PRACE INSTYTUTU TECHNIKI BUDOWLANEJ - KWARTALNIK nr 1 (109) 1999 BUILDING RESEARCH INSTITUTE - QUARTERLY No 1 (109) 1999 Anna Sękowska * Izabela Żyburtowicz ** WYMAGANE WŁAŚCIWOŚCI WYROBÓW STOSOWANYCH DO WYKONANIA IZOLACJI PRZECIWWILGOCIOWYCH W artykule przedstawiono klasyfikację izolacji przeciwwilgociowych, ich przeznaczenie oraz zasady doboru w zależności od warunków ekspoloatacyjnych, w szczególności w odniesieniu do systemów izolacji z pap asfaltowych oraz wypraw zawierających cement. Artykuł zawiera zestawienie wymagań oraz metod badawczych dotyczących ww. systemów izolacji, opracowanych w nawiązaniu do prac Komisji Specjalistycznej nr 206 UEAtc oraz na podstawie prac badawczych ITB. 1. Rodzaje izolacji przeciwwilgociowych i ich przeznaczenie Wilgoć wpływa niekorzystnie na warunki użytkowania pomieszczeń, a także przyspiesza degradację materiałów budowlanych. Nawet w przypadku posadowienia budynku powyżej poziomu wody gruntowej, jego podziemne części wymagają zabezpieczenia przed wilgocią zawartą w gruncie. Izolacje przeciwwilgociowe spełniają inną rolę niż Izolacje przeciwwodne (przeznaczone do ochrony obiektów budowlanych lub ich części przed działaniem wody pod ciśnieniem), dlatego też stawiane są im inne wymagania. Właściwe projektowanie i wykonawstwo Izolacji przeciwwilgociowych podziemnych części budynków jest tym bardziej istotne, że są to często elementy budowli, które po zakończeniu procesu realizacji budowy są trudno dostępne lub niedostępne przy pracach konserwacyjnych i naprawach. Izolacje przeciwwilgociowe można podzielić na: - izolacje poziome stanowiące zabezpieczenie przed wilgocią posadzek układanych bezpośrednio na gruncie, - izolacje poziome stanowiące zabezpieczenie ścian przed zawilgoceniem spowodowanym przez kapilarne podciąganie wilgoci z gruntu, - izolacje pionowe stanowiące zabezpieczenie zewnętrznych powierzchni ścian podziemnych przed bocznym napływem wilgoci z otaczającego gruntu. * mgr inż. - asystent w ITB ** mgr inż. - st. specjalista w ITB 86
Dotychczas przy projektowaniu rozwiązań izolacji przeciwwilgociowych części podziemnych budynków tradycyjnie zalecano wykonanie: - izolacji pionowej ścian - w formie powłoki z mas bitumicznych, - izolacji poziomych ścian i posadzek ułożonych bezpośrednio na gruncie - z pap asfaltowych, bez precyzowania rodzaju materiału, co w praktyce nie wykluczało stosowania wyrobów najniższej jakości. Takie podejście było uzasadnione w sytuacji, gdy asortyment materiałów był bardzo ograniczony. Obecnie przy bardzo dużym wyborze materiałów do wykonania izolacji przeciwwilgociowych istnieje możliwość ich doboru w zależności od oddziaływań środowiskowych. Na dobór rodzaju izolacji mają wpływ: - ukształtowanie terenu i rodzaj nawierzchni wokół budynku, - dostępność izolowanych przegród w przypadku napraw w trakcie eksploatacji obiektu. Brak jest w kraju normatywów i instrukcji technicznych porządkujących w sposób precyzyjny warunki stosowania różnych wariantów rozwiązań Izolacji przeciwwilgociowych z uwzględnieniem szerokiego asortymentu materiałów hydroizolacyjnych, w tym wyrobów, które stosunkowo niedawno pojawiły się na rynku polskim (np. wypraw wodochronnych). W artykule przedstawiono stan prac normalizacyjnych w tym zakresie. 