Problematika použití expandovaného polystyrenu (EPS) z hlediska vysokých teplot
Historie se opakuje. Každý stavební materiál má své hraniční hodnoty použití. U expandovaného polystyrenu (EPS) je to zejména teplota, respektive změny teploty. Jako každý pěněný plast má tendenci měnit své geometrické vlastnosti, tedy zejména rozměry. Nevratné deformace jsou spojeny nejčastěji s vysokými teplotami, ale také s kvalitou výroby. Proto je u tohoto typu materiálu – pěněné teplené izolace, a to nejen EPS, dbát na jejich kvalitní výrobu, to znamená používat pouze výrobky standardních výrobců, kteří jsou schopni udržet kvalitu výroby.
Úvod
Základním tématem, jež řeším ve své technické práci, je co dělat a jak to dělat, respektive co nedělat a proč. Odpověď na tyto otázky je vlastně jednoduchá, izolovat hodně a především správně, v ploše i detailech. Pečlivě a objektivně informovat veřejnost, včetně rizik použití. Na druhé straně je třeba se vyhnout rizikovým skutečnostem, které pocházejí ze samotných materiálů, pečlivě kontrolovat výrobu a snažit se zlepšit jejich technické vlastnosti.
Jedním z velkých momentů současné doby je sdílení informací, respektive celoživotní učení či celkově obecná kvalifikace. Paradoxem této situace je to, že nejúčinnější poučení bývá z chyb, pokud možno z chyb jiných. Přestože na FA ČVUT přednáším, jak správně izolovat (střechy, fasády a další), podstatně vyšší sledovanost a návštěvnost na přednáškách má předmět, který se nazývá „Vady a poruchy staveb“.
Učení prostřednictvím fotografií
V rámci svého tématu ukazuji desítky fotografií střešních plášťů řádně zateplených s dostatečným množstvím tepelné izolace v kombinaci s kvalitními materiálovými vlastnostmi. Mám také příklady, kdy se vše ošidí a dojde k fatálním škodám. Ukazuji tím i slepé uličky izolačních materiálů nebo jejich limity. Platí to obecně pro celé stavebnictví. Bohužel k naší nátuře patří, že vidíme-li katastrofy, občas se z nich i poučíme.
Obr. č. 1 – Důsledky zmenšení tepelné izolace z EPS objemové hmotnosti 13,5 kg/m³ – Zdroj: znalecké posudky Ing. Marek Novotný, Ph.D. – 2001
Takže pár konkrétních příkladů: V historické době, v minulém století, mnozí je ještě pamatujeme, se ignoroval jeden z parametrů tepelných izolací, a to objemová hmotnost. V případě použití takovýchto materiálů pak docházelo k fatálnímu selhání a důsledky byly takové, jako na následujících fotografiích.
Důsledky takového selhání jsou fatální, neexistuje žádná zázračná hydroizolace, která by tyto objemové změny byla schopna přenést. Objemové změny dosahují desítek centimetrů. Samozřejmě k tomu negativně přispívá i černá barva hydroizolace.
Další, netoliko drastické příklady, jsou na následujících fotografiích. Zde je prokreslen podkladní pěnový polystyren. Samozřejmě pohyby, které jsou cyklické, časem způsobují vlny na hydroizolaci, zejména pak na asfaltové hydroizolaci, což je také patrné na následujících obrázcích.
Obr. č. 2 – Celkový pohled na zvlněný střešní plášť
Obr. č. 3 – Detail k předcházejícímu obrázku (delaminace hydroizolačního souvrství)
Obr. č. 4 – Schéma vzniku vln nad spojem tepelné izolace
V případě pohybů podkladů dochází u asfaltových hydroizolačních povlaků k delaminaci jednotlivých vrstev.
Při nadměrných pohybech podkladních vrstev a při nadměrných objemových změnách tepelné izolace dochází k odtrhávání hydroizolačního povlaku a k jeho (případné) delaminaci, viz předcházející obrázky.
Obr. č. 5 – Na hydroizolaci je přesně vykreslen podkladní objemově nestabilní pěnový polystyren
Větší problém představují současné maximální teploty, které způsobují tepelné stárnutí všech materiálů a samozřejmě též degradaci hydroizolačních materiálů, kde se akceleruje stárnutí urychlenou evaporací změkčovadel ze syntetických fólií – zejména mPVC, ale i z asfaltových hydroizolací, kde se vypařují oleje obsažené v hmotě. Důsledkem je takzvaný krokodýling, tedy negativní signál životnosti hydroizolace. U tepelných izolací na bázi EPS vidím jako rizikovou oblast vysoké teploty kombinované s odrazem od světlých fasád. Zde dochází k dramatickému přehřívání hydroizolace až nad její teplotní odolnost, což způsobuje trvalé deformace EPS, včetně jeho „vypařování“.
