Nekompatibilita medzi oxidovaným asfaltom a povlakovou krytinou na báze PVC-P
Úvod
Aj keď je fenomén nekompatibility povlakových krytín na báze PVC-P a asfaltovaných pásov dnes všeobecne známy, stále sa vyskytuje množstvo porúch spojených s týmto problémom. Väčšina týchto poruchy je výsledkom predchádzajúcej neinformovanosti a nedostatku informácií. V dnešnej dobe je neprípustnosť priameho kontaktu týchto dvoch materiálov dostatočne známa a každý skúsený projektant či realizátor si vie s daným problémom poradiť. Výrobcovia uvádzajú možnosti separácie pomocou geotextílie s doporučenou plošnou hmotnosťou. Sledovaním postupného vývoja môžeme vidieť postupný nárast odporúčanej plošnej hmotnosti separačnej geotextílie na bezpečné oddelenie dvoch nekompatibilných materiálov. Ešte nedávno to bolo 150g/m2, dnes je zaužívané 300g/m2 a výnimkou už nie je vidieť používanie separačnej geotextílie s plošnou hmotnosťou 500g/m2.
Obr. 1 Neprípustná kombinácia materiálov v praxi
Príklady porúch
Pri kontakte povlakových krytín z fólií na báze PVC-P s nekompatibilným materiálom vzniká určité spektrum porúch, ktorých prejavy závisia na mnohých faktoroch a kde podstatný je čas vývoja poruchy. Zmeny sa prejavia ako:
zmeny farebnosti (obr. 2);
zmena ťahových vlastností, pružnosti a ohybnosti fólie;
zmena tvaru;
rozmerové zmeny v podobe zmraštenia a skrátenia (obr. 4);
trhliny.
Obr. 2 Degradácia fólie z PVC-P (s kašírovanou textíliou) lepenej do horúceho asfaltu na pôvodné asfaltové pásy po 12 rokoch
Obr. 3 Lepenie fólie z PVC-P (s kašírovanou textíliou) k podkladu z polystyrénu pomocou asfaltu po 14 rokoch
Obr. 4 Zmraštenie fólie z PVC-P (bez výstužnej PES mriežky) v dôsledku priameho kontaktu s asfaltom po dobe expozície 5 rokov
Cieľ výskumu
Cieľom výskumu bolo získať informácie o degradačnom procese PVC-P fólie, ktorý vzniká pri agresívnom pôsobení nekompatibilného okolitého média. Nekompatibilným okolitým médiom sa v našom prípade rozumie stavebný materiál, ktorý je zabudovaný v strešnom plášti spoločne s povlakovou krytinou z fólií na báze PVC-P a ktorého umiestnenie v kontakte s povlakovou krytinou z fólií na báze PVC-P spôsobuje degradačné zmeny PVC-P hmoty. Snažili sme sa o objasnenie:
vplyvu oxidovaného asfaltu na mechanicko-fyzikálne vlastnosti povlakových krytín z fólií na báze PVC-P v skladbách plochých striech,
účinnosti separačnej vrstvy na báze PES geotextílie 300g/m2 v jej suchom a vlhkom stave.
Príprava vzoriek a skúmaných kombinácií
Meraná bola kombinácia povlakovej krytiny z fólie na báze PVC-P a oxidovaného asfaltu. Kombinácia reprezentuje skladbu jednoplášťovej plochej strechy s pôvodnou hydroizolačnou vrstvou na báze oxidovaného asfaltu a novou vrstvou povlakovej krytiny z fólie na báze PVC-P.
Merané kombinácie boli nasledovné:
priamy kontakt s nekompatibilným asfaltom (oxidované asfaltované pásy) (obr. 5);
kombinácia so separačnou geotextíliou 300g/m2, ktorá je vložená medzi skúmané materiály asfalt a fóliu PVC-P (obr. 6);
kombinácia so separačnou geotextíliou 300g/m2, ktorá je vložená medzi skúmané materiály asfalt a fóliu PVC-P a je nasiaknutá vodou.