2. Klasyfikacja i dobór systemów izolacji przeciwwilgociowych Komisja Specjalistyczna UEAtc w trakcie konferencji, która odbyła się w 1998 r. w Ronneby (Szwecja), zaproponowała bardziej rozbudowany system klasyfikacji oddziaływań środowiska gruntowo-wodnego na izolacje przeciwwilgociowe podziemnych części budowli. Klasyfikacja ta uwzględnia: - przepuszczalność gruntu, - ukształtowanie terenu otaczającego budowlę, - dostępność izolacji przeciwwilgociowej przy pracach konserwacyjnych i naprawczych, - istnienie bądź nieistnienie systemu drenażowego. Propozycje przedstawiono w tablicy 1. Klasyfikacja oddziaływania środowiska gruntowo-wodnego umożliwia dobór systemów izolacji i materiałów hydroizolacyjnych. W odniesieniu do materiałów hydroizolacyjnych zastosowano dwustopniowy podział, tj. podstawowy - na trzy grupy, obejmujące materiały powłokowe, membrany i przegrody z zastosowaniem bentonitu oraz podział szczegółowy na 11 typów wyrobów. Zastosowania tych wyrobów w zależności od pięciu (l-v) klas oddziaływania środowiska gruntowo-wodnego i systemu drenażowego przdstawiono w tablicy 2. W następnym rozdziale określono zakres badanych parametrów i poziom wymagań stosowanych w kryteriach oceny materiałów hydroizolacyjnych przeznaczonych do podziemnych izolacji przeciwwilgociowych. 87
Tablica 1. Klasy oddziaływania środowiska gruntowo-wodnego z uwzględnieniem warunków eksploatacyjnych według [1] Charakterystyka izolowanej wodochronnie ściany podziemnej Grunty łatwo przepuszczalne (np. piaszczyste) Grunty średnio przepuszczalne Grunty słabo przepuszczalne (np. gliny, iły) powierzchnia izolowanej ściany niedostępna do napraw i konserwacji Rodzaj/ /przepuszczalność gruntu powierzchnia nieprzepuszczalna, nachylona w kierunku budowli powierzchnia izolowanej ściany dostępna do napraw i konserwacji ukształtowanie terenu otaczającego budowlę teren nachylony w kierunku na zewnątrz" od budowli powierzchnia płaska nieprzepuszczalna lub przepuszczalna powierzchnia nieprzepuszczalna, nachylona w kierunku budowli powierzchnia płaska nieprzepusz czalna lub przepuszczalna teren nachylony w kierunku na zewnątrz" od budowli II III IV III IV IV-V I II III II III III I I II-III I II III Tablica 2. Zastosowanie różnych typów izolacji przeciwwilgociowych według [1] Typ materiału hydroizolacyjnego Klasa oddziaływania środowiska gruntowo-wodnego z zastosowaniem systemu drenażowego bez zastosowania systemu drenażowego Powłoki Emulsje bitumiczne III IV Laminaty z mas bitumicznych II III Płynne materiały do wykonywania izolacji wodochronnych niezbrojonych Płynne materiały do wykonywania izolacji wodochronnych zbrojonych Wyprawy na bazie cementu zwykłe Elastyczne wyprawy na bazie cementu (modyfikowane) III II IV II IV III V III 88
Typ materiału hydroizolacyjnego Klasa oddziaływania środowiska gruntowo-wodnego z zastosowaniem systemu drenażowego bez zastosowania systemu drenażowego Membrany Membrany całkowicie zespojone z podłożem (klejone, zgrzewane, samoprzylepne) Membrany mocowane mechanicznie w sposób trwały Membrany mocowane mechanicznie prowizorycznie Membrany wytłaczane ze złączami szczelnymi Membrany wytłaczane ze złączami otwartymi 1 II 1 II II III IV V Bentonity Bentonity IV nie stosuje się Bentonity ze specjalnymi urządzeniami II nie stosuje się 3. Ogólne wymagania dotyczące izolacji W zależności od klasy oddziaływań, systemom izolacji przciwwilgociowych