Výrobci stavebních materiálů uvádějí na trh neustále nové či modifikované výrobky. Střešní konstrukce je složena z několika funkčních vrstev a z hlediska jejich primární funkce jsou kladeny požadavky na jejich materiálovou bázi. Z tohoto důvodu se ve střešním plášti, až na některé výjimky, nelze vyhnout kombinaci několika materiálů.
Degradace povlakových krytin na bázi PVC-P
Degradace povlakových krytin na bázi PVC-P je často výsledkem zrychleného uvolňování změkčovadel. Faktory ovlivňující uvolňování změkčovadel ze struktury PVC-P materiálu lze rozdělit na vnější a vnitřní.
Vnější faktory
- Hlavním vnějším faktorem je teplota, která způsobuje exponenciální nárůst rychlosti degradace.
- Dále jsou to chemické vlivy a mikroorganismy.
- Důležitý je také typ média, s jakým je povlaková krytina ve vzájemném kontaktu - ať už je to vzduch, kapalina nebo pevná látka.
Je přirozené, že v praxi můžeme pozorovat rozdílné chování fólií od různých výrobců na témže podkladě a v týchž podmínkách.
Vnitřní faktory
Vnitřní faktory, které ovlivňují uvolňování změkčovadel ze struktury PVC-P materiálu, souvisejí s molekulovými charakteristikami změkčovadel. Důležité jsou tři molekulové charakteristiky změkčovadel, které mohou ovlivnit jejich retenci:
- Molekulová hmotnost změkčovadla
- Linearita změkčovadla
- Polarita změkčovadla
Mobilita změkčovadel je jedním z hlavních faktorů difuze změkčovadel ze struktury polymeru a závisí na molekulové hmotnosti změkčovadla. Menší molekulová hmotnost změkčovadla znamená jeho větší prchavost a difuzi. Zvyšováním molekulové hmotnosti se zvyšuje retence změkčovadel, protože se zvyšuje jejich molekulová hmotnost a velikost molekul, což ztěžuje difuzi změkčovadel ze struktury polymeru na povrch fólie na bázi PVC-P. Změkčovadla s vyšší molekulovou hmotností však mají sníženou kompatibilitu a efektivnost při plastifikačním procesu.
Čtěte také: Předpisy pro odstupy výrobních objektů
Linearita nebo rozvětvenost změkčovadel souvisí s tvarem jejich molekulární struktury. Index větvení je procentuální celkový počet atomů uhlíku obsažených v postranních částech řetězce. Větší index větvení se rovná nižší linearitě molekulární struktury změkčovadel. Obecně lineární ftaláty nemigrují tak snadno jako rozvětvená změkčovadla (například DOP - di-2-etylhexylftalát). Tato poznámka je správná, berou-li se v úvahu pouze prchavé ztráty změkčovadla. Lineární změkčovadlo je méně prchavé, a proto prospěšnější než rozvětvené, pokud je PVC použito v exteriéru a bez ochranné krycí vrstvy.
Při migraci změkčovadel do kapaliny nebo do pevné látky mohou však mít rozvětvená změkčovadla menší ztráty než lineární. Srovnání se dá provést na dvou typech změkčovadel, která migrují do pevné látky. Změkčovadla DOP a DOA (dioktyladipát) mají podobnou molekulovou hmotnost (molekulová hmotnost DOP a DOA je 390, resp. 371). Změkčovadlo DOA má však asi dvakrát vyšší migraci než DOP, protože DOA je vysoce lineární a DOP je rozvětvené změkčovadlo. Kdyby se k výrobě fólie na bázi PVC-P použilo změkčovadlo, které má vysoký stupeň větvení, fólie bude mít horší vlastnosti a životnost při nízkých teplotách. Když poklesne teplota vzduchu, fólie na bázi PVC-P ztuhne a zkřehne. Proto mohou mít velmi rozvětvená změkčovadla určitá omezení při použití při nižších teplotách. Jsou však odolnější proti extrémně kyselému a žíravému prostředí. Výhodou vyššího větvení je zpomalení migrace změkčovadla do kapaliny a pevné látky. Pozitivní je i zvýšení odolnosti proti chemické hydrolýze a biodegradaci.
