Hydrofobizacja sposobem na ochronę elewacji

Analizując zagadnienia ochrony elewacji przed szkodliwymi czynnikami atmosferycznymi przede wszystkim przed opadami, wiatrem i oddziaływaniami termicznymi często spotkać można wymóg hydrofobizacji powierzchni. Równie rzadko spotyka się jednak zdefiniowane kryteria, pozwalające w sposób jednoznaczny określić nie tylko skuteczność hydrofobizacji, ale w ogóle podać definicję tego typu zabiegów. Jest to o tyle trudniejsze, o ile farby czy tynki tworzą dekoracyjno-ochronną powłokę/warstwę, natomiast przez pojęcie hydrofobizacji (impregnacji hydrofobizującej) porowatego materiału (bo tylko dla takich materiałów ma ona sens) należy rozumieć, zgodnie z WTA Merkblatt [1], intensywne zwilżenie powierzchni materiału preparatem impregnującym, który zostaje wchłonięty na skutek kapilarnej chłonności podłoża i po reakcji tworzy na wewnętrznej powierzchni kapilar niezwilżalny przez wodę (hydrofobowy) Nie jest to więc powłoka.

Przez odporność na czynniki atmosferyczne należy rozumieć odporność na wodę opadową (deszcz, śnieg), na promieniowanie UV, zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu itp., z czym się wiąże stabilność koloru, odporność na zabrudzenia, rozwój alg, grzybów pleśniowych itp. [5, 8]. Czyli głównym parametrem jest tu ograniczenie powierzchniowej nasiąkliwości podłoża.

Szczególnie niebezpieczne są silne opady atmosferyczne w połączeniu z porywistym wiatrem (zacinający deszcz) oraz ulewy [2−6]. To łączne oddziaływanie zależy jednak od bardzo wielu czynników, związanych zarówno z wysokością budynku i jego bryłą, wielkością opadów i głównym kierunkiem wiatrów, jak i lokalnym ukształtowaniem terenu, takim jak kierunek ulic, umiejscowienie budynku (stok, dolina, wzniesienie), gęstość i rodzaj zabudowy czy obecność terenów zadrzewionych. Inne jest także oddziaływanie wiatru na stronę nawietrzną i zawietrzną, powstaje tam odpowiednio parcie i ssanie wiatru. Porywisty wiatr silnie oddziałuje także na strefy narożne budynku. Przesiąkanie wody w mur (fot. 1 i 2) może prowadzić do jego destrukcji − podłoże ulega zawilgoceniu. Podatny na to jest zarówno mur (zwłaszcza w przypadku murów z elementów drobnowymiarowych, newralgicznym miejscem jest styk kamienia/cegły/pustaka z zaprawą − woda może być wręcz wciskana w szczeliny), jak i tynk. Tynki, szczególnie mineralne (tradycyjne czy cienkowarstwowe), są zwykle nasiąkliwe. A tynk nie jest hydroizolacją. Oznacza to, że warstwa tynku oraz w wielu sytuacjach podłoża bezpośrednio pod tynkiem będzie mokra. Konsekwencją może być mrozowa destrukcja samego tynku oraz muru.

>>> Zasady ogólne diagnostyki elewacji

>>> Jak zapobiegać glonom na elewacji

Polecamy: Produkty budowlane

>>> Prace murarskie bez błędów

>>> Autoklawizowany beton komórkowy – odporność na wilgoć

Fot. 1, 2. Na łączne oddziaływanie wody opadowej i wiatru narażone są szczególnie obiekty wysokie, zlokalizowane w strefie często występujących opadów atmosferycznych, zwłaszcza w miejscach pozbawionych naturalnych przeszkód i wystawionych na ekspozycję czynników atmosferycznych; zdjęcia pokazują rezultaty oddziaływania wody opadowej i wiatru na wieżę zamkową. Fot. autor.

