Korozja mikrobiologiczna ocieplonych fasad budynków i jej aktywne zapobieganie

W związku ze zmieniającymi się wymaganiami prawnymi wprowadzającymi obowiązek obniżenia do 1 stycznia 2021 r. współczynnika przenikania ciepła U_c(max) dla ścian zewnętrznych nowo wznoszonych budynków do poziomu 0,20 W/(m2∙K) - obecnie jest to 0,23 W/(m2∙K)  - istnieje trwała tendencja do zwiększania rzeczywistej grubości materiałów izolacyjnych lub wprowadzania materiałów o niższych współczynnikach przewodzenia ciepła λ. W chwili obecnej średnia grubość stosowanych materiałów termoizolacyjnych kształtuje się na poziomie 14-15 cm.

Tak ocieplone budynki znajdują się w otoczeniu, w którym występują ogromne ilości zarodników mikroorganizmów. Organizmy te znajdują na ocieplonych powierzchniach korzystne warunki do wzrostu. Proces ten prowadzi do powstania tzw. zielonych wykwitów.

Zielone wykwity i przyczyny ich występowania

Przyjmuje się, że jako skażenie mikrobiologiczne obiektów budowlanych określane są wszelkie zasiedlenia zewnętrznej powierzchni materiałów i elementów budynków przez glony, bakterie, grzyby, porosty lub mchy [1].

W pierwszym etapie wzrostu mikroorganizmów na fasadach pojawiają się zwykle glony. Są to organizmy samożywne jedno- lub wielokomórkowe. Do wzrostu potrzebują jedynie dwutlenku węgla, światła, niewielkich ilości wilgoci, soli mineralnych oraz śladowych ilości pierwiastków. Organizmy te w reakcji fotosyntezy przetwarzają te proste składniki nieorganiczne na związki organiczne.

Zabrudzenia pojawiające się na fasadach stanowią dla tych mikroorganizmów idealną pożywkę, na której (przy zapewnieniu optymalnych warunków otoczenia, czyli wilgotności podłoża na poziomie 60-75% oraz odpowiedniej temperatury) ich zarodki mogą zacząć się rozwijać. Glony, w zależności od rodzaju, rozwijają się w temperaturze 0-70°C, przy czym większość z nich, zwłaszcza w naszym klimacie, w temperaturze 15-20°C. Ważne jest również jaki charakter ma podłoże - zasadowe czy kwasowe; najczęściej rozwój glonów następuje na podłożach o pH w granicach 3-9.

W naszej strefie klimatycznej na powierzchniach budynków najczęściej występują takie typy glonów jak Chlorella sp., Stichococcus bacillaris, Scendesmus vaculatus, Anacystis montana, Trentepohlia odorata, Oscillatora lutea, Chlorococcum sp., Scytonema hofmanii (FOT. 1-2)

Glony porastają zwykle całe powierzchnie ścian, zwłaszcza w miejscach narażonych na działanie deszczu (FOT. 3 i FOT. 4).

Bardzo często widoczna jest linia podziału między niezainfekowaną częścią osłoniętą, np. przez zadaszenie lub wysunięty parapet, a narażoną na zawilgocenie resztą ściany. Najczęściej ich wzrost objawia się pojawiającym się na powierzchni zazielenieniem, aczkolwiek różne rodzaje glonów mogą mieć różne zabarwienie - od żółtych, poprzez brunatne do zielonych. Charakterystyczne zazielenienie wynika z faktu, że mikroorganizmy często w swej strukturze zawierają niezbędny do fotosyntezy chlorofil (FOT. 5).

Kolejnym etapem postępującej biokorozji fasad jest zwykle rozwój grzybów pleśniowych. Ta grupa mikroorganizmów potrzebuje do rozwoju trochę bogatszej pożywki. Konieczne jest, aby została ona wzbogacona organicznymi związkami węgla oraz substancjami dostarczającymi azot. To wszystko znajduje się na powierzchniach, na których już rozwinęły się glony, i może być przez nie dostarczane grzybom jako produkt ich metabolizmu. Z tych też względów zazwyczaj, choć nie zawsze, skażenie fasady grzybami następuje po skażeniu glonami. Aby mógł nastąpić wzrost mikroorganizmów, oczywiście konieczne są ich zarodniki, które znajdą się na powierzchni elewacji oraz sprzyjające warunki otoczenia (FOT. 6).

W przypadku grzybów warunkiem koniecznym do ich wzrostu jest odpowiednia wilgotność podłoża, która powinna wynosić 70-85%. Grzyby, w zależności od rodzaju, mogą się rozwijać w temperaturze 0-40°C, przy czym większość z nich, zwłaszcza w naszym klimacie, w temperaturze 25-35°C.

Dużo mniejszą rolę odgrywa charakter podłoża, gdyż wzrost grzybów może następować zarówno na podłożach kwaśnych o pH 2, jak i lekko zasadowych o pH 9. Przy czym za optymalne przyjmuje się podłoże o pH w granicach 4,5-6,5. W naszym klimacie wzrost grzybów związany jest z nasyceniem w powietrzu ich zarodników i następuje zwykle w okresie od kwietnia do września, października (TABELA).

Spośród grzybów zdiagnozowanych na fasadach w naszym klimacie najczęściej występują: Alternaria sp., Cladosporium herbarum, Stemphylium, Aureobasidium pullulans, Chaetostylum fresenii, Penicillium expansum, Aspergillus niger, Cladosporium cladosporioides, Penicillium canescens, Trichoderma sp., Cephalosporium sp., Fusarium sp., Hormodendrum sp., Mucor sp., Spicaria sp. (FOT. 7-10).

Grzyby te mogą tworzyć na powierzchni tynku kolorowe naloty barwne, zwykle czarne lub brunatne, których kolor jest uzależniony od koloru zarodników konidialnych. Strzępki grzybni wrastają w głąb podłoża do 2 mm.

