TESTOVÁNÍ HYDROIZOLAČNÍCH MATERIÁLŮ - KOMPATIBILITA ASFALTOVÝCH IZOLAČNÍCH PÁSŮ

Abstrakt
Tento příspěvek se zabývá  pevností spojů asfaltových izolačních pásů  na odloupnutí pro jednoplášťové ploché střechy. Jedná se o  zkoušky pevnosti spojů, kde jsou kombinovány různé materiály. Jsou zkoušeny asfaltové izolační pásy  s modifikací plastomery (PO), z oxidovaného asfaltu (OX) a s modifikací elastomery (SBS).

I. Úvod
V souvislosti s kombinací asfaltových izolačních pásů (AIP) s různě modifikovanou hmotou bylo nápsáno mnoho stránek. Především vždy byla zmiňována nevhodná kompatibilita modifikace APP s dalšími typy AIP.

V souvislosti s aplikací AIP s modifikací APP bylo prezentováno  velmi mnoho  názorů a ty byly často velmi protichůdné. Téma APP je možné rozdělit do čtyř základních okruhů, které však spolu velmi úzce souvisejí.
- materiálové charakteristiky modifikace APP,
- vzájemná kombinace AIP s modifikací APP s jinými typy asfaltových pásů,
- pevnosti spojů AIP s modifikací APP,
- stárnutí AIP s modifikací APP a s tím vzniklé poruchy.

Materiálové charakteristiky modifikace APP
Charakteristikou polymeru APP se zabýval Novotný (1999a) . První APP vznikal jako vedlejší produkt při výrobě IPP. Po jeho zevedení jako modifikátoru AIP nastává jeho nedostatek  a tak se začínají používat další polyolefíny.  Pouze v některé literatuře jsou souběžně s   modifikací APP uváděny další  možné modifikace polymery ze skupiny polyolefínů. Jedná se především o PE, PP, EVA, APAO a další. ,Malych,(1998),  Novotný (1999a), Fajkoš ( 2003), Plachý (2005b). Autoři pro zjednodušení terminologie zůstávají u označení APP, které také já budu používat v tomto příspěvku. Obecně lze říci, že vzniklá asfaltová směs modifikovaná těmito polymery má  plastický charakteru. Vývoj modifikace APP popsal naposledy velmi podrobně popsán v časopise Střechy, fasády, izolace Bozděch ( 2009).  Vlastnosti AIP modifikovanými APP jsou pak předmětem celé řady článků v různých periodikách.

Vzájemná kombinace AIP s modifikací APP s jinými typy asfaltových pásů
Tato kombinace je u některých výrobců a dodavatelů možná, jiní ji nedoporučují, nebo je přímo zakázána. Podrobně byla tato tématika naposledy opět analyzována v časopise Střechy, fasády, izolace. Bozděch ( 2009). 

Odolnost spojů AIP s modifikací APP
Odolností spojů ve smyku, a proti odloupnutí  se zabývalo několik autorů Novotný (1999b), Plachý, (2005b, 2006, 2008), Šmehyl (2005, 2006, 2007) a (Petříček, 2008), s velmi podobnými výsledky. Pevnosti byly porovnávány se spoji AIP s modifikací SBS a pásy z oxidovaného asfaltu. Pevnosti AIP s APP byly nesrovnatelně nižší.  Pevnosti pásů modifikovaných APP na odloupnutí při laboratorní teplotě tvořila 25-50% pevnosti pásů modifikovaných SBS.
Bohužel výsledky až na výjimky Novotný (1999b) neobsahují přesnější složení AIP, z hlediska použitých typů polymerů. Přehled výsledků Novotný (1999b) viz. tab. 1.  Pevnosti spojů z různých typů AIP z hlediska složení asfaltové hmoty publikovali pouze Mařík, Krupka (1998), kteří výsledky převzali od f. Trelleborg. Bohužel zde není uveden vzájemný spoj APP, SBS, který do kombinace chybí. Určitě zajímavý výsledek je ale pevnost spoje z oxidovaného asfaltu a APP. Pevnost po umělém stárnutí odpovídající 10 letům je 0 N/50 mm. Přehled výsledků viz. tab. 2. Výsledky v tab.1 a tab.2 byly přepočítány na společné jednotky N/50 mm. Velikost spoje není uvedena ani u jednoho z autorů. Velikost spoje však na výslednou pevnost nemá vliv Šmehyl (2006).

