Mostowe, polimeroasfaltowe papy zgrzewalne w świetle normy PN-EN 14695:2012

Pojawianie się na rynku polskim w latach 90. XX wieku na szeroką skalę mostowych, polimeroasfaltowych pap zgrzewalnych pozwoliło na wykonywanie izolacji płyt pomostów obiektów inżynierskich w sposób bardziej trwały i skuteczny. Obecnie mostowe, polimeroasfaltowe papy zgrzewalne, zwane dalej papami zgrzewalnymi, są stosowane na przeszło 90% powierzchni płyt mostowych budowanych i remontowanych obiektów mostowych w Polsce.

Papy zgrzewalne (RYS. 1) są rolowymi materiałami izolacyjnymi złożonymi z osnowy z włókniny poliestrowej o gramaturze zazwyczaj 250 g/m², przesyconej i powleczonej obustronnie masą polimeroasfaltową, modyfikowaną kauczukiem syntetycznym SBS (styren-butadien-styren) albo polipropylenem ataktycznym APP.

• Dolna powierzchnia papy zgrzewalnej jest zabezpieczona przed sklejeniem w rolce cienką folią z tworzywa sztucznego (zazwyczaj z polietylenu), która ulega stopieniu w wyniku ogrzania płomieniem palnika gazowego podczas układania papy.
• Górna powierzchnia papy może być zabezpieczona przed sklejeniem, np. drobnoziarnistą lub gruboziarnistą posypką mineralną albo folią polietylenową.

Izolację z pap zgrzewalnych na płycie pomostu obiektu mostowego należy wykonywać poprzez przyklejenie jednej warstwy papy na podłożu z betonu cementowego, zagruntowanym środkiem gruntującym. Dopuszcza się wykonanie izolacji z papy zgrzewalnej w dwóch warstwach w strefach: krawężników lub kap chodnikowych oraz w miejscach wzmocnień izolacji, z wyjątkiem strefy pod nawierzchnią mostową przeznaczoną do ruchu pojazdów samochodowych, gdzie należy wykonać izolację z papy zgrzewalnej w jednej warstwie.

Izolację z papy zgrzewalnej można układać po zagruntowaniu podłoża betonowego asfaltowym środkiem gruntującymi albo żywicznymi środkiem gruntującym (FOT. 1 - zdjęcie główne).

Klejenie arkuszy papy należy wykonać po całkowitym wyschnięciu (asfaltowego) lub utwardzeniu (żywicznego) środka gruntującego.

Podłoża zagruntowanego gruntem żywicznym nie należy ponownie gruntować asfaltowym środkiem gruntującym i na odwrót, podłoża zagruntowanego asfaltowym środkiem gruntującym nie należy gruntować ponownie środkiem żywicznym.

Podczas klejenia (FOT. 2) powierzchnię arkusza papy należy podgrzewać ręcznie palnikiem gazowym lub gorącym powietrzem za pomocą maszyny do automatycznego układania papy, aż do roztopienia masy polimeroasfaltowej na spodniej stronie arkusza i docisnąć do podłoża.

Poszczególne arkusze papy należy łączyć ze sobą na zakład:

• poprzeczny (równolegle do długości arkusza papy) szerokości 8 cm;
• podłużny (równolegle do szerokości arkusza papy) szerokości 15 cm.

Styki podłużne sąsiadujących arkuszy należy przesunąć względem siebie o co najmniej 50 cm [1]. Poprawnie wykonaną izolację z papy zgrzewalnej pokazano na FOT. 3.

Nawierzchnię na jezdniach drogowych obiektów mostowych należy układać i zagęszczać mechanicznie bezpośrednio na izolacji wykonanej z papy zgrzewalnej. Stosowanie jakichkolwiek dodatkowych warstw ochronnych izolacji pod nawierzchnią mostową przeznaczoną do ruchu pojazdów samochodowych jest niewskazane.

Bezpośrednio na izolacji z papy zgrzewalnych można układać nawierzchnię z betonu cementowego oraz następujące rodzaje nawierzchni asfaltowych:

• nawierzchnię SMA,
• nawierzchnię z asfaltu lanego rozkładanego mechanicznie,
• nawierzchnię z betonu asfaltowego o uziarnieniu ciągłym od 0 mm do 20 mm.

Temperatura układania mieszanek mineralno-asfaltowych wynosi od 170°C (w przypadku betonu asfaltowego i asfaltu mastyksowo-grysowego - SMA) do 200°C, a nawet 210°C w przypadku asfaltów lanych. Beton asfaltowy i SMA są w stanie gorącym zagęszczane mechanicznie stalowymi wałami wibracyjnymi o masie 20 t.

