Ploché střechy – 6. část. Mikrobiologická degradace v souvrstvích plochých střech z období 60. až 80. let

Článek přímo navazuje na předchozí příspěvek, který se věnoval zkoumání fyzického stavu materiálů jednotlivých funkčních vrstev, přičemž hlavní pozornost byla zaměřena na laboratorní zjišťování obsahu mikroorganizmů, které mohou mít negativní vliv na životnost nově přidávaných materiálů v rámci rekonstrukce střešního pláště. Laboratorní simulace prokázala, že při aplikaci nového materiálu na stávající vrstvu obsahující mikroorganismy může dojít k rozšíření mikroorganismů do nové vrstvy.

(pokračování z minulého čísla)
Vznik, rozvoj a stupeň četných poruch celistvosti hydroizolační vrstvy z asfaltových pásů, zatékání a současný výskyt zkondenzované vlhkosti v prostoru souvrství střešního pláště ovlivňují fyzický stav a funkci všech ostatních vrstev ve střešním plášti. Nejproblémovější částí z celého střešního souvrství je hydroizolační vrstva, složená z pásů z oxidovaného asfaltu a s nasákavými nosnými vložkami. V těchto materiálech probíhají pomalé chemické i biologické degradační procesy, které ovlivňují fyzický stav a funkčnost. Při rekonstrukci střešního pláště, při které dochází k přidání nových funkčních vrstev na stávající souvrství a tím i k přímému kontaktu nových a původních materiálů, lze předpokládat určitý stupeň negativní interakce.

Konstrukční varianty rekonstrukce stávajících skladeb

Cílem analýzy, provedené v laboratoři ČVUT v Praze, Fakulty stavební, bylo ověřit chování nových materiálů, které byly vytipovány pro použití při rekonstrukcích střech. Při laboratorních pokusech a zkouškách bylo zjišťováno chování nově přidaných materiálů při daných vlhkostních a teplotních podmínkách a při expozici mikroorganizmů, které pocházely z odebraných vzorků stávajících souvrství (viz souvrství bytového panelového domu popsané v předchozím čísle).

Předpoklady pro laboratorní zkoušky:

• u navrhované rekonstrukce střešního pláště se ponechají původní vrstvy střešního souvrství včetně hydroizolační vrstvy,
• původní hydroizolační vrstva je složena z asfaltových pásů z oxidovaného asfaltu s nosnými vložkami nasákavými i nenasákavými,
• původní hydroizolační asfaltové souvrství je zdegradované, narušené četnými trhlinami, puchýřky, krami odlupujícího se asfaltu, boulemi apod.,
• souvrství obsahuje mikroorganizmy, masivní výskyt je v hydroizolačním souvrství.

Výběr materiálů

Pro návrh rekonstrukce byly zvoleny odlišné materiálové varianty hydroizolační a tepelně izolační vrstvy a jejich vzájemné kombinace. Přehled těchto materiálů uvádí tab. 1.

Zkoušky materiálů

V laboratoři byly nejprve provedeny přípravné zkoušky a následně hlavní zkoušky. V průběhu přípravných zkoušek byly orientačně testovány jednotlivé vzorky materiálů vytipovaných pro experiment, které byly vystaveny expozici v bezuhlíkatém minerálním mediu ztuženém agarem s methylenovou modří (MM) jako finálním akceptorem elektronů, zaočkovaném suspenzí bakterií Bacillus cereus kultivovaných 16 hod v MPA bujonu. Bakterie byly před inokulací třikrát promyty a odstředěny ve fosfátovém pufru. V takto uspořádaném experimentu část elektronů uvolněných při případné oxidaci hydroizolačního materiálu neprojde celým dýchacím řetězcem mikrobní buňky, ale je přenesena na methylenovou modř za tvorby bezbarvé hydrogenované leukoformy (MM + 2H > MMH₂), což signalizuje napadení materiálu. Experimenty s částečnou dehydrogenací materiálů (aerobní respirace za přítomnosti methylenové modře) tak umožnily vizuálně odhalit ty nové materiály, které jsou mikroflórou hydroizolačních materiálů napadány a posléze i degradovány. Dílčí dehydrogenace proběhla na asfaltových modifikovaných pásech SBS velmi rychle, prakticky ihned po zahájení experimentu (viz obr. 1 – 3. a 4. zkumavka zleva). U fóliových materiálů nebyla pozorována žádná výraznější reakce. Hlavní zkoušky proběhly již na zkompletovaných modelech vytvořených z hydroizolačního materiálu a z tepelně izolačního materiálu.

