Rozwiązanie bitumicznej zagadki

Istnieje wiele rodzajów pap. Dzielone są one m.in. na podkładowe i wierzchniego krycia, termozgrzewalne i do mocowania mechanicznego czy też samoprzylepne, modyfikowane i oksydowane… Jedne są uznawane za „nie do użytku”, inne zaś za najlepsze – bo SBS, bo gruba wkładka, bo Złote Medale na Targach, bo hamuje promieniowanie radioaktywne…

Ja chciałbym rzucić zupełnie inne spojrzenie na papy.
Osobiście uważam, że nie ma złych pap – są tylko te, które źle zastosowano i niestety nie wytrzymały one przez to swojego żywota. Skoro tak się stało, to od razu podniesiono larum, że są złe. Nawet marketowa papa oksydowana na tekturze spełni swoją funkcję, o ile użyje się jej właściwie i w świadomości będzie się miało, że wytrzyma ona w najlepszym przypadku kilka lat.

1. Ważne i ważniejsze

Przygotowując się do tego tematu przejrzałem kilka materiałów prasowych, dotarłem do mądrych książkowych źródeł, poszperałem u producentów i jedno zdanie utkwiło mi w głowie: „Najważniejszym składnikiem pap jest masa bitumiczna (…). Niestety z tym się nie zgodzę. Mieszanka bitumiczna jest równie ważna, co osnowa. Pochodzenie bitumu i rodzaj późniejszych do niego dodatków ma wpływ na jakość produktu ostatecznego, ponieważ tworzy on ochronę dla osnowy, wpływa na rodzaj środowiska w jakim tą papę można zastosować, czy też pozwala nam pracować w gorszych warunkach pogodowych. Osnowa narzuca nam miejsce zastosowania konkretnego materiału, czy papa nada się jako podkład pod dachówkę czy też, jako warstwa separująca w płycie parkingowej. Zacznijmy zatem od rzeczy, dla co poniektórych ważniejszej.

2. Bitum

Nie wiem, czy koledzy wiedzą, ale istnieją dwie metody pozyskiwania bitumu. Otóż istnieje bitum przemysłowy, powstały w procesie utlenienia pozostałości po destylacji ropy naftowej. Drugim zaś źródłem bitumu, który stanowi dodatek do tego otrzymanego przemysłowo, jest bitum pochodzenia naturalnego, występujący w pobliżu złóż ropy naftowej lub też w postaci skał bitumicznych. Należy go oczywiście odpowiednio oczyścić z odpadów mineralnych i wody, jednak jako samodzielny materiał nie nadaje się do użytkowania z powodu swojej kruchości. Idealna mieszanka bitumiczna na masy hydroizolacyjne to w przybliżeniu 1 część bitumu naturalnego i 9 części bitumu przemysłowego. Skoro już mamy doskonałą mieszankę bitumiczną, to musimy zauważyć, że jest ona raczej słabym rozpuszczalnikiem dla jakichkolwiek substancji.

Grudkowata masa w oleistej cieczy, która – jakby tego było mało, że występuje jej niewiele – to jeszcze dodatkowo w swoim składzie posiada związki uniemożliwiające stworzenie jednolitej struktury z praktycznie żadnym polimerem.

Dlaczego wspominam o polimerach? Otóż wszelkiego rodzaju modyfikatory dodawane do bitumów celem ulepszenia ich właściwości są właśnie polimerami – związkami wielkocząsteczkowymi. Dla ciekawości napiszę, że pierwsze próby modyfikacji masy bitumicznej (smoły) przeprowadzono blisko 200 lat temu, a modyfikatorem był dobrze wszystkim znany kauczuk. Muszę przyznać, że był to strzał w dziesiątkę. Wszystkim znany dziś SBS jest pochodną kauczukową, zatem nasi pradziadkowie mieli dobrego nosa w tej kwestii.

Oksyd

Na początku było oksydowanie. Były to pierwsze próby poprawienia jakości bitumów. Proces ten polega na poddawaniu bitumu nadmuchowi pary wodnej lub powietrza pod wysokim ciśnieniem. Dzięki temu uzyskujemy produkt o podwyższonych właściwościach elastyczności termicznej.