Symbioza, jaka panuje między glonami i grzybami porastającymi powierzchnię fasady, pozwala na ich wzajemne przerastanie się i tworzenie porostów. Wzrost porostów na powierzchni fasad może mieć charakter ciągły, nieregularny oraz punktowy. Ten biofilm skutecznie wrasta w podłoże, a wydzielane przez mikroorganizmy produkty metabolizmu powodują uszkodzenie powierzchni materiałów, na których występuje ich wzrost (FOT. 11-12 i FOT. 13).

Warunki sprzyjające powstaniu korozji fasad

Obserwacje budynków, na których wystąpiło skażenie mikroorganizmami, wskazują na kilka grup czynników sprzyjających ich rozwojowi i występowaniu biokorozji fasad.

Specyfika fizykochemiczna systemu ETICS i stosowanych w nim materiałów

Dążenie do ograniczenia energii koniecznej do ogrzewania budynków skłania do stosowania materiałów o coraz grubszych warstwach. Standardem jest obecnie stosowania materiałów o grubości 15, 20, a nawet 25 cm oraz materiałów o jak najniższym współczynniku przewodzenia ciepła λ.

Takie działania, zgodnie z zasadami fizyki budowli, powodują przesunięcie punktu rosy na zewnętrzną część systemu ocieplenia, czyli do tzw. warstwy wykończeniowej, wykonanej z tynku cienkowarstwowego i, niekiedy, farby elewacyjnej. Dzięki temu nie dochodzi do kumulacji wilgoci we wnętrzu przegrody, a jedynie w stosunkowo cienkiej warstwie zewnętrznej, z której, przy odpowiednich parametrach technicznych tynku/farby, może być ona łatwo odparowana.

Z tego powodu, w wyniku kondensacji pary, wilgotność zewnętrznej powierzchni systemu ocieplenia (tynku dekoracyjnego/farby elewacyjnej) może okresowo wzrastać i stwarzać sprzyjające warunki dla rozwoju mikroorganizmów.

Powyższy mechanizm sprawia, że ocieplenie ścian, paradoksalnie, powoduje ich gorsze wysychanie. Takie rozumowanie obarczone jest jednak zasadniczym błędem, zawilgocenie dotyczy bowiem warstwy wykończeniowej systemu ociepleniowego, która w zależności od zastosowanej wyprawy tynkarskiej wraz z warstwą zbrojoną (klej + siatka zbrojąca) może mieć grubość od kilku do maksymalnie kilkunastu milimetrów (RYS. 1).

Tym samym ściana nośna wraz z przyklejonym do niej materiałem izolacyjnym, przy założeniu poprawnej instalacji systemu ocieplenia, nie ulega zawilgoceniu. Ponadto usunięcie wilgoci z warstwy wykończeniowej wymaga dostarczenia znacznie mniejszej ilości energii cieplnej, niż potencjalnie byłoby to konieczne w przypadku zawilgocenia elementów murowych ściany nośnej. Świadczą o tym budynki, w których w miejscach zakotwienia łączników i tworzących się tam mostków termicznych zazielenienia praktycznie nie występują (FOT. 14, FOT. 15-16). W tych obszarach temperatura na powierzchni jest o około 1,5-2,0°C wyższa niż na pozostałej powierzchni, co pozwala na lepsze i szybsze odparowanie wilgoci [5].

Podobne efekty możemy zauważyć w przypadku różnej kolorystyki tynków - jaśniejsze kolory wykazują tendencje do szybszego rozwoju życia biologicznego, głównie w wyniku większego współczynnika odbicia światła HBW i występującą w związku z tym niższą temperaturą na ich powierzchni. Szybsze nagrzewanie się i kumulowanie ciepła przez ciemniejsze fragmenty budynków przyczynia się natomiast do zmniejszenia tendencji do wzrostu mikroorganizmów.

Zasadniczo przyjmuje się, że wyższe pH, charakterystyczne dla powierzchni tynków mineralnych i silikatowych, stwarza większą barierę dla zasiedlenia ich powierzchni przez mikroorganizmy. Tym samym powinny być one bardziej odporne na wzrost niż charakteryzujące się pH w granicach 7-9 tynki polimerowe czy silikonowe. Pożywkę dla mikroorganizmów stanowią również zawarte w nich surowce organiczne, w tym np. spoiwa i zagęstniki.

Oczywiście powyższe informacje mają jedynie ogólny charakter. Trwająca już ponad 20 lat praktyka wykonywania systemów ETICS w Polsce pozwala na rzetelne, pozbawione naleciałości związanych z początkowymi błędami i mitami zastosowanie. Ich odpowiedni dobór może zasadniczo wpływać na ograniczenie tendencji do wzrostu mikroorganizmów, co zostanie szczegółowo wyjaśnione w dalszej części artykułu.

Kolejna przyczyna zwiększonego wzrostu mikroorganizmów jest związana z grubością warstwy tynku oraz jego strukturą. Grubość warstwy wierzchniej ocieplenia odpowiada zastosowanym do jej produkcji kruszywom i zwykle wynosi 1-3 mm. Im grubsza warstwa, tym dłuższy czas potrzebny do odparowania wody z nasiąkniętego tynku.

Struktury o grubszym, bardziej wyraźnym uziarnieniu mają ponadto tendencję do dłuższego zatrzymywania brudu w obszarze międzyziarnowym. Jest to wynikiem utrudnionego wypłukiwania zabrudzeń przez deszcz. Dlatego też warto unikać faktur o wyraźnych, wystających lub wklęsłych strukturach typu kornik lub modelowanych. Ich charakter - np. poziome rysy/wgłębienia itp. - ułatwia gromadzenie się zabrudzeń, a więc także pożywki dla mikroorganizmów.

