Uszkodzenia styropianu grafitowego w systemach ociepleń ETICS

Barwa polistyrenu z dodatkami atermicznymi może być szarosrebrzysta, ciemnoszara lub czarna. Kolor jest uzależniony od konkretnego dodatku atermicznego i gęstości polistyrenu. Taki rodzaj polistyrenów nazywamy zwyczajowo styropianem grafitowym, styropianem czarnym lub styropianem szarym (nazwy używane zamiennie). Zastosowanie dodatku atermicznego powoduje obniżenie współczynnika przewodzenia ciepła do wartości λ = 0,031 W/(m∙K) dla materiałów o gęstości 25-30 kg/m³.

Stosowanie polistyrenów o ciemnej barwie oraz efekcie brylancji ma bardzo duży wpływ na powierzchniowe nagrzewanie się izolacji termicznej wystawionej na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Dodatki atermiczne zwykle zmniejszają temperaturę mięknienia polistyrenu o kilka stopni Celsjusza. Oznacza to, że tego rodzaju materiał może się uplastyczniać już w temperaturze ok. 85-90°C. Z jednej strony ułatwia to przetwórstwo, czyli spienianie i blokowanie polistyrenu, z drugiej jednak niekorzystnie wpływa na odporność na oddziaływanie promieniowania słonecznego oraz tendencje do nadtapiania powierzchni polistyrenu spienionego. Istnieje kilka sposobów, by zredukować ten efekt, ale jest to możliwe jedynie na etapie otrzymywania polimeru.

Budowa przegrody, jej usytuowanie w budynku oraz warunki środowiska zewnętrznego mają istotny wpływ na powstawanie uszkodzeń stosowanych materiałów termoizolacyjnych. W zależności od charakteru i lokalizacji izolacji termicznej ważne są także inne cechy techniczne materiałów termoizolacyjnych, w tym przede wszystkim [1]:

• stopień wytrzymałości mechanicznej,
• klasa palności,
• odporność na oddziaływanie wody,
• zdolność do przewodzenia pary wodnej,
• odporność na wchłanianie wody i zawilgocenie,
• wielkość absorpcji powierzchniowej,
• odporność na działanie czynników chemicznych,
• odporność na działanie czynników biologicznych.

Czynnikiem w istotnym stopniu oddziaływającym na izolację termiczną w systemach ociepleń jest także promieniowanie słoneczne.

Na problematykę wpływu temperatury na polistyren z dodatkami atermicznymi zwrócili uwagę autorzy licznych prac, będący członkami zróżnicowanych zespołów badawczych [1-11]. Informacji na temat skali rozważanego zagadnienia jest stosunkowo niewiele. Powyższą problematykę przedstawił w swoich publikacjach Jędrzejewski, który stwierdził m.in. iż gwałtowne zmiany temperatury na powierzchni styropianu czarnego przyczyniają się do powstania uszkodzeń na elewacjach budynków, w szczególności od strony południowej [2-3].

Szerokie badania i analizy na temat polistyrenów spienionych zostały wykonane przez Kondrot-Buchtę wraz z zespołem [4-7].

Problematyka wpływu promieniowania słonecznego była rozpatrywana zarówno w warunkach laboratoryjnych i naturalnych, jak i w symulacjach numerycznych. Stwierdzono, że temperatura na powierzchni styropianu w warunkach intensywnego promieniowania słonecznego może przekroczyć temperaturę mięknienia. Dodatkowo może dojść do odkształceń płyt termoizolacyjnych, prowadzących do oderwania się płyt polistyrenowych od podłoża ściennego. Zauważono również, iż wraz z dynamicznymi zmianami temperatury na powierzchni materiału (szybkie nagrzewanie się i stygnięcie) zmianie ulegają jego wymiary.

Dane producentów płyt styropianowych określają m.in. stabilność wymiarową pod wpływem określonej temperatury i wilgotności. Znaczy to, iż materiał, który zostanie poddany normatywnym warunkom cieplno-wilgotnościowym zachowuje swoje wymiary w ustalonym czasie. Przykładowo w warunkach normalnych (temperatura 23°C) materiał może zmienić swój pierwotny rozmiar o wartość maksymalną wyrażoną w procentach wynoszącą np. ± 0,2%. W bardziej niekorzystnych warunkach temperaturowych (70°C) stabilność wymiarowa płyt może wynosić np. ± 1% lub przekraczać tę wartość (± 2%).