W zależności od intensywności opadów konieczne może być podjęcie działań zabezpieczających przed opisanymi zjawiskami. Nie zawsze można stosować ochronę konstrukcyjną (odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, mur z oblicówką, powłoki ochronne/okładziny) albo tynki/farby o specjalnych właściwościach (tzw. hydrofobowe).

Klasyfikacja tynków/farb o właściwościach hydrofobowych oparta jest na dwóch parametrach [3−6]:

• współczynniku nasiąkliwości powierzchniowej w [kg/(m2∙h1/2)] i
• równoważnym oporze dyfuzyjnym S_d [m].

Uznanie tynku lub farby za hydrofobowe (nienawilżane wodą) jest uzależnione od spełnienia przez związaną wyprawę/powłokę następujących warunków [2−4]:

• w ≤ 0,5 kg/(m²∙h^1/2)
• S_d ≤ 2,0 m
• S_d × w ≤ 0,2 kg/(m²∙h^1/2)

Dla preparatów hydrofobizujacych trzeba także określić:

• granice zastosowania materiałów hydrofobizujących wynikających z cech, właściwości i parametrów podłoża oraz przewidywanego obciążenia wilgocią; chodzi tu przede wszystkim o fizyczne i chemiczne właściwości mające związek z zachowaniem się substancji budowlanej wobec wody oraz specyficzne parametry zabezpieczanej powierzchni;
• kryteria techniczne pozwalające uznać hydrofobizację za skuteczną.

Celem hydrofobizacji jest redukcja zdolności do kapilarnego wchłaniania wody (opadowej, rozbryzgowej) przez porowate materiały budowlane (powierzchnie). Podłoże nie jest zwilżane przez wodę, co zapobiega penetracji wilgoci w strukturę cegły nawet przez rysy o szerokości 0,3 mm (fot. 3), na powierzchni utrudnione jest osadzanie się zanieczyszczeń i rozwój mikroorganizmów, zachowana jest natomiast dyfuzyjność ściany. Impregnatami hydrofobizującymi są najczęściej związki krzemoorganiczne (oligomery siloksanowe) oraz żywice silikonowe, a także wodne roztwory mikroemulsji silikonowych: rozpuszczalnikowe mieszaniny silanów/siloksanów, wodorozcieńczalne mieszaniny silanów/siloksanów (oferowane jako koncentraty mikroemulsje silikonowe – SMK), wodne emulsje mieszanin silanów/siloksanów oraz kremy na bazie mieszanin silanów/siloksanów (tab.).

Fot. 3. Działanie preparatów hydrofobizujących. Fot. autor

Na skuteczność (a w skrajnych przypadkach wręcz celowość) hydrofobizacji ma wpływ [1]:

• rodzaj i stan impregnowanej powierzchni,
• chłonność kapilarna,
• porowatość,
• wrażliwość na mróz,
• skłonność do pęcznienia,
• skłonność do zabrudzeń i korozji mikrobiologicznej,
• klasa ekspozycji,
• zawilgocenie i zasolenie (oraz ich przyczyny),
• warunki cieplno-wilgotnościowe.

Tab. Zalety i wady dostępnych na rynku impregnatów na bazie silanów/siloksanów [1]

Na chłonność kapilarną wpływ ma głównie budowa kapilarna materiału związana z jego rodzajem oraz ewentualnymi uszkodzeniami i zanieczyszczeniami [5, 9, 10]. Porowate, homogeniczne krzemianowe materiały doskonale się nadają do zabiegów hydrofobizacyjnych. Ale już mocno zwietrzałe kamienie z dużym udziałem mikroporów (np. niektóre rodzaje piaskowca) lub z bardzo niejednorodnym rozkładem porów (np. tufy wulkaniczne) sprawiają sporo kłopotów. Wynika to z faktu, że jednorodny rozkład porów zapewnia równomierne rozprowadzenie preparatu hydrofobizującego.

