Ochrana stavebních materiálů vodoodpudivými přípravky

Princip funkce silikonů je jedinečný. Silikony dokáží skloubit vodoodpudivost a odolnost proti chemickému a korozivnímu působení vody s paropropustností. Proto jsou silikony stále častěji používány ve stavebnictví. Uplatní se jak při výrobě pohledových a povrchových hmot, tak i pro účely ochrany fasád a jiných stavebních povrchů před působením vody, vlhkosti a dalších vlivů.

Za dobrého sluhu, ale zlého pána považovali vodu už dávno naši předci, kteří objevili, že voda umí nejen pracovat, pokud tedy zrovna nestávkuje v době sucha, ale i ničit. Vady stavebních materiálů způsobené vodou mají každoročně za následek vznik materiálních škod v řádech milionů korun.

Porézní stavební materiály jako vápencocementové omítky, beton, plynosilikát, pískovec, pálená střešní krytina, cihly apod. jsou celoročně vystavovány povětrnostním vlivům (vítr, voda, sluneční záření, teplotní výkyvy). Z těchto vlivů patří voda ovšem k jejich nejzákeřnějším nepřátelům.

Tyto materiály mají porézní strukturu v podobě kanálků a dutin, což je dobrým předpokladem k snadné penetraci vody. Voda může pronikat do porézního systému různými způsoby např. ve formě deště, průsakem zvýšených spodních vod, vzlínající vlhkostí, kondenzací vodních par na stěnách apod.

Bez ohledu na mechanismus, kterým voda vniká do materiálu, je jisté, že její zvýšený obsah má za následek vznik defektů, které mohou mít charakter mechanického, chemického nebo biologického poškození.

Poškození stavebních materiálů vodou

Mráz a led

Prvním uvedeným typem defektu je mechanické poškození. Voda vyplňující nasycené póry materiálu při následné přeměně v led zvyšuje svůj objem o 10 %. Tím dochází ke vzniku tlakového napětí uvnitř materiálu. To má za následek snižování soudružnosti, jehož následkem je pozvolný rozpad materiálu (obr. 1). Ne nadarmo je doporučováno omezit stavební práce v zimních měsících.

Soli

Voda je také výborným transportním mediem pro mnoho rozpustných solí (chloridy, sírany, dusičnany) obsažených v půdě. V případě vysokého obsahu solí (např. cesty a silnice solené v zimním období, okolí hospodářských usedlostí) nic nebrání transportu rozpuštěných solí z půdy do zdiva. Následkem tohoto jevu je postupné ukládání solí ve zdivu. Po nějaké době může dojít k částečnému odpaření vody a vodorozpustné soli začínají opět krystalizovat a vytvářet krystalizační tlaky. Soli mohou také migrovat na povrch materiálu a vytvářet bílé nevzhledné výkvěty (obr. 2), které, zvláště na tmavších podkladech, způsobují pouhým okem viditelné poškození. Nehledě na to, že spousta solí je hygroskopických (tzn. jsou schopny vázat vlhkost), což znesnadňuje následné vysychání.

Koroze

V této problematice se dále můžeme setkat s výrazem chemická koroze. Jako chemickou korozi lze chápat chemickou změnu materiálu. U stavebních materiálů na bázi uhličitanu vápenatého (vápenec, pojivová složka betonu aj.) vystavených kyselým dešťům dochází postupně k interakci uhličitanu vápenatého (v čisté vodě obtížně rozpustného) s kyselým deštěm za vzniku hydratovaných forem síranu vápenatého, které již jsou slabě rozpustné. To má za následek ochuzování materiálu o pojivovou složku a ztrátu soudružnosti.

Vedle degradace mrazem popř. migrací solí ve zdivu může docházet ke korozi železobetonových konstrukcí. S tímto jevem se lze setkat téměř kdekoliv kolem nás (rozpadlé balkony u staré panelové výstavby, popraskané sloupy elektrického vedení).

