Ploché střechy – 3. část. Degradace hydroizolačního souvrství z asfaltových pásů z období 60. až 80. let.

Na objektech z období šedesátých až osmdesátých let se ještě v současnosti velice často vyskytují původní hydroizolační souvrství z pásů z oxidovaného asfaltu a nosnými vložkami jednak nasákavými a jednak nenasákavými. Tato souvrství jsou v důsledku jejich zdegradovaného stavu zdrojem častých poruch a závad nejrůznějšího různějšího rozsahu.

Asfaltové pásy jsou vzhledem ke své poloze a expozici vůči okolnímu prostředí namáhány množstvím vlivů, které v různé míře negativně ovlivňují jejich fyzický stav a vlastnosti (viz obr. 1-a a 1-b). Po určité době expozice dochází vlivem degradačních procesů k postupným změnám jejich vlastností. Asfaltové hydroizolační pásy jsou složeny z krycích asfaltových vrstev a z nosné vložky. Asfalt jako základní látka asfaltových hydroizolačních pásů není díky svým vlastnostem materiál plasticko-elastický. V průběhu roku je vystaven přímému vlivu teplot, přičemž při nízkých teplotách tuhne až křehne a postupným stárnutím se stává zcela neohebným a mnohdy lámavým.

Obr. 1-a Pohled na stávající hydroizolační souvrství z pásů z oxidovaného asfaltu Detail rozsáhle narušené asfaltové hydroizolace s velkoplošně obnaženou nosnou vložkou ze skelné tkaniny v důsledku odlupování ker z horní krycí vrstvy pásu. Výrobní objekt - Strakonice

Dříve vyráběné asfaltové pásy měly nosné vložky z rozdílných materiálů. Nejjednodušší a nejlevnější byly materiály impregnované, používané pouze jako výztužné vložky izolačních povlaků připravovaných nátěrovou technikou. Postupně se nanášené množství živice zvětšovalo a tím narůstaly tloušťky krycích vrstev. Nejstarší lepenky pro nosné vložky byly buničinové (B) a vyráběly se na Slovensku. Velmi záhy je vystřídaly lepenky hadrové s vyšším obsahem hadrů (H), strojně hadrové lepenky (SH) s menším obsahem hadrů a s větším obsahem dřevolátky nebo ze sulfátového papíru spojeného polyethylenem (PPe). Vznikly tak asfaltové izolační pásy typu A dodávané pod označením např. A400H, A330SH (číselný údaj označoval plošnou hmotnost materiálu).

Obr. 1-b Pohled na stávající hydroizolační souvrství z pásů z oxidovaného asfaltu Detaily asfaltové hydroizolace - popraskaná horní krycí vrstva a obnažená nosná vložka ze skelné tkaniny. Původní krytina z roku 1982 (Sklobit). Bytový dům - Praha 4

Asfaltové izolační pásy typu R (Ruberoid) tvořila asfaltem impregnovaná nosná vložka a oboustranný nános krycí asfaltové vrstvy do tloušťky 1 mm, posypaný jemným mastkem. Vložky tvořila hadrová lepenka (H), strojně hadrová lepenka (SH), skelné rohože nebo krepovaný sulfátový papír (P). Tyto pásy byly díky oboustrannému pokrytí asfaltem odolnější proti provlhnutí. Pásy typu R však bylo nutné před zpracováním zbavit posypové hmoty a pro nátěry používat asfalt o minimální teplotě +140 °C. Dodávány byly R400H, R400SH, R500H, R500SH, Pebit R (s vložkou z polyethylenového papíru), Kregalit R (s vložkou ze sulfátového papíru), Bitagit R (s vložkou ze skelné rohože).

Natavitelné izolační pásy typu S se lišily tím, že asfaltová hmota obsahovala minerální plnidla. Celková tlouš.ka pásů byla 4 mm až 5 mm. Pásy měly již z výroby vložky opatřené souvrství z pásů z oxidovaného asfaltu velkoplošně obnaženou nosnou vložkou ze skelné vrstvy pásu. Výrobní objekt - Strakonice opatřené nánosem krycí a lepící vrstvy. Na stavbě se odvíjely pásy z role a ihned natavovaly plamenem. Dodáván byl Sklobit a Sklobit S (s vložkou ze skelné tkaniny), Bitagit S a Bitagit SI (s vložkou ze skelné rohože), Esterbit S, Arabit S a Aralebit S (s vložkou z netkané textilie), Pebit S (s vložkou z polyethylenové rohože s papírem), IPA400H, IPA400SH, IPA500H, IPA500SH (s lepenkovou vložkou), Cufolbit, Foalbit a Alfobit (s vložkou z kovové fólie). Tyto pásy patřily v tehdejší době mezi nejkvalitnější a byly maximálně využívány.

