Nasákavost pěnových materiálů
Navrhování je v technických oborech založeno na požadavcích. Nejprve co nejpřesněji stanovíme požadavky a potom hledáme, co by jim nejlépe vyhovovalo. Je to tak nějak samozřejmé, že si ani příliš neuvědomujeme, jak kriticky důležitá je právě ona přesnost vymezení požadovaných vlastností. Dá se říci, že na ní především závisí úspěch celého dalšího procesu navrhování.
Například pokud chceme tepelně izolovat, tak když jako správně vyškolení stavaři pomineme Stefanův Boltzmannův zákon, hledáme materiály s co nejmenší tepelnou vodivostí. Vyjdeme-li potom z poznatku, že velmi špatně vede teplo vzduch, jeví se jako dobré izolační materiály ty s velkým obsahem vzduchu jako pěny, vaty, peří apod. Jelikož voda vede naopak teplo dobře, dáváme pozor, jestli takové materiály nemají tendenci nahradit vzduch ve svém objemu vodou, tedy jestli nejsou nasákavé nebo navlhavé. Jakož i jiné vlastnosti, i tuto vyhledáváme podle naměřených hodnot, a hodnoty měříme definovanými zkušebními metodami.
TIP: Jednotlivým druhům tepelných izolací se věnuje článek Tepelná izolace. Přehled, materiály, druhy a způsoby použití. Kromě polystyrenu zmiňuje pěnové sklo, minerální izolace, vakuové izolace i přírodní tepelně-izolační materiály.
Nasákavé, nebo nenasákavé. Jak probíhají laboratorní zkoušky
Při používání pěnových tepelně izolačních materiálů jsme si proto zvykli, že některé jsou deklarovány jako nasákavé, jiné jako nenasákavé. Očekávaně se jako nenasákavé chovají ty s uzavřenými póry, do těch přece voda nenateče. U polystyrenu je to například známý rozdíl mezi pěnovým EPS a extrudovaným XPS. U XPS se udává laboratorně naměřená navlhavost několik procent, nasákavost tak jedno dvě procenta – ovšem po době zkoušky trvající 28 dnů! Toto rozlišování je ale pro projektanty i stavební firmy tak samozřejmé, že se o tom dále nepřemýšlí a takovéto rozdělení se již používá zcela automaticky. Málokdo ale přitom vezme v úvahu, že technické vlastnosti materiálů jsou deklarovány právě na základě přesně definovaných zkoušek, a na zkušební metodě proto záleží, jaké chování potom můžeme od příslušného materiálu čekat při skutečném použití.
Největší zrada je obvykle skryta ve fenoménu času. Tedy co se stane za minutu, za týden, za deset let? Ještě tak na týden nebo obligátních 28 dnů zkušebna odpoví, ale budovy stavíme na padesát, sto let. Je potom pouze na projektantovi, aby si uvědomil, zda zkušební metoda skutečně odpovídá mnohaleté expozici ve skutečném prostředí. Nebo dokonce obecněji, a to je ještě obtížnější, zda deklarovaná vlastnost je přesně tou, kterou od daného materiálu očekáváme. Tedy základní úvaha, která se ale z praxe poněkud vytratila: stanovím požadavek nejen technickými parametry, ale i chováním v čase, a podle toho hledám odpovídající vlastnost.
U pěnových plastů a u jejich chování vůči vlhkosti tedy vycházíme ze zkoušky, která popisuje zvýšení obsahu kapalné vody v materiálu po ponoření do vody, a to po dobu vzhledem k očekávané životnosti (tedy k době, po kterou si materiál má zachovávat návrhové vlastnosti) relativně velmi krátké. Oprávněně se můžeme ptát, proč by nás měl zajímat stav vlhkosti tepelně izolačního materiálu právě po době 28 dnů, když logicky by byla pro záruku této jeho vlastnosti krátkých nejen 28 měsíců, ale možná i 28 roků. Není tedy v tomto případě zkušební metodika pro stanovení požadované vlastnosti z principu nepoužitelná? Jenže naše povrchní zkušenost zhruba potvrzuje, že takto definovaná nasákavost v praxi uklidňujícím způsobem víceméně odpovídá chování materiálů před zabudováním. Tedy že při občasném styku s vlhkostí, například když výrobek zmokne, vykazují materiály označované jako nenasákavé skutečně velmi malý objem nasáklé vody a s tím související velmi malé změny vlastností, především tepelné vodivosti, oproti vstupním hodnotám.
V praxi se pěnové plasty chovají jinak a vlhkost absorbují
Při zkoumání příčin poruch, způsobených vlhkostí, ale proti všem zažitým předpokladům objevujeme v konstrukcích nenasákavé pěnové plasty, jejichž hmotnostní vlhkost dosahuje tisíců procent. Desku pěnového plastu pak s námahou zvedají čtyři muži. Takto vodou zcela vyplněný pěnový materiál přirozeně nemůže být vůbec považován za tepelnou izolaci, navíc jeho hmotnost je dramaticky větší než uvažovaná v projektu.