Kde je vlhkost, tam jsou plísně

Účinkem zvýšené vlhkosti zdiva dochází nejen k rozpadu stavebních materiálů, ale i k narušení jejich estetického vzhledu. Vznikají zřetelně zbarvená místa, která indikují napadení mikroorganismy (bakterie, plísně, houby a řasy). Na vlhkých stěnách je růst těchto kultur snadno rozpoznatelný žlutými, zelenými i černými skvrnami a zatuchlým zápachem. Nebezpečí plísní spočívá v jejich působení na zdraví člověka. Plísně znečišťují ovzduší a mohou vyvolávat astmatické záchvaty, bolesti hlavy, pocity nevolnosti nebo vyvolat onemocnění kůže a plic.

V praxi jsou stavební materiály vystaveny synergickému působení všech těchto typů degradace. Je třeba si také uvědomit, že zvýšením obsahu vlhkosti zdiva se podstatně snižují jeho tepelně izolační vlastnosti (při zvýšení vlhkosti zdiva o 10 % se zvýší jeho tepelná vodivost až o 150 %), což v dnešní době neustálého zvyšování výdajů na energie určitě stojí za povšimnutí. Jak bylo možné se již přesvědčit, voda je jedním z nejvážnějších činitelů způsobujících poškození stavebních prvků a je třeba se proti ní účinně bránit.

Přípravky chránící před působením vody

Na trhu se v průběhu let objevila celá řada přípravků vyvinutých za účelem ochrany stavebních materiálů před působením vody. Jedná se jednak o roztoky a emulze akrylátových, styrenových nebo polyvinylacetátových pryskyřic, vosků, olejů či mýdel. Mechanismus ochrany této skupiny látek před vodou spočívá ve vytvoření nejen vodě, ale i parám nepropustného filmu. To ovšem nemusí být jejich nejlepší vlastnost. Tímto způsobem ošetřené plochy nemohou volně dýchat a zbytková vlhkost „uvězněná” pod neprodyšným nátěrem může způsobit jeho odlupování.

Výjimečné postavení silikonů

Dalším typem přípravků je skupina látek, které neutěsňují póry zdiva a ošetřený materiál může zcela bez problémů dýchat. Do této skupiny patří přípravky na bázi silikonu.

Co jsou silikony?

Silikony (odborně – polysiloxany) jsou syntetické polymerní sloučeniny, jejichž základní kostru tvoří řetězec neustále se opakujících atomů křemíku a kyslíku (obr. 3). Na každém atomu křemíku jsou navázány organické skupiny (většinou methylové skupiny). V závislosti na povaze těchto organických skupin a stupni vzájemného zesítění polysiloxanových řetězců vznikají nám známé produkty jako silikonové oleje, pryskyřice, kaučuky atd. Je tedy možné se přesvědčit, že pod pojmem „silikon” není míněn jen jeden typ produktu, ale široká řada materiálů, ve které každý její člen má své zcela specifické vlastnosti a zcela jiné použití. Silikony se díky svému chemickému složení nacházejí na pomezí anorganické (Si–O vazba) a organické (alkylové substituenty např. CH₃–) chemie. Díky tomu mají celou řadu výborných vlastností, ke kterým patří vodoodpudivost, odolnost vůči UV záření a dalším povětrnostním vlivům, paropropustnost, tepelná odolnost aj.

Vlastnosti silikonů

Jednou z důležitých vlastností silikonů využívaných ve stavebnictví je jejich vodoodpudivost. Jako vodoodpudivý lze považovat materiál tehdy, pokud je dotykový (někdy se říká krajový) úhel mezi podkladem a vodní kapkou vyšší než 90° (obr. 4). U běžných stavebních materiálů je dotykový úhel menší než 10°. Ošetřením materiálu ale dojde ke změně jeho povrchového napětí a podklad se stává hydrofobním (obr. 5). Vzhledem k nízké koncentraci účinné silikonové složky v přípravku aplikovaném na materiál se vytvoří polymerní siloxanový mikrofilm, který zvyšuje dotykový úhel povrchu s vodou. Na takovém hydrofobním povrchu nemůže voda vytvořit souvislý film, nesmáčí povrch a snadno stéká, přesněji – odkutálí se.

Princip hydrofobizace

Hydrofobní účinek organosiloxanové vrstvy lze vysvětlit orientací všech organických skupin siloxanového řetězce směrem od povrchu materiálu (obr. 6).

