Materiały hydroizolacyjne – folie i membrany z tworzyw sztucznych w konstrukcjach dachowych

Materiały hydroizolacyjne z tworzyw sztucznych (polimerowe), stosowane we współczesnych konstrukcjach dachowych, stanowią bardzo zróżnicowaną asortymentowo grupę, o właściwościach technicznych przewyższających właściwości tradycyjnych materiałów hydroizolacyjnych.

Hydroizolacje dachowe wykonywane są głównie z wyrobów w postaci arkuszy i taśm dostarczanych w rolkach – folii, membran, wśród których rozróżnia się:

• materiały wodoszczelne do pokryć dachowych, określane jako folie wierzchniego krycia,
• materiały parochronne do zabezpieczeń pod pokryciem dachu: paraizolacyjne (paroszczelne) i paroprzepuszczalne, te ostatnie znane jako folie wstępnego krycia.

Najczęściej stosowanymi polimerami do wytwarzania wyrobów hydroizolacyjnych są:

• polimery termoplastyczne: polichlorek winylu (PVC, PCW), polietylen (PE) małej gęstości 0,91 g/cm3 (PE-LD; ang. Low Density), odporny na temperaturę w zakresie od –50 do +60°C oraz wysokiej gęstości 0,97 g/cm3 (PE-HD; ang. High Density), o większej wytrzymałości, sztywniejszy, o odporności termicznej do +120°C, a także polipropylen (PP),
• elastomery kauczukowe wulkanizowane, jak polietyleny modyfikowane, np. chlorowane (PE-C) i chlorosulfonowane (CSM), kauczuki EPDM, tj. terpolimery etyleno-propyleno-dienowe, kauczuki chloroprenowe (CR), określane też jako chloropren lub kauczuki neoprenowe,
• elastomery niewulkanizowane: poliizobutylen (PIB), lateks syntetyczny,
• poliestry w postaci włóknin do wzmacniania membran.

Szersze informacje o tworzywach sztucznych stosowanych w budownictwie i o wyrobach hydroizolacyjnych można znaleźć m.in. w książce E. Osieckiej: Materiały budowlane. Tworzywa sztuczne, wydanej w roku ubiegłym przez Oficynę Politechniki Warszawskiej, a także na stronach internetowych – np. e-izolacje .pl.

Ogólny podział asortymentowy polimerowych materiałów hydroizolacyjnych

Folie i membrany
W praktyce obie nazwy „folia” i „membrana” są stosowane równoznacznie. Według specjalistów z koncernu Du Ponta, producentów materiałów hydroizolacyjnych, membraną określa się materiał lub warstwę materiału o strukturze otwartej dyfuzyjnie, tj. o wysokiej przepuszczalności pary wodnej, a jednocześnie nieprzepuszczającej wody. Pojęcie „membrana” jest jednak szersze i odnosi się też do wyrobów pełniących w obiektach budowlanych rolę przepony paroszczelnej i wodoszczelnej, na ogół elastycznej (np. membrany kauczukowe, bitumiczne).

Podział folii (membran) polimerowych w zależności od użytych tworzyw sztucznych (rodzaju polimerów)

• Plastomerowe – wykazują w temperaturze normalnej wydłużenie sprężyste niższe od elastomerów; dużą grupę stanowią tu termoplasty, jak folie z miękkiego PVC, polietylenu chlorowanego PE-C, polietylenu PE-HD i PE-LD, polietylenu z polipropylenem PE+PP
• Elastomerowe – wykazują w temperaturze normalnej dużą zdolność do odkształceń i wydłużeń sprężystych, np. folie z kauczuków syntetycznych (np. terpolimeru etylen propylen dien EPDM, poliizobutylenu PIB)

Podział folii (membran) polimerowych w zależności od budowy folii

• Jednorodne – wykonane z masy o tym samym składzie, z warstwą wewnętrzną zbrojącą lub bez niej, ale o gramaturze poniżej 20 g/m2, a także bez lub z warstwą zewnętrzną w postaci osnowy o gramaturze poniżej 80 g/m2
• Niejednorodne (wielowarstwowe) – zawierają warstwę wewnętrzną zbrojącą o gramaturze powyżej 20 g/m2 i/lub warstwę zewnętrzną, tj. przyklejoną od spodu osnowę o gramaturze powyżej 80 g/m2