Často se s takovýmto stavem můžeme setkat dokonce i v konstrukcích, které jsou navrženy a provedeny podle vžitých postupů zcela nezávadně. Odborná literatura se tímto jevem nezabývá, prodejci a dodavatelé předmětných materiálů podobný jev popírají, většina výrobců mlčí nebo také neví. V technické podpoře výrobců jsou dokonce občas uvedeny rady, které by patrně v případě aplikace přímo vedly k podobnému havarijnímu stavu. U nás na to opakovaně poukazuje vlastně pouze náš nejlepší odborník v oblasti praktických problémů hydroizolací, Ing. Záviš Bozděch ve svých textech o závadách konstrukcí občanských a bytových staveb. Také odborně velmi zdatný prodejce stavebnin DEK se ve svých katalogových listech použití pěnových plastů jako nenasákavého materiálu raději zcela vyhýbá, a ve svých doprovodných textech doporučuje pro obrácené střechy použití výhradně jedné vrstvy tepelného izolantu.
Co je příčinou
Jak bychom tento jev mohli vysvětlit? Jedno vysvětlení se nabízí a mohlo by analyzovat záhadu dramatické nasákavosti prakticky ve všech popisovaných případech havárií. Zakládá se na difuzi vodní páry. Je totiž možno vyjít ze skutečnosti, že pěnové plasty jsou vytvořeny především póry, oddělenými velmi tenkými stěnami příslušného materiálu. Prakticky je dělíme na nasákavé, kde jsou buď póry propojeny, nebo je spojitě propojen prostor mezi jednotlivými pórovitými částicemi. Za nenasákavé potom považujeme takové, kde jsou póry uzavřené. Typicky se jedná například o rozdíl mezi pěnovým polystyrenem a vytlačovaným polystyrenem nebo pěnovým polyuretanem. Ovšem difuzní odpor tenkých membrán oddělujících jednotlivé buňky uzavřených pórů je malý, a tak při zvýšené vlhkosti okolí difunduje do pórů vodní pára, která pak při změně teploty kondenzuje. Dochází-li k tomuto jevu několik let, póry se zcela zaplní kapalnou vodou. Její vyschnutí odpařením je prakticky vyloučené vzhledem k velké energetické náročnosti podobného postupu.
Případy, kdy i nenasákavé materiály absorbují vodu
Kdy můžeme očekávat značně zvýšenou vlhkost okolního prostředí? Především se to stává v případě, že je pěnová izolace umístěna mezi dvě vrstvy s vysokým difuzním odporem (typicky parozábrana a hydroizolace) a vlivem některé vady vnikne do tohoto souvrství buď srážková voda, nebo v něm zkondenzuje vlhkost. Tento případ lze snadno pochopit, i když je pro mnohé svědky při následné opravě stokilogramová hmotnost tepelně izolační desky z pěnového plastu naprostým překvapením.
Důkladnějšího zamyšlení je ale zapotřebí, když podobnou situaci zjistíme u skladby, která je zdánlivě otevřená vnějšímu prostředí. Typicky se jedná o tzv. ploché střechy s obrácenou skladbou. Zde je třeba si uvědomit, že i velmi tenká vrstva kapalné vody má velmi velký difuzní odpor. A tenkou vrstvu srážkové vody vytvoříme například nasáklou geotextilií položenou na tepelně izolační vrstvu obrácené střechy! Nebo dokonce jakousi pomocnou montážní fólií, která má například snížit tepelné účinky slunečního záření. Ještě zrádnější je položení dvou vrstev tepelně izolačních desek na sebe u obrácené střechy, kde vrstvička trvalé vlhkosti zůstane na jejich stykové ploše nebo po zmrznutí vytvoří difuzně uzavřenou vrstvu, a zcela nasáklé spodní desky tak mohou být po několika letech nepříjemným překvapením.
Doporučení
Například firma DOW proto bez dalšího vysvětlení na základě svých experimentů doporučuje, aby při výjimečném použití dvou vrstev tepelně izolačních desek z jejich vytlačovaných plastů na obrácenou střechu měla každá z vrstev tloušťku větší než 140 mm – pak prý k podobnému nežádoucímu jevu nedojde. Firma DuPont zase nabízí zvláštní separační geotextilii vhodnou k vložení mezi vrstvu extrudovaného polystyrenu a hydroakumulační vrstvu obrácených zelených střech. Tato jejich geotextilie deklarovaná jako zcela nenasákavá by neměla zadržovat vlhkost ani se zanášet zeminou.
Poučení tedy zní: Nespoléhat na to, že XPS nebo jiný takzvaně nenasákavý pěnový plast zachrání zatékající plochou střechu s parozábranou – opak je pravdou. Dále nikdy nedávat u obrácené střechy pod dlažbu nebo násyp geotextilii, i když k tomu marketingové masáže i výuka na technických univerzitách navádí. A na obrácenou plochou střechu nebo na obrácenou vegetační střechu použít vždy jen jednu vrstvu tepelné izolace z pěnových plastů. No a obecně, jelikož vesmír je od dob Einsteina charakterizován prostoročasem, ani na čas přesahující pětiletou záruku při navrhování nezapomínat.
