Trendy w zakresie stosowanych technologii izolacji dachów płaskich

Dotyczy to również technologii izolacji dachów płaskich, a kilka czynników ma na to szczególnie istotny wpływ. Do tych czynników należy zaliczyć:

• dekarbonatyzację budownictwa,
• bezrobocie strukturalne,
• współczesne zasady projektowania,
• automatyzację i robotyzację,
• zasady zrównoważonego rozwoju w budownictwie „sustainability”,
• klimatyczne zmiany meteorologiczne.

Dekarbonatyzacja budownictwa

W związku z porozumieniem paryskim [1], które nakłada na nas zobowiązanie, aby globalne antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych netto osiągnęły poziom zerowy około 2050 r., Unia Europejska, w ramach Europejskiego Zielonego Ładu, zakłada redukcję emisji gazów cieplarnianych o 55% do 2030 r. Osiągnięcie tych celów ma być możliwe dzięki dekarbonatyzacji wszystkich sektorów gospodarki, w tym również budownictwa.

Znaczenie budownictwa w procesie dochodzenia do neutralności klimatycznej jest kolosalne. Najświeższe dane pokazują, że budynki odpowiadają za 38% światowych emisji CO₂, przy czym 28% pochodzi z eksploatacji budynków, a 10% z procesów wytwarzania materiałów i technologii wykorzystywanych w budownictwie (wbudowany ślad węglowy).

Aby osiągnąć neutralność klimatyczną, rynek budowlany musi przejść proces transformacji i konieczna jest modyfikacja podejścia do wyboru stosowanych w budownictwie materiałów i technologii, w których izolacje dachów mają bardzo istotne znaczenie.

Najbardziej popularne dzisiaj technologie izolacji dachów płaskich to oczywiście papy bitumiczne, które są brane pod lupę jako jedne z pierwszych technologii, gdyż charakteryzują się wysokim poziomem śladu węglowego, czyli całkowitej emisji gazów cieplarnianych podczas pełnego cyklu życia produktu. Pod pojęciem pełnego cyklu życia produktu należy rozumieć proces produkcji, instalacji, użytkowania i utylizacji.

Choć sama ilość emisji dwutlenku węgla podczas produkcji papy nie jest znacząco wyższa niż przy produkcji innych typów izolacji, jak np. elastomerów, to jednak w pełnym cyklu życia wraz z utylizacją różnica ta staje się znacząca, co oznacza, że w przyszłości izolacje z papy bitumicznej będą musiały ustąpić miejsca mniej emisyjnym rozwiązaniom.

Bezrobocie strukturalne

Drugim czynnikiem przyczyniającym się do zmian trendów technologicznych w zakresie izolacji dachów płaskich jest bezrobocie strukturalne. Transformacja edukacji w podążaniu za oczekiwaniami rynku pracy sprawiła, że od wielu lat największy odsetek ludzi zdobywa wykształcenie w takich zawodach, jak informatyka, marketing, zarządzanie, grafika itd., co oznacza, że do systemu od lat nie wpływali w odpowiednich ilościach wykwalifikowani pracownicy w zawodach do pracy fizycznej. Dziś jest to bardzo odczuwalne w wielu branżach, nie tylko w budownictwie.

Choć na budowach brakuje rąk do pracy już niemal we wszystkich fazach budowy od cieśli i zbrojarzy, murarzy i tynkarzy aż po dekarzy, młodzi ludzie kończący dziś proces edukacji nie tylko nie są nauczeni prac we wspomnianych zawodach, ale nie zamierzają trudnić się tak ciężką pracą fizyczną [2]. Jednocześnie co roku na emeryturę odpływa z puli pracowników trudniących się tymi zawodami część doświadczonych fachowców.