Simulace skladeb pro rekonstrukci

Cílem zkoušek bylo simulovat rekonstrukci střešního souvrství, při které je z ekonomických důvodů v naprosté většině případů ponecháváno na objektu stávající souvrství bez ohledu na jeho fyzický stav, tj. na stupeň degradace. Tím dochází k situaci, že na zdegradované střešní souvrství, ukončené na horním povrchu souvrstvím z asfaltových oxidovaných pásů, jsou kontaktně položeny nové vrstvy tepelně izolační a následně hydroizolační. Po pokládce jsou pak vystaveny přímému negativnímu vlivu původní zdegradované asfaltové hydroizolace. Rozbory materiálů odebraných ze stávajících souvrství jednoznačně prokázaly, že právě tato vrstva je nejvíce zasažena mikroorganizmy, přispívajícími ke zvýšení a urychlení degradace. Cílem laboratorního zkoumání bylo na vytvořených modelech souvrství zjistit, zda je možné vhodným výběrem stavebních materiálů a jejich kombinací potlačit expanzi mikroorganizmů z původních ponechaných vrstev do nově přidaných vrstev a tím omezit budoucí degradaci souvrství či jí zamezit.

Postup výzkumu

Zkoumání zkompletovaných modelů souvrství pro rekonstrukci proběhlo ve dvou etapách. V první etapě bylo vytvořeno šest modelů (viz obr. 2) o materiálovém složení (v pořadí: hydroizolační + tepelně izolační):

č. 1: asfaltový modifikovaný pás SBS (Icopal) + pěnový polystyren,
č. 2: asfaltový modifikovaný pás SBS (Icopal) + minerální vlna,
č. 3: polyizobutylenová fólie (Rhepanol) + pěnový polystyren,
č. 4: polyizobutylenová fólie (Rhepanol) + minerální vlna,
č. 5: etylvinylacetátová fólie (Evalon) + pěnový polystyren,
č. 6: etylvinylacetátová fólie (Evalon) + minerální vlna.

Na vytvořené modely v uvedeném složení byla použita celistvá hydroizolace, tepelná izolace byla rozdělena spárou, která simulovala místo srazu jednotlivých tepelně izolačních desek. Na zkompletované modely byly nainjektovány mikroorganizmy, odebrané ze stávajících napadených asfaltových pásů. Rozebrány a analyzovány byly tyto modely po osmi týdnech jejich expozice. Při rozebírání byl zvolen následující postup: vzorky byly rozděleny na jednotlivé materiály, resp. na díly těchto materiálů, otisky byly provedeny na bakteriologické živné půdy, ke kultivaci byl použit MPA agar č.2 a CZD agar (Imuna Šárišské Michalany) a rovněž byly vzorky zváženy. Po čtrnácti dnech byla porovnána expanze mikroorganizmů do jednotlivých materiálů.

Rozbor materiálů ze vzorků

• na vzorcích hydroizolace z asfaltových pásů (viz obr. 3) došlo ke kompaktnímu plnoplošnému masivnímu výskytu mikroorganizmů,

Obr. 3: Výskyt mikroorganizmů na asfaltovém pásu
• na vzorcích hydroizolace z polyizobutylenové fólie (viz obr. 4) došlo ke vzniku jednotlivých ohraničených kolonií mikroorganizmů v místě, kde byla na živnou půdu nanesena vlákna z kašírovaného spodního líce hydroizolace. Výskyt mikroorganizmů však nebyl masivní. Lze předpokládat, že u zvoleného fóliového materiálu s integrovanou kašírovanou vrstvou na spodním líci, může její charakter výskyt mikroorganizmů podpořit. Pokud by to z konstrukčního a materiálově interakčního hlediska bylo možné, pak by bylo vhodnější fólii navrhovat bez kašírované vrstvy na jejím spodním líci. Intenzita výskytu mikroorganizmů se výrazně nelišila u jednotlivých fóliových materiálů (viz tab. 1) přestože jejich difúzní vlastnosti byly výrazně odlišné,

Obr. 4: Výskyt mikroorganizmů na polyizobutylenové fólii
• na vzorcích tepelné izolace z minerálních vláken (viz obr. 5) došlo k plnoplošnému masivnímu výskytu mikroorganizmů,

Obr. 5: Výskyt mikroorganizmů na minerální vlně
• na vzorcích tepelné izolace z pěnového polystyrenu (viz obr. 6) došlo ke vzniku jednotlivých ohraničených kolonií mikroorganizmů v místě, kde byly na živnou půdu naneseny jednotlivé kuličky pěnového polystyrenu ze vzorků. Celkový výskyt mikroorganizmů nebyl masivní.

