Trwałość obiektów inżynierskich jest uzależniona od właściwego zabezpieczenia konstrukcji przed destrukcyjnym działaniem czynników korozyjnych oraz atmosferycznych (fot. na górze). Jednym ze sposobów, które pozwalają przedłużyć trwałość tych konstrukcji, jest właściwe konstruowanie elementów oraz wybór materiałów do budowy.
Obecnie stosuje się najczęściej izolacje z pap zgrzewalnych, które zamiast tradycyjnych materiałów bitumicznych (asfaltu, smoły) zawierają asfalty ponaftowe modyfikowane polimerami. Warunkiem podstawowym przy wyborze polimerów do modyfikacji asfaltów jest podobny charakter reologiczny tych materiałów. Dobiera się więc polimery o właściwościach termoplastycznych podobnych do właściwości asfaltów. W zależności od warunków klimatycznych do modyfikacji asfaltów i otrzymywania mas powłokowych stosuje się głównie dwa polimery: kopolimer styren-butadien-styren (w skrócie SBS) oraz ataktyczny polipropylen (w skrócie APP). Pierwszy z nich jest elastomerem, a drugi plastomerem.
Główną cechą polimeroasfaltu, która decyduje o jego przydatności w materiałach izolacyjnych, zwłaszcza papowych, jest znacznie szerszy niż w czystych asfaltach przedział plastyczności, czyli różnica między temperaturą mięknienia (według PiK) i łamliwości (według Fraassa). Na zakres plastyczności oraz inne cechy reologiczne polimeroasfaltów wpływa nie tylko rodzaj polimeru, lecz także jego ilość. Nie ulega wątpliwości, że poprawy jakości tego rodzaju mieszanek należy upatrywać również w innego rodzaju składnikach i dodatkach, takich jak: asfalt czy wypełniacz. Dużym utrudnieniem dla inżynierów budownictwa jest wybór z bardzo bogatej oferty hand lowej tego typu materiałów wyrobu odpowiedniego zarówno pod względem właściwości technicznych, jak i ceny. Problem polega na tym, że badania stosowane przez jednostki aprobacyjne są bardzo uproszczone i nie eliminują wyrobów słabych jakościowo. Stąd głównym czynnikiem oceny jakości staje się cena wyrobu, która nie zawsze gwarantuje wymagane parametry techniczne. Zachodzi więc obawa nadużyć ze strony niesolidnych producentów dotycząca podwyższania cen wyrobów o niedostatecznej jakości.
Z uwagi na nietypowe warunki pracy materiałów hydroizolacyjnych bardzo istotne są parametry izolacji przeciwwodnej, takie jak jej elastyczność i przyczepność, oraz parametry związane z ochroną antykorozyjną i technologią układania. Na parametry te duży wpływ ma skład masy powłokowej. Niestety, obecna metodyka badawcza w stosunku do masy powłokowej jest powierzchowna i ogranicza się do określenia temperatury mięknienia (według PiK) oraz łamliwości (według Fraassa). Parametry te według autora nie mogą stanowić obiektywnej oceny jakości masy powłokowej. Wśród istniejących badań normowych i aprobacyjnych brakuje badań, które pozwoliłyby określić rodzaj i przynajmniej przybliżoną ilość polimeru użytego do modyfikacji asfaltowej masy powłokowej oraz zawartość w niej wypełniacza mineralnego.
Materiały użyte do badań
Do badań wytypowano trzy rżne papy zgrzewalne przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnej na betonowych obiektach inżynierskich, które oznaczono jako A, B i C. Polimeroasfaltowe papy zgrzewalne użyte do badań mają osnowę w postaci włókniny poliestrowej powleczonej obustronnie masą powłokową, którą stanowi asfalt modyfikowany polimerem. Wierzchnią warstwę stanowi posypka, a dolną folia polietylenowa, która zabezpiecza arkusze przed sklejeniem się w rolce. Ze względu na to, że przeszłość termomechaniczna asfaltu modyfikowanego może mieć duży wpływ na jego pźniejsze zachowanie, zrezygnowano z wytapiania masy powłokowej [1–3]. Masę do badań otrzymano przez mechaniczne oddzielenie jej od osnowy.
Badania normowe
W tabeli przedstawiono wyniki wybranych badań tradycyjnych, z których wynika, że badane papy zgrzewalne spełniają wymagania zawarte w normach i aprobatach technicznych. Ponadto, biorąc pod uwagę zbliżone wartości siły zrywającej i wydłużenia przy zerwaniu, można przypuszczać, że we wszystkich badanych papach osnowa była identyczna. Natomiast wymagania dotyczące właściwości mechanicznych są spełnione z dużym zapasem, czego nie można powiedzieć o właściwościach dotyczących masy powłokowej.
Badania niekonwencjonalne
Oznaczenie zawartości wypełniacza mineralnego
Badanie ekstrakcji metodą Soxhleta wykonano w celu określenia wszystkich składników papy ze szczególnym uwzględnieniem zawartości wypełniacza w masie powłokowej. Do badania przygotowano po 8 próbek każdej papy w kształcie prostokąta o szerokości 1,5 cm i długości gilzy aparatu. Jako rozpuszczalnik zastosowano czterochloroetylen [8]. Wypełniacz mineralny uzyskano w wyniku przesączenia przez bibułę filtracyjną otrzymanych roztworów masy powłokowej w rozpuszczalniku. Wyniki badań ekstrakcji papy w formie graficznej przedstawiono na rys. 1. Na ich podstawie można stwierdzić, że najwięcej wypełniacza mineralnego zawiera papa oznaczona jako B, a najmniej A. Można przypuszczać, że masa powłokowa B z największą ilością wypełniacza będzie charakteryzować się dużą sztywnością w niskich temperaturach.
Oznaczenie lepkości dynamicznej masy powłokowej
Polimeroasfalt, podobnie jak asfalt, jest układem koloidalnym, który charakteryzuje się w zależności od struktury lepkością strukturalną ηstr [7,9]. Lepkość ta wraz z lepkością newtonowską ηN stanowi lepkość efektywną η, zgodnie ze wzorem:
η = ηstr + ηN (1).
Lepkość newtonowska jest wartością stałą w danej temperaturze i nie podlega zmianie w wyniku zmiany prędkości ścinania. Związana jest przede wszystkim z lepkością czystego asfaltu i lepkością polimeru po zniszczeniu jego struktury. Lepkość strukturalna związana jest natomiast ze strukturą polimeru. Zależy nie tylko od prędkości ścinania, lecz także od temperatury [6]. Wykonując zatem pomiar lepkości dynamicznej przy rżnych prędkościach ścinania, w prosty sposób można określić reologiczny charakter badanego materiału.
W badaniach wykorzystano wiskozymetr Brookfielda, który jest lepkościomierzem obrotowym. Pomiaru lepkości dokonuje się przez obracanie zanurzonej w płynie końcówki pomiarowej (wrzeciona), które sprzężone jest z kalibrowaną sprężyną. Siła oporu, wynikająca z lepkości płynu, hamuje obracające się wrzeciono i powoduje odkształcenie się sprężyny, którego stopień skrętu mierzony jest elektronicznie. System Termosel zapewnia utrzymanie temperatury z dokładnością ±1% [5]. Badanie lepkości przeprowadzono w 8 temperaturach i przy maksymalnej liczbie poziomów prędkości obrotowej wrzeciona.