Ministerstwo Edukacji i Nauki pośród zawodów, na które w najbliższych latach będzie największe zapotrzebowanie na rynku pracy [3], wymienia dekarzy i techników dekarstwa jako wskazanie, w jakim kierunku powinna kształtować się oferta szkolnictwa branżowego. To pokazuje, jak dramatyczna jest obecnie sytuacja w tradycyjnym dekarstwie i nic nie zapowiada, żeby ten pogarszający się stan miał się zmienić na lepsze.

Wykonywanie izolacji dachu z papy wbrew pozorom nie należy do łatwych zajęć, a odpowiedzialność za jakość tych prac jest ogromna. Każda drobna niedokładność wynikająca z braku doświadczenia, powodująca nieszczelność dachu i zalanie przestrzeni poniżej, może być w swoich skutkach wysoce kosztowna [4]. Zwłaszcza jeżeli mówimy o budownictwie przemysłowym z wysoce zautomatyzowaną elektronicznie linią produkcyjną pod dachem. Możliwość, a w zasadzie częstotliwość popełniania tego typu błędów jest wprost proporcjonalna do stopnia skomplikowania geometrii izolowanej powierzchni. Najczęściej występujące nieszczelności izolacji z papy w arkuszach występują w obrębie detali wymagających zakładek przy elementach wystających ponad połać dachu.

Niestety, współczesny sposób projektowania budynków przemysłowych, w celu optymalnego wykorzystania wewnętrznych przestrzeni, wyprowadza ponad połać dachu duże ilości różnego rodzaju elementów, np.:

• świetliki,
• klatki schodowe,
• centrale wentylacyjne i klimatyzatory,
• rozdzielnie elektryczne,
• instalacje oświetleniowe,
• czerpnie i wyrzutnie instalacji nawiewno-wywiewnej,
• podkonstrukcje do kratownic i przegród.

Wykonanie izolacji tak złożonego geometrycznie dachu z papy bitumicznej wymaga odpowiedniego wykształcenia i praktyki w szkołach zawodowych, a tymczasem od wielu lat doświadczamy w tym zakresie znaczny deficyt.

Wspomniane powyżej bezrobocie strukturalne wymusza na nas postępującą automatyzację i robotyzację procesów produkcyjnych we wszystkich gałęziach przemysłu. Przykładem takiej automatyzacji i robotyzacji w dziedzinie dekarstwa jest technologia izolacji natryskowych, która w znacznym stopniu przyspiesza proces wykonywania obróbek skomplikowanych geometrycznie detali, eliminując jednocześnie ryzyko błędów wykonawczych.

Zrównoważony rozwój

Wzrastający nacisk na zasady zrównoważonego rozwoju w budownictwie „sustainability” w głównej mierze koncentruje się na stosowaniu materiałów i technologii o długim cyklu życia. Choć jakość i trwałość izolacji z papy bitumicznej jest coraz lepsza, to większość tego typu produktów ma stosunkowo krótki czas życia, gdyż ulega starzeniu się i wymaga wykonania nowej warstwy izolacji po okresie około 10 lat.

Jeżeli proces starzenia się papy w momencie wykonywania kolejnej warstwy jest zaawansowany, to istniejąca warstwa nie nadaje się na podkład pod nową warstwę izolacji i musi zostać usunięta i zutylizowana. To właśnie cykliczna utylizacja bitumicznych izolacji dachów w znacznej mierze odpowiada za bardzo wysoki poziom śladu węglowego w okresie eksploatacji budynków.

Oddziaływanie deszczu i śniegu na dach płaski

Kolejnym czynnikiem, którego nie można pominąć w tych rozważaniach, są zmiany klimatyczne. Wszyscy obserwujemy występujące z coraz większą częstotliwością nagłe i intensywne zjawiska meteorologiczne w postaci gwałtownych opadów deszczu w okresie letnim, jak i śnieżyce w zimnych okresach i to nie tylko w północnej części Europy, ale również krajach południowych. Meteorolodzy ostrzegają przed nasilaniem się tego typu zjawisk w przyszłości.