Temperatura graniczna pomiędzy stanem wysokoelastycznym a temperaturą płynięcia zostaje przesunięta do ok. 70°C. Natomiast temperatura kruszenia się bitumu (przejście w tzw. stan szklisty) pozostaje w zakresie 0 – 5°C.

SBS

Styrem-Butadien-Styren, czyli syntetyczny kauczuk, to najczęściej dodawany modyfikator do masy bitumicznej. Elastomer ten ma niewątpliwą zaletę powracania do pierwotnego kształtu, gdy tylko ulegnie odkształceniu. Uzyskana mieszanka bitum – SBS posiada wszelkie zalety zarówno jednego jak i drugiego składnika. Jednak wszystko zależy od sposobu połączenia naszej mieszanki, a są ich dwa. Pierwszy to mieszanie – nic innego jak dodanie do bitumu kauczuku i ich wymieszanie, bez sprawdzenia uzyskania jednolitości masy. Otrzymany w ten sposób bitum podnosi swoje właściwości co do plastyczności z granicy temperatur samego bitumu 0 – 37°C do temperatur w zakresie ok. –5 – 80°C. Drugim sposobem wytworzenia najlepszego materiału bitumicznego jest proces homogenizacji tych dwóch substancji, czyli uzyskaniu jednorodnej mieszaniny ze składników, które w warunkach normalnych nie mieszają się ze sobą. I tu otrzymujemy te najlepsze parametry produktu. Temperatury graniczne zmieniają nam się w zakresie od -30°C do przynajmniej 100°C. By uzyskać wyższą górną granicę temperaturową (o ok. 15°C) stanu wysokoelastycznego papy należy podczas procesu homogenizacji dodać odpowiednich stabilizatorów kauczuku, gdyż w temperaturze powyżej 100°C wiązania chemiczne w SBS ulegają rozpadowi. Stopień modyfikacji w najprostszy sposób rozpoznamy po temperaturze, w jakiej papa pozostaje giętka. I tak:
– -5°C – giętkie są papy, gdzie bitum poddano mieszaniu z modyfikatorem,
– -15°C – papy z bitumem modyfikowanym polimerem: dodatek SBS ok. 4 – 6%,
– powyżej -25°C – papy z zawartością modyfikatora w bitumie ok. 10 – 12%.

APP i APAO

Ataktyczny PoliPropylen i Amorficzne Poli – Alfa – Olefiny to modyfikatory do zadań specjalnych. Pierwszy z nich – APP – wytwarzany jest z produktów ubocznych procesu produkcji opakowań i jako jedyny potrafi wniknąć pomiędzy poszczególne cząsteczki bitumu zmniejszając oddziaływania pomiędzy nimi, dzięki czemu uzyskana masa jest wybitnie plastyczna. Wszystkie swoje pozytywne właściwości polimer ten uzyskuje w wysokich temperaturach i przekłada on tą właściwość na powstałą mieszankę.

Zatem papy zawierające termoplast APP będą miały podwyższoną górna granicę temperaturową swoich właściwości do ok. 120°C.

Polimery APAO to ciała amorficzne. Można by rzec, są jak kobieta – robi jedno, myśli drugie. Otóż ciała amorficzne posiadają strukturę cieczy, natomiast zachowują się jak ciało stałe tzn. nie mogą płynąć. Dzięki swojej dwoistości natury uzyskana finalnie mieszanina z bitumem posiada wysoką odporność na kruszenie w niskich temperaturach (- 25°C) oraz zachowuje stabilność w wysokich temperaturach (nawet do 140°C).

3. Osnowa

Osnowa, czyli ni mniej ni więcej rdzeń papy. Jest to kręgosłup papy odpowiedzialny za właściwości mechaniczne produktu. To osnowa odpowiada za siły rozciągające wzdłużne i poprzeczne, czyli za tzw. trzymanie się na gwoździu. Zacznijmy zatem od początku.