Pro krycí vrstvy asfaltového pásu byl používán pouze oxidovaný asfalt a popřípadě polofoukaný asfalt, který se vyráběl oxidací primárních asfaltů nebo jejich směsí s těžkými olejovými frakcemi při vhánění vzduchu za teplot nad + 200 °C do destilačního vakuového prostoru. Úpravou tak došlo ke změně vlastností asfaltů oproti vakuovým destilačním asfaltům, které byly vyráběny jednodušší vakuovou destilací z asfaltických rop. Oxidované asfalty byly pružnější a méně citlivé na změny teplot.

Ropné živice jsou dle výzkumů materiálem, na kterém se rychle rozmnožují běžné půdní bakterie. Rovněž některé druhy mikromycet jsou schopny asfalty napadat a degradovat je. Způsobují většinou rychlou změnu struktury asfaltů a úbytek hmotnosti asfaltových živic. Rychlost degradace závisí nejen na konkrétních podmínkách, ale i na specifické hmotnosti materiálu. Bylo zjištěno, že se vzrůstající měrnou hmotností a současně menší pórovitostí klesá možnost degradace materiálu, např. asfalt s měrnou hmotností nad 1,015 g.cm^-3 je degradován pomaleji a materiál s měrnou hmotností pod 1,015 g.cm^-3 rychleji. Asfaltové hydroizolační pásy se z hlediska degradace začaly zkoumat během 60. let. V USA byly analyzovány asfaltové pásy s nasákavými vložkami, na kterých se vytvořily výrazné skvrny. Jednalo se o místa, kde došlo k napadení pásu celým společenstvem mikroorganizmů. V místě těchto skvrn se po určité době projevila výrazná destrukce izolačních pásů. Na tuzemských asfaltových hydroizolačních pásech z oxidovaného asfaltu byly provedeny laboratorní zkoušky na starších typech materiálů - např. IPA330H Pe, Pebit, Bitagit S, Sklobit E. Vždy se jednalo o narušené střešní pásy, jejichž vzorky byly odebrány ze střešního souvrství, ve kterém docházelo ke kondenzaci vodní páry bezprostředně pod asfaltovou hydroizolací nebo k přímému zatékání srážkové vody do souvrství. Vzorky pocházely jednak z oblastí „puchýřů“ a jednak z míst s viditelně porušenou krytinou. U asfaltových pásů odebraných z míst „puchýřů“ byly identifikovány plísně, řasy a velké množství půdních bakterií. U navlhlých střech s velkou kondenzací vodní páry a současně s narušenou hydroizolací byly nalezeny bakterie v počtu tisíckrát větším než u nenarušené hydroizolace. Kromě toho se v prostoru výdutí u puchýřů vyskytoval oxid uhličitý a metan.

Na krycí vrstvy byl používán výhradně asfalt oxidovaný, který z chemického hlediska je směsí vysokomolekulárních uhlovodíků a heterosloučenin a obsahuje vedle vodíku a uhlíku v menší míře též síru, kyslík, dusík a některé kovy. Jednotlivé základní složky jsou zjistitelné pouze postupnými chemickými extrakcemi. Lze tak částečně separovat malteny složené z olejů a pryskyřic, asfalteny, karbeny a karbidy. Mezi těmito skupinami látek existuje vzájemná chemická vazba. Asfalt lze charakterizovat jako koloidní systém, ve kterém se vyskytují jeho jednotlivé složky v různém tvarovém a početním seskupení, která mají přímý vliv na jeho konzistenci a viskozitu. U oxidovaných asfaltů došlo oxidací k vytvoření vnitřní síťové struktury a ke změně koloidního roztoku. Na celkové degradaci asfaltových pásů se podílí jednak degradace krycích vrstev, nosných vložek a dále pásu jako celku.

Lze konstatovat, že působením výše analyzovaných negativních vlivů vzniká u asfaltových pásů:

• přirozená degradace (stárnutí):
• termická: vlivem teploty dochází ke křehnutí, lámavosti a ztrátě konzistence,
• oxidativní: působením vzdušného kyslíku se mění chemické složení na vnějším povrchu pásu,
• strukturní: odpařováním těkavých podílů dochází ke změně chemického složení a ke ztvrdnutí pásu,
• biologická degradace: vlivem působení mikroorganizmů dochází k destrukci asfaltových pásů jako celku.

V důsledku těchto druhů degradací se u asfaltových pásů mění jejich základní vlastnosti:

• chemické: ve složení materiálu,
• fyzikální: v základních fyzikálních veličinách jako je např. pevnost v tahu a tlaku, pevnost za ohybu, modul pružnosti v tahu a ve smyku, tvrdost, únavová pevnost, součinitel délkové roztažnosti, objemová hmotnost, nasákavost.