Czynniki środowiskowe

Do czynników środowiskowych można zaliczyć okresowe zmiany pogody. W ostatnich latach jest więcej niż kiedyś miesięcy o zwiększonej liczbie dni z opadami. W okresach tych zwiększona wilgotność powietrza i obniżona temperatura utrudniają odparowanie wilgoci z fasady, co w konsekwencji prowadzi do stworzenia warunków sprzyjających wzrostowi i występowaniu mikroflory na fasadach budynków (FOT. 17, FOT. 18, FOT. 19 i FOT. 20).

Czynnikiem środowiskowym jest również okresowo zwiększona zawartość zarodników mikroorganizmów w powietrzu, co podnosi prawdopodobieństwo ich zagnieżdżenia się na fasadzie i dalszego rozwoju. W zależności od rodzaju mikroorganizmów ich zarodniki występują zwykle w powietrzu od kwietnia do października, ze szczytowym stężeniem zależnym od warunków pogodowych od lipca do września. Oczywiście stężenie zarodników jest zależne również od lokalnych uwarunkowań.

Czynniki architektoniczne

Są to czynniki związane z usytuowaniem budynku, projektem architektonicznym i otoczeniem zewnętrznym, w którym znajduje się budynek.

Wzrost mikroorganizmów występuje głównie na północnych i zachodnich ścianach budynków, czyli tam, gdzie w wyniku ocieniania nasłonecznienie nie występuje lub jest znacznie ograniczone. Tendencja ta jest wynikiem niższej temperatury i gorszego odparowywania wilgoci.

Rozrostowi mikroorganizmów sprzyja położenie w sąsiedztwie drzew i krzewów, a także w pobliżu zbiorników wodnych. Daje się on zauważyć również na budynkach znajdujących się w bezpośredniej bliskości odsłoniętych powierzchni rolnych, z których wiatr nawiewa na fasady drobinki gleby i substancji mineralnych, w tym zawierające nawozy, a więc związki azotu stanowiące doskonałą pożywkę zarówno dla glonów, jak i dla grzybów.

Podobnie wygląda sytuacja z zanieczyszczeniami miejskimi -wszelkie pyły i inne zanieczyszczenia osadzające się na powierzchni budynków, przy znaczącym nadmiarze dwutlenku węgla i dużej dostępności innych związków organicznych występujących w powietrzu, stanowią doskonałą pożywkę dla mikroorganizmów.

Nie bez znaczenia jest również słabsze przewietrzanie przestrzeni między budynkami lub ich elementami, a tym samym wolniejsze wysychanie fasad. Odgrywa to szczególną rolę w przypadku zachodnich i północnych ścian elewacji oraz wewnętrznych naroży budynków.

O tym, że przyczyną mikrokorozji może być już samo usytuowanie budynków, świadczy fakt, iż zazielenienia występują również na innych, nieocieplonych częściach budynku lub w jego otoczenia, np. na ceramice, kostce brukowej, parapetach wykonanych z blachy lub PVC, betonowych lub drewnianych elementach ogrodzenia etc.

Błędy wykonawcze i projektowe

Za zwiększoną tendencją do wzrostu mikroorganizmów stoją również niechlujne wykonanie powierzchni tynku i jego zatarcia, np. pozostawienie tzw. bałwanów, przetarć w miejscach łączenia nakładanych warstw, grubiej nałożonego tynku w miejscach podestów na rusztowaniach, nierównego zatarcia tynku wynikającego ze złego przygotowania warstwy zbrojonej etc. Wszystkie te błędy powodują powstawanie miejsc, w których może gromadzić się zwiększona ilość zabrudzeń (pożywki), czyli korzystnych warunków do wzrostu mikroorganizmów (FOT. 21-22).

Zwiększonemu wypłukiwaniu z warstwy wierzchniej substancji powłokochronnych, a tym samym szybszemu wzrostowi mikroorganizmów, mogą sprzyjać także występowanie lokalnych miejsc przetarcia tynku, nadmierne rozcieńczenie tynków w celu ułatwienia ich aplikacji lub zwiększenia wydajności, pocienienie warstwy farby podkładowej, nierównomierne pokrycie farbą fasadową itp.

Brak albo nieprawidłowy montaż obróbek blacharskich lub innych elementów łączących się z ociepleniem (barierki i balustrady, kotwy mocujące wystające elementy, np. reklamy etc.) sprawia, że woda opadowa może lokalnie zawilgacać warstwę zbrojoną, a tym samy prowadzić do utworzenia korzystnych warunków do rozwoju mikroorganizmów.

Do podobnych problemów prowadzi złe wykonawstwo i nieodpowiednie zaprojektowanie miejsc przejścia przez system ocieplenia elementów instalacji, okablowania, orurowania etc., łączącego urządzenia lub ich moduły znajdujące się na zewnątrz budynku z elementami znajdującymi się wewnątrz.

Czynniki użytkowe

Duże znaczenie ma także sposób użytkowania samej fasady oraz jej bezpośredniego otoczenia.

Zbyt liczne nasadzenia drzew i krzewów w bezpośredniej bliskości fasady znacznie utrudniają jej przewietrzanie i wydłużają czas, w którym pozostaje ona nadmiernie wilgotna, stwarzając warunki do wzrostu mikroorganizmów (FOT. 23, FOT. 24-25, i FOT. 26).

Brak przeciwdziałania miejscowym uszkodzeniom mechanicznym warstwy wykończeniowej, np. w wyniku nieprzeprowadzania jej okresowych przeglądów, powoduje przedostawanie się wody opadowej do warstwy zbrojonej i prowadzi do powstawania lokalnych zawilgoceń fasady oraz rozwoju mikroorganizmów.