Graf. 1: Pevnost v odlupování v N/50 mm
 

Rychlost posunu čelistí 200mm/min
*Umělé stárnutí reprezentuje 6 měsíční pobyt hydroizilace v klimatizované komoře pod neustálým působením UV záření a proudícího ozónu.
Zdroj: Novotný, 1999b

Graf. 2: Pevnost pro různé typy materiálů v N/50 mm

*Umělé stárnutí odpovídá 10 letům přirozeného stárnutí
 Zdroj: Mařík, Krupka (1998)

Stárnutí AIP s modifikací APP a s tím vzniklé poruchy
Stárnutí AIP se projevuje především tvrdnutím asfaltového pásu a snížením pevnosti ve spojích  jak uvádí Fajkoš ( 2003), Parys (2003) nebo  Bozděch (2009) Proces stárnutí a jeho důsledky pak popsal Novotný (1999a,b, 2000), který uvádí jako základní princip rozdílné objemové hmotnosti APP a asfaltu. Lehčí APP vystupuje na povrch, kde vzniká olejová vrstvička , která způsobuje snížení pevnosti ve spojích. S tímto nesouhlasí  Chaloupka (2005), který uvádí, že takovýto  případ by mohl nastat pouze jen u velmi tekutých směsí při min. teplotě 180°C.
Snížení pevnosti ve spojích AIP během jejich stárnutí je dáno rozdílným chemickým složením polymerů APP, SBS a asfaltu. Na začátku chci upozornit, že modifikátory netvoří s asfaltem chemickou sloučeninu. Pro základní přehled uvádím i princip stárnutí modifikace SBS.
Kopolymer SBS  patří do skupiny blokových  polymerů a APP do  skupiny polyolefínů.
V případě kopolymeru SBS se jedná o směs s asfaltem, která díky aromatické podobě s asfaltem (styren má aromatický charakter) vytváří zasíťování v podobě 3 rozměrné fyzikální sítě mezi polystyrenovými bloky v asfaltu.  Mechanické vlastnosti a jejich stálost v čase  je dána 3 rozměrnou fyzikální sítí, kde butadienová vazba zajištuje elasticitu celé polymer-asfaltové  směsi. Stárnutím v čase, působením vnějších klimatických podmínek, dochází k přerušování vazeb a tím ztrátě elastických vlastností.
V případě APP a obecně polyolefínů, je příbuznost s asfaltem podstatně menší. APP (polyolefíny) s  asfaltem vytváří emulzi. V závislosti na čase dochází k separaci jednotlivých fází (asfaltu a polymeru), které je způsobené jejich rozdílným povrchovým napětím. Dále je způsobené rozdílnou velikostí molekul obou fází a jejich pohyblivostí.  Díky této separaci dochází ke snížení pevnosti ve spojích.

Závěr k použití modifikace APP
Souhrn k modifikaci APP provedl podrobně Bozděch (2009) s následujícími závěry. Cituji:“
• samovolné postupné snižování adheze vrstev, zejména spojů,až do oddělení pásů, možná i s nemožností kotvení,
• vypocování olejů nebo polypropylenu na povrchu nebo na rozhranní vrstev,
• špatná natavitelnost na oxidované asfalty, SBS asfalty,
• těstovitý charakter hmoty se špatnou lepivostí i na skleněná vlákna,
• vyšší příjem vody než vykazují SBS hmoty, pěnění,
• nedměrné křehnutí (stárnutí) vlivem delšího působeí zvýšené teploty,
• malá odolnost na pohyblivých podkladech,
• obtížná natavitelnost pásů zejména s KK nad 150°C,
• plasticita hmoty brání samovolné regeneraci vznikajících deformací,
• větší odolnost proti atmosférické korozi je možná jen vzhledová.“