Problemem w stosowaniu impregnatów hydrofobizujących są także rysy i spękania, które mogą doprowadzić do wnikania wody w głąb zhydrofobizowanej powierzchni. Zwykle za dopuszczalne przyjmuje się rysy rzędu 0,3−0,4 mm. Same preparaty są w stanie zhydrofobizować bardziej zarysowane powierzchnie, co nie znaczy jednak, że wspomnianą wcześniej rozwartość rys można w każdym przypadku bezkrytycznie akceptować, istotna jest także głębokość wnikania preparatu.

Skuteczność i trwałość hydrofobizacji bezpośrednio zależą od chemicznego wiązania impregnatów w podłożu. Krzemoorganiczne preparaty wiążą się przede wszystkim z silikatowymi składnikami.

W przypadku kamieni ilastych należy się liczyć ze zwiększeniem skłonności do pęcznienia, co w skrajnych przypadkach może wpływać na uszkodzenia, polegające na odspajaniu się zhydrofobizowanej warstwy.

Cegły z reguły dobrze się nadają do hydrofobizowania, choć problemem mogą być cegły słabo wypalone. W takich sytuacjach trzeba przeprowadzić próby.

Generalnie przeznaczone do hydrofobizacji podłoże musi być chłonne – wg WTA [1] współczynnik chłonności kapilarnej nie może być niższy niż 1 kg/(m²∙h^1/2). Na rysunku pokazano zależność między współczynnikiem nasiąkliwości powierzchniowej a głębokością W rzeczywistości po zakończeniu impregnacji głębokość penetracji może być nieco większa. Dotyczy to szczególnie kamieni o średniej chłonności. Przy w < 2 kg/(m²∙h^1/2) głębokość penetracji musi wynosić minimum 7 mm, ale dla kamieni o współczynniku w rzędu 5 kg/(m²∙h^1/2) udaje się uzyskać głębokość penetracji 10 mm. Dla bardzo chłonnych kamieni o w 15 kg/(m²∙h^1/2) jest to już 23 mm. Podana minimalna głębokość penetracji ma bardzo istotne znaczenie z jeszcze jednego punktu widzenia. Skutkiem oddziaływań cieplno-wilgotnościowych na kamień jest zmiana jego wymiarów (skurcz, pełzanie, wydłużenie się), a te są szczególnie intensywne właśnie w powierzchniowej strefie. Hydrofobizacja zmienia te właściwości, co tworzy między zhydrofobizowaną i niezhydrofobizowaną strefą „powierzchnię rozdzielającą”, przy której tworzy się koncentracja naprężeń, co ewentualnie może prowadzić do uszkodzeń (oddzielania się zhydrofobizowanej strefy).

Rys. Zależność między współczynnikiem nasiąkliwości powierzchniowej a głębokością penetracji [1]

Podłoże w momencie hydrofobizacji musi być suche, wytyczne WTA [1] za maksymalną dopuszczalną wartość przyjmują kapilarny stopień przesiąknięcia wilgocią rzędu 20−35%. Charakterystyczne jest to, że nie operuje się tu parametrem wilgotności masowej, lecz z fizycznego punktu widzenia jest to jak najbardziej logiczne. Wskazany stopień przesiąknięcia wilgocią określa ilość wolnych dla preparatu hydrofobizującego kapilar. W ten sposób jednoznacznie się definiuje dopuszczalną masową wilgotność podłoża ceglanego, z kamienia naturalnego czy tynku. Wynika to wprost z definicji stopnia przesiąknięcia wilgocią [7]. Obecność soli zarówno wykrystalizowanych, jak i rozpuszczonych ogranicza głębokość penetracji i zdolność do hydrofobizacji powierzchni. Także obecność zanieczyszczeń, porażenia biologicznego i ewentualnych wcześniejszych napraw utrudnia wnikanie impregnatu. To wymusza w zasadzie konieczność uprzedniego wyeliminowania źródeł zawilgocenia innych niż opady atmosferyczne i woda rozbryzgowa. Niedopuszczalne jest hydrofobizowanie powierzchni, która jest obciążona wilgocią „od tyłu” (np. cokołów, bez przerwania kapilarnego podciągania wilgoci z ich niżej położonych stref).