Podobnie ma się sprawa z brakiem usuwania uszkodzeń obróbek blacharskich, orynnowania etc. Zwiększone strumienie wody, odprowadzone z niesprawnych elementów w krótkim czasie, prowadzą do zawilgocenia, a nawet uszkodzenia warstwy wykończeniowej systemu.

Należy pamiętać, że zgodnie z prawem budowlanym oraz opracowaną przez Stowarzyszenie na Rzecz Systemów Ociepleń "Instrukcją eksploatacji złożonych systemów izolacji cieplnej ścian zewnętrznych ETICS" właściciel lub zarządcza nieruchomości jest zobowiązany do prowadzenia okresowych przeglądów budynków i ich elementów. Zaleca się, by fasada jako element budynku narażony na szkodliwe warunki atmosferyczne i niszczące działanie czynników, którym podlega, była kontrolowana co najmniej raz na rok.

W przypadku budynków o powierzchni zabudowy powyżej 2000 m2 lub innych obiektów budowlanych o powierzchni dachu powyżej 1000 m2 częstotliwość przeglądów nie powinna być mniejsza niż dwa razy w roku w terminie do 31 maja i do 30 listopada.

Otoczenie obiektu budowlanego powinno być kontrolowane nie rzadziej niż raz na pięć lat. Niedochowanie powyższych terminów, obok naruszenia wymogów prawa, może powodować niepotrzebne opóźnienia w koniecznych naprawach, a tym samym pośrednio przyczyniać się do możliwości rozwoju mikroorganizmów.

Ochrona fasad przed mikroorganizmami

Przedstawione powyżej informacje mogą przyczynić się do zmniejszenia prawdopodobieństwa zainfekowania fasady inwazją mikroorganizmów. Niestety, nie wszystkie spośród wymienionych czynników możemy wyeliminować, czy to w fazie projektowania budynku, czy też realizacji jego ocieplenia. Tak jest choćby z czynnikami środowiskowymi bądź technologicznymi. Niemniej ich znajomość może pomóc zoptymalizować decyzje i uchronić fasadę przed skażeniem. Jednym z najważniejszych elementów tej świadomej i aktywnej walki o zdrowie fasad jest przemyślany wybór rodzajów tynku i farb.

Tynki mineralne

Od dawna utarło się stwierdzenie, że tynki mineralne nie porastają mikroorganizmami, bo zastosowane w nich spoiwo - cement, a zawłaszcza wapno -powoduje zwiększenie zasadowości podłoża do pH o wartości 11-12, a tym samym przesunięcie go w kierunku takiego poziomu zasadowości, w których glony i grzyby mają ograniczone możliwości rozwoju.

Wnioski z obserwacji fasad są odmienne. Skąd ten paradoks? Wynika on z tendencji tego rodzaju tynków do pokrywania się wykwitami wapiennymi, pod wpływem których charakter powierzchni tynku zupełnie się zmienia - jej zasadowość spada do pH ~9,0.

Tynki mineralne jako jedyne produkowane są w formie suchej mieszanki, co skutkuje utrudnieniami w zabezpieczeniu samego tynku substancjami grzybo- i glonobójczymi. Wiąże się to z wysokim pH masy tynku po zarobieniu wodą i brakiem odporności na tak wysokie pH związków grzybo- i glonobójczych, jak również z możliwością wdychania tych szkodliwych substancji przez osoby bezpośrednio pracujące z tynkiem. Dlatego też za najskuteczniejsze uznaje się zabezpieczenie powierzchni tynków mineralnych poprzez zastosowanie odpowiednich farb egalizujących, które zawierają środki ochrony powłoki. Farby te wchodzą w reakcję chemiczną z mineralnym podłożem i wypełniają oraz uszczelniają mikropory na powierzchni, znacząco zmniejszając jego nasiąkliwość, a przy tym stanowią warstwę zawierającą dodatki chroniące tę powłokę przed wzrostem mikroorganizmów.

Tynki polimerowe

Z drugiej strony utarło się stwierdzenie, że tynki polimerowe, tzw. akrylowe, są najbardziej podatne na wzrost mikroorganizmów. Dotychczasowe doświadczenia wskazują, że w chwili obecnej jest ono obarczone dużą dozą zaszłych naleciałości.

Faktycznie, większość spośród budynków, na których występuje intensywny wzrost mikroorganizmów, jest pokryta tynkami polimerowymi/akrylowymi. Faktem jest również, że stosowane do produkcji tego typu tynków składniki zawierają zarówno substancje organiczne, stanowiące pożywkę dla mikroorganizmów (np. zagęstniki, dyspersje polimerowe etc.), jak i nieorganiczne (np. węglany etc.), charakteryzujące się korzystnym dla wzrostu mikroorganizmów pH (około 7,0-9,0).

Na powierzchni samego tynku może dochodzić do osadzania się warstewki węglanu wapnia, powstałego w wyniku powierzchniowego procesu degradacji polimeru (tzw. kredowanie tynku). Wszystko to przyczynia się do tworzenia mikrowarstwy złożonej z substancji stanowiących pożywkę dla mikroorganizmów. Powierzchnie takie wykazują ponadto tendencję do elektryzowania się i przyciągania drobnych cząstek kurzu i brudu. Aby zapobiec nadmiernej biodegradacji powierzchni, tynki tego typu już w fazie produkcji muszą zostać zabezpieczone przez producentów odpowiednimi dodatkami grzybo- i glonobójczymi.

Niestety początkowo, głównie z przyczyn ekonomicznych, zdarzały się przypadki oferowania na rynku rozwiązań bez zabezpieczenia lub z tzw. opcjonalnym zabezpieczeniem dostępnym w postaci osobnych zbiorniczków właściwych substancji do samodzielnego dodawania. Wszystko to stwarzało możliwości nadużyć w trakcie aplikacji. Efekty tych historycznych błędów możemy teraz obserwować.