stawiane są różne wymagania. Izolacje te narażone są nie tylko na oddziaływanie środowiska, ale również na niebezpieczeństwo uszkodzenia lub naruszenia szczelności w trakcie realizacji budynku. Trzeba również brać pod uwagę możliwość konserwowania izolacji. Komisja Specjalistyczna UEAtc zaproponowała zakres badań dotyczący każdego z typów materiałów oraz wymagania w odniesieniu do badanych parametrów. Metodyka większości proponowanych badań została ujęta w projektach norm europejskich (PrEN), a zatem w dokumentach będących w trakcie opracowania i nadal podlegających weryfikacji. Stąd publikowanie tych materiałów jest przedwczesne. W ITB podjęto prace nad ustaleniem wymagań dotyczących dwóch systemów izolacji przeciwwilgociowych: - membran z pap asfaltowych, - powłok ze sztywnych i elastycznych wypraw cementowych. 4. System izolacji przeciwwilgociowych z pap asfaltowych Podziemne izolacje przeciwwilgociowe mogą być wykonane z pap asfaltowych termozgrzewalnych, klejonych lub samoprzylepnych produkowanych na bazie bitumu oksydowanego lub modyfikowanego SBS lub APP. 89
Zgodnie z podziałem izolacji przeciwwilgociowych przedstawionym w tablicy 2, papy asfaltowe należą do izolacji typu membran, całkowicie zespojonych z podłożem, tj. samoprzylepnych, klejonych lub termozgrzewalnych, a więc są użytkowane w najniekorzystniejszych warunkach oddziaływania środowiska gruntowo-wodnego, określonych jako warunki klasy I lub II. W tablicy 3 zestawiono proponowany przez Komisję Specjalistyczną UEAtc wykaz ocenianych parametrów, normy dotyczące procedur badawczych oraz wymagania stosowane przy ocenie wymienionych pap asfaltowych. Tablica 3. Proponowane zestawienie badanych parametrów, norm dotyczących procedur badawczych oraz wymagań w odniesieniu do pap asfaltowych stosowanych w podziemnych izolacjach przeciwwilgociowych [1] Lp. Badany parametr Materiały zespojone z podłożem na całej powierzchni (klejone, zgrzewane i samoprzylepne) norma dotycząca procedury badawczej Badania właściwości mechanicznych wymagania 1 Przyczepność do podłoża PrEN 12310/1 2 Odporność na przebicie/ /dziurawienie statyczne PrEN 12730 3 Giętkość w niskich temperaturach PrEN 1109 4 Wytrzymałość złączy PrEN 12311.1 5 Mostkowanie pęknięć podłoża PrEN 1062-7 Badania właściwości związanych z oddziaływaniem wilgoci 6 Przesiąkliwość materiału PrEN 1928 7 Przesiąkliwość złączy PrPN 1928 jw., p.6 brak przecieku przez 24 h przy działaniu słupa wody o wys. 1 m i 8 9 Badania właściwości związanych z trwałością izolacji przeciwwilgociowych Odporność na działanie mikroorganizmów Odporność złączy na działanie wody ISO DIN 846 po sezonowaniu w kąpieli wodnej wytrzymałość złącza większa niż wytrzymałość materiału 90
Zgodnie z tablicą 3 badania pap asfaltowych do podziemnych izolacji przeciwwilgociowych powinny dotyczyć właściwości: - mechanicznych, - związanych z oddziaływaniem wilgoci, - rzutujących na trwałość izolacji przeciwwilgociowej. Z danych przedstawionych w tablicy 3 wynika, że wymagania w stosunku do pap przeznaczonych do podziemnych izolacji przeciwwilgociowych różnią się od wymagań stawianych papom do pokryć dachowych. Wniosek ten zgodny jest z zasadą, że wyroby stosowane w budownictwie powinny być oceniane w zależności od zastosowania i o- kreślonych oddziaływań środowiskowych. Nie może być