Na trendy w zakresie technologii izolacji dachów płaskich będą miały wpływ przede wszystkim te ponadnormatywne opady śniegu, gdyż w przeciwieństwie do opadów deszczu zalegający na dachu śnieg bardziej negatywnie oddziałuje na izolację dachu.

Bezpośrednia siła oddziaływania deszczu na izolację jest łagodna, mało agresywna i nie powoduje uszkodzeń mechanicznych izolacji dachu podczas opadu. Oddziaływanie na izolację jest krótkotrwałe i tymczasowe. W zasadzie należy uznać, że opady deszczu nie powodują działania wody pod hydrostatycznym ciśnieniem na izolowaną powierzchnię. Woda opadowa spływa pod wpływem grawitacji zgodnie z nachyleniem dachu do odwodnień. Po ustaniu opadów reszta wilgoci odparowuje i oddziaływanie wody na izolację ustępuje.

Bezpośrednia siła oddziaływania opadów śniegu na izolację jest również łagodna, mało agresywna i nie powoduje bezpośrednio uszkodzeń mechanicznych izolacji dachu podczas opadu. Jednak jego oddziaływanie na izolację jest długotrwałe – powoli topniejąc, oddziałuje na izolację jako stałe obciążenie wodą. Po ustaniu opadów obciążenie nie ustępuje, dodatkowo kumuluje się wraz z kolejnymi opadami.

Choć bezpośrednio sam opad śniegu nie powoduje uszkodzeń mechanicznych izolacji dachu, to jednak jego usuwanie może prowadzić do jej rozszczelnienia. Zwłaszcza gdy zakłady połączeń kolejnych arkuszy izolacji zostały przegrzane lub niedogrzane odpowiednio podczas jej układania.

Zalegający śnieg uniemożliwia swobodne spływanie wody, zmieniając obciążenie z chwilowego w ciągłe. W takiej sytuacji wymagane są izolacje ciężkie, odporne na ciągłe oddziaływanie wody.

Topniejący śnieg umożliwia penetrację wody również na powierzchni pionowych płaszczyzn wyniesionych ponad podstawową połać dachu. Tutaj rośnie znaczenie szczelnych obróbek detali, które przy tradycyjnych systemach pokryć dachowych są trudne do wykonania.

Przy małym nachyleniu dachu zgrubienia na zakładkach izolacji układanych w arkuszach uniemożliwiają spływanie wody do odwodnień. Takie sytuacje mogą prowadzić do utraty właściwości elastycznych (parcenie) pod wpływem długotrwałego i ciągłego oddziaływania wody w miejscach zastoin. A ponadto ciągłe oddziaływanie wody powoduje korozję stalowych elementów lub pokrycia z blachy. Zamarzająca woda w drobnych szczelinach rozsadza je, zwiększając swoją objętość i powiększając rozmiar początkowych uszkodzeń.

Dodatkowo kumulujące się opady śniegu mogą powodować duże obciążenie uginające połać dachu, wywołując duże naprężenia rozciągające. Ograniczona elastyczność i rozciągliwość izolacji papowych przy takich naprężeniach rozciągających może powodować jej rozdarcie lub pęknięcie.

Obciążenie słońcem również negatywnie oddziałuje na pokrycia dachowe. Nagrzewając powierzchnię, rozmiękcza i upłynnia materiały termoplastyczne, prowadząc do deformacji. A stygnąc w nocy, konstrukcja potrafi się istotnie kurczyć, wywołując dodatkowe naprężenia rozciągające, które mogą rozerwać izolację.

Biorąc pod uwagę powyższe aspekty, nikogo nie dziwi, że już dziś możemy w Europie zauważyć powolne wypieranie bitumicznych izolacji dachów płaskich przez technologie natryskowych izolacji elastomerowych jak powłoki polimocznikowe.

