Co warto wiedzieć o metalach stosowanych na dachach

Metale stanowią grupę materiałów o ogromnym znaczeniu w dekarstwie. Dlatego kolejne zeszyty „Wytycznych dekarskich”, wydawanych przez Polskie Stowarzyszenie Dekarzy, będą poświęcone pokryciom metalowym. Jest to tym ważniejsze, że ta grupa pokryć jest w Polsce od dawna popularna. W związku z tym dekarze powinni dobrze ją znać.

Tekst KRZYSZTOF PATOKA

Podstawowe problemy, ja­kie występują na dachach, stanowią zjawiska zwią­zane z częstymi zmiana­mi temperatury. Te permanentnie występujące skoki powodują zmiany stanu skupienia wody oraz zmiany wymiarów wie­lu materiałów, w tym metali (tabela 1). Z powodu korelacji obu tych istotnych zjawisk wywo­łanych oddziaływaniami atmos­ferycznymi, dachy są trudnym elementem budynków. Zimowe połączenie skutków kurczenia się metali (i innych tworzyw) ze skutkami rozszerzalności zama­rzającej wody jest surowym sprawdzianem umiejęt­ności nie tylko dekarza, ale również projektanta i nadzoru budowlanego. Zamarzanie i skraplanie się wody w połączeniu ze stale występującymi zmianami wy­miarów elementów metalowych powodują, że szczelność pokryć metalowych jest trudna do uzyska­nia. Szczególnie dotyczy to dachów niskonachylonych (o spadku 3-15°). Efekty tych zjawisk ściśle zależą od klimatu pa­nującego w regionie, w którym znajduje się budynek. Wynika to z mało docenianego, a mimo to niezwykle ważnego, dodatko­wego parametru: liczby cykli zmian tempe­ratury, w tym liczby jej przejść przez 0ºC. W Polsce jest ona nadal wysoka mimo ocieplenia klimatu.

Dla pokryć metalowych, ważne jest po­łączenie problemów wynikających z wyso­kiej rozszerzalności cieplnej metali z ich małą bezwładnością termiczną. Metale szybko przekazują ciepło i dlatego zmiany skupienia wody, występują bardzo szybko nad i pod pokryciami oraz wokół innych elementów dachowych. Jest to powodem łatwego pojawiania się skroplin pod pokry­ciami metalowymi.

SKRAPLANIE PARY WODNEJ

Warto zdawać sobie sprawę z wzajemnych powiązań między zmianami stanu skupie­nia wody nad pokryciami i pod nimi. Jeżeli rano na pokryciu metalowym jest rosa (lub szron) to w momencie pojawienia się Słońca jej ogrzanie powoduje pobór ciepła z blachy, która i tak jest po nocy zimna. Z powodu poboru tego ciepła para wodna

zawarta w powietrzu znajdującym się pod pokryciem skrapla się po zetknięciu z bla­chą. To zjawisko w momencie zaistnienia odbywa się w tej samej temperaturze, jaką ma metalowe pokrycie przed jego wystą­pieniem. O jego zaistnieniu decyduje wy­miana ciepła, która może odbywać się bez zmiany temperatury. Zmiana temperatury jest wtórna, ponieważ temperatura jest tyl­ko odzwierciedleniem ilości energii (ciepła) i następuje po wymianie tej energii (ciepła). Na tej samej zasadzie działają lodówki. Od­parowanie czynnika chłodzącego powodu­je pobór ciepła z wnętrza lodówki i później spadek temperatury.

Dlatego każdego ranka po wschodzie Słońca pod blachami zawsze jest skropli­na. Nie zawsze jednak jest dostrzegalna (nie zawsze kapie), ponieważ jej ilość za­leży od różnicy temperatur i wilgotności powietrza nad blachą i pod nią. Najwięk­sze ilości skroplin powstają w okresach, w których są duże różnice temperatur między nocą a dniem (zimne noce i sło­neczne ranki), a w powietrzu jest dużo wil­goci. Przy tej okazji trzeba stwierdzić, że to zjawisko zachodzi również pod innymi pokryciami, ale o jego intensywności de­cyduje czas wymiana ciepła i zmiany tem­peratury. Z tego powodu pod pokryciami z dachówek, które trudniej się ochładzają i nagrzewają, skroplina powstaje rzadziej i w mniejszych ilościach.