Obecnie tynki polimerowe, przy stosunkowo niewielkich kosztach, wykonane zgodnie z zaleceniami, standardowo zabezpieczone w procesie produkcji odpowiednimi substancjami i produkowane na wysokojakościowych nienasiąkliwych spoiwach, mogą wyglądać efektownie i przyciągać wzrok przez długi czas.

Tynki silikatowe

Takie tynki produkowane są na bazie potasowego szkła wodnego, które jest spoiwem mineralnym o bardzo wysokim odczynie pH (11-12). W wyniku związania spoiwa ich powłoki charakteryzują się niską tendencją do elektryzowania się powierzchni, a więc są mniej podatne na "łapanie" zabrudzeń. Ponadto wykazują odporność na działanie agresywnych związków powstałych w środowisku miejskim (kwaśne deszcze, spaliny etc.), dzięki czemu ich powierzchnia kreduje bardzo wolno. Wszystko to w zasadniczym stopniu ogranicza możliwość powstania warstwy pożywki dla mikroorganizmów. Niestety tynki silikatowe wykazują również większą nasiąkliwość powierzchniową, która może powodować szybsze wymywanie substancji aktywnych.

Tynki silikonowe

Do tynków o stosunkowo najmniejszej podatności na wzrost mikroorganizmów niewątpliwie należą tynki silikonowe. Do ich produkcji stosuje się modyfikowane chemicznie spoiwo krzemoorganiczne - tzw. dyspersję żywic silikonowych. Spoiwo to wchodzi w reakcję chemiczną z mineralnymi składnikami podłoża i samego tynku, zapewniając mu bardzo niską nasiąkliwość i niski opór dyfuzji dla pary wodnej.

Wszystko to powoduje, że o ile dochodzi do pochłaniania wilgoci przez warstwę tynku, to jest ona bardzo szybko oddawana. Ponadto spoiwo krzemoorganiczne nie wykazuje tendencji do elektryzowania i jest odporne na działanie czynników atmosferycznych, co wespół z wysoką hydrofobowością spowolnia brudzenie, a nawet przyczynia się do wystąpienia efektu samooczyszczenia powłoki pod wpływem spływania kropel deszczu.

Ta zwiększona hydrofobowość i odporność na zabrudzenia zasadniczo wpływa na poprawę odporności na korozję mikrobiologiczną. Jedynym mankamentem tego rodzaju wyrobów jest ich tendencja do kredowania. Przyczyna tego tkwi w ich otwartoporowej strukturze, która jest osiągana poprzez zastosowanie mniejszej ilości spoiw w tynku. Odpowiedni dobór środków ochrony powłoki może skutecznie temu zaradzić, czyniąc ten rodzaj tynków jednym z najbardziej przydatnych w walce o trwałość estetyki fasad.

Oczywiście możemy również zastosować inne rodzaje tynków - np. polisiloksanowe, hybrydowe etc., ale w większości przypadków będą one jakąś kompilacją wyżej opisanych.

Malowanie - egalizacja powierzchni

Kolejnym wartym rozważenia rozwiązaniem mającym na celu zminimalizowanie możliwości wzrostu mikroorganizmów na fasadzie jest malowanie powierzchni tynków warstwą farby o takim samym charakterze jak powierzchnia tynków, czyli ich tzw. egalizacja.

Egalizację zwykle stosuje się w przypadku tynków mineralnych lub silikatowych, choć jest ona możliwa także w przypadku pozostałych rodzajów tynku. Działanie to zasadniczo ma na celu ujednolicenie powierzchni tynku w celu wyrównania niejednorodności kolorystycznej powstałej na jej powierzchni. Równocześnie umożliwia ono dodatkowe uszczelnienie i "wygładzenie" warstwy tynku, a w konsekwencji ogranicza możliwość zakotwiczenia zabrudzeń na powierzchni tynku i zmniejsza możliwość wzrostu mikroorganizmów. Ważnym jest by zgodnie z zasadami nakładać co najmniej dwie warstwy farby. Unika się dzięki temu ewentualnych niedokładności wymalowania, ale przede wszystkim zapewnia odpowiednią grubość warstwy ochronnej.

Środki ochrony powłoki i ich działanie

Powyższe działania mają na celu minimalizację możliwości wystąpienia warunków korzystnych do wzrostu mikroorganizmów. Niestety nie wyeliminują one możliwości takiego wzrostu. W tej dziedzinie konieczne jest aktywne wsparcie środków chemicznych, które zaatakują komórki mikroorganizmów i nie dopuszczą do ich namnożenia na powierzchni fasady. Są to tzw. środki ochrony powłoki.

Zgodnie z wcześniejszymi informacjami o tym, jakie mikroorganizmy mogą atakować fasady, konieczne jest, aby wspomniane substancje chemiczne oddziaływały zarówno na wzrost glonów, jak i grzybów. Niestety żadna ze znanych obecnie substancji nie działa tak uniwersalnie. Zwykle potrzebne są substancje oddziałujące albo na wzrost glonów (algicydy), albo grzybów (fungicydy). Ponadto - zwłaszcza w przypadku fungicydów - spektrum działania poszczególnych substancji nie obejmuje wszystkich możliwych rodzajów grzybów. Dlatego też do zabezpieczenia tynków i farb stosuje się środki ochrony powłoki, które są odpowiednio skomponowanymi mieszaninami substancji glono- i grzybobójczych.

Do najpopularniejszych środków wykorzystywanych w preparatach do ochrony powłoki tynków i farb elewacyjnych należą: karbenazym, oktyloizotiazolina OIT, IPBC, piritionian cynku (ograniczające wzrost grzybów) oraz diuron i terbutryna (zwalczające wzrost alg).

