Dołącz do czytelników
Brak wyników

Budownictwo wielkogabarytowe

3 marca 2019

NR 9 (Luty 2019)

Papa asfaltowa – tradycja i nowoczesność

0 149

Choć znana od końca XVIII wieku, dopiero w ostatnich dwudziestu latach papa asfaltowa – ten pospolity materiał budowlany – przeszła, za sprawą chemii polimerów, znaczne zmiany. A jakie są najnowsze trendy rozwojowe w dziedzinie asfaltowych rulonowych materiałów hydroizolacyjnych?

 

Prapoczątki papy jako pokrycia dachowego sięgają ostatniej ćwierci XVIII wieku – były to wówczas zwykłe szmaty nasączone smołą drzewną. Już w  pierwszej połowie XIX wieku smołę drzewną zastąpiono tańszą i lepszą smołą pogazową, a szmaty –  produkowanym fabrycznie papierem. W 1892 roku chemik William Griscom nadał papie dzisiejszą formę – wpadł bowiem na pomysł produkowania jej w postaci podłużnego, ciętego na odcinki arkusza (wstęgi), zwijanego następnie w rulon [1]. Postać, jaką osiągnęła papa w końcu XIX wieku, przetrwała z niewielkimi zmianami (smołę zastąpiono asfaltem, a papier tekturą) do końca lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia.

Geneza pap polimerowych

Cechy techniczne pap nazywanych tradycyjnymi są – z punktu widzenia wymagań stawianych obecnie materiałom hydroizolacyjnym – wręcz archaiczne. Stosowany do impregnacji asfalt oksydowany ma niewielką odporność na starzenie, a tektura budowlana z kolei ma małą wytrzymałość mechaniczną oraz łatwo ulega procesom gnilnym. Ich trwałość w polskich warunkach klimatycznych nie przekracza na ogół czterech lat.

Systematyczne badania naukowe wpływu różnego typu domieszek na poprawę własności asfaltu rozpoczęto jednocześnie w wielu krajach na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych dwudziestego wieku [2]. Do ich przyspieszenia przyczyniły się w znacznym stopniu kryzys naftowy w 1973 r. oraz intensywny rozwój chemii polimerów w latach siedemdziesiątych. Pragnąc obniżyć ceny szybko drożejącego asfaltu w 1973 r. w niektórych włoskich rafineriach zaczęto mieszać go z jednym z kłopotliwych dla otoczenia odpadów przemysłowych – ataktycznym polipropylenem (APP). Po pewnym czasie zaobserwowano, że dodanie ponad 20-procentowego plastomeru APP do asfaltu radykalnie obniża jego podatność na zmiany temperatury oraz zwiększa odporność na starzenie. I choć papy wykonywane przy użyciu asfaltu modyfikowanego APP wciąż są stosowane (m.in. z uwagi na odporność na wysoką temperaturę) np. przy wykonywaniu hydroizolacji mostowych, to era APP zdaje się dobiegać końca. Ma on bowiem szereg wad, których nie mają modyfikatory o nowszym rodowodzie.

Najpopularniejszy aktualnie modyfikator asfaltu to elastomer SBS (kopolimer styren-butadien-styren). Pierwsze wersje SBS-u, wyprodukowane jako alternatywa dla mączki gumowej, testowano jeszcze w latach sześćdziesiątych. Efekty ich były połowiczne. Niedoskonała jeszcze, prostołańcuchowa struktura polimeru dawała dobre efekty modyfikacji asfaltu tylko przy ujemnych temperaturach (do -40ºC). Dopiero w połowie lat siedemdziesiątych modyfikator SBS uzyskał dzisiejszą postać i skuteczność.

Zestawienie podstawowych cech technicznych pap tradycyjnych i polimerowych przedstawiono w tabeli. Jak widać, żywotność pap tradycyjnych jest ponad pięciokrotnie mniejsza od polimerowych. Natomiast zakres optymalnych właściwości lepkosprężystych (elastyczności) dla asfaltów utlenianych zawiera się w przedziale od 0 do +70ºC, co oznacza, że jest o ponad 50ºC węższy niż dla asfaltów polimerowych.

Nowoczesne papy bitumiczne

Typowa zgrzewalna, modyfikowana polimerem papa asfaltowa wierzchniego krycia jest zbudowana – od góry ku dołowi – z posypki mineralnej, masy powłokowej, osnowy, kolejnej warstwy masy powłokowej, warstwy zgrzewalnej i folii antyadhezyjnej [3, 4].