Vlivy na stárnutí a vznikné poruchy spočívají:
• v použitách surovinách
- asfaltu ( jeho chemickém složení představovaném procentuálním zastoupením asfalténů, malténů, saturnů a   ),
- polymer (typ polymeru, množství polymeru, disperzi polymeru v asfaltu),
- plnivo (množství, typ plniva z hlediska tvaru),
• na podmínkách provádění
- teplota AIP ,
- teplota prostředí,
• na kvalitě provedení
- min. velikost provedení spoje,
- kontrolní výtok asfaltové hmoty ve spoji (housenka).

II. Materiál pro experimentální část a metodika provádění zkoušek
Běžně jsou v odborné literatuře používány dva termíny pro modifikace AIP a to modifikace SBS a APP. U těchto termínů je nutné se zastavit. SBS je modifikace elastomerového charakteru, která je představována kopolymerem styren- butadien-styren. Modifikace APP představuje modifikaci plastického charakteru.
Modifikace SBS. Tento typ polymeru se používá prakticky bez velkých úprav od svého vzniku do dnešních dnů. Jednotlivé typy polymer se liší % zastoupením styrénu a počtem dvojbloků styren-budadien.V případě u polymerů pro které se používá označení APP je situace jiná, jak jsem uvedl v předchozích řádcích označení APP platí pro ataktický polypropylen, který vzniká při výrobě IPP. Použití APP je dnes při výrobě okrajové. Jako modifikátor se používají  polymery ze skupiny polyolefínů. Tyto polymery jsou dnes  primárně vyráběny pro výrobu modifikovaných asfaltů. Tyto modifikované asfalty se pak používají na střechy a jiné typy na vozovky. Kvalita asfaltové směsi vyráběné z PO je z hlediska mechanických parametrů vyšší, což dokládají i výsledky v tab. 1 (Novotný, 1999b), kde pevnost v odlupování u polymerů primární chemické syntézy – polyolefíny (PO) je srovnatelná s SBS, zatímco u sekundární chemické syntézy (APP) je nižší a cca 30% . Rozdíl je pak především vidět u zkoušky po stárnutí, kde je pokles téměř na 60% původní pevnosti. Ne všichni výrobci ale PO používají. Zde vidím „základní problém“, proč jsou některé APP pásy problematické a jiné nikoliv.. Tyto pásy jsou již jiné, ale jak je uvedeno v předchozí části u SBS modifikace a u pásů z oxidovaného asfaltu nedošlo v posledních letech k takovým změnám jako u modifikací s plastomery.

Pro vlastní zkoušky  byly připraveny vzorky pro kombinace AIP s hmotou z SBS+SBS, SBS+OX, SBS+APP, APP+APP, OX+OX.  Z kapacitních důvodů a na základě dřívějších výsledků (Novotný,1999b) jsou výsledky  prováděny při laboratorní teplotě +23°C a +50°C, s počtem zkušebních těles a metodiky dle ČSN EN 12317-1:2000. Nízký počet zkušebních těles  (ZT), kterých je pouze 5, klade velmi vysoké nároky na přípravu vlastních ZT. Zkoušky jsou prováděny jako nové po termickém stárnutí při +70°C po 2 ,4, 8 týdnech. Výhodnocení je provedeno pouze pro Fmax.

Obr.č.1. Pevnost spojů na odlup. 1-rám trhacího stoje, 2- upnutí zkušebního tělesa, 3- spoj asfaltového pásu.

III. Výsledky

Laboratorní výsledky měření odolnosti proti odlupování, Fmax (N/50mm) jsou uvedeny v grafu. 3.