Handlowe środki ochrony powłok są zwykle kompozycjami tych substancji aktywnych o różnych składach ilościowych i jakościowych. Ich skład jest uzależniony od późniejszego zastosowania (farba, tynk, bejce itp.), trwałości zabezpieczenia, skuteczności i spektrum działania oraz ceny.

Trwałość substancji chroniących powłokę

Substancje aktywne zabezpieczające tynki czy farby na elewacjach mają ograniczony czas działania. Ten czas zależy m.in. od siły związania substancji aktywnych w matrycy powłoki, oddziaływania promieniowania UV, odporności na oddziaływanie kwasów (kwaśne deszcze) lub zasad (zasadowość podłoża), czyli ogólnie odporności na pH, i co najważniejsze od odporności na wymywanie przez wodę.

Oddziaływanie wszystkich tych czynników zasadniczo wpływa na zmniejszenie ilości substancji aktywnych w filmie tynku lub farby (RYS. 2, RYS. 3 i RYS. 4).

Każda z substancji aktywnych charakteryzuje się większą lub mniejszą odpornością na rozpuszczanie w wodzie. Ma to swoje zalety - umożliwia na drodze dyfuzji ich transport ze środka powłoki na powierzchnię tynku/farby, a tym samym aktywnie zapobiega rozrostowi mikroorganizmów. Niestety przy zbyt dużym wymywaniu, np. w trakcie bardzo deszczowych lat, jest przyczyną szybkiego wypłukiwania substancji aktywnych z tynku i doprowadza do stanu, w którym ich zawartość w powłoce jest niewystarczająca do przeciwdziałania wzrostowi mikroorganizmów. Efekt ten można opóźnić przez zastosowanie w tynkach/farbach wysokojakościowych, niskonasiąkliwych spoiw. Powodują one lepsze związanie substancji aktywnych w matrycy powłoki, mniejszą migrację wody, a w konsekwencji mniejsze wymywanie substancji aktywnych i ich dłuższe działanie.

Zmiany temperatury i działanie promieniowania UV powodują chemiczny rozpad niektórych substancji, a tym samym ich dezaktywację. Jej skutkiem mogą być choćby zmiany kolorystyczne na powierzchni tynku/farby, objawiające się na przykład zażółceniem.

Podobny wpływ na substancje aktywne ma zbyt wysokie lub zbyt niskie pH. Zwykle chodzi tutaj o podwyższoną alkaliczność podłoża (pH 11-12), która w znaczący sposób przyspiesza rozpad substancji aktywnych. Do takiego rozpadu może dochodzić już w opakowaniu handlowym - dotyczy to zwłaszcza tynków silikatowych, które zwykle wykazują się zasadowością w okolicy 11-12, co znacznie utrudnia ich dobór i zwiększa koszt stosowania.

Obniżone pH oddziałujące na powierzchni powłoki - np. wynikające z działania kwaśnych deszczy - stanowi mniejszy problem dla stabilności samych substancji aktywnych, ale przyczynia się do kredowania powłoki, czyli powierzchniowej degradacji matrycy spoiwa polimerowego. Tym samym przyspiesza wymywanie niezwiązanych tą matrycą cząsteczek środków ochrony powłoki.

Wszystkie te czynniki mogą powodować różny stopień degradacji substancji aktywnych i wszystkie muszą być brane pod uwagę podczas wstępnego wykonywania testów mających na celu ich optymalny dobór. Ilość środka powłokowego dodawanego do tynku/farby ustala się eksperymentalnie na podstawie długookresowych badań laboratoryjnych określających skuteczność zabezpieczenia. Zwykle wykonuje się je zgodnie z normami EN 15457:2014 [7] i EN 15458:2014 [8].

W trakcie badania powłoka tynku lub farby poddawana jest testom wymywania oraz skażana odpowiednimi mikroorganizmami, zarówno z grupy glonów, jak i grzybów. Badania te mogą być poszerzone o dodatkowe naświetlanie promieniami UV. Na podstawie wyników badań określa się odporność na działanie mikroorganizmów w skali 0-2 dla alg i 0-4 dla grzybów, przy czym wartość 0 świadczy o całkowitym braku wzrostu. Dopiero po takich testach -przy założeniu bezpiecznej dozy produkcyjnej można powiedzieć, że tynk/farba są zabezpieczone środkami ochrony powłoki (FOT. 27, FOT. 28, FOT. 29 i FOT. 30).

Opisany sposób działania substancji powłokowych sugeruje, że po pewnym czasie, w wyniku wymywania oraz zużywania się substancji w kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym i samymi mikroorganizmami, ich skuteczność maleje, a w końcu całkiem zanika. Z tych też względów dokonanie oceny, czy zastosowana ilość dodatku pozwala na zabezpieczenie elewacji przed atakiem mikroorganizmów na 5 lub 10 lat, jest praktycznie niemożliwe. W znacznej mierze jest to uzależnione od usytuowania budynku, dbałości o czystość elewacji (np. przez jej mycie i dezynfekowanie), ilości i jakości zastosowanej substancji czynnej oraz jakości zabezpieczanego materiału (tynku, farby itp.). Niemniej doświadczenia producentów systemów ociepleń wskazują, że przy korzystnym usytuowaniu budynku możliwe jest osiągnięcie nawet 10-letniego lub dłuższego okresu ochrony.

Nowoczesne metody zabezpieczania powłok

Wszystkie substancje aktywne zabezpieczające tynki czy farby na elewacjach mają ograniczony czas działania. Tym samym każda z nich kiedyś zostanie wypłukana, co narazi fasadę na wzrost mikroorganizmów.