Tektura

Jeszcze w latach 90. była najczęściej występującą wkładką w papach. Posiada gramaturę od 330 do 500 g/m2. Czym się charakteryzuje? Koledzy – a czym może charakteryzować się papier? Jak określa norma: brakiem dziur, pęknięć i naderwań. Papa na takiej osnowie posiada średnie wydłużenie w obu kierunkach na poziomie maksymalnym 1,8%, zaś średnia siła zrywająca to ok. 280 N/5 cm. W nowszych publikacjach na próżno szukać informacji na temat pap z osnową tekturową – autorzy chyba wyszli z założenia, że zostały całkowicie wyparte z rynku. Błąd.

Papy te dostępne są w każdym dobrym markecie budowlanym za jedyne 3 zł/m2.

Welon szklany

Taśma ta utworzona jest z włókien szklanych ułożonych w sposób niesymetryczny, a następnie sklejanych lepiszczem żywicznym.
Można by rzec, że jest to najcenniejsza osnowa, ponieważ do jej produkcji niekiedy wykorzystuje się również nici jedwabne. Welon należy do materiałów nieorganicznych odpornych całkowicie na procesy gnilne. Główną jego zaletą, a jednocześnie wadą, jest stworzenie struktury idealnie gładkiej bez możliwości destabilizacji, czyli wkładka ta charakteryzuje się praktycznie brakiem parametru wydłużenia (ok 2%) Na rynku spotkamy najczęściej papę o symbolu V60 (60 g/m2).

Tkanina szklana

Z racji swojej „tkanej” struktury nie posiada dobrych właściwości „wydłużeniowych”, bo jest to zaledwie ok 5 – 9%, zaś siły zrywające dla papy na tej osnowie są najwyższe ze wszystkich i mogą sięgać 2000 N/5 cm. Posiada bardzo dobrą wytrzymałość obciążeniową i stabilność wymiarową, a także znacząco podnosi odporność papy, jako bariery, na ogień. Papę z wkładką z włókniny szklanej rozpoznamy po symbolu G.

Włóknina poliestrowa

To najbardziej elastyczna z dotychczas omawianych osnów i bardzo wytrzymała mechanicznie. Jej rozciągliwość względna może dochodzić nawet do 60%. Również wytrzymałość na rozrywanie jest bardzo wysoka i podobnie jak w przypadku tkaniny szklanej ok. 2 – 3 krotnie wyższa niż w przypadku welonu szklanego czy tektury. Symbol wkładki to PV. Spotkać możemy również kombinację włókniny poliestrowej i nici szklano-poliestrowych, czy też siatki szklanej.