Na pionowych powierzchniach ciekłe impregnaty należy nakładać kilkakrotnie, ponieważ spływają w dół, przez co ich czas oddziaływania jest relatywnie krótki. Pomiędzy poszczególnymi zabiegami wymagana jest 15−30-minutowa przerwa, tak aby powierzchnia stała się matowo-wilgotna. Kremy mogą być nakładane jednokrotnie.

Instrukcja WTA [1] dość ciekawie podchodzi do problemu skuteczności impregnacji:

• wymaga określenia na powierzchni próbnej zużycia i głębokości penetracji;
• uznaje za konieczne udokumentowanie istotnych czynników/parametrów mających wpływ na skuteczność procesu;
• definiuje mierzalne kryterium skuteczności hydrofobizacji;
• wymaga przeprowadzenia badań kontrolnych.

Powierzchnia próbna musi być przygotowana tak jak przeznaczony do impregnacji element. Dobór preparatu powinien być uzależniony od wstępnych badań porowatości, chłonności kapilarnej, zawilgocenia i zasolenia, skurczu/pęcznienia samego materiału podłoża, jego stanu, określenia zużycia oraz głębokości penetracji, a także wymogu odpowiedniego przygotowania podłoża, miejsca aplikacji itp. Podczas prac należy kontrolować zużycie impregnatu, warunki cieplno-wilgotnościowe, odnotowywać ewentualne niejednorodności podłoża i związane z tym wahania zużycia itp.

Jako kryterium skuteczności zalecenia WTA przyjmują ograniczenie współczynnika chłonności kapilarnej do wartości mniejszej niż 0,1 kg/(m²∙h^1/2) (wartość w każdym punkcie pomiarowym). Badania te należy przeprowadzić np. za pomocą rurki Karstena.  Przeprowadza się je nie wcześniej niż po 2 tygodniach – gdy zastosowano produkty rozpuszczalnikowe, po 3 tygodniach − jeśli stosowano wodne impregnaty hydrofobizujące i po 4 tygodniach dla kremów. Należy także sprawdzić głębokość penetracji impregnatu na właściwej powierzchni. Ze względu na niszczącą metodę (odwierty o średnicy 20−40 mm) liczbę próbek powinno się ograniczyć do minimum. Miejsce pobrania należy wyznaczyć na podstawie obserwacji i kontroli podczas wykonywania robót.

Uwaga: głębokość penetracji bada się zawsze na przełomie, nigdy na powierzchni cięcia.

mgr inż. Maciej Rokiel

Literatura

1. WTA Merkblatt 3-17-10 Hydrophobierende Imprägnierung von mineralischen Baustoffen.

2. Zement-Merkblatt: Hochbau. Putz. Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V.
3. DIN 4108-3:2014-11 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz; Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung.
4. T. Dettmering, H. Kollmann, Putze in Bausanierung und Denlmalpflege, DIN Deutsches Institut für Normung, 2012.
5. M. Rokiel, Poradnik. Hydroizolacje w budownictwie. Projektowanie. Wykonawstwo, wyd. III, Grupa MEDIUM, Warszawa 2019.
6. M. Rokiel, Renowacje obiektów budowlanych. Projektowanie i warunki techniczne wykonania i odbioru robót, wyd. II, Grupa MEDIUM, Warszawa 2019.
7. WTA Merkblatt 4-11-02 Messung der Feuchte von mineralischem Baustoffen.
8. J. Karyś (red.), Ochrona przed wilgocią i korozją biologiczną w budownictwie, Grupa MEDIUM, Warszawa 2014.
9. M. Domasłowski, J. Kęsy-Lewandowska, W. Łukaszewicz, Badania nad konserwacją murów ceglanych, Wydawnictwo UMK, Toruń 2004.
10. P. Opałka, Naprawa tynków. Aspekty budowlane i konserwatorskie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016.