Jak w każdej dziedzinie, tak również tutaj prowadzone są badania rozwojowe. Opracowanie nowej substancji aktywnej jest czasochłonne i wymaga wielkich nakładów finansowych. Prace rozwojowe idą więc w kierunku zmniejszenia tendencji do wymywania substancji aktywnych z powłoki. Jednym z takich sposobów jest umieszczenie tych substancji w mikrokapsułkach wykonanych z przepuszczalnej substancji organicznej (FOT. 31).

Wydzielanie substancji z takiej mikrokapsułki odbywa się dopiero w chwili, kiedy wilgotność powłoki jest na tyle wysoka, by substancja, na drodze dyfuzji, mogła się przedostać z kapsułki do powłoki i w konsekwencji na jej powierzchnię. Jednocześnie w wyniku zwiększania stężenia substancji w samej powłoce proces dyfuzji ulega zahamowaniu i dochodzi do ograniczenia jej wydzielania z mikrokapsułki. Taki swoisty mechanizm just in time powoduje, że substancje są wydzielane dokładnie wtedy, kiedy istnieje na nie największe zapotrzebowanie (zwiększona wilgotność, zwiększone opady etc.), a jednocześnie są chronione przed nadmiernym wypłukiwaniem. Dzięki temu nawet ich mniejsze ilości mogą wystarczać na dłuższy czas i zapewniać skuteczną ochronę.

Nasuwa się pytanie, dlaczego pierwotne stężenie substancji enkapsulowanych jest mniejsze niż stężenie normalnych substancji aktywnych. Odpowiedzi należy szukać po stronie ekologii. Z powodu wolniejszego uwalniania substancji aktywnych stosuje się je tylko w ilości koniecznej do zapewnienia trwałości i estetyki fasad.

Renowacja zainfekowanych fasad

Jeżeli mimo dostosowania się do wymienionych wcześniej zaleceń i dochowania wszelkiej staranności w zabezpieczeniu fasady na jej powierzchni dojdzie do wzrostu skażenia, należy niezwłocznie przystąpić do działań mających na celu jego usunięcie i zabezpieczenie przed dalszym rozwojem. Im wcześniej zostaną podjęte takie działania, tym większe prawdopodobieństwo, że wzrost mikroorganizmów będzie miał jedynie charakter powierzchniowy i nie spowoduje uszkodzeń mechanicznych w warstwie zbrojonej. Przed przystąpieniem do renowacji fasady należy przede wszystkim dokonać jej dokładnej diagnostyki. W tym celu można się posłużyć wytycznymi z "Instrukcji eksploatacji złożonych systemów izolacji cieplnej ścian zewnętrznych ETICS" [9].

Diagnostyka ta ma na celu ustalenie stopnia i intensywności skażenia mikrobiologicznego oraz przyczyn jego powstania, określenie rodzaju skażenia i wpływu skażenia na warstwę wyprawy tynkarskiej oraz na samo ocieplenie. Konieczna jest także kontrola stanu wyprawy tynkarskie: jej przyczepności do warstwy zbrojonej, istnienia miejscowych spękań i odspojeń od warstwy zbrojonej, stopnia zapylenia etc. Należy również sprawdzić, czy miejscowe uszkodzenia warstwy wierzchniej nie spowodowały uszkodzeń całego systemu ocieplenia (np. zawilgocenia materiału izolacyjnego, pęknięcia warstwy zbrojonej, rozwarstwienia warstwy zbrojonej, utraty jej przyczepności z materiałem izolacyjnym etc.) i czy sama warstwa izolacyjna jest trwale zamocowana do podłoża. W zależności od wyników diagnostyki przygotowuje się projekt renowacji ocieplenia.

Projekt powinien określać: sposoby wyeliminowania przyczyn powstania skażenia, dobór technologii naprawy powstałych uszkodzeń, metody oczyszczenia zainfekowanych powierzchni i technologię ich zabezpieczenia przed dalszym wzrostem drobnoustrojów. Wszystkie materiały zastosowane do prac renowacyjnych powinny zostać określone i dobrane, podobnie jak w przypadku systemu ociepleń, zgodnie z zaleceniami producenta systemu renowacji (FOT. 32-33).

Jeżeli po przeprowadzeniu diagnostyki okaże się, że uszkodzona została jedynie warstwa wierzchnia ocieplenia i nie ma przesłanek do usunięcia warstwy zbrojonej czy wręcz całego systemu, prace renowacyjne polegają zwykle na wykonaniu następujących czynności:

1) Oczyszczenie elewacji z zabrudzeń oraz bardziej rozwiniętych i związanych z podłożem mikroorganizmów:

Zabieg ten najlepiej wykonać metodami wysokociśnieniowymi, przy czym korzystne jest mycie elewacji ciepłą wodą z równoczesnym dozowaniem odpowiednich substancji myjących. Ma to na celu ułatwienie czyszczenia i jednoczesne odtłuszczenie elewacji przed jej późniejszym malowaniem. Ciśnienie mycia należy dobrać tak, by przy usuwaniu zabrudzeń nie doprowadzać do uszkodzenia warstwy tynku lub farby (FOT. 34).

2) Naniesienie na powierzchnię elewacji aktywnych substancji dezynfekujących:

Choć już samo mycie znacząco poprawia wygląd elewacji, to nie jest one wystarczające do zlikwidowania zarodków mikroorganizmów, które zagnieździły się na jej powierzchni. Do ich całkowitej dezaktywacji i zabicia konieczne jest użycie aktywnych substancji chemicznych, które wejdą w strukturę mikroorganizmów i ją zniszczą.

Najczęściej stosowane preparaty zawierają takie substancje czynne jak czwartorzędowe sole amoniowe, chlorek bezalkoniowy, 2-oksyloizotiazolon-3(2h)-on (tzw. OIT), aktywny chlor etc. Ponieważ środki te mogą mieć różny charakter i sposób działania, przy ich stosowaniu należy ściśle przestrzegać zaleceń producentów.