oceniany tylko materiał, gdyż przy różnych zastosowaniach będzie on spełniał różne funkcje. Stosowane dotychczas metody badania pap asfaltowych oraz wymagania ujęte są w polskich normach oraz w procedurach badawczych, wymaganiach technicznych i instrukcjach ITB. W dokumentach tych określono zakres badań cech flzykomechanicznych i poziom wymagań w odniesieniu do poszczególnych typów pap oraz zawarto wytyczne badań i kryteria oceny właściwości eksploatacyjnych pap przeznaczonych przede wszystkim do pokryć dachowych. Brak jest dotychczas opracowań dotyczących metodyki badań i wymagań odnośnie do zastosowań pap w izolacjach przeciwwilgociowych w podziemnych częściach budowli. W związku z tym w ITB opracowywane są takie procedury badawcze. Na tle przedstawionego wcześniej zestawienia badań (w tablicy 3), opracowywane procedury badawcze można zaliczyć do grupy badań związanych z trwałością izolacji przeciwwilgociowych. Na obecnym etapie realizacji tematu opracowano dwie wstępne procedury badawcze - pierwszą, dotyczącą odporności pap na działanie kąpieli testowej symulującej wodę gruntową, oraz drugą - dotyczącą odporności pap na działanie środowiska gruntowo-wodnego. Opracowane procedury badawcze dotyczące pap przeznaczonych do podziemnych izolacji przeciwwilgociowych składają się z czterech etapów: 1. Poddanie próbek przyspieszonemu działaniu kąpieli testowej oraz środowiska gruntowo-wodnego (sezonowanie próbek w pojemnikach z ziemią kompostową w pomieszczeniu o odpowiedniej temperaturze i wilgotności lub w kąpieli testowej, symulującej działanie wody gruntowej, przez określony czas, tj. 4, 8 i 12 tygodni). 2. Oznaczanie na pobranych próbkach parametrów fizykomechanicznych decydujących o przydatności materiału, tzn. siły zrywającej i wydłużenia przy zerwaniu, giętkości i przesiąkllwości. 3. Oznaczanie parametrów fizykomechanicznych jw. na próbkach poddanych przyspieszonemu działaniu czynników niszczących w warunkach laboratoryjnych, tj. po działaniu środowiska gruntowego i po działaniu kąpieli testowej. 4. Ocena zmian w wynikach badań cech fizykomechanicznych, jakie uzyskano badając oba rodzaje próbek po każdym cyklu sezonowania. Zmiany te traktowane są jako wskaźnik odporności materiału na niszczące działanie symulowanego w warunkach laboratoryjnych środowiska gruntowo-wodnego. 91
W celu sprawdzenia poprawności założeń przyjętych w procedurach badawczych wykonano szereg badań laboratoryjnych następujących wyrobów: - papy na tekturze, - papy zgrzewalnej na osnowie z włókien szklanych, - papy zgrzewalnej na osnowie poliestrowej z masą powłokową niemodyfikowaną, - papy zgrzewalnej na osnowie poliestrowej z masą powłokową modyfikowaną SBS. Porównanie wielkości i szybkości zmian właściwości fizykomechanicznych, które stwierdzono w wyniku badań wymienionych wyżej wyrobów, wykazało że przyjęta metodyka badań umożliwia przybliżoną ocenę ich trwałości. Zrealizowane dotychczas badania wskazują, że opisana metodyka badawcza stanowi podstawę eliminacji wyrobów o niskich wartościach parametrów materiału wyjściowego - z uwagi na znaczące obniżenie badanych parametrów w stosunku do ich wartości wyjściowych. W odniesieniu do materiałów wyższej jakości procedury badawcze wymagają jeszcze weryfikacji (badania w toku). 