Obr.5 Kombinácia priameho kontaktu PVC-P fólie s oxidovaným asfaltom
Obr.6 Kombinácia nepriameho kontaktu PVC-P fólie s oxidovaným asfaltom
Výsledky merania
Všetky získané informácie vyplynuli z vizuálneho pozorovania vzoriek, laboratórnych meraní a z analýzy nameraných výsledkov.
Vizuálna kontrola
Po ukončení cyklu umelého termického starnutia pri teplote 60 ºC, boli vzorky vybrané z teplovzdušnej sušiarne a po stabilizovaní sa previedla vizuálna kontrola všetkých použitých vzoriek materiálov v jednotlivých kombináciách. Bolo pozorovane, že na povrchu PVC-P fólie sa vytvorili lokálne zdegradované miesta. Miesta boli sfarbené, stvrdnuté a nosná vložka bola na nich výraznejšie vykreslená. Po 90 dňoch pri teplote 60 °C dosahujú tieto lokálne zdegradované miesta maximálnu veľkosť s priemerom 30 mm. V tomto mieste došlo k výraznej strate zmäkčovadiel z hmoty PVC-P a fólia bola výrazne stvrdnutá. Straty zmäkčovadiel boli hlavne migráciou do pevnej látky (oxidovaného asfaltu). Hmota oxidovaného asfaltu, ktorá je napadnutá migrujúcimi zmäkčovadlami uvoľnenými z PVC-P, je v týchto miestach modifikovaná a je mäkšia (obr.7). Táto modifikovaná vrstva sa ľahko oddeľuje od nosnej vložky asfaltovaného pásu (obr.8). Dochádza k vzájomnému spojeniu materiálov PVC-P a oxidovaného asfaltu.
Obr. 7 Vzájomná degradácia PVC-P a oxidovaného asfaltu - detailný pohľad
Obr. 8 Vzájomná degradácia PVC-P a oxidovaného asfaltu – zmeny na vzorke oxidovaného asfaltu
Obr. 9 Migrácia zmäkčovadla do oxidovaného asfaltu a prejav degradácie
Zmena hmotnosti vzoriek
Strata hmotnosti PVC-P fólie je spôsobená stratou zmäkčovadla. Straty zmäkčovadla sú výsledkom vyparovania a migrácie zmäkčovadla do okolitého pevného média. Vzorka oxidovaného asfaltu v priamom kontakte s PVC-P fóliou zaznamenala nárast v hmotnosti. Po 3-mesačnej expozícii ide o hmotnostný nárast o 0,3 %. V prípade 6-mesačnej expozície ide o hodnotu 0,41 %. Môžeme konštatovať, že kontakt PVC-P a oxidovaného asfaltu spôsobil migráciu zmäkčovadla z PVC-P a jeho presun do oxidovaného asfaltu. Z celkových záporných hmotnostných zmien PVC-P fólie, ktoré sú výsledkom straty zmäkčovadla, tvorí migrácia od 66,44 do 81,22 % z celkových strát. Môžeme teda konštatovať že pri priamom kontakte PVC-P fólií s asfaltom je strata zmäkčovadla charakterizovaná hlavne migráciou zmäkčovadla do asfaltu a čiastočne aj vyparovaním zmäkčovadla do okolitého vzduchu.
Odseparovanie priameho kontaktu PVC-P fólie od asfaltovaného pásu znížilo vzájomné ovplyvňovanie materiálov. Na separáciu bola použitá separačná geotextília 300 g/m2, ktorá je vložená medzi skúmané materiály PVC-P a oxidovaný asfalt. Zmena hmotnosti PVC-P fólie predstavuje stratu v hmotnosti o 0,19 % po 3-mesačnej expozícii.