Tloušťka siloxanového filmu je velmi malá, cca 10^–6 cm. Submikroskopická, řádově nanometrová vrstvička siloxanu nemá na ostatní vlastnosti hydrofobizovaného materiálu žádný vliv a vzhledově nelze hydrofobizovaný materiál odlišit od nehydrofobizovaného. Povrchová úprava silikonovými hydrofobizačními přípravky nijak neovlivňuje prodyšnost materiálu a vodní pára může zcela volně procházet přes jeho póry. Dalšími výhodami silikonem ošetřených materiálů jsou vedle již zmiňované hydrofobity a paroprospustnosti také jejich vyšší trvanlivost. Nedochází ke změně vzhledu materiálu, slabá silikonová vrstva nepodléhá destrukci UV–zářením a nežloutne, díky hydrofobitě vrstvy dochází ke snížení špinivosti zdiva.

Silikonové přípravky ve stavebnictví

Ochrana materiálů silikonovými prostředky je známa již několik desítek let. Za tu dobu jich byla formulována celá řada. Silikonové přípravky se mezi sebou liší typem silikonové složky.

Silanoláty

Mezi nejstarší patří prostředky na bázi methylsilanolátu draselného (sodného). Jedná se o vodouředitelný materiál, který se aplikuje jako velmi zředěný vodný roztok. Mechanismus tvorby ochranného silikonového filmu silanolátu spočívá v tom, že vodný roztok účinné složky penetruje do hmoty, kde po odpaření nosného media, v tomto případě vody, je silikonová složka po vystavení účinkům vzdušného oxidu uhličitého přeměněna na vodou nerozpustný siloxanový film, který se pevně váže k podkladu. Jako vedlejší produkt této reakce vzniká uhličitan draselný (sodný). Ten může v pří padě nedodržení ředění silikonového přípravku nebo špatné aplikace vytvořit bílé výkvěty na ošetřovaném materiálu. Výkvěty jsou však neškodné, hydrofobní účinek siloxanové vrstvy neruší a při dešti dojde k jejich postupnému odplavení.

Organické roztoky silikonových pryskyřic

Vedle silanolátů lze hydrofobizovat roztokem silikonové pryskyřice v organickém rozpouštědle (např. lakový benzín) běžně obsahujícím 3–5 % silikonového podílu. Přípravky tohoto typu mají díky obsahu organického rozpouštědla vyšší schopnost penetrovat do hloubky materiálu. Po odpaření organického rozpouštědla dochází pozvolna k tvorbě siloxanové vrstvy kondenzací siloxanových oligomerů obsažených v roztoku.

Vodné emulze silikonových pryskyřic

V současnosti, kdy dochází ke zpřísňování limitů pro obsah těkavých organických látek a do „módy” se dostávají přípravky „VOC free” (Volatile Organic Compounds – těkavé organické látky) jsou přípravky tohoto typu částečně nahrazovány vodou ředitelnými emulzemi silikonových pryskyřic.

Siloxanové estery

Další skupinou silikonových přípravků jsou tzv. „silany”. Většinou jde o alkylsiloxanové estery (např. methyl trietoxy silan, octyl trietoxy silan).

Tyto estery jsou prakticky nerozpustné ve vodě a proto jsou k dostání v běžných rozpouštědlech jako jsou alkoholy, aceton, toluen nebo ve formě vodou ředitelných emulzí.

Princip vzniku vodoodpudivého charakteru spočívá v tom, že po odpaření nosného media dochází k pozvolné hydrolýze alkoxy skupin za vzniku silanolů, které interagují mezi sebou za vzniku siloxanové vrstvy. Vzhledem k pomalému průběhu této reakce dochází ke zvyšování účinnosti hydrofobizace až v delším časovém horizontu.

Závěr

Jak bylo možné se přesvědčit, voda dokáže mnohdy v nesprávný čas a na nesprávném místě pěkně znepříjemnit život a nemusí mít ani podobu v dnešní době již vcelku „běžné” padesátileté nebo stoleté povodně. Silikonové hydrofobizační prostředky jsou jednou z mnoha stavebních komponent, kterými se lze bránit nepříznivým povětrnostním podmínkám, nicméně stále mají svou pevnou pozici na trhu vodoodpudivých přípravků.

Literatura:

[1] Bažant, V. a kol.: Technické použití silikonů, SNTL Praha 1959.
[2] Firemní materiály Lučebních závodů a.s. Kolín.