Narażenie materiału na nadmierne bezpośrednie oddziaływanie promieniowania słonecznego może spowodować uszkodzenia polistyrenu. Istotę tego problemu prezentuje zdjęcie (FOT. 1) pochodzące z monografii, której autorami są Kussauer i Ruprecht [8].

Płyty polistyrenu z dodatkami atermicznymi nie powinny być stosowane w miejscach, w których będą długotrwale poddawane oddziaływaniu temperatury przekraczającej 80-85°C. Takie warunki termiczne mogą spowodować mięknienie i lokalne wytopienie się fragmentów płyt termoizolacji. Podobną sytuację można zaobserwować dla płyt styropianu grafitowego, składowanych na placach budów narażonych na bezpośrednie oddziaływanie słońca.

Podobny efekt może jeszcze zostać spotęgowany w przypadku składowania termoizolacji w obudowie z folii PVC przepuszczającej promieniowanie podczerwone, co prowadzi do powstania swego rodzaju efektu szklarni. Przykłady tego typu uszkodzeń można zauważyć na FOT. 2.

Uczestnicy procesu budowlanego, w tym kierownik budowy oraz inspektor nadzoru inwestorskiego, nie zawsze zdają sobie sprawę z negatywnego oddziaływania promieniowania słonecznego na styropian grafitowy. Aby złagodzić jego skutki stosowane są zróżnicowane środki ochronne w postaci siatek zabezpieczających na rusztowaniach (FOT. 3) bądź malowanie powierzchni styropianu powłoką zabezpieczającą koloru białego. Tego typu rozwiązania są obarczone ryzykiem niewłaściwego wykonania prac zabezpieczających.

Skuteczność podobnych działań jest uzależniona od dokładności wykonania technologii zabezpieczenia polistyrenu. Jak wykazuje praktyka, takie rozwiązania w niektórych przypadkach są zawodne. Wspomniane uszkodzenia, powstające na przyklejonym do powierzchni ściany styropianie grafitowym, zobrazowano na FOT. 4.

Innym sposobem ograniczenia oddziaływania promieniowania słonecznego na tego typu materiał jest stosowanie styropianu grafitowego z zewnętrzną zespoloną warstwą polistyrenu koloru białego. Przy tego typu rozwiązaniach eliminowany jest problem popełnienia błędów związanych z zabezpieczeniem izolacji termicznej na ścianach zewnętrznych. Jednak pod wpływem nagłych zmian temperatury polistyren także ulega odkształceniom.

Oddziaływaniom temperatury może towarzyszyć naprzemienny proces skurczu i rozszerzania materiału. Dochodzi wtedy do wystąpienia zmian geometrii poszczególnych płyt, czego efektem jest pojawienie się szczelin pomiędzy sąsiadującymi płytami termoizolacyjnymi. Skutki tego typu sytuacji można zaobserwować na FOT. 5, która przedstawia przerwanie powierzchni cienkiej warstwy zaprawy klejącej naniesionej na płytę styropianu wskutek zaistnienia procesów skurczowych.

Inny przykład przedstawiono na FOT. 6 - tu po kilku dniach intensywnego nasłonecznienia doszło do pojawienia się szczelin o znacznej rozwartości pomiędzy sąsiadującymi płytami.

Obok przestawionych uszkodzeń, zaistniałych pod wpływem oddziaływania promieniowania słonecznego, polistyren z dodatkami atermicznymi ma tendencje do rozszerzania i odkształcania prowadzącego do wyginania płyt w zróżnicowanych kierunkach. Tego typu deformacje mogą powodować uskoki na uprzednio wyrównanej płaszczyźnie ocieplonej ściany (FOT. 7 i FOT. 8). W przypadku pojawienia się takiej nieprawidłowości nie ma możliwości zapewnienia odpowiedniej przyczepności systemu ociepleń do ściany zewnętrznej, gwarantującej bezpieczeństwo użytkowania obiektu oraz wymaganą trwałość systemu ETICS. Ze względu na brak możliwości sprawdzenia każdej płyty izolacji termicznej konieczne jest całkowite usunięcie styropianu ze ściany.