Mechanismy ztrát změkčovadel
Ztráty změkčovadel vznikají vypařováním, migrací, omýváním, hydrolýzou a mikroorganismy. Vypařování představuje ztrátu změkčovadel do okolního plynného skupenství (nejčastěji vzduch). Migrace změkčovadel obsahuje difuzi změkčovadla v rámci polymeru a transport z povrchu polymeru do okolního média. Migrace nastává v případě, že PVC-P je v přímém kontaktu s jiným polymerem a změkčovadla migrují do tohoto materiálu. Ztráty změkčovadel však mohou vznikat i extrakcí, a to v případě, že je velikost molekuly extrakční kapaliny dost malá na to, aby pronikla do polymerní struktury PVC. Hlavním mechanismem je rozptýlení extraktantu v PVC-P, rozpuštění a následné šíření společně s rozpuštěnými změkčovadly na povrch PVC-P. Změkčovadla z povlakových krytin na bázi PVC-P se do jiného polymerního materiálu uvolňují, když odpor na rozhraní dvou materiálů není příliš vysoký a změkčovadlo je kompatibilnější s přijímajícím materiálem.
Vzájemné ovlivňování PVC-P a EPS
Účinek migrace změkčovadel se projeví na přijímajícím materiálu, ale také na mechanických vlastnostech PVC-P. Přímý kontakt měkčených plastů s asfaltem, dehtem nebo pěnovým polystyrenem vede po určité době k vzájemné chemické reakci s převážně škodlivými následky. Je tak jednoznačné, že monomerní změkčovadla migrují do dalších substancí, například do polystyrenu. Přímému kontaktu těchto dvou materiálů se doporučuje zabránit geotextilií. Výrobci střešních povlakových krytin doporučují použít geotextilii s plošnou hmotností v rozpětí od 200 do 300 g/m2.
Přímý kontakt vede nejen k degradaci fólie na bázi PVC-P (tvrdnutí, křehnutí), ale podle praktických zkušeností i k degradaci samotné tepelné izolace z pěnového polystyrenu EPS. Pěnový polystyren degraduje (sublimuje) a podle zkušeností z praxe v reálném případě po čase expozice 5 let ztrácí 5 mm z původní tloušťky. V případě kontaktu fólie na bázi PVC-P s asfaltem bude monomerní změkčovadlo migrovat z fólie PVC-P do asfaltu, což způsobí, že materiál PVC-P ztvrdne a zkřehne. Zda a do jaké míry to způsobí změny ve vlastnostech fólie, to závisí na dalších faktorech. Jsou to hlavně typ polymeru, složení (plniva, změkčovadla a ostatní přídavné látky) a také podmínky expozice.
Kompatibilita s asfaltem dle ČSN EN 13956:2006
Podle ČSN EN 13956:2006 Hydroizolační pásy a fólie. Plastové a gumové pásy pro hydroizolaci střech. Definice a charakteristiky lze střešní fólie klasifikovat jako kompatibilní s asfaltem, pokud po 28 dnech skladování v přímém kontaktu s asfaltem představuje procentuální ztráta hmotnosti pásů hodnotu menší nebo rovnou 5 %. Dlouhodobý kontakt fólií v přímém styku s asfaltem však vede v případě některých typů střešních fólií i ke změně tahových vlastností.