Podział folii (membran) polimerowych w zależności od zastosowanego zbrojenia w postaci maty lub tkaniny szklanej, włókniny celulozowo-wiskozowej, tkaniny lub włókniny poliestrowej, włókniny polipropylenowej, kompozytów poliestrowo-szklanych; nadającego określone zróżnicowane (zależnie od rodzaju wkładki zbrojącej) właściwości wytrzymałościowe, wydłużenie przy zerwaniu, odporność na rozdzieranie, obciążenia dynamiczne

Podział folii (membran) polimerowych w zależności od przeznaczenia. Rozróżnia się folie hydroizolacyjne:

• przeciwwilgociowe
• przeciwwodne (wodoszczelne)
  – folie wierzchniego krycia dachów
  – folie do poziomej izolacji przegród
  – folie do pionowej izolacji
  – folie drenażowe
• paroizolacyjne (paroszczelne) układane pod izolacją cieplną, zabezpieczające konstrukcję dachu i izolację cieplną przed wilgocią przedostającą się z wnętrza
• paroprzepuszczalne
  – niskoparoprzepuszczalne
  – wysokoparoprzepuszczalne
  tzw. folie wstępnego krycia dachów w konstrukcjach dachowych, układane bezpośrednio nad izolacją cieplną, odprowadzają z niej parę wodną, chroniąc jednocześnie przed wilgocią atmosferyczną, deszczem, wiatrem.

W nowoczesnych konstrukcjach dachowych powszechnie stosowane są już wodoszczelne folie wierzchniego krycia, folie paroszczelne oraz paroprzepuszczalne folie wstępnego krycia FWK, tworzące razem z wyrobami paroszczelnymi systemy zastępujące tradycyjne deskowanie i papę, co pozwala zmniejszyć koszt wykonania dachu o mniej więcej 40%.

Rys. 1. Sposób układania folii wstępnego krycia: a) folia o niskiej paroprzepuszczalności – wymagana jest szczelina wentylacyjna, 1. folia nisko paroprzepuszczalna 2. kontrłata 3. łata 4. krokiew 5. izolacja cieplna b) folia o wysokiej paroprzepuszczalności – nie jest wymagana szczelina wentylacyjna w konstrukcji dachu 1.mombrana o wysokiej paroprzepuszczalności 2. kontrłata 3. łata nośna 4. oznaczenie zakładki 5. krokiew 6. paroizolacja 7. termoizolacja

Stosowane od dość dawna folie paroprzepuszczalne polietylenowe z mikroperforacją zastępują rozwiązania z desek i pap, ale ich paroprzepuszczalność jest jednak niewielka – przeważnie 10÷40 g/m2/24 h. Stąd konieczne jest pozostawienie w dachu między folią a warstwą izolacji cieplnej szczeliny wentylacyjnej (min. 2 ÷ 4 cm), która odprowadza nadmiar pary (rys. 1a). Niezachowanie tego warunku prowadzi do zniszczenia krokwi i łat. Dyfuzyjnie otwarte folie wysokoparoprzepuszczalne mają zdolność przepuszczania pary wodnej średnio powyżej 1000 g/m2/24 h. Przy tak dużej paroprzepuszczalności są to jednocześnie materiały wiatroszczelne i wodoszczelne. Mimo że droższe, są chętnie stosowane, gdyż pozwalają skonstruować dach o mniejszych stratach cieplnych. Folie te składają się przeważnie z kilku warstw sprasowanych włóknin polimerowych zapewniających wysoką paroprzepuszczalność z jednej strony, a wodoodporność z drugiej i mogą być układane bezpośrednio na warstwie termoizolacyjnej, bez stosowania powietrznej szczeliny wentylacyjnej (rys. 1b). Przy układaniu należy zwracać uwagę na właściwą stronę folii, gdyż położona nieprawidłowo nie będzie spełniać swej podstawowej funkcji. W grupie wyrobów paroprzepuszczalnych rozróżnia się zatem:

• folie niskoparoprzepuszczalne , o paroprzepuszczalności poniżej 100 g/m2/24 h, czemu odpowiada Sd = 0,3 ÷ 100 m; najczęściej są koloru białego, żółtego lub jasnoszarego,
• folie wysokoparoprzepuszczalne, o paroprzepuszczalności 700÷3000 g/m2/24 h (niekiedy już 5000), Sd < 0,3 m, przy czym wskazana jest wartość Sd rzędu 0,02 m, wyglądem przypominają papier lub włókno, są czarne, białe, szare, jasnozielone, żółte.

