Technologia materiałów do prac renowacyjnych przy zabytkowych elewacjach

Niniejszy tekst nawiązuje do artykułu zamieszczonego w nr. 2/2016 „IB”, w którym zostały omówione główne różnice wymagań norm budowlanych i wytycznych konserwatorskich, zasady oznaczania i opisywania produktów fabrycznych i wreszcie sposoby właściwej weryfikacji przydatności materiałów. Przy elewacjach mamy jednak do czynienia ze znacznie szerszą grupą produktową wynikającą z większej różnorodności prac. Dlatego w tym artykule spróbuję przedstawić technologię i uwarunkowania wyboru głównie pod kątem zadań, z jakimi mamy do czynienia przy elewacji.

Wyprawy tynkarskie

Rodzaje i właściwości tynków bardzo dokładnie klasyfikuje obowiązująca norma PN-EN 998-1. Podaje ona, co prawda, zestawienie kilku wymaganych cech w klasach, ale niestety bez wskazania zastosowania. Oznacza to więc, że tak jak w przypadku normy PN-EN 998-2 dotyczącej zapraw murarskich projektant nie znajdzie tu konkretnych informacji, które z wypraw można stosować przy obiektach zabytkowych. Dla technologii tynków nie ma też tak szczegółowych badań i wytycznych konserwatorskich, jakie np. opracowano na uniwersytecie w Toruniu dla zapraw do murów ceglanych i kamiennych. Wobec tego odniesieniem mogą być więc jedynie własności zachowanych oryginalnych wypraw także z innych podobnych obiektów i praktyka zastosowań.

Fot. 1 Zbyt silne zaprawy cementowe na zabytkowym podłożu, widoczne są już liczne spękania i odparzenia warstwy tynku

Technologia

Dobór właściwej wyprawy tynkarskiej powinien uwzględniać zarówno odpowiednie jej własności, jak i sam rodzaj spoiwa wiążącego. Tak jak w przypadku zapraw historyczne tynki zewnętrzne do XIX w. wykonywano głównie, opierając się na modyfikowanym wapnie. W poprzednim artykule szczegółowo przedstawiłem charakterystykę różnych materiałów wiążących, wskazując ich zalety i wady. Dla wypraw tynkarskich na elewacji zasady wyboru spoiwa pozostają te same. Obecnie również dla tynków zaleca się najczęściej stosowanie zapraw wapiennych wiążących hydraulicznie, np. opartych na wapnie z trassem reńskim. Tego typu spoiwo posiada kilka ważnych zalet w stosunku do wapna wiążącego powietrznie oraz cementu:

– wykazuje prawie 5-krotnie mniejszy skurcz,
– posiada optymalną wytrzymałość od 2 do 5 MPa,

– jest bardzo trwałe i odporne na kwaśne warunki zewnętrzne,

– ma niższy ciężar właściwy i wysoką porowatość.

Nie wszystkie jednak wymagane cechy dla zapraw pokrywają się z wymaganiami dla tynków, wyprawy tynkarskie stanowią bowiem warstwę powierzchniową. Na przykład własności kapilarne tynku nie są tak ważne jak dla spoin czy zapraw murarskich. Zdecydowanie ważniejszym parametrem jest za to ich odpowiednia paroprzepuszczalność i elastyczność. Należy jeszcze wziąć pod uwagę właściwą wytrzymałość mechaniczną oraz mrozoodporność. W praktyce właściwości wypraw są jednak ściśle związane z miejscem zastosowania na elewacji. Zupełnie innym obciążeniom warunków zewnętrznych podlegają tynki na kondygnacjach, a zupełnie innym w miejscach stałego kontaktu z odbitą wodą czy zalegającym śniegiem. Dlatego też konkretne wymagane cechy przy planowaniu prac powinny być ściśle przypisywane do rodzaju tynku.

Fot. 2 Zniszczenia tynku i cegły w obszarze przyziemia. Mimo zastosowania bardzo silnych i szczelnych wypraw cementowych odbita woda, śnieg i prawdopodobnie sole budowlane spowodowały całkowitą degradację tynku

Rodzaje tynków

Norma PN-EN 998-1 podaje różne rodzaje tynków, klasyfikując je według koncepcji wykonania, miejsca i sposobu wytwarzania, a także właściwości i sposobu stosowania. Są tynki ogólnego przeznaczenia, lekkie, barwione, jednowarstwowe, renowacyjne oraz termoizolacyjne. Do każdego rodzaju przypisane są też wskazane parametry, m.in. wytrzymałości, paroprzepuszczalności, przyczepności. Taka klasyfikacja nie oddaje jednak w pełni wymagań dla prac renowacyjnych. Tutaj bardziej czytelny będzie podział według określonych zadań i miejsca zastosowania.

Tab. Zestawienie wymaganych cech dla wypraw tynkarskich i farb elewacyjnych

* PN-EN 1062-1

Tynki podkładowe i naprawcze na kondygnacjach to wyprawy wykorzystywane do lokalnych ubytków lub całopowierzchniowej rekonstrukcji warstw tynkarskich. Dla nich najważniejszym parametrem jest  właściwa wytrzymałość mechaniczna (na ścis­kanie), która zgodnie z parametrami starych wypraw powinna wynosić od ok. 2,5 do 5 MPa (fot. 1). Przy pełnej rekonstrukcji i dużych powierzchniach na pewno lepszym rozwiązaniem będzie wykorzystanie tynku o niskim ciężarze właściwym i większej porowatości, czyli typu LW. Taki tynk nie musi być za to hydrofobowy, a nawet mrozoodporny przy założeniu, że nie będzie stanowił ostatniej warstwy na elewacji. Z kolei przy lokalnych naprawach tynk powinien jednak dodatkowo cechować transport wody zgodny z zachowanymi starymi wyprawami. Powinien mieć też zdecydowanie lepszą przyczepność. Przy obu typach prac tynki powinny mieć możliwie niski skurcz, szczególnie przy większych grubościach warstwy. W jego określeniu przydatny może być stosunek wytrzymałości na ściskanie do wytrzymałości na zginanie, który powinien być mniejszy niż 3. Wreszcie dla wszystkich warstw powierzchniowych niezwykle ważny jest współczynnik przepuszczalności pary wodnej µ (wskazuje, ile razy dana powłoka jest mniej przepuszczalna dla pary wodnej niż tej samej grubości warstwa powietrza, która ma wartość  1). Norma PN 998-1 podaje ten parametr tylko dla tynków renowacyjnych R i termoizolacyjnych T (<15). Ze względu na wysokie wymagania zabytkowego podłoża należy przyjąć µ ≤ 15 jako obowiązujący dla wszystkich wypraw. Przy dużych powierzchniach nakładanych tynków często dochodzi dodatkowa warstwa zaprawy sczepnej – obrzutki tzw. szprycu. Jeszcze w niedalekiej przeszłości wykonywano go z grubej (nawet na ok. 1 cm)  bardzo silnej i szczelnej zaprawy cementowej. Tego typu zaprawa na porowatym, słabszym podłożu powodowała jego zniszczenia. Obecnie się zaleca, by obrzutkę nakładać tak, żeby przykrywała jedynie ok. 50% powierzchni w dość cienkiej warstwie (ok. 5 mm), ponadto powinna być po związaniu w pełni przepuszczalna dla wody. Takie cechy posiadają gotowe mieszanki fabryczne według niemieckiej instrukcji WTA. Zgodnie z jej wymogami zaprawa po 24 h zachowuje podciąganie kapilarne równe jej grubości.

Fot. 3 Niewłaściwie dobrana warstwa tynku końcowego; zbyt duży skurcz, niska dyfuzyjność i za duża grubość wywołały całkowite odparzenie

Tynki podkładowe i naprawcze na cokołach to najbardziej newralgiczne miejsce elewacji. Jest narażone na bezpośredni kontakt z wodą odbitą, podciąganiem wody z gruntu, a także urazy mechaniczne. Przez całe lata tynki cokołowe wykonywano z zapraw o wytrzymałości >10 MPa. Jednak przy porowatej strukturze zabytkowego muru i problemach wilgotnościowych szczelne i bardzo mocne zaprawy powodowały jego zniszczenia (fot. 2). Obecnie najczęściej wykorzystuje się w tym miejscu szerokoporowe i wysokodyfuzyjne tynki renowacyjne według instrukcji WTA (powstałe w celu rozwiązania  problemu szkodliwych soli budowlanych). Tynki renowacyjne mają parametry adekwatne do zabytkowego podłoża również przy zastosowaniu ich jako klasyczne tynki cokołowe. Ostatni główny tynk zalecany przez WTA, tzw. Sanierputz, jest przede wszystkim mrozoodporny przy jednoczesnym zachowaniu bardzo wysokiej porowatości; ma ograniczony kapilarny transport wody – jest hydrofobowy (po 24 h podciąga mniej niż 0,5 kg/m²); ma także zwykle wytrzymałość ok. 5 MPa, która jest zupełnie wystarczająca; cechuje go bardzo wysoka dyfuzja pary wodnej (µ<12).

Fot. 4 Przekrycie rys skurczowych, przykład zastosowania tyku cienkowarstwowego zbrojonego mikrowłóknami

Tynki wyrównawcze i cienkowarstwowe. Tynki elewacji wykonywane są najczęściej w układzie trójwarstwowym. Wówczas zarówno przy lokalnych, jak i całopowierzchniowych naprawach na koniec  stosowana jest kilkumilimetrowa warstwa tynku nawierzchniowego. Tynk końcowy pełni funkcję zarówno dekoracyjną, jak i technologiczną, dlatego musi również posiadać kilka odpowiednich cech (fot. 3). Ze względu na niewielką grubość, z reguły 3–5 mm, bardzo ważna jest jego wysoka przyczepność i elastyczność. Tak jak dla tynków podkładowych przyjmuje się wymagany stosunek wytrzymałości na ściskanie do wytrzymałości na zginanie poniżej 3. Niektórzy producenci podają również moduł elastyczności – E, który powinien być mniejszy niż 7000. Dla polepszenia elastyczności wiele tynków końcowych jest dodatkowo zbrojonych mikrowłóknami, a niektóre z nich pozwalają na zatapianie siatki antyskurczowej. Ma to szczególne znaczenie w przypadku nakładania ich na stare tynki ze stabilnymi rysami skurczowymi (fot. 4). Należy jednak pamiętać, że wysoką elastyczność i przyczepność często uzyskuje się przez dodatki żywic dyspergowanych, które mocno zmniejszają dyfuzyjność tynku. Dotyczy to przed wszystkim tzw. mas zbrojących z systemów ociepleń, wykorzystywanych ze względu na niską cenę. Dlatego należy wymagać, by współczynnik paroprzepuszczalności w takiej wyprawie wynosił µ <15 lub też wyprawa miała względny opór dyfuzji pary wodnej Sd <0,2 m. Parametry te znajdują się zarówno w normie 998-1, jak i instrukcji WTA 2-9-04. Nie bez znaczenia jest też wytrzymałość mechaniczna tynku. W układzie wielowarstwowym szlichta końcowa powinna być po prostu słabsza od tynku podkładowego. Pozostaje jeszcze kwestia podciągania kapilarnego i mrozoodporności. Istotne jest, czy na elewacji będą nakładane farby i gdzie znajduje się szlichta. Najbezpieczniej jest obligatoryjnie wykorzystywać materiał mrozoodporny i hydrofobowy. Zalecane podciąganie kapilarne według normy to klasa minimum W1, gdzie c ≤ 0,4 kg/m² •min⁰⁵, z kolei według WTA  w < 0,5 kg/m²h^½.

Fot. 5 Charakterystyczne złuszczenia farby dyspersyjnej o zbyt niskiej dyfuzyjności

Farby elewacyjne stanowią w przypadku elewacji zabytkowej chyba najważniejszy element prac wykończeniowych. Farba decyduje bowiem o ostatecznym wyglądzie i charakterze budynku. Stąd też od lat farby są przedmiotem licznych dyskusji i ocen środowisk konserwatorskich. Ich wybór na elewacji powinien być jednak podyktowany nie tylko walorami estetycznymi, które można łatwo ocenić podczas prób kolorystycznych. W pierwszej kolejności powinny decydować konkretne parametry. W praktyce często się zapomina o tym, ponieważ w projektach zapisywane są wybrane rodzaje farb, nie zawsze zgodne z wymaganiami cech dla konkretnego obiektu czy problemu występującego na elewacji.

Technologia

Farby zostały sklasyfikowane w normie PN-EN 1062-1. Tak jak inne normy budowlane nie wskazuje ona jednoznacznie, które farby mogą być stosowane na podłożach zabytkowych i według jakich kryteriów. Tym razem jednak w załączniku A „Wytyczne doboru powłok” dość precyzyjnie wymieniono kilka grup czynników przydatności: związane z podłożem, architektoniczne, środowiskowe, trwałości i związane z wykonawstwem. W praktyce wszystkie należy brać pod uwagę także przy elewacji zabytkowej. Najważniejszymi wymaganiami – wynikającymi z rodzaju podłoża i warunków otoczenia  (środowiskowych) – będą odpowiednia paroprzepuszczalność oraz hydrofobowość, czyli odporności na wody opadowe. Paroprzepuszczalność jest określana jako względny opór dyfuzyjny Sd całej powłoki (wskazuje opór dla gazów równoważnej grubości warstwy powietrza w metrach). Hydrofobowość norma PN-EN 1062-1 określa jako przepuszczalność wody w, a  „mała” to w ≤ 0,1 kg/(m² •h⁰⁵). Instrukcja WTA podaje współczynnik przenikania wody < 0,2 kg/m²h^½ (fot. 5).

Fot. 6 Farba mineralna zastosowana na cokole – niewystarczająca odporność na wody opadowe spowodowała jej złuszczenia

Uwarunkowania podłoża wiążą się też z jego stanem zachowania. Nierzadko na starym podłożu występują poprzednie powłoki malarskie czy spękania. Farba przy tego typu problemach musi posiadać też inne właściwości, np. większą przyczepność czy nawet elastyczność. Właściwości farb, tak jak przy tynkach, powinny uwzględniać również miejsce zastosowania na elewacji (czynniki architektoniczne). Dotyczy to szczególnie fragmentów elewacji narażonych na stały kontakt z wodą (fot. 6), np. powierzchnie poziome lub o małym kącie nachylenia i oczywiście strefa przyziemia. Wydawałoby się, że wystarczy tu wskazanie na wysoką hydrofobowość, jednak chodzi raczej o wysoki kąt napięcia powierzchniowego. Oznacza on brak odporności na zalegającą wodę, która wytwarza ciśnienie hydrostatyczne i w takich przypadkach należy brać pod uwagę albo dodatkowe zabezpieczenia, albo specjalne farby o wysokiej szczelności.

Obecnie na elewacjach zabytkowych wykorzystywane są dwa główne rodzaje farb: krzemianowe inaczej silikatowe i krzemoorganiczne, czyli silikonowe. Oba typy istotnie się między sobą różnią. Niestety w praktyce wybór nie zawsze uwzględnia ich rzeczywiste parametry. Jak więc wypada porównanie tych dwóch rodzajów farb?

Fot. 7 Charakterystyczny efekt hydrofobowy na farbie elewacyjnej. Wielkość kropli wody opadowej jest uzależniona od kąta napięcia powierzchniowego; im wyższy, tym kropla ma mniejszą powierzchnię styku z podłożem

Farby silikatowe oparte na szkle wodnym (płynny krzemian potasu) są używane od końca XIX w. Dzisiaj też najczęściej zalecane na zabytkowe elewacje. Obecnie wykorzystuje się przede wszystkim jednoskładnikowe (formuła wprowadzona w latach 60. XX w.), w których udział dodatków organicznych zgodnie z odrębną normą DIN 18 1363 nie może być większy niż 5%. Pełna nazwa tego spoiwa powinna więc brzmieć farby dyspersyjno-silikatowe. Farby silikatowe mają w większości podobne parametry, nienależnie od producenta. Charakteryzują się bardzo wysoką paroprzepuszczalnością – Sd wynosi z reguły ok. 0,04–0,06 m. Standardowe produkty nie są jednak wysokohydrofobowe według klasyfikacji PN-EN 1062-1; są za to bardzo odporne na kwaśne warunki zewnętrznego środowiska oraz na działania grzybów i glonów. Jednak ich aplikacja ze względu na mineralny charakter ma wiele uwarunkowań. Przez wysoką alkaliczność mają dość mocno ograniczoną paletę barw, są też bardzo wrażliwe przy nakładaniu na zmienne warunki atmosferyczne. Niesie to ze sobą ryzyko powstawania różnic kolorystycznych także przy późniejszych poprawkach. Problem ten nasila się w określonych porach roku. Warto to wziąć pod uwagę przy planowaniu prac. Znakomicie nakłada się je na mineralnym podłożu, z którym się wiążą na drodze „sylifikacji”. Są dzięki temu bardzo trwałe. Jednak nie można ich nakładać na powłoki dyspersyjne, stare lakiery etc. Wyjątkiem jest stosunkowo nowa odmiana farby oparta na zolu krzemianowym. Farby silikatowe mają więc bardzo dobre parametry fizykochemiczne, ale z pewnymi uwarunkowaniami użytkowymi.

Fot. 8 i 9 Rokokowy pałac w Ostromecku (zdjęcie dolne) i barokowy pałac – dawny średniowieczny zamek w Połczynie-Zdroju. Przykłady zastosowania podczas renowacji farby silikonowej i silikatowej na obiektach z tej samej epoki (archiwum firmy Hufgard-Optolith)

Farby silikonowe to bardzo szeroka grupa farb (których historia sięga lat 60. XX w.) oparta w dużym uproszczeniu na żywicy silikonowej, dokładniej na związkach krzemoorganicznych o różnej długości łańcucha polimerów. Niestety brak normalizacji składu powoduje olbrzymią rozpiętość jakości tych farb dostępnych na rynku. Najlepsze posiadają minimum 50% żywicy silikonowej w całości spoiwa, ale oferowane są farby zawierające tylko 1% tej żywicy, a mimo to także nazywane silikonowymi. Ma to olbrzymi wpływ np. na ich paroprzepuszczalność, ponieważ obok silikonu w spoiwie znajduje się też żywica akrylowa. Naturalnie farba z większą ilością akrylu będzie miała znacznie mniejszą paroprzepuszczalność, Sd może wówczas wynosić nawet 0,3 m. Jest to jeden z powodów dużej nieufności to tego rodzaju farb. „Prawdziwe farby silikonowe” mają bardzo dobrą dyfuzyjność, ich Sd wynosi ok. 0,1 m, a więc są zgodne zarówno z PN-EN 1062-1, jak i wymaganiami instrukcji WTA. Są zdecydowanie bardziej hydrofobowe od silikatów (fot. 7) – z reguły przepuszczalność wody w jest niska i wynosi < 0,1 kg/(m² • h⁰⁵). W przeciwieństwie do silikatów można je nakładać na większości typów podłoży, są też bardziej odporne na powierzchniowe zabrudzenia i wody opadowe. Jednak mimo swojej hydrofobowości farby silikonowe o małym udziale akrylu nie nadają się do miejsc narażonych na stały kontakt z wodą. Przy ich aplikacji nie występuje za to problem zmian kolorystycznych przy poprawkach i zależność od zmian warunków atmosferycznych. Są to jednak farby powłokowe, dlatego np. mają mniejszą tolerancję na zawilgocenie podłoża. Niewątpliwą zaletą farb silikonowych jest też możliwość dużych zmian recepturowych także pod kątem określonych cech. Istnieją np. elastyczne farby silikonowe przekrywające rysy. Znowu jednak należy pamiętać, że tego typu farby będą miały znacznie gorszą paroprzepuszczalność.

Farby silikonowe mogą być także bardzo przydatne do prac przy elewacjach zabytkowych zarówno pod względem cech, jak i walorów użytkowych. Dużym niebezpieczeństwem jest jednak brak normalizacji ich składu, co sprawia, że nie każda farba silikonowa będzie miała właściwe parametry.

Jak widać, dobór materiałów elewacyjnych jest zależny od bardzo wielu czynników, nie można ich  stosować w oderwaniu od problemów konkretnego obiektu. Tym bardziej też wcale nie musi o tym decydować sam rodzaj spoiwa. Tak jak nie zawsze wapno będzie lepsze od cementu, tak też nie zawsze farba silikatowa może być wykorzystana na elewacji zabytkowej. Konieczna jest właściwa analiza problemów, z jakimi mamy do czynienia, a potem specyfikacja wymaganych cech.

Robert Koprowicz

dyplomowany konserwator i restaurator dzieł sztuki

Literatura

1. Norma PN-EN 459-1 Wapno budowlane. Część 1: Definicje, wymagania i kryteria zgodności.

2. Norma PN-EN 197-1 Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.

3. Norma PN-EN 998-1 Wymagania dotyczące zapraw do murów. Część 1: Zaprawa tynkarska.

4. Norma PN-EN 998-2 Wymagania dotyczące zapraw do murów. Część 2: Zaprawa murarska.

5. Norma PN-EN 1062-1 Farby i lakiery. Wyroby lakierowe i systemy powłokowe stosowane na zewnątrz na mury i beton. Część 1: Klasyfikacja.

6. Instrukcja WTA 2-9-04 część I, tłumaczenie z j. niemieckiego „Renowacje i Zabytki” nr 3/2008.

7. Instrukcja WTA 2-9-04 część II, tłumaczenie z j. niemieckiego „Renowacje i Zabytki” nr 4/2008.

8. M. Gaczek, S. Fiszer, „Tynki”, materiały z XVIII Ogólnopolskiej Konferencji Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 2003.