Promieniowanie ultrafioletowe na i w dachu

W artykule poświęconym tworzywom sztucznym stosowanym na dachach opublikowanym w „Naszym Dekarzu” w numerze marzec-kwiecień 2019, zamieściliśmy rysunek pokazujący wszystkie czynniki degradujące te tworzywa. Jednym z nich jest promieniowanie ultrafioletowe (oznaczane symbolem UV) zawarte w świetle słonecznym (typ oddziaływań – fotodegradacja).

Tekst KRZYSZTOF PATOKA

Niedokończony dach od strony północno-wschodniej. Uszkodzenia w postaci wykruszeń filmu funkcyjnego zaczęły się pojawiać po roku. To zdjęcia zostało wykonane po 2 latach od zbudowania dachu. FOT.: KRZYSZTOF PATOKA

Na dachach montuje się najwięcej produktów z tworzyw sztucznych w postaci detali z polichlorku winylu (PVC), poliwęglanu (PC), polimetakrylanu metylu (PMMA), polietylenu (PE) i polipropylenu (PP). Ekspozycja wszystkich tych tworzyw na światło słoneczne ma negatywny wpływ na ich żywotność. Zawarte w świetle promieniowanie ultrafioletowe (UV) rozbija wiązania chemiczne tych polimerów, w wyniku czego ulegają one różnym uszkodzeniom: sztywnieniu, pękaniu i odbarwianiu.

Jednak najbardziej widoczne zmiany wywołane działaniem UV dotyczą tych materiałów, które są cienkie i z tego powodu są łatwo prześwietlane przez światło słoneczne. Takimi produktami są membrany (MWK) i folie wstępnego krycia (FWK). Z powodu ich małej grubości i przezroczystości światło z promieniowaniem UV przechodzi przez całą ich masę. Dla innych tworzyw stosowanych do produkcji elementów montowanych na dachach zjawisko to jest mniej groźne, gdyż wszystkie te produkty są po prostu dużo grubsze, zwarte w masie i nieprzejrzyste. Dlatego obserwowane przez dekarzy uszkodzenia produktów dachowych z tworzyw dotyczą głównie MWK (rzadziej stosowane FWK) i paroizolacji, które są dużo cieńsze niż pozostałe produkty wytwarzane z tworzyw sztucznych i montowane na dachach.

W celu zwiększenia odporności na działania UV polimerów stosowanych na dachach, producenci dodają do nich specjalne dodatki (nazywane stabilizatorami UV), spowalniające procesy degradacji. W chwili obecnej istnieje bardzo dużo substancji stosowanych jako stabilizatory, które są ściśle wyspecjalizowane jako dodatki do konkretnych tworzyw i ich konkretnych zastosowań. Ilość dodawanych substancji jest określana przez wyspecjalizowanych producentów na drodze eksperymentalnej.

Uszkodzenia materiałów

Stopień uszkodzenia tworzyw sztucznych przez promieniowanie UV zależy od trzech czynników: ich grubości, przezroczystości i rodzaju promieniowania UV. Każde tworzywo ma swój zabójczy zakres promieniowania. Wiedząc o tym można chronić te tworzywa przed szybką degradacją za pomocą odpowiednich stabilizatorów, ale nigdy nie można całkowicie zatrzymać procesów rozkładu wywoływanego przez UV. Problemem jest to, że stosowane stabilizatory UV są zużywane, „wypalane”. Czyli istnieje zawsze taki czas ekspozycji, po którym te dodatki zanikają. Z tego powodu, ważna jest grubość i przezroczystość tworzywa. Im jest ono grubsze i mniej przenikliwe dla promieniowania, tym jest trwalsze. Wyroby z PVC lub PP montowane na dachach są w większości grube i nieprzezroczyste.

Z tego powodu wytrzymują wiele lat w formie rynien, kominków lub membran pokryciowych. Ich uszkodzenia, wywołane UV w postaci odbarwień i sztywnienia, rzadko obniżają ich właściwości eksploatacyjne na tyle, aby wyroby te nie spełniały swojej funkcji.

Gorzej jest z foliami i membranami wstępnego krycia (FWK i MWK). Są one wytwarzane z polietylenu (PE) i polipropylenu (PP) w formie cienkich, lekkich i elastycznych materiałów łatwych z tego powodu w zastosowaniu. Jednak ta podstawowa cecha – cienkość, której często towarzyszy przezroczystość – jest powodem łatwego ich uszkadzania przez promieniowanie UV. Co prawda ich przeznaczeniem jest wnętrze dachu, gdzie tego promieniowania nie ma lub jest go mało, ale zdarza się, że z powodu błędnych decyzji są one zbyt długo wystawione na działanie światła, co powoduje ich uszkodzenia.

