Nowoczesne powłoki polimocznikowe do ochrony konstrukcji żelbetowych

Technologia polimoczników opiera się na dwukomponentowym systemie żywic (amina + izocyjanian), które po wygrzaniu obu składników do określonej temperatury aplikuje się metodą natrysku.

Pierwsze kompozycje i zastosowania miały miejsce w Stanach Zjednoczonych, w latach 80. ubiegłego wieku. Produkty te pojawiły się na rynku jako wersja handlowa z przeznaczeniem do budownictwa w 1987 r. Ich sprzedaż w 1990 r. wyniosła zaledwie 5 ton w skali światowej, podczas gdy już w 2006 r. osiągnęła poziom 35 000 ton.

Zapotrzebowanie na te produkty szacowano w 2013 r. na ponad 164 000 ton, a prognoza na 2020 r. jest na poziomie co najmniej 225 000 ton. W bardzo znaczącym stopniu do takiego wzrostu zainteresowania tą technologią przyczynił się równoległy postęp w konstruowaniu nowoczesnych pomp natryskowych, ich dostęp oraz serwis (FOT. 1 i FOT. 2).

Technologia ta jest stosowana coraz częściej w Europie, przy czym produkty te zaliczane są do szerszej grupy poliuretanów. Stały rozwój w zakresie kolejnych obszarów zastosowań polimoczników wyraźnie wskazuje na jej ogromny potencjał.

Zgodnie z definicją opracowaną przez Europejskie Stowarzyszenie PDA Europe polimocznik (lub inaczej elastomer polimocznikowy) jest substancją powstałą wskutek reakcji dwóch składników: izocyjanianu oraz mieszanki żywicy.

Izocyjanian może występować w dwóch odmianach: jako aromatyczny lub alifatyczny. Dodatkowo może być monomerem, polimerem lub mieszanką tychże wariantów.

Izocyjanian występuje w postaci quasi-prepolimeru lub samego prepolimeru. Oba mogą być zbudowane z amin zakończonych żywicą polimerową lub z hydroksylów zakończonych żywicą polimerową. Ważne, aby żywica w tym związku miała postać aminową, czyli nieposiadającą grupy hydroksylowej. W większości przypadków nie zawiera także katalizatora. W jej składzie mogą dodatkowo występować pigmenty, dzięki którym uzyskuje się barwne powłoki.

Łańcuchowa budowa polimerów pozwala na tzw. ruchy segmentalne. Dzięki tej właściwości, po przyłożeniu sił zewnętrznych, obserwuje się jedynie wygięcie łańcuchów, a nie ich zerwanie. Po ustaniu oddziaływania siły wracają one do swojego pierwotnego kształtu. Ta charakterystyczna cecha zapewnia nienaruszalność struktury powłoki, co z kolei przekłada się na wysoką trwałość, skuteczność i niezawodność systemu ochronnego wykonanego z powłoki polimocznikowej.

Aplikacja powłoki polimocznikowej następuje przez bezpośredni natrysk na wybrane podłoża mieszaniny obu składników. Do tego stosuje się specjalistyczne wysokociśnieniowe urządzenia natryskowe (ciśnienie komponentów w głowicy mieszającej wynosi powyżej 100 barów), równocześnie podgrzewające oba komponenty do temp. ok. 75°C.

W bardzo krótkim czasie następuje polimeryzacja, w wyniku której powstaje związana, trwała i odporna warstwa elastomeru polimocznikowego. W zależności od kompozycji uzyskuje się powłoki o różnorodnych właściwościach fizycznych.

Charakterystyka powłok wykonanych z użyciem polimoczników, jak i sam proces aplikacji, wskazują powłoki ochronne jako jeden z głównych kierunków zastosowań - zarówno w zakresie konstrukcji żelbetowych, jak i stalowych.

Kolejną zaletą izolacji natryskowych jest metoda szybkiego i dokładnego nanoszenia na dużych powierzchniach wraz z elementami o zróżnicowanej geometrii i współczynniku rozszerzalności termicznej. W przypadku tradycyjnych technologii zawsze stanowi to duże wyzwanie i wymaga stosowania dodatkowych rozwiązań.