Graf. 3: Odolnost proti odlupování ve spojích pro různé typy materiálů

Zdroj: vlastní

IV. Diskuse
Pevnost spoje při 23°C u všech kombinací s výjimkou u SBS+PO v závislosti na stárnutí stoupá, ale i v této kombinaci je dostatečně vysoká v porovnání s pevností s OX.
Pevnost spoje při 50°C opět neklesá, ale u kombinace PO+OX jsou pevnosti velmi nízké. Tato pevnost je cca na 50% pevnosti spoje OX+OX což může být kritická pevnost.
 U kombinací pevností spojů jsou výsledky při +23°C a +50°C z hlediska změn srovnatelné. Výjimku tvoří kombinace SBS+PO. Při 23°C. V závislosti na stárnutí vzorku a různé teplotě nedochází k výrazným změnám.
Spoj SBS+PO. Výsledná pevnost tohoto spoje je pod pevností samotného spoje PO+PO, přestože pevnost SBS+SBS je cca o 100% vyšší než pevnost PO+PO. Výsledek tedy ukazuje na dagradaci tohoto spoje.
Spoj SBS+OX. Výsledná pevnost tohoto spoje je vyšší než samotného spoje OX+OX. Z výsledku lze usuzovat, že nedochází k degradaci tohoto spoje.
Spoj PO+OX. Výsledná pevnost tohoto spoje je pod pevností samotného spoje OX+OX, přestože pevnost OX+OX tvoří cca 25-30% pevnost PO+PO. Výsledek tedy ukazuje na degradaci tohoto spoje.
 Výsledky laboratorních měření v grafu č.3  ukazují na nízkou pevnost spojů pásu z oxidovaného asfaltu v kombinaci s pásy SBS, APP.  Pevnost na odlupování u  modifikace SBS + SBS a PO+ PO sice nedosahuje hodnot uvedených v tab.1 (Novotný, 1999b), ale  hodnoty jsou vyšší než výsledky uvedené u Šmehyla (2006,2007) a Plachého (2005b). U těchto autorů ale bylo v případě plastomerních pásů pracováno s blíže neidentifikovatelnou hmotou s označením APP. Velmi nízká pevnost u kombinace PO+OX koresponduje s výsledky OX+APP (Mařík, Krupka 1998). Na rozdíl od výše uvedených autorů dochází ale k výraznému poklesu pevnosti ( jak při 23°C  tak 50°C) pouze u kombinace pásů  SBS+PO. Zjištění příčiny těchto nízkých hodnot bude předmětem dalšího výzkumu, včetně analytického vyhodnocení asfaltové hmoty.

V. Závěr
Výsledky ukázaly, že samotný materiál PO dosahuje dostatečným parametrů ve srovnání s oxidovanými materiály, ale v kombinaci s modifikací SBS a oxidovaným asfaltem dochází ke snížení pevnosti. Především při  kombinaci s oxidovaným asfaltem je pevnost velmi nízká a proto by při  návrhu spojů z těchto materiálu měly být spoje posuzovány v širších souvislostech vůči navrhované konstrukci.  Pro  zachycení případných výraznější změn v pevnostech spojů AIP bude nutné prodloužit dobu stárnutí vzorků.