W przypadku nagłej rozszerzalności termicznej sąsiadujące płyty wywierają wzajemny nacisk i oddziałują na siebie, powodując tym samym ich odspojenie od podłoża. Ma to miejsce w sytuacji, gdy wielkość naprężeń termicznych przekracza wytrzymałość zaprawy klejącej płyty na odrywanie od podłoża. Wpływ na tego typu sytuację ma także nieprawidłowy sposób nanoszenia zaprawy klejącej na płyty izolacji cieplnej (np. jedynie punktowo - FOT. 9).

Jak wykazuje praktyka budowlana, nie jest to jedyny powód występowania uszkodzeń. Tego typu sytuacje mają miejsce także w przypadku izolacji termicznej klejonej sposobem obwodowo-punktowym. Można domniemywać, iż do tego typu sytuacji szczególnie często dochodzi na początkowym etapie przytwierdzenia termoizolacji, kiedy to zaprawa klejąca nie osiąga jeszcze pełnej wytrzymałości na odrywanie. Odpadnięcie tak mocowanych płyt pokazano na FOT. 10 i FOT. 11.

Powstawanie przedstawionych uszkodzeń polistyrenu grafitowego podczas realizacji prac ociepleniowych w okresie narażenia na intensywne promieniowanie słoneczne jest obserwowane ze zróżnicowanym natężeniem. W wielu przypadkach uczestnicy procesu budowlanego nie zdają sobie sprawy z konsekwencji oddziaływania warunków atmosferycznych na materiał termoizolacyjny. Brak stosowania elementów zacieniających, ich niewłaściwe wykonanie i utrzymanie w trakcie prowadzenia ociepleń może spowodować nieodwracalne uszkodzenia termoizolacji. Niezapewnienie odpowiedniej przyczepności zdeformowanego styropianu do ściany może spowodować konieczność usunięcia całej uszkodzonej izolacji termicznej, skutkując nieprzewidywanymi kosztami dla wykonawców robót budowlanych.

Literatura

1. P. Krause, T. Steidl, "Uszkodzenia i naprawy przegród budowlanych w aspekcie izolacyjności termicznej", PWN, Warszawa 2017.
2. A. Jędrzejewski, "Uwaga czarny styropian (cz. 1)", "Tynki" 6/2012.
3. A. Jędrzejewski, "Uwaga czarny styropian (cz. 2)", "Tynki" 1/2013.
4. A. Kondrot-Buchta, "Badania eksperymentalne efektu redukcji przewodności cieplnej w spienionych polistyrenach", rozprawa doktorska, WAT, Warszawa 2014.
5. A. Kondrot-Buchta, J. Zmywaczyk, P. Koniorczyk, "Badania eksperymentalne temperatury powierzchni płyt styropianowych nagrzewanych lampą kwarcową", "Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja" 1/46/2015.
6. A. Kondrot-Buchta, J. Zmywaczyk, P. Koniorczyk, "Eksperymentalne badania temperatury powierzchni płyt styropianowych poddanych ekspozycji promieniowania słonecznego", "Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja" 2/46/2015.
7. A. Kondrot-Buchta, J. Zmywaczyk, M. Preiskorn, P. Koniorczyk, "Numeryczne obliczenia odkształceń termicznych płyt styropianowych", "Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” 3/46/2015.
8. R. Kussauer, M. Ruprecht, "Die häufigsten Mängel bei Beschichtungen und Wärmedämm-Verbundsystemen: Erkennen, Vermeiden, Beheben", Rudolf Müller, Köln 2014.
9. P. Krause, "Ocena stanu technicznego izolacji termicznych na modernizowanych elewacjach. Wpływ tynków na trwałość przegród, technologie wzmacniania i naprawy", 12. Dni Oszczędzania Energii, Wrocław 2018.
10. T. Faravelli, M. Pinciroli, F. Pisano, G. Bozzano, M. Dente, E. Ranzi, "Thermal degradation of polystyrene",  "Journal of Analytical and Applied Pyrolysis", Volume 60, Issue 1, June 2001, s. 103-121.
11. S. Mehta, S. Biederman Shivkumar S., "Thermal degradation of foamed polystyrene", "Journal of Materials Science" 30, 1995.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!