V ČSN EN 13956 jsou proto střešní fólie klasifikovány jako kompatibilní s asfaltem, pokud po 28 dnech skladování v přímém kontaktu s asfaltem je změna Youngova modulu menší nebo rovna 50 % v případě pásů s vnitřní vrstvou nebo podkladem. Pásy s netkaným podkladem by měly být na základě uvedeného vhodné k separaci PVC-P fólií od asfaltu. V praxi se běžně používá separační geotextilie o plošné hmotnosti 300 g/m2. V tomto případě je ještě zajímavé zamyslet se nad otázkou, jaký druh separační geotextilie použít. Na stavebním trhu se nacházejí PE geotextilie, PP geotextilie a také jejich kombinace. Separace PVC-P fólií od asfaltu pomocí PP geotextilie je však na základě zkušeností z praxe nevhodná.
Experimentální ověřování nekompatibility
Zda degradaci materiálů reálně ovlivňuje jejich vzájemná nekompaktibilita, můžeme ověřit experimentem, který vylučuje působení jiných vlivů (slunečné záření, vlhkost, mikroorganismy).
- Fólie na bázi PVC-P byla uložena na 90 dnů do teplovzdušné sušárny.
- PVC-P fólie vyztužená PES nosnou vložkou byla uskladněna v přímém kontaktu s nekompatibilním materiálem (EPS polystyren).
- Tyto kombinace se shodují se skladbou jednoplášťové ploché střechy s tepelnou izolací na bázi polystyrenu EPS 100 (tloušťka 100 mm) a s povlakovou krytinou na bázi PVC-P.
Protože vytvořené kombinace byly umístěny v sušárně společně s dalšími kombinacemi, bylo nutné zabezpečit, aby se prchavé látky z PVC-P fólií odváděly z prostoru sušárny. Případný vliv polystyrenu na bázi EPS na měřené kombinace, které nebyly ve styku s nekompatibilním materiálem, byl odstraněn vytvořením ocelové nádoby. Vzduchotěsnou a obvodově utěsněnou nádobou se zabezpečilo, že vzorek polystyrenu EPS ovlivnil jen danou kombinaci. Stejně byla ověřena i nekompaktibilita s asfaltem. PVC-P fólie vyztužená PES nosnou vložkou byla uskladněna v přímém kontaktu s nekompatibilním asfaltem (oxidované asfaltové pásy). Dále byla testována PVC-P fólie vyztužená PES nosnou vložkou, uskladněná v kombinaci v přímém kontaktu s nekompatibilním materiálem (XPS polystyren).
Měření nepředstavuje simulaci reálných klimatických podmínek. Zakládá se na porovnání chování fólií na bázi PVC-P při kontaktu s nekompatibilními materiály a bez kontaktu. Vzorky fólií PVC-P byly před vložením do sušárny zváženy a byly změřeny jejich příčné a podélné rozměry, jakož i tloušťka. Vzorek EPS polystyrenu byl stejně podroben měření hmotnosti a tloušťky. Zajímavou částí zkoušek je především IR spektrální analýza vybraných vzorků fólií na bázi PVC-P. Infračervená spektroskopie je optická metoda, vhodná především pro kvalitativní analýzu organických a v omezené míře i anorganických látek. K dokázání a stanovení příčiny poruch, které jsou výsledkem vzájemné nekompatibility materiálů ve střešním souvrství, je nutné otestovat více kombinací. Cílem je porovnat chování fólií na různých podkladech. Výsledky mohou pomoci vysvětlit příčiny vzniku jednotlivých typů poruch, které jsou v praxi běžné a jsou pozorovány již několik let.
Zkoušky pevnosti spojů mechanicky kotvených hydroizolačních povlaků
Jednovrstvé mechanicky kotvené hydroizolační systémy se dnes stále více uplatňují ve skladbách plochých střech. Zatímco u fóliových systémů je jednovrstvá aplikace standardním řešením, v technologii asfaltových pásů, zejména s ohledem na mnohaletou historii využití asfaltových pásů ve stavebnictví, se stále jedná o relativní novinku.
Pro ověřování chování spojů mechanicky kotvených hydroizolačních povlaků lze využít zkoušky skutečných segmentů skladby střešního pláště vystavené definovanému namáhání v tlakové komoře. Zde na mechanicky kotvený spoj hydroizolace (vč. tepelně izolační vrstvy a podkladu) působí cykly dynamických tlaků a sleduje se chování zkušebního tělesa, míra a způsob jeho porušení.