Dzięki tak zaawansowanej technologii obiekt, na którym są prowadzone prace z użyciem powłok polimocznikowych, może być oddany do eksploatacji w bardzo krótkim czasie po zakończeniu prac. W przypadku remontu lub wykonywania napraw w znacznym stopniu redukuje to wysokie koszty związane z wyłączeniem obiektu z użytkowania.

Główna charakterystyka powłok polimocznikowych

Powłoki polimocznikowe charakteryzują się następującymi cechami, które uzyskuje się bezpośrednio po aplikacji:

• nieograniczona ochrona antykorozyjna elementów stalowych;
• łatwe i szczelne układanie na skomplikowanych kształtach z przejściem stal - beton,
• odwzorowanie detali;
• wysoka odporność chemiczna na większość agresywnych chemikaliów, rozpuszczalników, kwasów i zasad;
• bardzo wysoki współczynnik rozciągliwości w zakresie od 250% do 355%;
• wytrzymałość na zerwanie: 126 N/mm²;
• wysoka stabilność termiczna w zakresie temperatur –40°C do +120°C,
• odporność na promieniowanie UV, promieniowanie energetyczne i inne czynniki zewnętrzne;
• mostkuje rysy do 2,0 mm powstałe w konstrukcji bez utraty szczelności przy grubości powłoki ok. 2,5 mm;
• bardzo wysoka przyczepności przy zastosowaniu systemu;
• wytrzymałość na odrywanie na podłożu stalowym ≥ 7,0 N/mm²;
• wysoka odporność na ścieranie w warunkach mokrych i suchych;
• zgodnie z normą PN-EN 13813:2003 [1] klasa AR 0,5;
• metoda rynny Darmstadt przy 250 000 cykli - 0,03 mm;
• bardzo wysoka odporność na udarność;
• wodoszczelna, odporna na chlor i słoną wodę, nieparoprzepuszczalna, nie zawiera rozpuszczalników.

Wskazane właściwości powłok polimocznikowych mogą znajdować zastosowanie w trzech głównych obszarach:

• powierzchniowa ochrona zbiorników w gospodarce wodno-ściekowej,
• powłoki ochronne połaci dachowych,
• hydroizolacja płyt pomostowych mostów, wiaduktów i parkingów.

Nie tylko w zakresie badań laboratoryjnych, lecz także w praktyce potwierdziła się doskonała przyczepność do bardzo zróżnicowanych podłoży, jak beton, stal, aluminium, tworzywa sztuczne, piany PUR, polistyren ekstrudowany, wełna mineralna, powłoki papowe itp.

Podłoża pod systemy polimocznikowe wymagają wnikliwej oceny ich rodzaju i stanu technicznego. Właściwe przygotowanie podłoża (w tym gruntowanie) stanowi o trwałości całego systemu i skuteczności wykonywanej powłoki. W wielu przypadkach, gdzie podłożem jest polistyren ekstrudowany lub wełna mineralna, nie ma konieczności gruntowania. Dlatego też można znaleźć wiele rozwiązań materiałowych spełniających wymagania dla różnego rodzaju podłoży.

Ochrona konstrukcji w gospodarce wodno-ściekowej

Powłoki z polimoczników stanowią bardzo dobrą ochronę systemu obiektów technologicznych oraz zamontowanych tam urządzeń służących do oczyszczania ścieków. Dotyczy to konstrukcji betonowych lub stalowych w nowo budowanych oczyszczalniach ścieków oraz w modernizowanych obiektach. Ogromny potencjał parametrów technicznych powłok wykorzystuje się przy zabezpieczaniu konstrukcji przypisanych do tej grupy obiektów, jak zbiorniki na wodę technologiczną, zbiorniki na wodę pitną, zbiorniki fermentacyjne, kanały, studzienki itp. (FOT. 3 zdjęcie główne) i FOT. 4).

