury asfaltu poniżej 100 °C. Wchodzące w skład SBS domeny styrenowe
mają temperaturę szklenia równą
ok. 100 °C. Jest to zjawisko odwracalne pod warunkiem, że nie nastąpi chwilowe przegrzanie asfaltu, skutkujące
zniszczeniem modyfikującego go polimeru. SBS jest polimerem charakteryzującym się dobrą kompatybilnością
z asfaltem typu zol i znacznym udziałem węglowodorów parafinowych typu
cerezyny. Dzięki temu tworzy z nim
trwałą strukturę, stabilizującą w dłuższym okresie parametry techniczno-użytkowe wyrobu (papy).
Istotną zaletą układów hydroizolacyjnych typu SYNTAN są regularne przerwy między pasmami klejowymi na powierzchni papy, zapewniające samorzutny przepływ gazów wytwarzanych
w momencie klejenia i podgrzewania
papy. Dzięki temu unika się niepożądanego zjawiska tworzenia bąbli (zjawisko
to może również zostać zainicjowane
wysoką temperaturą w okresie lata).
Przedstawione w artykule analiza
i wyniki badań potwierdziły, że najnowsze rozwiązanie pap hydroizolacyjnych typu Szybki SYNTAN SBS
ma wiele zalet, a przede wszystkim:
• całkowity brak ryzyka przepalenia osnowy z włókniny poliestrowej;
• brak zagrożenia dla żywotności
papy spowodowanego starzeniem
technologicznym pokrywającego ją
asfaltu.
Niewątpliwie zaletą nowej technologii Szybki SYNTAN SBS jest również wysoka jakość techniczna oraz
efektywność prac dekarskich.
6 ’2008 (nr 430)
13