Fot. 1. Struktura folii paroprzepuszczalnych: a) folia niskoparoprzepuszczalna mikroperforowana, b) folia wysokoparoprzepuszczalna z włókniny PE – membrana Tyvek (grubość 200 μm)
Jednym z rozwiązań folii wysokoparoprzepuszczalnych są wyroby o strukturze stanowiącej splot włókien polietylenowych tworzących sieć kanalików, przez które może przenikać para wodna, natomiast nie mogą przechodzić cząsteczki wody, jako zbyt duże. Folie tego rodzaju można mocować na dachu dowolną stroną. Przykładem są folie Tyvek (fot. 1b) o Sd = 0,02 m, co oznacza, że para wodna przenika przez folię w ten sam sposób, jak przez warstwę powietrza grubości 0,02 m (dla porównania wartość Sd dla papy asfaltowej wynosi 1000 m). Właściwy dobór paroprzepuszczal nych folii dachowych ma podstawo we znaczenie dla późniejszej eksploatacji budynku. Folii o niskiej paroprzepuszczalności (20 ÷ 40 g/m2/24 h) na ogół nie należy stosować w ocieplanych konstrukcjach dachowych – nie zapobiegają bowiem zawilgoceniu izolacji cieplnej i prowadzą do degradacji dachu oraz jego przemarzania.

Folie z polichlorku winylu
Folie PVC w konstrukcjach dachowych to przede wszystkim folie wierzchniego krycia (fot. 2), stosowane do nowych pokryć dachowych, renowacji starych powłok, konstrukcji dachów zielonych.

Fot. 2. Folia PVC wierzchniego krycia do pokryć dachowych jednowarstwowych (Ogen grubości 1,2 i 1,5 mm)
Zazwyczaj o gładkiej wierzchniej stronie, a spodniej moletowanej, są wyrobami elastycznymi, o dobrej wytrzymałości na rozciąganie, znacznym wydłużeniu przy zerwaniu (15 do 300%), niskiej paroprzepuszczalności 1 – 2 g/m2/24 h, grubości 1,2 ÷ 2,5 mm. Nie ulegają procesom gnilnym. Można je użytkować w zakresie od – 35°C do + 95°C. Są odporne na czynniki atmosferyczne, promieniowanie UV, agresywne środowiska, na działanie lepiszczy bitumicznych (mogą być układane na istniejących pokryciach z papy). Na rynku znane są m.in. folie Winyldach, w kilku odmianach – niezbrojone, zbrojone siatką lub laminowane od spodu włókniną poliestrową, folie Izovil i inne.
Warunkiem dobrego wykonania zabezpieczenia folią jest przygotowanie podłoża – powinno ono być równe, bez ostrych występów, czyste i odpylone. Folie przykleja się do podłoża lub układa luzem z warstwą dociskową, klejąc jedynie punktowo na załamaniach powierzchni. Arkusze folii między sobą łączy się na zakład metodą klejenia lub zgrzewania termicznego.

Folie i membrany z polietylenu
W konstrukcjach dachowych szczególne znaczenie mają folie polietylenowe paroszczelne i paroprzepuszczalne.
Folie paroszczelne – najpopularniejsze są z polietylenu PE-LD, przepuszczające na ogół nie więcej niż 0,5 g pary wodnej przez powierzchnię 1 m2 w ciągu 24 godzin, czemu odpowiada Sd = 100 [m]. Ogólnie charakteryzuje je duża elastyczność, wydłużenie przy zerwaniu nawet do 600%, zakres temperatury stosowania od –40°C do +80°C. Do podłoża mocowane są mechanicznie (zszywki, gwoździe).

Rozróżnia się wśród nich:

• folie paroszczelne PE zbrojone – wzmocnione wtopioną pomiędzy dwie warstwy folii siatką PP lub z PE-HD; dzięki zbrojeniu mają większą wytrzymałość na rozerwanie i mniejszą podatność na uszkodzenia podczas ruchów konstrukcji; są matowe z widoczną fakturą siatki; grubość 0,1÷0,2 mm; szerokość 1,5÷2,0 m; długość do 50 m;
• folie paroszczelne PE metalizowane – składają się ze szczelnej warstwy wierzchniej PE, środkowej z siatki PEHD lub PP wzmacniającej folię i spodniej warstwy aluminiowej, która odbija promieniowanie cieplne z wnętrza budynku, co sprawia, że folie te skuteczniej ograniczają „ucieczkę” ciepła przez przegrody budowlane (fot. 4); warstwa aluminium uszczelnia ponadto wyrób (paroprzepuszczalność 0,1 g/m2/24 h) i zwiększa zakres temperatury stosowania folii do +115°C, a także chroni wnętrze budynku przed wpływem fal elektromagnetycznych wysokiej i niskiej częstotliwości oraz pełni rolę ekranu dla promieniowania podczerwonego, poprawiając bilans cieplny. Grubość folii wynosi zwykle 0,2 mm lub nieco więcej.
  Folię rozciąga się poprzecznie pod krokwiami z zakładką min. 10 cm i przymocowuje zszywkami, zaczynając od szczytu dachu i kontynuując naciąganie od krokwi do krokwi.
• folie paroszczelne PE niezbrojone – przeważnie przezroczyste, barwione na różne kolory, o grubości 0,15÷0,4 mm (fot. 3);

Fot. 3. Folia paroszczelna polietylenowa (URSA SECO 200)

Fot. 4. Folia paroszczelna polietylenowa, laminowana folią aluminiową (Braas Izo – 156 g/m2)

Fot. 6. Folia dachowa polietylenowa zbrojona siatką polipro-pylenową-niskoparoprzepuszczalna, mikroperforowana, do izolacji dachów wentylowanych (Braas Eurofol – 140 g/m2, Sd = 1 m)

Folie i membrany z EPDM
Są to sprężyste arkusze z kauczuku elastomerowego, znanego jako terpolimer EPDM. Membrany mają dużą wytrzymałość, niezmienną w czasie, i odporność na odkształcenia termiczne. Charakteryzują się wysoką rozciągliwością (wydłużenie zrywające 300 ÷ 400%), po wydłużeniu powracają do pierwotnego kształtu (tzw. pamięć materiałowa). Odznaczają się wysoką wodoszczelnością, małą paroprzepuszczalnością. Zachowują elastyczność i wytrzymałość w przedziale temperatur od –50°C do +150°C. Są odporne na wpływy atmosferyczne, promieniowanie ultrafioletowe (duży dodatek sadzy), ozon, penetrację korzeni, działanie mikroorganizmów, substancje chemiczne, tłuszcze zwierzęce.

Fot. 7. Folia PE paroprzepuszczalna zbrojona siatką PP, z włókniną polietylenową – przepuszczająca parę wodną, nieprzepuszczająca wody; stosowana do dachów niewentylowanych (Bras Open – 120 g/m2, paroprzepuszczalność 500 g/m2/24 h, Sd = 0,08 m)

Nie należy stosować ich w miejscach, gdzie byłyby narażone na działanie benzyny, olejów, rozpuszczalników organicznych, substancji bitumicznych. Nie zawierają plastyfikatorów, które z czasem mogą ulegać utlenieniu lub wypłukaniu. Posiadają niekiedy warstwę absorbującą wilgoć. Zaletą EPDM jest bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, w związku z czym powłoki z tego tworzywa nie ulegają fałdowaniu na miejscu budowy (po ułożeniu) w wyniku wahań temperatury. W porównaniu z nimi membrany z PE-HD są sztywniejsze, mają znacznie większy współczynnik rozszerzalności cieplnej, powodujący niekiedy powstawanie fałd po ułożeniu.
Membrany EPDM mogą być gładkie lub profilowane, z naniesioną na spód warstwą kleju. Połączenia membran wykonywane są w technice wulkanizacji, tworzącej w miejscu zgrzewu jednorodny materiał. Membrany wierzchniego krycia są przeważnie zbrojone wkładką z włókna szklanego lub tkaniny poliestrowej. Grubość wyrobu wynosi ok. 3 mm. W pokryciach dachowych wykorzystywane są głównie jako pokrycia jednowarstwowe dachów płaskich i nachylonych oraz „dachów zielonych”. Do powierzchni dachu membrany EPDM są przyklejane lub mocowane: a) systemem balastowym – przez ułożenie i dociśnięcie płytami betonowymi, kruszywem, systemem dachu zielonego, gdzie funkcję balastu pełni warstwa ziemi z roślinami, b) systemem mechanicznym – przez mocowanie śrubami. Przykładem wyrobów z EPDM są membrany Hertalan, Dach Gam produkcji Zakładów Gamrat w czterech rodzajach: membrana dachowa niezbrojona, zbrojona siatką poliestrową, niezbrojona z warstwą spodnią odporną na bitumy, zbrojona siatką poliestrową z warstwą spodnią odporną na bitumy, a także folie jednowarstwowe Superseal, wyroby Trellborg AB, jak np. membrany Värnamo. Do pokryć dachowych znanych już od wielu lat należą też folie i membrany z kauczuku neoprenowego.