Powłoki ochronne powierzchni dachowych

Konstrukcje dachowe często po krótkim czasie wymagają renowacji ze względu na specyficzny rodzaj obciążeń (statyczne, dynamiczne i termiczne). Dotyczy to dachów o różnym kącie nachylenia i zróżnicowanej geometrii powierzchni. Tradycyjne pokrycia dachowe w formie arkuszy czy rolek nie są skuteczne w tym obszarze z uwagi na montaż wielu instalacji (systemów klimatyzacji, wentylacji, anten telekomunikacyjnych, naświetleń, systemów odwodnieniowych, instalacji odgromowych itp.).

Bardzo dobrze w takich obszarach spisują się powłoki polimocznikowe, które łatwo natryskuje się na skomplikowanych kształtach powierzchni dachu (FOT. 5 i FOT. 6).

W wielu przypadkach nie jest wymagane usuwanie istniejących pokryć dachowych, a jedynie ich odpowiednie przygotowanie. Bardzo krótki czas naprawy i szybka odporność na warunki eksploatacyjne minimalizuje ryzyko uszkodzeń.

Izolacjo-nawierzchnie konstrukcji mostowych i inżynierskich

Ekstremalne warunki eksploatacji na skutek oddziaływania warunków atmosferycznych oraz obciążeń dynamicznych wywołanych przez ruch pojazdów mechanicznych konstrukcji mostów, nawierzchni dróg, parkingów itp. wymagają zastosowania technologii, którą dziś określamy izolacjo-nawierzchnią.

Poza funkcją wodoszczelności powłoki muszą spełniać wysokie wymagania w zakresie odporności na ścieranie, wykazywać się wysoką elastycznością i wysokim współczynnikiem rozciągliwości. Parametr ten jest bardzo istotny i przy wartościach od 250% do 355% daje gwarancję pokrywania rys o dynamicznym charakterze pracy. Takie wymagania mogą spełnić tylko powłoki polimocznikowe (FOT. 7).

Tace awaryjne w przemyśle chemicznym

W przemyśle chemicznym wiele substancji stanowi zagrożenie dla środowiska. Dlatego też wszystkie instalacje są wyposażone w tace awaryjne, które są w stanie wychwycić i zgromadzić substancje niebezpieczne. Szczelność powłok polimocznikowych, ich wysoka chemoodporność, możliwość przeprężania rys i odporność na warunki atmosferyczne to cechy, które są idealnym rozwiązaniem dla takich obszarów (FOT. 8).

Odprowadzanie ładunków elektrostatycznych

Obszary zastosowań nie ograniczają się tylko do ochrony konstrukcji stalowych i betonowych w zakresie odporności chemicznej. Modyfikacje i specyficzne właściwości poszczególnych odmian polimocznikówumożliwiają zastosowanie powłok natryskowych jako posadzek antyelektrostatycznych.

Spełnianie wymagań zawartych w normie PN-EN (IEC) 61340-5-1 [2] oraz szybkość wykonania takiej nawierzchni czyni rozwiązanie bardzo atrakcyjnym dla potencjalnych inwestorów. Zasadniczym parametrem charakteryzującym posadzkę antyelektrostatyczną jest rezystancja upływu do uziemienia, gdzie wartość musi być niższa niż 1 GΩ.

Ochrona przed oddziaływaniem prądów błądzących

Ochrona konstrukcji stalowych i innych elementów przed negatywnym oddziaływania prądów błądzących jest kolejną dziedziną, gdzie proponowana technologia w oparciu o wybrane produkty ma zastosowanie w praktyce (FOT. 9 i FOT. 10).

Wybrana grupa produktów spełnia wymagania normy w systemach budowy torowisk w celu ochrony przed negatywnymi skutkami prądów błądzących według wymagań normy PN-EN 50122-2:2008 [3].

Literatura

1. PN-EN 13813:2003, "Podkłady podłogowe oraz materiały do ich wykonania. Materiały. Właściwości i wymagania".
2. PN-EN 61340-5-1:2017-01, "Elektryczność statyczna. Część 5-1: Ochrona przyrządów elektronicznych przed elektrycznością statyczną. Wymagania ogólne".
3. PN-EN 50122-2:2008, "Zastosowania kolejowe. Urządzenia stacjonarne. Bezpieczeństwo elektryczne, uziemianie i sieć powrotna. Część 2: Środki ochrony przed skutkami prądów błądzących powodowanych przez systemy trakcji prądu stałego".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!