Další renomovanou zkouškou je Zkouška odolnosti proti zatížení větrem podle doplňující směrnice UEAtc prováděná na zkušebním zařízení společnosti SFS intec ve švýcarském Heerbruggu. Opět se jedná o zkoušku výseku skutečné skladby střešního pláště s mechanicky zakotvením ve spoji. Zkoušený pás je uchycen do podkladu několika kotevními prvky a konce asfaltového pásu jsou upevněny po obou stranách. Pás je vystaven cyklickému, postupně se zvyšujícímu namáhání hydraulickými válci, které tak simuluje sání větru. Výše uvedené zkoušky se pravděpodobně nejvíce přibližují skutečnému namáhání mechanicky zakotvené hydroizolační vrstvy vlivem sání větru.
Zkouška také probíhala na trhacím stroji při namáhání zkušebního tělesa konstantní rychlostí, ale zkušební těleso netvořilo pouze hydroizolační povlak, nýbrž celý segment skladby střešního pláště. V horní čelisti stroje je upnuto rameno, které přes ocelová lanka přenáší silové zatížení do kotvících plechů, v nichž jsou sevřeny konce zkoušeného hydroizolačního povlaku. Ve spodní čelisti se nachází podložka, do které je přes tepelnou izolaci pomocí klasického kotevního prvku v přesahu zakotven hydroizolační povlak. Konstantním vzdalováním čelistí trhacího stroje dochází k namáhání spoje a následně jeho porušení.
Simulované namáhání zkušebního tělesa sice není dynamické, pouze konstantní rychlostí, ale jednoduchou úpravou je možné zkoušet celý segment skladby střešního pláště a zohlednit tak vliv kotevního prvku na chování spoje. Pro zkoušení byla vybrána skladba zateplené střechy s vloženou tepelnou izolací z EPS tl. 80 mm, zakotvená kotevním prvkem SFS intec s plastovým teleskopem ISO-TAK k desce OSB tl. 22 mm. Jako hydroizolační povlak byly vybrány čtyři varianty:
- Zkušební vzorek GSBS modifikovaný asfaltový pás tl. 5,2 mm, nosná vložka: PES 180 g/m2, oboustranně vyztužená skleněným vláknem, -25°C, délka spoje 120 mm.
- Zkušební vzorek HSBS modifikovaný asfaltový pás tl. 5,2 mm, nosná vložka: PES 230 g/m2, nezesílená, -25°C, délka spoje 100 mm.
- Zkušební vzorek FAmPVC fólie tl. 1,2 mm, vyztužená PES mřížkou, délka spoje 100 mm, svařený spoj 30 mm.
- Zkušební vzorek FBmPVC fólie tl. 1,5 mm, vyztužená PES mřížkou, délka spoje 100 mm, svařený spoj 30 mm.
Pro asfaltové pásy (vzorek G a H) byly provedeny zkoušky pro varianty umístění kotevního prvku 0 mm (označeno G0Z a H0Z), 10 mm (G10Z a H10Z), 20 mm (G20Z a H20Z) a 30 mm (G30Z a H30Z) od okraje dolního asfaltového pásu. Zkušební vzorek měl šířku 150 mm, dolní pás byl zakotven jedním kotevním prvkem a spoj délky 100 nebo 120 mm byl následně plnoplošně nataven. Výrazně nižší pevnosti vykazují zkušební vzorky, kdy kotevní prvky byly umístěny 0 mm od okraje asfaltového pásu (G0Z a H0Z), tyto hodnoty jsou cca o 15% nižší ve srovnání se zkušebními tělesy, kde kotevní prvky byly v předepsané vzdálenosti min. 10 mm. Způsob porušení byl pro oba zkoušené asfaltové pásy velmi podobný - u zkušebních těles s kotevním prvkem 0 mm od okraje došlo k rozlepení spoje kolem plastového teleskopu, se zvyšujícím se namáhání byl pak roztržen dolní pás o dřík plastového teleskopu, souvrství se postupně podvléklo pod přítlačnou podložkou teleskopu a došlo tak k odtržení souvrství od kotevního prvku.