Wiadomo, że uszkodzenia MWK wywołane UV mogą się zdarzyć tylko wtedy, gdy:
• MWK leży na więźbie zbyt długo bez pokrycia zasadniczego;
• pokrycie zasadnicze jest ułożone wadliwe ze szparami lub dziurami;
• MWK jest zbyt długo naświetlana od strony poddasza;
• MWK jest zbyt długo naświetlana w okapie, który nie jest osłonięty podbitką.

Uszkodzenia występują najszybciej wtedy, gdy promieniowanie słoneczne pada bezpośrednio na MWK. Z tego powodu wszelkie dziury i szpary w pokryciach dachów są groźne dla tych membran, chociaż sam proces uszkadzania zależy od wielkości tych dziur i przebiega zależnie od ich usytuowania. Dużo dłużej trwa uszkadzanie, jeśli promieniowanie UV odbija się od różnych powierzchni, gdyż wówczas jest przez te powierzchnie rozpraszane i pochłaniane.

Z wieloletnich badań prowadzonych przez firmę Marma Polskie Folie wynika, że najwięcej uszkodzeń MWK następuje z powodu ich wieloletniego naświetlenia od spodu, od strony poddasza. W Polsce wiele budynków ma poddasza zaprojektowane jako mieszkalne i dlatego w dachach jest wiele okien połaciowych lub zwykłych okien montowanych w lukarnach i ścianach szczytowych budynków. Takie poddasza stoją przez wiele lat, czekając na wykończenie. W tym czasie MWK nie są osłaniane przed światłem słonecznym. Zwykłe szyby tylko w minimalnym stopniu osłabiają promieniowanie UV i dlatego membrany znajdujące się zbyt długo pod jego wpływem są uszkadzane. Jeżeli dodatkowo znacząca część stabilizatorów uodparniających została zużyta w trakcie układania to proces rozkładu MWK od strony poddasza jest przyspieszony. Problemy wynikające z uszkadzania MWK wynikają więc z niewiedzy. Warto wiedzieć to, że naświetlanie od wewnątrz jest najczęstszą przyczyną powstawania uszkodzeń MWK. Natomiast uszkodzenia przez szpary i dziury nie są tak częste, ponieważ membrany podlegają wtedy umiarkowanemu naświetlaniu. Wynika to z przemieszczania się Słońca po nieboskłonie, czego efektem jest krótki czas bezpośredniego naświetlania MWK. Doskonale ilustruje to rys.1.

Promienie słoneczne (a z nimi UV) docierające do membrany przez dziurę w dachówce padają na określony punkt tylko raz w roku. W każdej chwili Słońce jest gdzie indziej i naświetla te same miejsca dopiero po upływie roku. W ten sposób małe szpary i dziury uszkadzają MWK bardzo powoli. Rysunek pokazuje skrajne położenia promienia słonecznego, przechodzącego przez celowo wykonaną dziurę w dachówce na dachu badawczym znajdującym się w Nowej Dębie (na rysunku podane są namiary). Z tego prostego eksperymentu wynika, że uszkodzeniu ulegnie tylko określony obszar (przypominający wycinek koła) membrany i to po kilkudziesięciu latach. Tempo uszkodzeń przez dziury lub szpary zależy bowiem od ich wielkości, kąta nachylenia połaci, od strony świata, w którą jest wystawiona płaszczyzna dachu i od liczby dni słonecznych w roku. Dodatkowym, zmiennym czynnikiem jest zawartość promieniowania UV w świetle słonecznym. Zwiększenie dawki UV może nastąpić wskutek działania „dziury ozonowej”. Jak z tego wynika, jest wiele oddziaływań, które są zmienne i trudne do przewidzenia.

Promieniowanie UV i normy

Z tego powodu ważne jest, aby przyjąć rozsądne kryteria określenia tego problemu, szczególnie wobec konieczności oceny wszystkich produkowanych membran przy dopuszczaniu ich do sprzedaży. Obecnie w Unii Europejskiej wszystkie MWK produkuje się i dopuszcza do stosowania (sprzedaży) według obowiązującej normy PN-EN 13859 -1: 2010, która nakazuje wykonanie sztucznego starzenia membrany według norm: PN-EN 1297 i 1296 ze zmianami z PN-EN 13859 -1 załącznik C. Przed i po starzeniu bada się: odporność na przesiąkanie (PN-EN 1928)¸odporność na rozciąganie i wydłużenie (PN-EN 12311-1: 2010). Warunki badania starzeniowego membran wstępnego krycia (według PN-EN 13859 -1: 2010, załącznik C) są następujące: temperatura badania 50°C (+3/-0); czas ekspozycji na światło UV 336 h (28 dni po 12 godzin lub 56 dni po 6 godzin). Odpowiada to 55 MJ/m2 energii napromieniowania w czasie badania starzeniowego. Źródłem światła w tych badaniach są lampy UVA, wytwarzające nieco większą ilość UV niż jest to w świetle dziennym (PN-EN 4892-1, PN-EN 4892-3). Wiadomo, że w promieniowaniu słonecznym jest około 3% UV.