Obr. 2-a Mikroskopický snímek asfaltového pásu z oxidovaného asfaltu se skelnou vložkou. Detail horní krycí vrstvy asfaltového pásu a nosné vložky ze skelných vláken - příčný řez.

Degradace hydroizolačního souvrství je ovlivněna i dalšími negativními procesy, ke kterým dochází v oblasti spojů jednotlivých asfaltových pásů, zpravidla jako důsledek:

• vlastního mechanického namáhání asfaltových pásů, do kterých je při výrobě v oblasti nosné vložky vnášeno určité napětí,
  Obr. 2-b Mikroskopický snímek asfaltového pásu z oxidovaného asfaltu se skelnou vložkou. Detail části kaverny v horní krycí vrstvě asfaltového pásu – příčný řez.
• působení větru, který vyvolává dvě silové složky – tahovou a smykovou, které způsobují zvýšené smykové namáhání mezi pásy ve spojích,
• dlouhodobého vlivu teploty, který způsobuje objemové změny. Při záporných teplotách dochází ke zmrznutí, při vysokých teplotách k vnitřnímu napětí a k dalšímu narušení materiálu a k průniku vody do souvrství. Negativní je i vliv stojatých kaluží vody. Voda proniklá do souvrství má za následek zvýšení tlaku a vzájemné vodorovné oddělování pásů a netěsnosti ve spojích,
• teplotou vyvolaného smršťování a následné deformace pásů, která způsobuje smykové namáhání spojů pásů, přičemž bylo zjištěno, že při určitých teplotách ani spoje šířky 100 mm nejsou těmto silám schopny odolat,
• chybné pokládky nerespektující technologické předpisy, kdy vzniká u spojů pásů např.:
  • spojení na sraz,
  • nedostatečné překrytí,
  • nedostatečné spojení v ploše,
  • spoj nestejných typů pásů,
  • vliv aktuální povětrnosti při pokládce.

Obr. 2-c Mikroskopický snímek asfaltového pásu z oxidovaného asfaltu se skelnou vložkou. Detail vnějšího povrchu (vystaveného vnějším vlivům) – příčný řez.

Uvedené degradační procesy mají přímý dopad na fyzický stav stávajících dříve vyráběných asfaltových hydroizolací. Pro ilustraci a potvrzení konkrétního fyzického stavu asfaltového pásu, odebraného z horní (vnější) vrstvy hydroizolačního souvrství, byly provedeny mikroskopické snímky (viz obr. 2-a, 2-b a 2-c). Vzorek materiálu pocházel z pásu z oxidovaného asfaltu s nosnou vložkou ze skelných vláken a se zbytky reflexního nátěru na povrchu. Ze snímků příčného řezu pásem je patrná značná nerovnoměrnost tlouš.ky materiálu v horní krycí vrstvě, nehomogenita asfaltové směsi a výskyt mechanických porušení na vnějším povrchu pásu. Jedná se většinou o četné vlasové trhliny a o lokální kaverny viz obr. 2-b). Na snímcích je identifikovatelná nosná vložka, její průběh a poloha v tlouš.ce pásu a její nestejnoměrné krytí horní asfaltovou vrstvou (viz obr. 2-a). Nehomogenita asfaltové směsi krycích vrstev je místy značná (viz obr. 2-c). Všechny tyto projevy jsou reálným potvrzením vlivu degradace na fyzický stav materiálu.

Zlepšování základních fyzikálních vlastností pásů z oxidovaného asfaltu (např. různými přísadami, změnami nosných vložek) však nemohlo zajistit vytvoření kvalitního výrobku s odpovídajícími technickými parametry a s dostatečnou životností. Pro porovnání některých vlastností tehdejších (z oxidovaného asfaltu) a současných (z modifikovaných asfaltů typu styrén-butadien-styrén a typu ataktický polypropylén) materiálů byl vybrán parametr tepelné stability pásů.

Obr. 3 Porovnání tepelné stability různých typů asfaltových pásů

Z uvedeného přehledu vyplývá, že proces degradace asfaltových pásů jako celku probíhá jak v jejich krycích asfaltových vrstvách, tak i v jejich nosných vložkách. U asfaltové hmoty dochází v závislosti na konkrétních podmínkách a na době expozice ke změně mechanických vlastností, ke ztrátě základní plasticity materiálu a ke křehnutí. Některé používané typy nosných vložek jsou náchylné k nasáknutí a bobtnání, ke zvětrávání na okrajích pásů a k nevratným deformacím. Konkrétní stav hydroizolační vrstvy z pásů z oxidovaného asfaltu, stupeň a rozsah vyskytující se degradace, obsah vlhkosti v prostoru střešního souvrství, včetně intenzity výskytu mikroorganizmů, má značný vliv na návrh nově přidávaných vrstev v případě návrhu rekonstrukce původního souvrství.