4. Co z czym?

Sprawdźmy zatem, jakie właściwości mają papy uwzględniając odpowiednią kombinatorykę osnowy i mieszanki bitumicznej:
– Papy oksydowane na tekturze. Jak wcześniej wspomniałem, papy te występują w dobrych marketach budowlanych. A na naszych budowach… czy powinny się pojawić? Jeżeli naprawiamy coś „na szybko” i zamierzamy przeprowadzić remont za np. miesiąc, bo dobry fachowiec nie ma wcześniej terminów – to tak. Dokupmy lepiszcze i naprawmy powstałe uszkodzenie. Do mocowania mechanicznego na stromej połaci raczej bym się nie palił, bo jedyne, co może pozostać na dachu po tygodniu – szczególnie latem – to gwoździe. Byle tylko nie żyć w przekonaniu, że wykonana naprawa jakoś zimę przetrzyma…
– Papy oksydowane na welonie szklanym, z racji swoich właściwości osnowy są zalecane właściwie wyłącznie jako bezpośrednia hydroizolacja na gruncie.
– Papy modyfikowane SBS na welonie szklanym powinny być stosowane jako izolacje poziome na stabilnych podłożach, również wielkopowierzchniowych, takich jak tarasy czy parkingi w przypadku pap podkładowych (separator warstw), zaś w połączeniu z papą wierzchniego krycia o takiej samej osnowie – jako pokrycie stropów monolitycznych. Głównym obostrzeniem zastosowania papy na welonie jest brak pracy powierzchni, na której jest układana, czyli nie może pokrywać konstrukcji drewnianych lub np. połączeń połaci dachu płaskiego z attykami.
– Papy modyfikowane SBS na tkaninie szklanej nie należy stosować jako wierzchnich warstw pokrycia, ponieważ wkładka charakteryzuje się dość małymi właściwościami pracy. Materiał taki świetnie się sprawdzi jako warstwa separująca (podkładowa), gdy poszukujemy materiału o wysokiej odporności na ogień i chcemy zaizolować np. styropian. Dzięki swojej stabilności wymiarowej nie faluje się na powierzchni po ułożeniu, dzięki czemu może być mocowana wyłącznie w sposób mechaniczny.
– Papy modyfikowane SBS na włókninie poliestrowej to papy o wszechstronnym przeznaczeniu. Ich zastosowanie będzie zależne od stopnia modyfikacji bitumu:
– papy na bitumie z dodatkiem SBS mogą być stosowane jako podkład i wierzchnia warstwa na konstrukcje betonowe i drewniane o umiarkowanej pracy np. papa podkładowa na pełne deskowanie jako warstwa wstępnego krycia pod dachówki.
– papy na bitumie o deklarowanej temperaturze giętkości -15°C są to papy do montażu nawet w warunkach późno jesiennych czy zimowych; są one dedykowane do układania na konstrukcjach drewnianych czy nawet metalowych, a także do wykonywania najbardziej wymagających prac dekarskich w tym wszelkich prac remontowych (istnieje możliwość układania pap na istniejących bitumach, po wcześniejszym zagruntowaniu powierzchni).
– papy na bitumie o deklarowanej giętkości powyżej -15°C to papy specjalistycznego przeznaczenia. Oczywiście można je stosować na konstrukcjach niestabilnych wymiarowo (pracujących), ale także na budowach znajdujących się w obszarze szkód górniczych oraz jako podkłady fundamentów.

Wszystkie papy na włókninie poliestrowej charakteryzują się zwiększoną odpornością na działanie zewnętrznych warunków atmosferycznych oraz na zewnętrzne uszkodzenia mechaniczne (np. przy gradobiciu czy odśnieżaniu). Dzieje się tak, ponieważ mimo największej gramatury, pomijając tekturę, włóknina poliestrowa w porównaniu do wcześniej stosowanych osnów poliestrowych jest wkładką cieńszą, co daje nam przy tej samej grubości papy o ponad 30 – 50% grubszą warstwę bitumu powyżej osnowy.
– papy z bitumem z dodatkiem modyfikatora lub też modyfikowane SBS, lecz na wkładce kombinowanej: welon szklany + włókna szklane nadają się wyłącznie na dachy o stabilnej konstrukcji np. dach y betonowe, z założeniem, że nie mogą być one poddane ruchom dynamicznym np. szkody górnicze czy porywy wiatru

– Papy z modyfikatorem APP na włókninie poliestrowej mogą być stosowane jako układ hydroizolacyjny na konstrukcje umiarkowanie niestabilne wymiarowo, ale ich główną zaletą jest przede wszystkim to, że są wysoce odporne na niekorzystne warunki środowiska tj. działanie kwasów, soli nieorganicznych czy ozonu, dzięki czemu zaleca się ich stosowane w obszarach przemysłowych.
– Papy na bitumie modyfikowanym APAO z wkładką z włókniny poliestrowej wykazują bardzo wysoką odporność na procesy starzenia, więc w naszej strefie klimatycznej polecane są szczególnie w miejscach, gdzie liczy się długotrwały efekt wizualny.

Tworząc układ warstw z pokryć bitumicznych/podkład + papa wierzchniego krycia należy pamiętać, że powinniśmy korzystać z tych samych kombinacji osnowa – bitum, a w najgorszym przypadku to, co znajduje się jako warstwa podkładowa, powinno być „lepsze”.

Ciesielstwo-Dekarstwo
Szczepański Rafał