1. Posypka mineralna

Podstawową rolą posypki jest ochrona wewnętrznych warstw papy przed działaniem zewnętrznych czynników mechanicznych oraz przed destrukcyjnym wpływem na asfalt promieniowania podczerwonego i ultrafioletowego. Klasycznym rodzajem posypki jest łupek, jest on jednak dość drogi i ma ciemny kolor, pochłaniający promieniowanie podczerwone. Skała łupkowa nadająca się do przeróbki na posypkę praktycznie w Polsce nie występuje. Dlatego też w ostatnich latach coraz częściej stosowana jest granulowana posypka bazaltowa. Daje się ona dość łatwo i trwale barwić na praktycznie dowolny (także biały) kolor. Bazalt jest skałą aliczną, łatwo i trwale łączącą się z asfaltem. Jasny kolor posypki w dużym stopniu zwiększa żywotność pokrycia dachowego.

2. Masa powłokowa

W nowoczesnych papach modyfikowanych masę powłokową górnej części papy stanowi asfalt przemysłowy modyfikowany najczęściej elastomerem SBS lub czasem (jednak ten typ modyfikatora wychodzi już z użycia) plastomerem APP. Modyfikatora SBS dodaje się najczęściej ok. 10–12%, a APP ok. 20–25%. Aby zwiększyć odporność górnej warstwy na działanie promieni słonecznych, dodaje się do asfaltu pewną ilość, najczęściej odpadowej, mączki mineralnej (np. pyły dymnicowe lub wapienne).

3. Osnowa

Podstawową rolą osnowy jest nadanie papie żądanych cech mechanicznych. W papach tradycyjnych jest to najczęściej tektura przemysłowa o gramaturze 333, 400 lub 500 g/m2. Papy tradycyjne, niemodyfikowane, na asfalcie oksydowanym produkowane są także na:

  • folii aluminiowej (grubość 0,08 i 0,12 mm),
  • tkaninie technicznej,
  • welonie z włókien szklanych (gramatura wg normy 64 i 95, w praktyce 
  • 60 (50) –100 g/m2),
  • włókninie przeszywanej,
  • zdwojonej osnowie przeszywanej z tkaniny szklanej i welonu szklanego.

Natomiast w papach modyfikowanych zalecane są następujące odmiany osnów:

  • włóknina poliestrowa o gramaturze > 180 g /m2,
  • włóknina poliestrowa + włókno szklane o gramaturze > 180 g/m2,
  • welon szklany o gramaturze > 60 g/m2,
  • tkanina szklana o gramaturze > 200 g/m2.

Minimalne wartości siły zrywającej przy rozciąganiu standardowego paska o szerokości 50 mm winny być następujące:

  • włóknina poliestrowa – wzdłuż: > 800 N, w poprzek: > 600 N,
  • welon szklany – wzdłuż: > 300 N, w poprzek: > 200 N,
  • tkanina szklana – wzdłuż: > 900 N, w poprzek: > 900 N.

4. Masa powłokowa

Spodnia warstwa masy powłokowej wykonana jest z asfaltu modyfikowanego polimerem (niektóre firmy używają asfaltu niemodyfikowanego). Dodatek mączki mineralnej jest tu niewielki, znacznie mniejszy niż na warstwie górnej.

5. Warstwa zgrzewalna

Warstwa zgrzewalna wykonana jest z asfaltu modyfikowanego. Najczęściej jego temperatura mięknienia jest wyraźnie niższa niż spodniej warstwy masy powłokowej. Warstwa ta winna mieć cechy lepiku, dzięki czemu wytwarza stabilną spoinę łączącą papę z podłożem.

6. Folia antyadhezyjna

Folia antyadhezyjna ma na celu zabezpieczenie papy zwiniętej w rulon przed zlepianiem się. W trakcie układania papy (metodą płomieniową lub gorącym powietrzem) folia winna ulec całkowitej destrukcji (stopieniu).
Gramatura asfaltu w papach zgrzewalnych modyfikowanych nie może być mniejsza niż 3000 g/m2 dla pap wierzchniego krycia i 2500 g/m2 dla pap podkładowych. Łączna grubość współcześnie produkowanych zgrzewalnych pap modyfikowanych sięga 5–6 mm. Ich wysoka trwałość i odporność mechaniczna pozwalają na wykonywania pokryć jednowarstwowych zarówno dla pap łączonych z podłożem metodą zgrzewania, jak i dla pap mocowanych mechanicznie.