Pro ostatní zkušební tělesa s kotevním prvkem 10 mm, 20 mm nebo 30 mm od okraje pásu byl průběh zkoušky obdobný - při postupném zatěžování spoje docházelo ke vzájemnému prokluzu obou pásů v přesahu, k rozlepení spoje nedocházelo a při maximálním namáhání došlo k prasknutí nosné vložky dolního pásu a následnému „přetažení“ přes roznášecí podložku teleskopu.
Pro fólie z mPVC (vzorek FA - fólie tl. 1,2 mm a FB - fólie tl. 1,5 mm) byly provedeny zkoušky pro varianty umístění kotevního prvku 0 mm (označeno FA0 a FB0), 10 mm (FA10 a FB10) a 20 mm (FA20 a FB20) od okraje dolní fólie. Zkušební vzorek měl šířku 150 mm a dolní pás zakotven jedním kotevním prvkem, přesah byl v souladu s technologickým předpisem výrobce délky 100 mm a na vnějším okraji svár šířky 30 mm. Opět zkušební vzorky, kdy kotevní prvky byly umístěny 0 mm od okraje fólie (FA0 a FB0), vykazují o cca 20 - 25% nižší hodnoty ve srovnání se zkušebními tělesy, kde kotevní prvky byly umístěny v předepsané vzdálenosti min. 10 mm.
Způsob provedení spoje u asfaltového pásu (plnoplošně natavení v délce 100 nebo 150 mm) je zcela odlišný v porovnání s fólií - předepsaný přesah je sice také 100 mm, ale vzájemný svár obou fólií je pouze 30 mm. Přesto způsob porušení byl pro oba materiály podobný. U fólií, kde kotevní prvky byly umístěny 0 mm od okraje, došlo pouze k minimálnímu rozlepení spoje v blízkosti plastového teleskopu a se zvyšujícím se namáháním byla postupně kotvená fólie roztržena o dřík plastového teleskopu a došlo tak k odtržení hydroizolačního povlaku od kotevního prvku.
Pro ostatní zkušební tělesa s kotevním prvkem 10 mm a 20 mm byl průběh zkoušky obdobný - při postupném zatěžování spoje docházelo k velmi malému rozlepování spoje pouze v blízkosti teleskopu a při maximálním namáhání došlo k prasknutí výztužné mřížky dolní fólie a následnému „přetažení“ přes roznášecí podložku teleskopu.
Pokud je podložka umístěna přímo u okraje pásu, pak není plně využita přítlačná síla po celém jejím obvodě a dochází k roztržení kotvené hydroizolace o dřík teleskopu. Výsledné síly pak mohou být u asfaltových pásů o 15% a u fólií o 20-25% nižší ve srovnání s variantou, kdy je dodržena minimální předepsaná vzdálenost kotevního prvku od okraje pásu.
| Změkčovadlo | Molekulová hmotnost | Linearita | Migrace |
|---|---|---|---|
| DOP (di-2-etylhexylftalát) | 390 | Rozvětvené | Nižší |
| DOA (dioktyladipát) | 371 | Vysoce lineární | Vyšší (cca dvakrát vyšší než DOP) |
Doporučení pro mechanicky kotvené hydroizolační systémy
Použití jednovrstvého mechanicky kotveného systému spočívá především také v dodržení základních požadavků a dále technologických nebo montážních předpisů stanovených výrobcem. U jednovrstvých mechanicky kotvených systémů z fólií se jedná o naprostou běžnou, základní aplikaci tohoto materiálu. V České republice se dominantně jedná o fólie na bázi měkčeného PVC tl. 1,2 nebo lépe 1,5 mm vyztužené PES mřížkou. Spoje se provádí s dostatečným přesahem tak, aby byla i se zohledněním kotevního prvku vždy dodržena šířka sváru min. 30 mm. Z hlediska podmínek použití je většinou výrobcem stanoven nebo doporučen minimální sklon. Často je ale přípustné použití fólií i na nižších sklonech za dodržení doplňkových opatření, čímž je myšleno provádění dvoustopého svaru.