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA

Dobre wykonanie dachu wymaga wiedzy dotyczącej cech materiałów używanych do ich wykonania. Dlatego warto dobrze przeanalizować, jakie skutki wywołuje fakt, że metale mają dużą rozszerzalność cieplną. Dobrym przykładem takiej analizy jest rozstrzygnięcie, jaki wpływ na technikę dekarską mają wymiary metalowych ele­mentów pokryciowych. Z jednej strony: im pokrycie metalowe składa się z mniejszych fragmentów, tym lepiej znosi zmiany tem­peratury, ponieważ małe wymiary (długość i szerokość) dają mniejsze wielkości przy­rostów lub ubytków tych wymiarów (patrz ramka), co ma znaczenie dla trwałości po­krycia. Z drugiej strony: im wymiary (szcze­gólnie długość) są większe, tym pokrycie ma mniej połączeń i jest mniej wrażliwe na opady. Ten dylemat rozwiązuje się dobie­rając odpowiednią technikę i rodzaj pokry­cia do kąta nachylenia połaci. Im kąt jest mniejszy, tym bardziej opłaca się stosować długie arkusze do budowy pokrycia. Z tego powodu dawne pokrycia metalowe miały zdecydowanie częściej formę arkuszy blaszanych łączonych na różne rąbki lub zwoje. Te stare techniki doskonale radzą sobie z rozszerzalnością i szczelnością pokryć metalowych pod jednym wszakże warunkiem: gdy są fachowo (czyli bardzo dobrze) układane.

Nowe i uproszczone sposoby moco­wania arkuszy metalowych pojawiły się razem z pokryciami z blach profilowanych, a szczególnie razem z blachodachówką. Są one najczęściej mocowane za pomocą wkrętów samonawiercających nazywa­nych farmerami. To, że ta prosta technika mocowania sprawdziła się wynika z tego, że profile blachodachówki bardzo dobrze niwelują ruchy spowodowane rozszerzal­nością termiczną blach. Rozszerzalność wywołuje wydłużenia prostych i krótkich fragmentów wygięć tak, że profil kompen­suje te wydłużenia na wygięciach i farmery mogą utrzymać arkusze. Nie dzieje się to jednak tak łatwo, ponieważ trzeba spełnić wiele warunków, aby arkusze się nie ru­szały. Między innymi wkręty powinny być wkręcane z odpowiednią siłą tak, aby się nie luzowały i jednocześnie nie miażdżyły uszczelek, które stanowią o szczelności pokrycia. Sposób zamocowania, rodzaj i gatunek drewna, z jakiego są wykonane łaty oraz jakość wkrętów i uszczelek de­cydują, wraz z innymi jeszcze czynnikami, o czasie bezremontowego funkcjonowania tego rodzaju pokryć. Bardzo duże znacze­nie dla nich ma wentylacja pokrycia sku­tecznie usuwająca skropliny (co jest zbyt często ignorowane).

Kompletne pokrycia składają się jednak z wielu elementów wykończeniowych, któ­re również są wykonane z metalu. Na każ­dym dachu niezbędne są obróbki blachar­skie typu zlewnie koszowe, pasy: czołowe, nadrynnowe, szczytowe, które mają duże długości wynikające z wymiarów budyn­ków. Na każdym dachu są jeszcze obróbki kominów i innych instalacji przechodzą­cych przez pokrycia, które jednak mają naj­częściej krótkie wymiary i ich wydłużenia lub skurcze są mniejsze, co nie oznacza, że można je ignorować.

W celu lepszego poznania tematu, warto przeanalizować, jaki wpływ na stal będą miały dwa parametry: zmiany temperatury i długość początkowa elementu budowlane­go (rynny, pasa blachy itp.). Najłatwiej jest to pokazać za pomocą tabeli. Przyjęte w niej przyrosty temperatur należy wyjaśnić:

1. ΔT = 20ºC – to najczęściej występujący zakres zmian temperatur dziennych (na przykład: zimą od –5ºC do +15ºC; latem od +10ºC do +30ºC;
2. ΔT = 40ºC – to często występujący za­kres zmian dziennych i rocznych;
3. ΔT = 70ºC – to maksymalny występują­cy w Polsce roczny zakres zmian tem­peratur.

Zmiany dzienne to takie, które występują często w ciągu dnia. Warto zwrócić uwagę na to, że tabela pokazuje przyrosty długości elementów stalowych, które na dachach występują najczęściej w postaci blach. Bla­chy nagrzewają się i chłodzą szybko: nawet pojawienie się chmury w ciągu słoneczne­go dnia zmienia prawie natychmiastowo ich temperatury, szczególnie zimą. Z tego powodu ΔT = 40ºC też jest częstą zmianą dzienną występującą na powierzchni blach (na przykład od –10ºC do +30ºC w sło­neczny dzień w lutym).

Natomiast zmiany roczne są ważne z powodu sposobu mocowania blach czy rynien. Ich mocowanie zawsze jest wielopunktowe i dlatego niektóre miejsca mocowania są „bazowe” – od nich blacha się rozszerza lub kurczy. Dlatego warto po­znać maksymalne długości zmian wynika­jących z maksymalnych różnic temperatury (występujących czasami raz na wiele lat), aby znać maksymalne rozstawy krawędzi blaszanych elementów. Jest to istotne dla wyznaczenia zakładów i dylatacji.