Folie i membrany polipropylenowe
W grupie wyrobów wysokoparoprzepuszczalnych duże znaczenie zdobyły folie i membrany polipropylenowe, o przepuszczalności pary wodnej powyżej 1000 g/m2/24 h. Najczęściej są to produkty warstwowe, składające się z warstwy włókniny PP i mikroporowatej błony PP. Przykładem są między innymi folie Ondutiss z włókien PP impregnowanych masą asfaltową, o wytrzymałości na rozrywanie 250 MPa, wydłużeniu względnym przy zerwaniu 45%, także grupa membran Corotop, w tym o wysokiej paroprzepuszczalności 1800 g/m2/24 h i wodoszczelności do 450 cm H2O, o gramaturze 100 g/m2, jak też paraizolacyjnych, np. Corotop Active Control o paroprzepuszczalności 5 ÷ 6 g/m2/24 h, gramaturze 90 g/m2. Znane są wyroby polipropylenowe URSA – trójwarstwowe, o Sd = 0,02, wodoszczelności powyżej 100 cm H2O, gramaturze 85 g/m2, czterowarstwowe (fot. 8) o Sd = 0,02, gramaturze 200 g/m2.

Folie poliizobutylenowe
Poliizobutylen jest znany w hydroizolacjach już od lat trzydziestych ubiegłego wieku (Oppanol, Rhepanol). W konstrukcjach dachowych obecnie folie poliizobutylenowe stosuje się do jednowarstwowych pokryć dachowych. Przykładem są folie Rhepanol FK – szare, czarne lub białe, grubości 2,5 mm, szerokości 1,05 m, długości 15 m, o masie 2,6 kg/m2 (AT/2000-11-0132), stosowane głównie do renowacji starych pokryć bitumicznych.

Fot. 8. Folia polipropylenowa o wysokiej paroprzepuszczalności, czterowarstwowa (URSA SECO 5000)

Wyroby hydroizolacyjne upłynnione
Folie arkuszowe, których układanie jest dość pracochłonne i trudne przy bardziej skomplikowanych kształtach podłoża, są wypierane przez tzw. folie płynne z mieszanek polimerowych (elastomerowych), odznaczające się prostą i szybką technologią nakładania za pomocą pędzli lub natryskiem. Materiały te, przy zachowaniu wszystkich zalet folii arkuszowych, umożliwiają wykonywanie powłok w jednej operacji na powierzchniach trudno dostępnych i o złożonych kształtach. Zestalone powłoki, grubości zwykle 2 ÷ 3 mm, odznaczają się bardzo dobrymi cechami technicznymi, elastycznością, odpornością na promieniowanie ultrafioletowe, zmiany temperatury (do +120°C). Płynne folie nanosi się na różne podłoża: beton, ceramikę, metale, stare pokrycia bitumiczne. Wytwarzane są z kauczuków syntetycznych – neoprenowych, chlorowanego i chlorosulfonowanego polietylenu, z lateksu polichloroprenowego z emulsją asfaltową. Liczne już produkty tego typu są dostępne w postaci jednoskładnikowej lub dwuskładnikowej. Znanymi dobrze są m.in. dyspersje wodne neoprenowe, dające po zestaleniu powłoki o bardzo dużej elastyczności, wydłużeniu przy zerwaniu około 1200%. Grubość nanoszonej w dwóch warstwach powłoki wynosi 1 ÷ 2 mm. Wśród dyspersji wodnych neoprenowych są produkty koncernu Du Pont i firmy belgijskiej Mathys – produkowane w różnych kolorach, do wykonywania pokryć dachowych, samodzielnych izolacji, na ogół wzmacniane siatką. Stosowane są też dwuskładnikowe, wulkanizujące na zimno, płynne hydroizolacje lateksowe (z prepolimerów lateksowych) – „płynne membrany” dające po zestaleniu powłoki elastyczne grubości ok. 2 mm.

dr hab. inż. EWA OSIECKA
prof. Politechniki Warszawskiej