Pro jednovrstvé systémy z asfaltových pásů však platí požadavky mnohem přísnější. Pro tuto aplikaci se nejčastěji používají vysoce kvalitní asfaltované pásy, jejichž tloušťka je minimálně 5,0 mm. Asfaltová krycí hmota by měla být dostatečně kvalitní na to, aby byla nejen dobře svařitelná, ale i dlouhodobě flexibilní, SBS modifikace s vyšším podílem modifikátoru. Ty se mohou pro jednotlivé výrobky lišit, ale ve většině případů platí následující požadavky:
- Minimální sklon střešního pláště (dle některých výrobců min. 3°).
- Využití pouze pro střechy bez provozních vrstev.
- Velikost bočních a čelních spojů stanovených výrobcem (u bočního spoje obvykle min. 80 mm).
Pro jednovrstvý mechanicky kotvený systém je klíčovou podmínkou především jeho vodotěsnost a zároveň spolehlivost vůči sání větru. Obě podmínky jsou vzájemně provázané. Při dynamickém namáhání spojů hydroizolační vrstvy může dojít k poškození podélného spoje, tím pádem ke ztrátě vodotěsnosti. V tom případě pak střešní plášť přestává plnit svoji základní funkci, tj. hydroizolace. Plnoplošné natavení nebo svaření dostatečné šířky spoje je zcela zásadní pro hydroizolační schopnost systému a zároveň pro přenesení silových účinků sání větru. Stejně tak je důležité dodržet podmínky pro umístění kotevních prvků ve spojích - dle většiny výrobců hydroizolačních povlaků je nutné kotevní prvky osadit tak, aby okraj přítlačné podložky byl ve vzdálenosti min. 10 mm, popř. 20 mm.
Poruchy projevující se rozvolňováním nebo usmyknutím spoje pásů nebo fólií mohou být způsobeny nevhodným použitím nosné vložky, nedodržením technologické kázně při provádění spojů (neplnoplošné natavení spoje, studený svár apod.). Dle ČSN EN 13707 Hydroizolační pásy a fólie - Vyztužené asfaltové pásy pro hydroizolaci střech - Definice a charakteristiky je výrobce povinen deklarovat pevnost spoje pro jednovrstvé mechanicky kotvené systémy, konkrétně se jedná o zkoušku na odlupování ve spojích a smykovou odolnost ve spojích. Tyto zkoušky jsou pouze porovnávací, na základě jejich výsledků můžeme porovnávat pevnosti spojů různých materiálů vystavených přesně definovanému namáhání.
A právě nevhodné umístění kotevního prvku, může výrazným způsobem výslednou pevnost, popř. hydroizolační schopnost spoje, ovlivnit. Snad všichni výrobci asfaltových pásů, fólií nebo kotevních prvků předepisují, že okraj přítlačné podložky musí být umístěný min. 10 mm (někteří dodavatelé dokonce uvádějí 20 mm) od okraje kotveného pásu/fólie. Velmi častou chybou při provádění mechanicky kotvených hydroizolačních vrstev je nevhodné umístění kotevního prvku, a sice příliš blízko nebo naopak daleko od kraje kotveného pásu. Velký problém představují kotevní prvky umístěné příliš blízko okraje kotveného pásu nebo fólie, ty nedokáží plně využít přítlaku kotevní podložky k podkladu a často tak dochází k „podvlečení“ pásu pod podložkou a tím samozřejmě k selhání kotveného systému.
tags: #vzajemne #ovlivnovani #eps #a #pvc