5. System izolacji powłokowych w postaci sztywnych i elastycznych wypraw zawierających cement Z przedstawionych tablic 1 i 2 wynika, że jest możliwość stosowania powłok w postaci sztywnych wypraw cementowych w przypadku, gdy wykonanie napraw jest utrudnione wskutek niedostępności ścian - jeżeli grunt wokół budynku charakteryzuje się bardzo dobrą przepuszczalnością, a pochylenie terenu ma kierunek od budynku". Jeżeli podziemne części ścian są dostępne, materiały te można również stosować wówczas, gdy budynek znajduje się w terenie płaskim, pod warunkiem występowania drenażu. Należy mleć przy tym na uwadze stan drenażu, tj. jego drożność oraz system filtracyjny. Wypraw elastycznych nie można stosować, gdy wody powierzchniowe spływają w kierunku budynku, niezależnie od rodzaju gruntu, w jakim zagłębione są ściany - jeśli wokół budynku nie występuje drenaż, a części podziemne ścian są niedostępne. Istnienie drenażu - w przypadku niedostępności ścian - stwarza możliwość stosowania tych materiałów przy oddziaływaniu środowiska gruntowo-wodnego klasy drugiej, a zatem dopuszcza się ich zastosowanie w gruntach o dobrej przepuszczalności, niezależnie od ukształtowania terenu, oraz w gruntach o średniej przepuszczalności, gdy spływ wód powierzchniowych nie odbywa się w kierunku budynku. Jeżeli nie występują utrudnienia w wykonaniu napraw związane z niedostępnością ścian, wyprawy elastyczne można stosować w szerszym zakresie, na przykład w gruntach o dobrej przepuszczalności w każdym przypadku, niezależnie od istnienia systemu drenażowego. Komisja Specjalistyczna UEAtc zaproponowała zakres badań oraz wymagania stawiane stwardniałym powłokom. Uwzględniono przy tym właściwości mechaniczne powłok, właściwości dotyczące szczelności oraz trwałości. Zakres tych badań i wymagania techniczne dotyczące sztywnych i elastycznych "powłok wodochronnych na bazie cementu przedstawiono w tablicach 4 i 5. 92
Tablica 4. Właściwości sztywnej powłoki uszczelniającej według [1] Lp. Cecha badana Metoda i wymagania 1 Przyczepność do podłoża 2 Odporność na dziurawienie statyczne 3 Wodoszczelność 4 Przepuszczalność pary wodnej 5 Odporność na działanie mrozu Tablica 5. Właściwości elastycznej powłoki uszczelniającej według [1] Lp. Cecha badana Metoda i wymagania 1 Przyczepność do podłoża 2 Odporność na dziurawienie statyczne 3 Wodoszczelność 4 Przepuszczalność pary wodnej 5 Mostkowanie pęknięć 6 Wodoodporność 7 Odporność na mikroorganizmy 8 Odporność na działanie mrozu Podobnie jak w przypadku pap, brak jest krajowych dokumentów normatywnych dotyczących powłok. Przy ustalaniu zakresu badań oraz metodyki badawczej i procedur badawczych stosowanych w ITB opierano się na normach polskich obejmujących materiały o zbliżonym składzie podstawowym, niemieckiej instrukcji ibh (Związku Producentów Chemii Budowlanej) [2] dotyczącej zabezpieczeń wodochronnych z zastosowaniem sztywnych i elastycznych cementowych szlamów uszczelniających oraz na wynikach własnych prac badawczych. Zestawienie badanych parametrów technicznych wypraw wodochronnych zawierających cement: - parametrów identyfikacyjnych wyrobu, - parametrów według projektu UEAtc, - parametrów uwzględniających potrzeby projektantów i wykonawców robót izolacyjnych przedstawiono w tablicy 6. 93