Idzie nowe

Kalifornijski Departament Transportu po długim etapie badań, kalkulacji kosztów i analiz zdecydował się na zastosowanie ochronnych powłok polimocznikowych (aromatyczny polimocznik z lakierem poliasparginowym) do zabezpieczenia żelbetowej konstrukcji mostu San Mateo-Hayward w aktywnym sejsmicznie obszarze nad wrażliwą dla środowiska zatoką San Francisco.

Most Mateo-Hayward (zwany potocznie mostem San Mateo) łączy Półwysep San Francisco z Zatoką Wschodnią. Zachodni kraniec mostu znajduje się w Foster City, na przedmieściach na wschodnim krańcu San Mateo. Wschodni kraniec mostu znajduje się w Hayward. Jest to najdłuższy most w Kalifornii. Most jest własnością stanu Kalifornia i jest utrzymywany przez California Department of Transportation (Caltrans), stanową agencję autostrad. Został wybudowany w 1929 r. i, wówczas mając długość ponad 11 km, był najdłuższym mostem na świecie.

Dlaczego Caltrans zdecydował się podczas remontu z rozbudową tego mostu na zastosowanie do zabezpieczenia jego konstrukcji betonowej tak drogiej technologii? - ponieważ wszelkie wyliczenia wykazały, że jej zastosowanie, pomimo tego, że bardzo kosztowne w fazie inwestycji, pozwoli im zaoszczędzić ogromnie dużo pieniędzy.

Jak to możliwe? - badania i symulacje długości cyklu życia tej konstrukcji w modelowaniu z zabezpieczeniem aromatycznym polimocznikiem i poliasparginowym lakierem ochronnym przed promieniowaniem UV zostały obliczone na zapewnienie 125 lat trwałości okresu użytkowania [5].

125 lat bez ponoszenia kosztów kolejnych renowacji? 125 lat bez wyłączania z użytkowania i strat finansowych w wyniku tych przestojów na płatnym moście? To są realne oszczędności.

Podobne wyliczenia dotyczące wydłużenia trwałości konstrukcji żelbetowych fundamentów słupów elektroenergetycznych z 60 do 120 lat i wielomilionowych oszczędności wynikających z zastosowania powłok ochronnych z membrany polimocznikowej przedstawił Karol Wirth w publikacji pod tytułem „Słupy elektroenergetyczne – normy, trwałość” [6]. Obliczając dwukrotne wydłużenie cyklu życia, Karol Wirth przedstawił, jak ogromne oszczędności przynosi optymalizacja kosztów cyklu życia budowli.

Cykl życia membrany polimocznikowej został potwierdzony w badaniu korelacji Arrcheniusa zgodnie z normą EN ISO 2578 (RYS. 1). Proces degradacji materiału jest zależny od temperatur oddziałujących na membranę w okresie użytkowania.

Badanie wykazało, że proces rozkładu w temperaturze 95°C przebiega stosunkowo szybko. Następnie wyniki syntezy ekstrapolowano do 30°C. Taka ekstrapolacja wskazuje, że membrana użytkowana w temperaturze ok. 30°C jest stabilna, a proces rozkładu przebiega bardzo wolno i prognozowany czas degradacji materiału przekracza nawet 100 lat.

Literatura

1. „Dekarbonatyzacja budownictwa”, Polskie Stowarzyszenie Budownictwa Ekologicznego.
2. M. Frączek, „Polityka rynku pracy. Teoria i praktyka”, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa 2016.
3. Obwieszczenie Ministra Edukacji i Nauki z dnia 27 stycznia 2021 r. w sprawie prognozy zapotrzebowania na pracowników w zawodach szkolnictwa branżowego na krajowym i wojewódzkim rynku pracy.
4. M. Rokiel, „Hydroizolacje w budownictwie”, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2009.
5. P.E Mi Asnaashari, R. Jon Grafton, M. Johnnie, „Precast Concrete Design – Construction of San Mateo-Hayward Bridge Widening Project”, January 2005.
6. K. Wirth, „Słupy elektroenergetyczne – normy, trwałość”, „Inżynier Budownictwa”, 15.01.2020.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!