Wprowadzenie badań starzeniowych dla folii i membran wstępnego krycia bardzo urealniło wymagania wobec tych materiałów, przyczyniając się do lepszej ich weryfikacji. Sztuczne starzenie w specjalnych urządzeniach imitujących przyspieszone działania czynników atmosferycznych spowodowało, że są one lepiej przygotowane do warunków realnie występujących na dachach. Dotyczy to szczególnie działania promieniowania UV i temperatury, która intensyfikuje procesy degradacji wywołanej tym promieniowaniem.

Tego typu obowiązkowe badania dla MWK są dużo lepszym rozwiązaniem niż wymagania stosowane przed 2004 rokiem, polegające na podawaniu wyliczanej odporności tych materiałów na działanie promieni słonecznych, określanej w jednostkach czasu. Wymagano od producentów, aby podawali odporność swoich produktów (folii, membran, farb itp. materiałów) w czasie, w którym funkcjonowały wypalane środki uodparniające (stabilizatory). Czas ten oznaczał okres działania tych stabilizatorów i był wyznaczany na drodze wyliczeń opartych o uśrednione dane, dotyczące intensywności naświetlania.

Po upływie tego czasu stabilizatory miały zniknąć, przestać działać. Jednak zdarzało się, że działały dłużej, bo UV było mniej. Jak się okazało był to bardzo wadliwy system, który stworzył dodatkowo fałszywą informację. Otóż większość handlowców (słabo zorientowanych) dorobiła do tych „czasów odporności na UV” teorię, że jest to okres dla dekarza, pozwalający na pozostawienie MWK bez pokrycia zasadniczego. To powoduje do dzisiaj ogromne straty i problemy. Ta zgubna teoria spowodowała również utratę zaufania do MWK, ponieważ narażone na działanie promieniowania słonecznego, a potem doświetlane od spodu, często zaczynały pękać po 3-5 latach. Wynika z tego, że wszyscy, którzy piszą w informacjach handlowych, że membrana lub folia mają kilkumiesięczną odporność na UV wyrządzają wszystkim ogromną szkodę.

Według przepisów i norm europejskich nie podaje się odporności na UV, lecz bada się każdą MWK w procesach starzeniowych i gdy MWK spełnia określone w normach wymagania może być stosowana na dachach. Przy tej okazji warto wspomnieć, że te firmy, które podają odporność na UV w miesiącach nie mogą podać żadnej normy, według której określiły tę odporność, bo takich norm już nie ma. Określają ją „na oko”.


KRZYSZTOF PATOKA
ekspert z wieloletnim doświadczeniem współpracujący z Polskim Stowarzyszeniem Dekarzy; rzeczoznawca SITPMB przy NOT


Bibliografia:
PN-EN 13859 -1: 2008. Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby podkładowe o nieciągłych pokryć dachowych.
PN-EN ISO 4892-2:2 009. Tworzywa sztuczne — Metody ekspozycji na laboratoryjne źródła światła — Część 2: Źródła ksenonowe o wyładowaniu łukowym
PN-EN ISO 4892-3: 2006. Tworzywa sztuczne — Metody ekspozycji na laboratoryjne źródła światła — Część 3: Lampy fluorescencyjne UV
PN-EN 1296: 2002. Elastyczne wyroby wodochronne — Wyroby asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku do pokryć dachowych — Metoda sztucznego starzenia przez długotrwałe działanie podwyższonej temperatury
PN-EN 1297: 2006. Elastyczne wyroby wodochronne — Wyroby asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku do pokryć dachowych — Metoda sztucznego starzenia przez długotrwałą ekspozycję na łączne działanie promieniowania UV, podwyższonej temperatury i wody
PN-EN 1928: 2002. Elastyczne wyroby wodochronne — Wyroby asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku do izolacji wodochronnej dachów — Określanie wodoszczelności
PN-EN ISO 11501: 2005 . Tworzywa sztuczne — Folie i płyty — Oznaczanie zmian wymiarów liniowych w czasie ogrzewania

Napisz komentarz