Tablica 6. Zestawienie badanych parametrów technicznych dotyczących wypraw wodochronnych na bazie cementu Lp. Wyprawa sztywna Wyprawa elastyczna 1 Wygląd zewnętrzny składników, masy, powłoki X X 2 Gęstość nasypowa składnika sypkiego X X 3 Gęstość objętościowa składnika płynnego X 4 Uziarnienie X X 5 Zawartość ciał stałych w dyspersji X 6 Czas wiązania X 7 Konsystencja robocza X 8 Czas wstępnego twardnienia X 9 Przyczepność do podłoża X X 10 Maksymalne naprężenia rozciągające i wydłużenie względne przy zerwaniu X 11 Odporność na powstawanie rys podłoża X 12 Odporność na dziurawienie statyczne X X 13 Wodoszczelność X X 14 Przepuszczalność pary wodnej X X 15 odporność na działanie mrozu X X Z uwagi na fakt, iż producenci przedmiotowych wyrobów rzadko określają je jako przeznaczone wyłącznie do wykonywania izolacji przeciwwilgociowych, liczba badanych parametrów jest nieco większa niż określa to projekt dokumentu UEAtc. Jeśli chodzi o metodykę badań własności wypraw przeciwwilgociowych, stosowane w ITB procedury oraz progi wymagań są zbieżne z proponowanymi w cytowanym wcześniej dokumencie komisji europejskiej. Dotychczas opracowano szereg procedur badawczych w zakresie wyszczególnionym w tablicy 6, jak również podano wstępne wymagania techniczne stawiane materiałom wodochronnym na bazie cementu. Nie rozgraniczono jednak ściśle procedur i wymagań w odniesieniu do powłok przeciwwilgociowych i zabezpieczających przed wodą nie wywierającą ciśnienia lub wywierającą niewielkie ciśnienie na izolację. Metoda UEAtc, polegająca na działaniu na powłokę słupem wody o wysokości 1 m przez 24 h, znajduje zastosowanie jedynie do powłok przeciwwilgociowych, w przypadku zaś pozostałych przyjmuje się metodę niemiecką (działanie wody pod ciśnieniem 0,15 MPa w ciągu 28 dni). Nie prowadzono dotychczas prób wodoodporności powłok elastycznych według procedury proponowanej przez UEAtc. Nie wydaje się celowe przechowywanie tychże powłok w środowisku wodnym o podwyższonej temperaturze - ze względu na brak 94
związku tej procedury z rzeczywistymi warunkami pracy izolacji. Wpływ wody na zachowanie izolacji z powłok zawierających cement kontrolowano poprzez zmianę przyczepności do podłoża po 6 h moczenia w wodzie wodociągowej, oraz - w przypadku powłok elastycznych - poprzez parametry określające elastyczność, tj. maksymalne naprężenia rozciągające i wydłużenie względne przy zerwaniu. 6. Podsumowanie 1. Stosowane metody oceny wyrobów do izolacji wodochronnych nie dają możliwości oceny tych wyrobów w zależności od ich zastosowania do różnych izolacji przeciwwilgociowych w budynkach. 2. Zróżnicowanie oddziaływań środowiskowych na izolacje przeciwwilgociowe - przy uwzględnieniu możliwości ich napraw - stwarza dobrą podstawę doboru wyrobów do wykonania tych izolacji. 3. Opracowany zestaw wymagań i cech wyrobów stosowanych do izolacji przeciwwilgociowych (membran z pap asfaltowych i powłok zawierających cement), które obecnie podlegają testowaniu, powinien stanowić w niedalekiej przyszłości podstawę oceny przydatności tych wyrobów. Dokumenty [1] Damp - proofing and protection of underground walls against moisture - UEATc draft technical report, 21-22 septembre 1998, Ronneby (Szwecja) [2j Instructions on Structural Waterproofing with Cementious Rigid and Flexible Waterproofing Slurries - Industrieverband Bauchemie und Holzschutzmittel e.v., Juli 1993, Frankfurt an Main Praca wpłynęła do Redakcji 4 III 1999 95