Jednak najciekawsze wnioski płyną z tej tabeli dla krótkich elementów blaszanych. Otóż do wykonania obróbek blaszanych (kominowych, okapowych, szczytowych i attykowych) używa się najczęściej ar­kuszy blach o długości około 1,5-2,0 m. Z tego powodu w tabeli został umieszczo­ny zestaw wydłużeń dla elementu jedno-i dwumetrowego.

WŁAŚCIWOŚCI METALI A MOCOWANIE BLACHY NA DACHACH

Analizując wydłużenia takich „krótkich” elementów dachowych w najczęściej wy­stępujących różnicach temperatury 20ºC i 40ºC, można dojść do wniosku, że tak małe wydłużenia (do 1 mm) nie są groźne. Otóż jest to często popełniany błąd. O tym, czy tak małe wydłużenia są groźne czy też nie, decyduje sposób mocowania takich krótkich elementów. Powodem tego błędu jest zignorowanie liczby cykli zmian tempe­ratury blachy na dachu. Przy bardzo często (każdego dnia) występujących w Polsce ruchach termicznych blach ich mała dłu­gość wydłużenia (przy małych wymiarach) też działa destruktywnie, gdy są one zbyt prosto mocowane, na przykład farmerami. Doskonałą ilustracją tych problemów jest mocowanie obróbek osłaniających attyki, murki ogniowe, kominy itp. elementy far­merami. Po 2-3 latach farmery są wycią­gane z podłoża (fot.1). Jest to związane z działaniem wody. Farmery są mostkami termicznymi przyspieszającymi powstawa­nie wokół nich skroplin. Ta wilgoć groma­dzi się w drewnianym podkładzie, w który jest wkręcony farmer, co powoduje mecha­niczną i biologiczną degradację podkładu.

Oddzielnym, obszernym tematem do poruszenia przy tej okazji, jest technika mocowania pokryć z blach trapezowych (i falistych) oraz wpływ usytuowania połaci krytych blachami względem stron świata.

Natomiast pisząc o pokryciach meta­lowych należy pokazać problem korozji stykowej. Przy występującej współcześnie dominacji systemów firmowych wypraco­wanych i zalecanych przez producentów materiałów pokryciowych, problem ten nie występuje często. Jednak z powodu tej do­minacji wielu dekarzy i inżynierów nadzoru budowlanego „zapomina” o tym problemie. Otóż trzeba wiedzieć, że niektóre metale nie mogą się ze sobą stykać (tabela 3) oraz nie mogą być mocowane w jednej linii – jeden pod drugim, z powodu przenoszenia ładun­ków elektrycznych i zanieczyszczeń przez ściekającą wodę. Korozja stykowa jest również nazywana korozją galwaniczną, ponieważ jest spowodowana stykaniem się dwóch metali lub stopów o różnych poten­cjałach elektrycznych w obecności elektro­litu (woda). W konsekwencji tego (stykania się) powstaje ogniwo galwaniczne. Docho­dzi do procesu elektrochemicznego wytwa­rzającego prąd elektryczny, który powoduje korozję jednej z dwóch elektrod. Korozji ule­ga elektroda z „mniej szlachetnego” metalu (anoda – ta z większą elektroujemnością), podczas gdy katoda jest chroniona przed tym procesem. Połączenie dwóch metali o różnym potencjale elektrochemicznym, przy udziale elektrolitu sprawia, że metal mniej szlachetny ulega intensywnemu rozpuszczaniu.

Z powodu funkcjonowania tego typu zjawisk trzeba szczególnie uważać na kierunek spływania wody po elementach wykonanych z miedzi. Jony miedzi zawar­te w spływającej wodzie mogą sprzyjać korozji powierzchniowej aluminium, cynku i stali ocynkowanej. W szczególności, gdy chodzi o większe powierzchnie miedziane. Dlatego te metale nie powinny być stoso­wane w kierunku spływania wody po lub pod materiałami miedzianymi.

Na zakończenie trzeba zasygnalizować, że każdy z metali stosowanych na dachach występuje wyłącznie w postaci stopów, któ­re mogą różnić się znacząco co do ważnych dla dekarzy cech. Dobrym przykładem są pokrycia typu rąbkopodobne panele zatrza­skowe, które produkuje się ze sprężystych stali powlekanych, ale do wykonywania elementów uzupełniających powinno uży­wać się plastycznej stali bardziej podatnej ręcznej obróbce mechanicznej. Oba rodzaje stali wyglądają tak samo, ponieważ są tak samo powlekane. Przy okazji wspomnę, że ich kolor odgrywa ogromną rolę w proce­sie nagrzewania się dachów metalowych (to kolejny oddzielny temat). Jak wynika z tego zestawienia warto poszerzać wiedzę o metalach.

---

Literatura:

[1] Związek Dekarzy Niemieckich. Zbiór reguł. „Zasady techniczne dotyczące obróbki metali w branży pokryć dachowych” Wy­dawnictwo Rudolf Miller. Wydanie marzec 2011. Opracowane i wydane przez Związek Dekarzy Niemieckich – branża technologii wykonywania dachów, ścian i izolacji – e.V.

---