Aplikacja tych środków zwykle odbywa się po całkowitym wyschnięciu umytej elewacji. Wyschnięte podłoże lepiej wchłania nanoszony roztwór preparatu, ale niektórzy producenci dopuszczają aplikację na wilgotną powierzchnię elewacji.

Roztwór preparatu dezynfekującego jest zwykle aplikowany natryskiem niskociśnieniowym lub poprzez malowanie. Przy aplikacji należy bezwzględnie dostosować się do instrukcji bezpiecznego stosowania preparatu, dostarczonej przez producenta. Po naniesieniu środka elewację zwykle pozostawia się na czas 12-24 godzin. W okresie tym aktywne substancje reagują z mikroorganizmami, dezaktywując dalszą możliwość ich wzrostu.

Wydaje się zasadnym, by po tych zabiegach spłukać elewację z pozostałości, choć nie wszyscy producenci zalecają takie działanie.

3) Naprawa obróbek blacharskich i usunięcie ewentualnych nieprawidłowości i błędów montażowych:

W trakcie mycia fasady i jej dezynfekcji można dokładniej zdiagnozować miejsca ewentualnych usterek. Szczególną uwagę należy zwrócić na stan obróbek blacharskich oraz uszczelnień tarasów i balkonów.

4) Naprawa i wzmocnienie wierzchniej warstwy tynku:

Rozwijające się na fasadzie mikroorganizmy, a właściwie produkty ich metabolizmu, mogą się przyczyniać do powierzchniowej destrukcji warstwy wierzchniej, rozluźniając jej strukturę i powodując dekoloryzację. Może więc okazać się konieczne uzupełnienie jej miejscowych ubytków, wzmocnienie powierzchni odpowiednimi penetrującymi preparatami wiążącymi luźniejsze cząstki i w końcu przemalowanie fasady odpowiednimi farbami zawierającymi substancje powłokowe o działaniu glono- i grzybobójczym.

5) Wymalowanie powierzchni elewacji farbą fasadową:

Zakończenie renowacji powinno polegać na pomalowaniu zdezynfekowanej warstwy tynków farbami fasadowymi zawierającymi środki powłokowe.

Praktyka wskazuje, że na powierzchniach ścian tylko umytych i zdezynfekowanych ponowny wzrost mikroorganizmów następuje po 1-3 latach. Dzieje się tak dlatego, że po takim czasie fasady zwykle nie zawierają już środków chroniących powłokę, tymczasem ich porowata struktura powierzchniowa bez trudu pozwala na zagnieżdżenie się zarodków mikroorganizmów. Pokrycie powierzchni warstwą farby dostarcza natomiast aktywnych substancji powłokochronnnych, uszczelnia strukturę, zmniejszając jej nasiąkliwość i zapobiegając wnikaniu zabrudzeń oraz ujednolica kolorystkę powierzchni, przywracając elewacji estetyczny wygląd.

Powierzchnia tynków powinna zostać wymalowana zgodnie z zaleceniami producenta, ale co najmniej w dwóch warstwach.

Do malowania powinno się stosować farby o charakterze spoiwowym zgodnym z warstwą tynków. Ponieważ czasami trudno jest ocenić, jaki charakter miała poprzednia warstwa tynkarska, najbezpieczniejszym rozwiązaniem wydaje się zastosowanie farb silikonowych. Poddana takim zabiegom renowacyjnym fasada, przy zachowaniu zasad jej starannego użytkowania, powinna zapewnić co najmniej 10-letni okres użytkowania bez wzrostu mikroorganizmów na jej powierzchni.

Podstawy prawne ochrony mikrobiologicznej budynków

Na zakończenie zasadne wydaje się przytoczenie § 322 Rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie [10], które mówi:

„1. Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku, warunki cieplno-wilgotnościowe, a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach, powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia.

2. Do budowy należy stosować materiały, wyroby i elementy budowlane odporne lub uodpornione na zagrzybienie i inne formy biodegradacji, odpowiednio do stopnia zagrożenia korozją biologiczną.

3. Przed podjęciem przebudowy, rozbudowy lub zmiany sposobu użytkowania, w przypadku stwierdzenia występowania zawilgocenia i oznak korozji biologicznej, należy wykonać ekspertyzę mikrobiologiczną i na podstawie jej wyników - odpowiednie roboty zabezpieczające. Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne zewnętrznych przegród budynku, warunki cieplno-wilgotnościowe, a także intensywność wymiany powietrza w pomieszczeniach, powinny uniemożliwiać powstanie zagrzybienia”.

Literatura

1. R. Zamorowska, B. Nowak, "Mikrobiologiczne skażenie elewacji budynków", "Materiały Budowlane" 1/2006.
2. THOR GmbH, "Welche Algen werden auf Fassaden häufig gefunden".
3. THOR GmbH, materiały szkoleniowe.
4. THOR GmbH, "Welche Pilze werden auf Fassaden häufig gefunden".
5. H. Kuenzel, "Biological Growth on Stucco", "Buildings" 8/2000, IBP, Fraunhofer Institute of Building Physics.
6. F. Frossel, H. Oberhaus, W. Riedel, "Ochrona cieplna budynków. Systemy izolacji ETICS”, POLCEN, Warszawa 2011.
7. EN 15457:2014, "Farby i lakiery. Laboratoryjna metoda badania skuteczności w powłoce środków ochrony powłok przed grzybami".
8. EN 15458:2014, "Farby i lakiery. Laboratoryjna metoda badania skuteczności w powłoce środków ochrony powłok przed glonami".
9. Stowarzyszenie na Rzecz Systemów Ociepleń, "Instrukcja eksploatacji złożonych systemów izolacji cieplnej ścian zewnętrznych ETICS", 03/2016.
10. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie z dnia 1 stycznia 2018 r. (DzU 2017, poz. 2285).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!