Pridaná voda do separačnej geotextílie jednoznačne spôsobila zníženie účinnosti separačnej geotextílie. Do zostavy, ktorá bola exponovaná po dobu 3 mesiacov, bolo pridané 15ml vody. Do zostavy v 6-mesačnej expozícii sme pridávali 30 ml každých 50 dní. Vzorka oxidovaného asfaltu v tejto kombinácii s PVC-P fóliou zaznamenala len nepatrný nárast v hmotnosti. Po 3-mesačnej expozícii ide o hmotnostný nárast o 0,079 %. V prípade 6-mesačnej expozície ide o hodnotu 0,10 %. Maximálna hmotnostná strata PVC-P fólie je 1,04 g a maximálny nárast v hmotnosti vzorky oxidovaného asfaltu je 0,345 g.
Obr. 10 Porovnanie hmotnostných zmien PVC-P pri kombinácii s oxidovaným asfaltom
Obr. 11 Porovnanie hmotnostných zmien oxidovaného asfaltu
Ťahové vlastnosti a modul pružnosti
Uskladnenie vzoriek v tejto kombinácii spôsobilo výrazné zmeny v hodnote maximálneho predĺženia fólie na báze PVC-P. Fólia v priamom kontakte s oxidovaným asfaltom vykazuje po 3-mesačnej expozícii hodnotu maximálneho predĺženia 190,449 mm. Na vzorke po 6-mesačnej expozícii bola nameraná hodnota maximálneho predĺženia 181,161 mm. Hodnoty sú označené v odtieňoch modrej farby (obr. 12).
Fólia PVC-P v kombinácii s PES separačnou geotextíliou 300 g/m2 a oxidovaným asfaltom mala hodnotu maximálneho predĺženia po 3-mesačnej expozícii 224,586 mm. Použitie separačnej vrstvy zabránilo nekompatibilnému kontaktu a potvrdilo jej účinnosť pri separovaní nekompatibilných materiálov (obr. 12).
Pridaním vody do zostavy bola pozorovaná znížená účinnosť separačnej vrstvy a bolo pozorované tuhnutie vzoriek PVC-P fólie v porovnaní so vzorkou fólie, ktorá nebola exponovaná v laboratórnej sušiarni (nová vzorka PVC-P fólie) (obr. 12).
Obr. 12 Maximálne predĺženie pri pretrhnutí jednotlivých vzoriek PVC-P fólie
Stanovenie bodu mäknutia asfaltu
Pri migrácii sa zmäkčovadlo dostáva z hmoty PVC-P do oxidovaného asfaltu a postupne modifikuje jeho vlastnosti. Preto bol porovnávaný teplotný bod mäknutia asfaltu. Postup laboratórnej skúšky upravuje norma STN EN 1427. Pre stanovenie bodu mäknutia vrchnej vrstvy oxidovaného asfaltovaného pásu boli vzorky odobrané z dvoch miest. Prvá vzorka bola odobraná z postihnutého miesta, kde viditeľne došlo k migrácii zmäkčovadla do oxidovaného asfaltu a následne k viditeľnej zmene vlastnosti oxidovaného asfaltu. Druhým odberným miestom bola časť, na ktorej nebola viditeľná migrácia zmäkčovadiel a mäknutie vrchnej vrstvy asfaltovaného pásu. Na postihnutom mieste bola zaznamenaná teplota bodu mäknutia pri teplote 89 °C. Na nepostihnutej časti to bolo až 122 °C. Dôvodom rozdielu v teplotách boli migrujúce zmäkčovadlá, ktoré hmotu oxidovaného asfaltu rozleptali a modifikovali. Výsledkom bol rozdielny bod mäknutia o 33 °C.
Obr. 13 Rozdielne teploty bodu mäknutia
Záver
Vykonané laboratórne merania na vzorkách fólie PVC-P a oxidovanom asfaltovanom páse, preukázali existenciu vzájomnej materiálovej nekompatibility medzi týmito materiálmi a je potrebné sa tejto problematike venovať.