Tab. 1. Porównanie podstawowych cech technicznych pap tradycyjnych i polimerowych

Własności użytkowe Papy tradycyjne Papy polimerowo-asfaltowe
Trwałość eksploatacyjna bez konserwacji  Ok. 3–4 lata   Nie mniej niż 15 lat
Zawartość asfaltu  1200–1600 g/m2  3000–5000 g/m2
Grubość Do ok. 1,2 mm   4–6 mm
Rodzaj masy powłokowej  Asfalt oksydowany  Asfalt modyfikowany elastomerem SBS lub plastomerem APP
Osnowa Tektura budowlana Włóknina poliestrowa lub tkanina szklana
Odporność na działanie podwyższonej temperatury   Do 70–80ºC  Do 120ºC (dla SBS), do 150ºC (dla APP)
Odporność na niskie temperatury  0ºC  -25ºC (dla SBS), -(5–10)ºC (dla APP)
Wytrzymałość na zrywanie 315 N Do 1500 N
Wydłużenie przy zerwaniu  do 2–3% Min. 40% – dla włóknin poliestrowych, 
do 2–3% m – dla tkanin i welonów szklanych

Źródło: Krzysztof Zieliński

Aktualne kierunki rozwoju

W ostatnich latach znacznie rozszerzyła się oferta dostępnych na rynku polimerów służących do modyfikacji istniejących i wykonywania nowych połaciowych materiałów pokryciowych. To już nie tylko APP i SBS modyfikujące asfalt oraz PVC i EPDM jako bazowe materiały składowe pokrycia, ale także wiele innych, zwłaszcza z rodziny polimerów poliolifenowych. Oto przykładowe odmiany syntetycznych materiałów pokryciowych, stosowane przy pracach na dachach płaskich [2]:

  • pokrycie dachowe z PE-C (chlorowanego polietylenu),
  • pokrycie dachowe z FPO (elastycznej poliolifeny),
  • pokrycie dachowe z PIB (poliizobutylenu),
  • pokrycie dachowe z EVA (kopolimeru etylenowo-winyloacetatowego),
  • pokrycie dachowe z PVC-P w różnych odmianach,
  • pokrycie dachowe z ECB (kopolimeru etylenowo-bitumicznego),
  • pokrycie dachowe z TPE (polietylenu modyfikowanego polimerami poliolifenowymi).

Zgrzewanie gorącympowietrzem

Zauważalne jest także zjawisko stopniowego wypierania z rynku klasycznych, stosowanych już od wielu lat do zgrzewania pap, palników propan-butanowych przez agregaty zgrzewające strumieniem gorącego powietrza. Wprowadzenie łatwej do precyzyjnej regulacji temperatury i intensywności metody powietrznego zgrzewania pap z podłożem zaowocowało natychmiast powstaniem pap o znacznie pocienionej, wykonanej z asfaltu o obniżonej temperaturze mięknienia warstwie przeznaczonej do wykonania zgrzewu. Metoda ta nazywana jest także „aktywacją termiczną” papy. Zdaniem użytkowników, zwiększa to szybkość układania papy o kilkadziesiąt procent i o tyleż procent zmniejsza zużycie energii [5[.

Stosowanie do produkcji papy elastomeroasfaltu umożliwiło uruchomienie produkcji rodziny pap o wspólnej nazwie „szybki profil”. Papy zgrzewalne produkowane z zastosowaniem tej technologii mają zupełnie inną budowę niż jej poprzednicy. Ich spodnia część jest prążkowana (dotąd była płaska). Folia antyadhezyjna na spodzie przylega jedynie do wierzchołków, co powoduje, że ciepło z palnika wnika również pod folię, przyspieszając jej spalanie. Znacznie większa niż do tej pory powierzchnia kontaktu asfaltu z płomieniem powoduje szybsze i równomierne roztopienie asfaltu pokrywającego spodnią powierzchnię papy (oszczędność gazu > 25%). Wydajność pracy dekarza wzrasta o ponad 30%. Znacznie poprawiają się jednorodność i jakość połączenia papy z podłożem.

Wysoki opór dyfuzyjny

Papy nowej generacji charakteryzują się bardzo wysokim oporem dyfuzyjnym. Problem ten można rozwiązać na dwa sposoby. Pierwszy to papy dwufunkcyjne – jednocześnie hydroizolacyjne i wentylacyjne (zdjęcia). Po zgrzaniu papy z podłożem pod papą zostaje wolna przestrzeń umożliwiająca swobodne przemieszczanie się pary wodnej. Przenikająca przez dolne warstwy pokrycia dachowego para wodna odprowadzana jest przez system kanalików znajdujących się na spodniej stronie papy do kominków wentylacyjnych lub krawędzi dac...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy