Wykonywanie powłok epoksydowych

STRESZCZENIE

Artykuł, adresowany przede wszystkim do uczestników procesu inwestycyjnego, omawia najistotniejsze aspekty praktyczne związane z wykonywaniem powłok epoksydowych na powierzchniach betonowych. Przedstawiono właściwości żywic epoksydowych, ich zalety i wady oraz wynikające z nich najczęstsze zastosowanie. Szczegółowo omówiono wymagania dotyczące podłoża betonowego i warunków temperaturowo-wilgotnościowych, które muszą być spełnione, aby możliwe było skuteczne aplikowanie żywic epoksydowych na powierzchnie betonowe.

ABSTRACT

The article, directed mainly at the participants of the investment process, presents the key aspects related to the application of epoxy coatings to concrete surfaces. The properties of epoxy resin, its advantages and disadvantages, as well as most common applications resulting from them have been presented. What have been discussed in detail are the requirements for concrete flooring as well as temperature and humidity conditions which have to be met to effectively apply epoxy resin to concrete floors.

Fot. 1. Posadzka epoksydowa w hali przemysłowej

Żywice epoksydowe są to ciekłe materiały polimerowe stosowane w przemyśle od połowy XX w. W budownictwie znalazły zastosowanie głównie jako powłoki nakładane na beton. Niezależnie od rodzaju powłoki o jej końcowej jakości decyduje przede wszystkim warstwa stykowa żywica-beton oraz przestrzeganie odpowiednich uwarunkowań technologicznych na każdym etapie robót. W artykule szczegółowo omówiono praktyczne aspekty związane z wykonywaniem epoksydowych powłok ochronnych na powierzchniach betonowych.

Zastosowanie powłok epoksydowych

Powłoki epoksydowe nakładane na beton znalazły zastosowanie tam, gdzie konieczna jest poprawa właściwości zewnętrznej powierzchni betonu, dlatego są używane przede wszystkim jako nawierzchnie zarówno nowych, jak i remontowanych posadzek betonowych w zakładach przemysłowych, zadaszonych parkingach, obiektach handlowych i użyteczności publicznej (fot. 1-5) [1].

Właściwie dobrana nawierzchnia epoksydowa:

• jest szczelna – zapobiega pyleniu, wchłanianiu brudu i chemikaliów,
• ma dużą odporność mechaniczną i chemiczną,
• zwiększa wytrzymałość na ściskanie wierzchniej warstwy betonu,
• nie wymaga zabiegów konserwacyjnych,
• poprawia jakość warunków pracy i estetykę pomieszczenia,
• nie ma żadnych łączeń (nawierzchnia bezspoinowa), dzięki czemu jest łatwa do utrzymania w czystości.

Fot. 2. Nawierzchnia epoksydowa w garażu podziemnym

Posadzki epoksydowe stwarzają praktycznie nieograniczone możliwości wyboru różnorodnych rozwiązań zarówno w aspekcie kolorystyki, jak też struktury powierzchni, a stałe doskonalenie ich cech mechanicznych, odporności chemicznej, estetyki i trwałości doprowadziło do coraz szerszego stosowania tego typu posadzek. Są one używane od ok. 50 lat, aktualnie ok. 25% nowo wykonywanych posadzek przemysłowych to nawierzchnie żywiczne, w przeważającej większości z żywic epoksydowych. Od kilku lat żywice epoksydowe są coraz powszechniej wykorzystywane jako wykończenie posadzek w budownictwie mieszkaniowym i indywidualnym (fot. 6) [2, 3]. W ponad 95% przypadków powłoka posadzkowa jest materiałem kompozytowym składającym się z fazy ciekłej – spoiwa żywicznego, i fazy stałej – wypełniacza w postaci piasku kwarcowego, mielonej żywicy stałej itp. Kompozyt ten może dodatkowo zawierać: rozpuszczalniki, plastyfikatory, stabilizatory i barwniki. Dostawcy systemów posadzkowych najczęściej klasyfikują powłoki żywiczne jako [4-6]:

• ochronne,
• cienkowarstwowe o gr. 0,5-1,0 mm,
• grubowarstwowe o gr. 1,0-5,0 mm. Materiały żywiczne są zwykle układane w kilku warstwach jako materiały: gruntujące, wyrównujące, cienkopowłokowe, grubopowłokowe i jastrychowe.

Ze względu na różne wymagania, w zależności od typu wykonywanej posadzki żywicznej, między warstwą gruntującą a wierzchnią mogą być wykonywane różne warstwy pośrednie, pozwalające na spełnienie odpowiednich wymagań użytkowych, takich jak: antypoślizgowość, odprowadzanie ładunków elektrycznych, odporność na obciążenia mechaniczne, termiczne i inne, a także estetycznych, np. barwa, faktura, połysk, zmatowienie. Żywice epoksydowe używane do posadzek mogą być stosowane w formie dwuskładnikowej farby rozpuszczalnikowej lub dyspersji, albo w postaci bezrozpuszczalnikowej. Żywice epoksydowe znajdują także zastosowanie w zbiornikach na wodę, wannach awaryjnych, osadnikach, obiektach mostowych, a także jako jeden z elementów systemu, służącego do naprawy konstrukcji betonowych. Wykonanie jednorodnej powłoki na całości powierzchni betonowej często ma na celu poprawę jej estetyki (zamaskowanie śladów wykonanych napraw, ujednolicenie barwy).

Fot. 3. Posadzka epoksydowa w salonie samochodowym

Właściwości żywic epoksydowych

Żywice epoksydowe najczęściej dostarczane są w formie dwuskładnikowej jako żywica (baza) i utwardzacz. Składnik żywicy jest zazwyczaj jasny i ma łagodny zapach, utwardzacz zaś ma zwykle ciemny bursztynowy kolor i charakterystyczny zapach. Po zmieszaniu obu składników w żywicy zachodzi kontrolowana reakcja chemiczna, której rezultatem jest twardy i bardzo odporny chemicznie materiał. Żywice epoksydowe mają ograniczoną odporność na promieniowanie UV – wykazują naturalną tendencję do przebarwień, żółknięcia i tzw. kredowania po wystawieniu na działanie warunków atmosferycznych. Dlatego nie są zalecane do wykonywania powłok zewnętrznych. Zalety i wady żywic epoksydowych zestawiono w tablicy.

Fot. 4. Cokół betonowy wykończony powłoką epoksydową

Podłoże betonowe – wymagania ogólne

Powłoki epoksydowe są wodo- i paroszczelne, dlatego kluczowe znaczenie dla ich trwałości ma odpowiedni podkład. Niezwykle istotne jest wysuszenie podłoża betonowego i zabezpieczenie go przed wnikaniem wilgoci od spodu. Podłoże musi być lekko chropowate i mieć otwartą strukturę porów. Ponadto powinno być czyste, pozbawione ubytków, zanieczyszczeń w postaci pyłu, kurzu, luźnych fragmentów oraz oczyszczone z mleczka cementowego i pozostałości preparatów chemicznych pogarszających przyczepność, takich jak: olej, smar, tłuszcze, nafta, środki antyadhezyjne [9]. Zaolejone fragmenty podłoża betonowego należy usunąć, a ubytki wypełnić odpowiednio dobranymi zaprawami cementowo-polimerowymi lub cementowo-epoksydowymi. Sposób usuwania zanieczyszczeń i przygotowania podłoża powinien być odpowiednio dobrany do rodzaju usuwanych zanieczyszczeń. Najczęściej stosuje się takie zabiegi, jak: szlifowanie, śrutowanie, frezowanie (fot. 7), rzadziej – oczyszczanie strumieniowo-cierne, młotkowanie, groszkowanie i czyszczenie płomieniowo-ogniowe. Odpowiednie przygotowanie podłoża ma na celu wielokrotne zwiększenie tzw. powierzchni czynnej podłoża, dzięki czemu poprawia się zdolność zakotwienia powłoki żywicznej w podkładzie. Podtoże ponadto powinno być suche, wysezonowane przez co najmniej 28 dni, pozbawione rys, spękań i wykwitów. W razie występowania rys należy dokonać ich klasyfikacji z punktu widzenia kształtu i rozmiaru oraz przeprowadzić na tej podstawie odpowiednią naprawę, np. przez bezciśnieniowe wypełnienie żywicą, „zszycie” prętami stalowymi, iniekcję itp. (fot. 8 i 9). Podłoże betonowe pod powłoki posadzkowe musi być zabezpieczone przed podciąganiem kapilarnym (sprawna izolacja pozioma) oraz przygotowane z odpowiednią tolerancją co do równości powierzchni, najczęściej mierzoną za pomocą 2-metrowej łaty kontrolnej, a w razie konieczności ukształtowane z wymaganymi spadkami. W przypadku braku precyzyjnych wytycznych dotyczących równości podkładu w projekcie posadzki można zastosować wytyczne zawarte w [10]. Zgodnie z nimi odchylenie powierzchni podkładu od płaszczyzny poziomej nie powinno przekraczać 5 mm na całej długości łaty 2-metrowej w każdym badanym miejscu i kierunku. Niestety, mimo że żywice są określane jako samopoziomujące, nie są w stanie wygładzić nierównej powierzchni podłoża. Dodanie większej ilości produktu jedynie powoduje zwiększenie zużycia żywicy i tym samym kosztów wykonania posadzki. Nie jest również możliwe wykonanie nawierzchni epoksydowej ze spadkiem na poziomym podłożu.

Fot. 5. Powłoka epoksydowa w pomieszczeniach technicznych

Fot. 6. Powłoka epoksydowa na klatce schodowej budynku wielorodzinnego

Wilgotność podłoża betonowego

Dopuszczalna wilgotność podłoża betonowego nie może być większa niż 4-5%. Wykonywanie powłoki na podłożu o większej wilgotności wymaga zastosowania specjalnych preparatów gruntujących, które mają za zadanie zabezpieczenie powłoki przed odspojeniem. Niektóre bezrozpuszczalnikowe odmiany żywic utwardzają się nawet przy wilgotności 6-7%, niektóre zaś dyspersje wodne można układać jako impregnat na beton w dowolnym czasie, z impregnacją świeżej mieszanki włącznie [11]. Wilgotność można określić metodami niszczącymi, takimi jak: suszarkowo-wagowa i karbidowa (CM), oraz nieniszczącymi, m.in. elektrycznymi i radiowymi (fot.10) [12]. Wadą metod niszczących jest duża pracochłonność i miejscowe zniszczenie podkładu związane z koniecznością pobrania próbek. Aby metody te uznać za miarodajne, konieczne jest wykonanie kilku pomiarów w różnych miejscach podkładu. Ponadto metody są wrażliwe na obecność pyłu powstałego podczas nawiercania, który może zafałszowywać wyniki, ponieważ podczas nawiercania materiał się nagrzewa i odparowuje z niego wilgoć. Metody nieniszczące, mimo że są mniej dokładne, są coraz powszechniej stosowane, ponieważ umożliwiają szybkie, wyrywkowe, bezinwazyjne badanie zawilgocenia materiałów w wielu miejscach podkładu. Dzięki temu pozwalają na podjęcie błyskawicznych decyzji odnośnie do rozpoczęcia, kontynuacji lub przerwania prac. Lekko wilgotne podłoże jest najczęściej przyczyną tzw. zmleczenia żywic już w kilkadziesiąt minut po ich ułożeniu. W takim przypadku ułożoną żywicę należy w całości usunąć i wykonywanie powłoki rozpocząć od nowa.

Fot. 7. Szlifowanie podkładu betonowego pod powłokę epoksydową

Fot. 8. „Zszycie” pęknięć podkładu betonowego

Właściwości mechaniczne podłoża betonowego

Minimalna klasa wytrzymałości na ściskanie betonu zalecanego do wykonywania podkładów pod powłoki żywiczne to C20/25. Bezpośrednio przed wykonaniem powłoki można ją zmierzyć metodą sklerometryczną za pomocą młotka Schmidta. Wymagane jest również, aby podłoże betonowe było odpowiednio zwięzłe.

Dla uzyskania optymalnego zespolenia systemu powłokowego z podłożem odporność powierzchni na odrywanie musi wynosić co najmniej 1,5 MPa.

Parametr ten można określić na placu budowy za pomocą przyrządu pull-off. Najkrócej ujmując, w metodzie tej się nakleja i w kontrolowany sposób odrywa stemple pomiarowe o dokładnie zdefiniowanej powierzchni (fot. 11).

Fot. 9. Pęknięcia podkładu betonowego scalone żywicą epoksydową

Punkt rosy

Punkt rosy jest jednym z krytycznych aspektów związanych z wykonywaniem powłok. Może być on przyczyną złej przyczepności, zmniejszeniem trwałości, pogorszeniem właściwości położonej powłoki.

Punkt rosy jest to temperatura powierzchni, przy której następuje kondensacja wilgoci z powietrza. Jest on ściśle związany z wilgotnością względną powietrza. Przy wilgotności względnej wynoszącej 100% punkt rosy jest równy z istniejącą temperaturą, co oznacza, że przy danej temperaturze powietrze jest maksymalnie nasycone wilgocią. Temperatura punktu rosy jest to temperatura, przy której para wodna zawarta w powietrzu staje się nasycona (przy zastanym składzie i ciśnieniu powietrza), a poniżej tej temperatury staje się przesycona i się skrapla lub resublimuje. Szczególnie w okresie zimowym para wodna w zetknięciu z chłodną powierzchnią podkładu betonowego ulega wykropleniu i powoduje powierzchniowe chwilowe zawilgocenie podłoża. Kondensat pary wodnej obniża przyczepność. W celu zachowania praktycznego marginesu bezpieczeństwa i zapobiegnięcia tworzeniu się wilgoci kondensacyjnej temperatura podłoża musi być co najmniej o 3°C wyższa od punktu rosy. Zwykle w miarę postępu robót warunki cieplno-wilgotnościowe się zmieniają.

Z tego też powodu konieczne jest stałe monitorowanie parametrów wpływających na punkt rosy, czyli temperatury i wilgotności względnej powietrza. Temperaturę punktu rosy można obliczyć za pomocą tabeli punktów rosy lub za pomocą coraz powszechniej stosowanych elektronicznych termohigrometrów.

Fot. 10. Pomiar wilgotności powietrza i podkładu betonowego wilgotnościomierzem

Fot. 11. Badanie wytrzymałości na rozciąganie podkładu betonowego metodą pull-off

Temperatura i wilgotność powietrza

Na końcową jakość powłoki epoksydowej ma wpływ temperatura powietrza, podłoża oraz materiału. Temperatury zbliżone do 8°C wydatnie opóźniają czas twardnienia, utrudniają właściwe rozprowadzenie materiału (mniejszy rozpływ) i zwiększają lepkość, co w efekcie może prowadzić do podwyższonego zużycia materiału, a także problemów z jego odpowietrzeniem. Temperatury zbliżone do 25-30°C skracają z kolei czas obróbki i przyspieszają twardnienie, przez co utrudniają uzyskanie powłoki o optymalnej jakości. Niejednokrotnie po prostu może braknąć czasu na odpowietrzenie rozlanej żywicy za pomocą wałka. Żywice bezpośrednio przed aplikacją powinny mieć temperaturę równą lub zbliżoną do temperatury podkładu, na którym będą układane. Temperatura podkładu w trakcie wykonywania powłoki oraz podczas jej utwardzania się powinna być wyższa niż 15°C. Przygotowywanie żywic do stosowania i ich aplikowanie powinno się odbywać w miejscu suchym, zabezpieczonym przed wpływami atmosferycznymi, przewiewnym, o temperaturze powietrza nie niższej niż 15°C i nie wyższej niż 25°C oraz wilgotności względnej nieprzekraczającej 70%. Niejednokrotnie okres letni nie jest zbyt sprzyjający dla realizacji powłok epoksydowych, ponieważ często występujące opady deszczu oraz wysoka temperatura powietrza powodują intensywne parowanie wody, w rezultacie czego utrzymują wilgotność powietrza na poziomie 80-95%. Bardzo niebezpieczne w trakcie wykonywania są przeciągi, które się przyczyniają do tzw. naskórkowywania powłoki, w rezultacie którego po jej utwardzeniu zostaną na powierzchni nierówności. Po wykonaniu powłoki należy zapewnić podane w karcie technicznej produktu warunki pielęgnacji i utwardzania się wykonanej warstwy. Czas, po upływie którego powłoka uzyska optymalne parametry umożliwiające jej eksploatację, powinien być zgodny z podanym przez producenta. Pomieszczenie, w którym wykonywana jest powłoka, należy dobrze wentylować zarówno w czasie jej wykonywania, jak i podczas jej utwardzania się. Jeżeli warunki temperaturowo-wilgotnościowe są niekorzystne, wymagane jest stosowanie grzejników. Gdy podłoże betonowe jest suche, a wilgotność powietrza zbyt duża, na powierzchni żywicy po kilku godzinach od jej położenia tworzy się biały nalot. Najczęściej stosowaną metodą naprawy w takiej sytuacji jest usunięcie nalotu przez szlifowanie i ponowne nałożenie żywicy w tym samym kolorze. Wilgoć podczas wykonywania kolejnych powłok żywicznych może się przyczynić do ich rozwarstwienia lub pojawienia się pęcherzy. Z tego też powodu należy unikać rozpoczynania prac, w czasie gdy migracja wilgoci jeszcze trwa, np. w godzinach porannych, przedpołudniowych w okresie letnim. Powierzchnie betonowe, np. stropy, w ciągu dnia się nagrzewają i rozszerzają, a w nocy schładzają i kurczą.

Fot. 12. Powłoka epoksydowa wykonana na niewyrównanym podłożu betonowym

Podsumowanie

Technologia wykonywania powłok epoksydowych wymaga od wykonawcy fachowej wiedzy i dużego doświadczenia, a także stosowania odpowiednich narzędzi. Końcowa jakość robót jest ponadto ściśle związana z przestrzeganiem reżimów temperaturowo-wilgotnościowych i stosowaniem odpowiednich materiałów. Bardzo ważne są również odpowiednie proporcje składników i przerwy technologiczne. W przypadku powłok posadzkowych jakikolwiek błąd popełniony w warstwach niższych rzutuje na ich trwałość i jest w stanie zniszczyć efekt dekoracyjny całej nawierzchni (fot. 12 i 13). Posadzki epoksydowe, nawet te najgrubsze, nie są w stanie pełnić funkcji konstrukcyjnej, dlatego też o ich końcowej jakości i długoletniej bezusterkowej eksploatacji decydują przede wszystkim jakość podkładu betonowego, jego nośność i sposób zdylatowania, a także odpowiednio dobrana podbudowa i zagęszczone podłoże gruntowe. Niedopełnienie warunków technicznych i technologicznych pociąga za sobą konieczność wykonywania trudnych i skomplikowanych napraw samej wierzchniej warstwy i podkładu betonowego. W skrajnych przypadkach naprawa może być niemożliwe i trzeba ponownie wykonać całą powłokę.

Na koniec można postawić tezę, że popularyzowanie przedstawionych tu zagadnień w środowisku inżynierskim, zwłaszcza wśród uczestników procesu inwestycyjnego, przyczyni się do wykonywania powłok epoksydowych coraz lepszej jakości.

mgr inż. Sławomir Słonina

Politechnika Rzeszowska Wydział Budownictwa

Literatura

1. A. Garbacz, B. Chmielewska, P Sobociński, Posadzki żywiczne w parkingach, „Materiały Budowlane” nr 11/2015.
2. P. Najduk, Żywice – nowoczesność w garażu i piwnicy, „Atlas Fachowca” nr 5/2012.
3. C. Kitliński, Epoksyd niejedną ma twarz, „Atlas Fachowca” nr 1/2013.
4. J. Jasiczak, Posadzki przemysłowe. Materiały, technologie, projektowanie, naprawy, Addiment Polska Sp. z o.o., Poznań 2001.
5. M. Rokiel, Wykończenie podłogi przemysłowej, „Inżynier Budownictwa” nr 11/2009.
6. Materiały firm: Densit, Eradur, Flowcrete, Remmers, Schomburg, Sika, Weber.
7. W. Starosolski, Konstrukcje żelbetowe według Eurokodu 2 i norm związanych, tom III, rozdział 6 Posadzki przemysłowe, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
8. M. Rokiel, Posadzki przemysłowe – warunki bezawaryjnej eksploatacji, „Izolacje” nr 9/2009.
9. T. Grzegorek, Przygotowanie podłoża pod posadzki, „Materiały Budowlane” nr 9/2008.
10. A. Sokalska, M. Suchan, Z. Ściślewski, Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych, część B, Roboty wykończeniowe, zeszyt 3. Posadzki mineralne i żywiczne, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2013.
11. J. Tejchman, A. Małasiewicz, Posadzki przemysłowe, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2006.
12. W. Krysiak, Mierniki wilgoci, „Atlas Fachowca” nr 2/2012.