Obr. 6: Výskyt mikroorganizmů na pěnovém polystyrenu

Závěr laboratorních rozborů

Z laboratorních rozborů vyplývá, že se v materiálech hydroizolačních z fólie a tepelně izolačních z pěnového polystyrenu mikroorganizmy šířily podstatně méně, vytvořily pouze ohraničené kolonie, které se vzájemně neprorostly. Naopak v materiálech hydroizolačních z asfaltových modifikovaných pásů a tepelně izolačních z minerálních vláken se mikroorganizmy šířily masivně a jejich výskyt byl plnoplošný.

Vyhodnocení simulace

Provedené experimentální zkoušky vycházely ze zjištění a z předpokladu, že ve stávajících střešních pláštích se v důsledku jejich zdegradovaného stavu vytvořily podmínky pro existenci a růst mikroorganizmů různého typu a množství. Pro laboratorní zkoumání modely vzorků vytvořené z hydroizolačních a tepelně izolačních materiálů se vzájemně lišily svými fyzikálními vlastnostmi a simulovaly nově přidávaná souvrství při rekonstrukcích stávajících střech. Cílem experimentálního zkoumání bylo zjistit, zda je možno výběrem nových materiálů do souvrství určených pro rekonstrukci pozitivně ovlivnit průběh biologických degradačních procesů ve stávajících materiálech a zcela vyloučit či zásadně omezit budoucí expanzi mikroorganizmů do nově přidaných vrstev.

Výběru materiálů musí předcházet průzkum

Ze zkoušek vyplynulo, že pokud se nové stavební materiály kontaktně položí na stávající zdegradované souvrství, resp. na jeho hydroizolační vrstvu z asfaltových pásů obsahující mikroorganizmy a značnou vlhkost, pak po celkovém dokončení rekonstruovaného souvrství lze předpokládat, že mikroorganizmy budou expandovat do nových materiálů a tím přispívat k jejich následné degradaci. Při návrhu rekonstrukce, resp. při doplnění nových vrstev na stávající střešní souvrství je nezbytné vždy vycházet z konkrétního fyzického stavu souvrství a hlavně hydroizolační vrstvy, z obsahu vlhkosti a mikroorganizmů v materiálech. Při jejich masivním výskytu je možno, na základě výsledků provedených laboratorních pokusů, vhodným optimálním výběrem materiálů omezit či vyloučit následnou expanzi mikroorganizmů do nových materiálů a redukovat tak jejich budoucí degradaci.

Odlišnosti a varianty

Vzhledem k tomu, že se stávající střešní souvrství od sebe mohou vzájemně lišit, přičemž rozdíly jsou například ve fyzickém stavu jednotlivých materiálů a hlavně hydroizolační vrstvy, ve stupni jejich degradace, ve změněných tepelných vlastnostech vlivem obsažené vlhkosti a ve výskytu mikroorganizmů, byla paralelně s laboratorním výzkumem prováděna variantní výpočtová posouzení souvrství střešních plášťů se zohledněním stupňů degradace souvrství.

Literatura:
[1] Wasserbauer, R.: Biologické znehodnocení staveb, ABF,a.s., Nakladatelství ARCH, Praha 2000. ISBN 80-86165-30-2.
[2] Kocur, M., Šlosárek, M.: Klasifikace bakterií, Komise pro taxonomii bakterií Č. spol. mikrobiologické při ČSAV, České Budějovice 1986.
[3] Hanzalová, L., Wasserbauer, R.: Mikrobiologická analýza hydroizolačního souvrství jednoplášťové střechy bez parotěsné vrstvy, 26.konference Sanace a rekonstrukce staveb, Praha listopad 2004.