Důraz na tvarovou stabilitu
Maximálně přípustné teploty pro použití pěnového polystyrenu závisejí stejně jako u všech termoplastů na době a na velikosti působících teplot. Bez dodatečného mechanického zatížení snese podle daných propozic od EPS ČR (na TZB-info) pěnový polystyren krátkodobé teploty do 100 °C. Vlivem nepatrné tepelné vodivosti polystyrenu zůstává hloubka průniku vysokých teplot relativně malá, což působí tím příznivěji, čím má EPS větší tloušťku. Pokud je mechanicky zatěžován, pak činí jeho dlouhodobá teplota pro použití v závislosti na objemové hmotnosti 75 °C až 80 °C. Pěnový polystyren je hmota, u níž nedochází za teplot mezi 80 °C až 180 °C k žádným podstatným změnám struktury, proto mu nevadí ani velice nízké teploty pro trvalé využití.
Obr. č. 6 – Geometrie místa s poškozením tepelného izolantu EPS – Zdroj: znalecké posudky Ing. Marek Novotný, Ph.D. – 2014
Obr. č. 7 – Geometrie místa s poškozením tepelného izolantu EPS
Obr. č. 8 – Deformace hydroizolačního povlaku v závislosti na deformaci podkladu – tepelného izolantu
Lokalizace místa, kde došlo k deformacím a evaporaci EPS, je dokumentovaná na předcházejících fotografiích. Jedná se o kombinaci odrazu a absenci větrání v místech, kde je povrch plochého střešního pláště extrémně namáhán. K vlastní teplotě povrchu od daných klimatických podmínek je nutné přičíst i tepelnou energii, která na povrch působí odrazem od světlé fasády.
Kromě deformace povrchu dochází v těchto místech k tahovému namáhání hydroizolačního povlaku, které způsobí delaminaci spojů.
Obr. č. 9 – Pohled do sondy a důsledky exterémního namáhání teplotou
Obr. č. 10 – Pohled do sondy a důsledky exterémního namáhání teplotou
Obr. č. 11 – Pohled do sondy a důsledky exterémního namáhání teplotou
Obr. č. 12 – Pohled do sondy a důsledky exterémního namáhání teplotou
V rámci našich fakultních měření povrchových teplot hydroizolačních povlaků byly zjištěny teploty pohybující se v rozsahu 80 až 90 °C, které závisely zejména na barvě povrchu, u světlejších povrchů byly teploty nižší než u tmavých až černých povrchů – a to až o 10 °C. V případě kombinace, kdy je střešní plášť bez jakékoliv dodatečné ochrany zasypán kačírkem (praným říčním kamenivem), je dále dodatečně ohříván odrazem ze svislých vyšších konstrukcí. Dochází k tomu v místech, která nejsou dostatečně větraná, a může tedy dojít k případům, která jsou dokumentována na výše uvedených fotografiích. Takovýmto technickým řešením je nutné se vyhnout, pečlivě evidovat tento fenomén a vlastní poznatky využít k dalšímu rozvoji, a to jak směrem k upřesnění použití materiálů a technologií, tak i směrem ke zlepšení technických vlastností.
Literatura
- Portál tzb-info.cz: článek Sdružení EPS ČR: Vlastnosti expandovaného pěnového polystyrenu
- Znalecké posudky firmy A.W.A.L, s.r.o., znalec Ing. Marek Novotný, Ph.D.
Článek se věnuje zkušenostem autora s tvarovou nestabilitou (smršťováním) EPS vystaveného ve střešních konstrukcích vysokým teplotám. Na konkrétních příkladech ze stavební praxe jsou popisovány důsledky smršťování EPS na skladbu plochých střešních konstrukcí, zejména pak na hydroizolační vrstvu, kdy na HI vrstvě dochází ke zvlnění povrchu, zdržování srážkové vody na vrstvě HI a postupné degradaci vrstvy HI – např. ke vzniku tzv. krokodýlingu nebo i delaminace u asfaltových HI, případně zrychlené degradace uvolňováním změkčovadel u mPVC fólií. Součástí článku jsou i doporučení ohledně maximálně přípustných teplot, při kterých ještě nedochází k degradaci EPS.
Článek považuji za kvalitní a přínosný. Odborná veřejnost takto dostává zajímavé informace o jedné z možných příčin vzniku vad a poruch na plochých střechách s povlakovou HI uloženou na tepelné izolaci z EPS.
History repeats. Every building material has its breakpoints use. For EPS – expanded polystyrene is especially temperature, respectively. temperature changes. As each foamed plastic material tends to change its geometrical properties, namely dimensions. Irreversible deformation are especially associated with high temperatures, but also with the quality of production. Therefore, this type of material – foam thermal insulation, not only EPS, take care their quality production, ie. Using only standard products only of producers who are able to keep production quality.