Bola preukázaná nekompatibilita medzi povlakovou krytinou na báze PVC-P a oxidovaným asfaltovaným pásom pri ich priamom kontakte. Ide o problém charakterizovaný migráciou zmäkčovadiel. Pri priamom styku PVC-P a asfaltu dochádza k lokálnej tvorbe miest s výrazným úbytkom zmäkčovadiel, úbytkom v hrúbke a vykresľovaním nosnej vložky. Migrujúce zmäkčovadlá z PVC-P napádajú oxidovaný asfalt a ten následne degraduje. Prítomnosti hmotnostnej vlhkosti v separačnej vrstve spôsobí zníženie účinnosti separácie a to sa prejaví v tvrdnutí PVC-P fólie pri kontakte s oxidovaným asfaltom.
Bolo potvrdené že vzájomná neznášanlivosť a degradácia v dlhodobom kontakte pri teplote 60 ºC nie je taká výrazná ako pôsobenie reálnych klimatických podmienok (UV - žiarenie, mikroorganizmy atď.) a nižšej povrchovej teploty.
Z meraní vyplýva, že výrazná strata zmäkčovadiel z hmoty PVC-P prináša problém v odolnosti a ohybnosti fólií PVC-P pri nízkych teplotách. Vzorky PVC-P fólie boli merané v pozdĺžnom smere. V teste pri zápornej teplote -30 °C vyhoveli všetky vzorky PVC-P fólií okrem vzoriek, ktoré boli v priamom kontakte s asfaltom počas 90 a 180 dňovej expozície.
Meraniami vodonepriepustnosti nebolo preukázané, že degradácia ako výsledok materiálovej nekompatibility má vplyv na zníženie vodonepriepustnosť povlakových krytín na báze PVC-P.
Za preukázané môže byť prehlásenie, že povlakové krytiny na báze PVC-P sú stavebným materiálom, ktorý je náchylný na zmenu mechanicko – fyzikálnych vlastnosti pri ich zabudovaní s nekompatibilným materiálom a ani separačná textília s plošnou hmotnosťou 300g/m2 na báze PES nemusí zabezpečiť dostatočnú elimináciu vzájomnej degradácie ak je v nej obsiahnutá hmotnostná vlhkosť.
Literatúra
BEER, H.R., et al. Durability of PVC roofing membranes - Proof by testing after long term field exposure. [online]. [cit: 2010-04-04]. Dostupné na internete: <http://www.irbdirekt.de/daten/iconda/06059020771.pdf>.
EKELUND, M., et al. Long-term performance of poly(vinyl chloride) cables: Part 2: Migration of plasticizer. Polymer Degradation and Stability. September 2008, roč.93, č.9, s. 1704-1710. ISSN 0141-3910.
GLÜCK, L. Einwirkung von Bitumen auf Kunststoff-Dach- und -Dichtungsbahnen. Bauphysik. 2004, roč.26, č.2. s. 86-93, ISSN 0171-5445.
Oláh, J. - Šida, M. - Šutliak, S. 2009. Strechy takmer v rovine. Stavajte a bývajte s nami, Roč. 8, č.11. s. 40-43. ISSN 1336-1295.
ŠUTLIAK, S. 2012. Uvoľňovanie zmäkčovadiel a nekompatibilné kombinácie materiálov. Stavebné materiály: Technológie, konštrukcie, výrobky, Roč. 8, č. 4. s. 22-25. ISSN 1336-7617
ŠUTLIAK, S. 2012 Nekompatibilita EPS a povlakovej krytiny na báze PVC-P. Materiály pro stavbu, Roč.18, č.5. s. 22-25. ISSN 1213-0311.
ŠUTLIAK, S. 2012 Zistené poznatky z experimentálneho merania nekompatibilných materiálov. In Strechy 2012: Zborník z Bratislavského sympózia. Bratislava, SR, 21.-22.11.2012. Bratislava: Nakladateľstvo STU, 2012, s. 50-54. ISBN 978-80-227-3824-8.