Použité zdroje
[1] PLACHÝ, J.,2005a. Spoje asfaltovaných izolačních pásů za působení teploty ve skladbě jednoplášťových plochých střech, Střechy, fasády, izolace, 12(11), 22 -23.
[2] PLACHÝ, J.,2005b. Spoje asfaltovaných izolačních pásů za působení času a teploty ve skladbě jednoplášťových plochých střech. Disertační práce .VUT FAST Brno.
[3] PLACHÝ, J.,2006. Spoje asfaltovaných izolačních pásů za působení času a stáří  ve skladbě jednoplášťových plochých střech, Střechy, fasády, izolace, 13(1), 22 -23.
[4] FAJKOŠ,A. PLACHÝ, J .PETŘÍČEK, T. 2008. Pevnost spojů jednovrstvých mechanicky kotvených asfaltových pásů. Sympózium Strechy 2008, STU Bratislava, Bratislava 2008, ISBN 978-80-227-2990-1.
[5] BOZDĚCH,Z., 2009. Cesty k modifikaci asfaltových pásů a sporná APP modifikace. Střechy, fasády, izolace. 16(1-3), 14-17,10-16,54-58.
[6] FAJKOŠ,A., NOVOTNY, M.,2003. Střechy-základní konstrukce. Praha: Grada Publishing,a.s. ISBN 80-247-0681-4.
[7] CHALOUPKA,, 2005. Střechy-základní konstrukce. Praha: Grada Publishing,a.s. ISBN 80-247-0681-4.
[8] MALYCH,P.,2001. Objemové změny asfaltových povlakových ktytín plochých striech od teplotného zaťažania. Disertačná práca. Bratislava.
[9] MAŘÍK, R.,KRUPKA,J. ,1998. Mechanicky kotvené  jednovrstvé systémy. Praha: Dektrade.
[10] MLEZIVA, J., ŠNUPÁREK, J., 2000. Polymery.výroba, struktura,vlastnosti,použití.. Praha: S. ISBN 80-85920-72-7.
[11] NOVOTNY, M., 1999a. Modifikátory asfaltových izolačních materiálů. Střechy, fasády, izolace. 7(3), 34 -35.
[12] NOVOTNY, M., 1999b. Stárnutí asfaltových pásových izolačních materiálů-modifikovaných APP. Střechy, fasády, izolace. 7(11), 44 -45.
[13] NOVOTNY, M., 2000. Filozofie vývoje současných asfaltových hydroizolačních materiálů se zaměřením na technologii zpracování. Zborník zo sympózia Strechy 2000. Bratislava: STU Bratislava, Cech strechárov Slovenska, 2000.
[14] NOVOTNY, M., 2005. Degradace hydroizolačních msteriálů. Střechy, fasády, izolace. 12(12), 28.
[15] PARYS, A.,2003. Rozměrové změny, stárnutí a nosná vložka, Střechy, fasády, izolace, 10(5), 30.
[16] ŠMEHYL, R.,2005. Laboratórna analýza spojov povlakovej krytiny z asfaltovaných pásov. Zborník zo sympózia Strechy 2005. Bratislava: STU Bratislava, Cech strechárov Slovenska, 2005.
[17] ŠMEHYL, R., 2006. Spoj povlakovej krytiny z asfaltovaných pásov a jeho odolnosť. Zborník zo sympózia Strechy 2006. Bratislava: STU Bratislava, Cech strechárov Slovenska, 2006. ISBN 80-227-2529-3.
[18] ŠMEHYL, R., 2007. Poruchy povlakových krytín z asfaltovaných pásov. Zborník zo sympózia Strechy 2007. Bratislava: STU Bratislava, Cech strechárov Slovenska, 2007. ISBN 987-80-227-2764-8.
 [19] ČSN EN 13707 + A2:2009. Hydroizolační pásy a fólie - Vyztužené asfaltové pásy pro hydroizolaci střech - Definice a charakteristiky. 2. vyd. Praha: Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2009-12-01. Třídící znak 727601.
[20] ČSN EN 12317-1:2000. Hydroizolační pásy a fólie - Část 1: Asfaltové pásy pro hydroizolaci střech - Stanovení smykové odolnosti ve spojích. . Praha: Český normalizační institut. 2000-11-01. Třídící znak 727639.
[21] ČSN EN 12316-1:2000. Hydroizolační pásy a fólie - Část 1: Asfaltové pásy pro hydroizolaci střech - Stanovení odolnosti proti odlupování ve spojích. Praha: Český normalizační institut. 2000-11-01. Třídící znak 727638.

Klíčová slova:
vyztužené asfaltové hydroizolační pásy, modifikace APP (atactic polypropylene), modifikace SBS (styren-butadien-styren), smyková odolnost ve spojích,  odolnost proti odlupování ve spojích.

Tento příspěvek byl prezentován na konferenci IZOLACE 2012