Normy i wytyczne dotyczące izolacji mostowych

Pojawienie się normy PN-EN 14695:2012 [1], dotyczącej pap zgrzewalnych przeznaczonych do wykonywania izolacji na płytach pomostów obiektów mostowych, miało uporządkować i ujednolicić wymagania stawiane papom zgrzewalnym, jednak poprzez brak wymagań oraz wprowadzenie nowych, dotąd nieznanych, metod badawczych, różniących się w zasadniczy sposób od metod badawczych dotąd stosowanych, cel ten nie został w pełni osiągnięty.

W załączniku C omawianej normy zamieszczona jest tablica z zestawieniem badań wymaganych w stosunku do pap zgrzewalnych przeznaczonych do wykonywania izolacji na płytach pomostów obiektów mostowych (TAB. 1).

Pobieżna analiza TAB. 1 pokazuje, iż według wymagań normy PN-EN 14695:2012 [1] należy sprawdzić 21 właściwości papy zgrzewalnej przed wprowadzeniem jej do obrotu. Metody badawcze są opisane w 17 normach badawczych. W wypadku starej polskiej normy PN-90/B-04615 [2] należało sprawdzić 12 właściwości:

• sprawdzenie wyglądu zewnętrznego,
• sprawdzenie wymiarów (długości i szerokości),
• sprawdzenie dokładności nasycenia impregnatem,
• oznaczanie masy składników przez ważenie,
• oznaczanie masy składników metodą ekstrakcji,
• oznaczanie giętkości,
• oznaczanie przesiąkliwości,
• oznaczanie nasiąkliwości,
• oznaczanie odporności na działanie podwyższonej temperatury,
• oznaczanie zwartości części lotnych,
• oznaczanie siły zrywającej przy rozciąganiu,
• oznaczanie wydłużenia przy zerwaniu.

Wszystkie metody badawcze były opisane w tej normie. Norma PN-90/B-04615 [2] jest normą badawczą i jako taka nie ustala wymagań dla pap. Wymagania powinny być ustalone w normach przedmiotowych lub zakładowych.

Masowe pojawienie się mostowych, polimeroasfaltowych pap zgrzewalnych w latach 90. ubiegłego wieku było przyczyną opracowania przez IBDiM – ZUAT IBDiM nr Z/96-03-001 "Polimeroasfaltowe papy zgrzewalne i samoprzylepne przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnych na drogowych i kolejowych obiektach inżynierskich" [3]. Dokument ten wprowadził wymagania dla mostowych pap zgrzewalnych (TAB. 2), a także powołał nowe metody badawcze dla mostowych pap zgrzewalnych, których nie zawierała norma PN-90/B-04615 [2].

W normie PN-EN 14695:2012 [1] wprowadzono wymóg oznaczenia 21 właściwości wyrobu, jednak nie określono żadnych wymagań w stosunku do wyrobu będącego przedmiotem tej normy.

W tablicy C1 normy PN-EN 14695:2012 [1] (TAB. 1) kolumna "Wartość lub ustalenie" jest pusta i pozostawiona do wypełnienia przez producenta.

Producent może deklarować właściwości swojego wyrobu na trzy sposoby:

• MLV (manufacturer’s limiting value) - określić wartość graniczną dla danej właściwości: minimalną lub maksymalną,
• MDV (manufacturer’s declared value) - określić wartość deklarowaną producenta, łącznie z deklarowaną tolerancją,
• wpisać określenie "spełnienie wymagań", co oznacza, że wyrób spełnia wymagania określonej normy badawczej.

W wypadku takiego ustawienia wymagań właściwie każda papa staje się zgodna z normą PN-EN 14695:2012 [1]. Wystarczy, iż producent zbada swój wyrób zgodnie z normą i wpisze wyniki badań do odpowiednich rubryk w kolumnie "Wartość lub ustalenie". Czy to jednak oznacza, że każda papa zgrzewalna jest odpowiednia do wykonywania izolacji mostowych? Niestety nie.

Wśród wprowadzonego przez normę PN-EN 14695:2012 [1] wymogu badania 21 właściwości papy zgrzewalnej, 5 wymagań (lp. 10, 17, 19, 20 i 21) oznaczono w kolumnie 6 znakiem "-", który oznacza "nie jest właściwe".

Niestety, nie do końca wiadomo, jak interpretować powyższy zapis. Czy oznacza on, że badania wprowadzone przez normę PN-EN 14695:2012 [1] są przez tę samą normę uznane za niewłaściwe w stosunku do oceny wyrobu, którego ta norma dotyczy? Czy producent papy ma te właściwości deklarować, czy nie?

W przeważającej większości wymaganych właściwości wymienionych w tablicy C1 norma PN-EN 14695:2012 [1], a także odpowiednie normy badawcze, nie precyzują, jakie powinny być wyniki badania, żeby stwierdzić, czy badana papa zgrzewalna jest odpowiednia do zastosowań mostowych. Dotyczy to aż 18 właściwości na 21 wymaganych przez normę PN-EN 14695:2012 [1] w stosunku do pap zgrzewalnych przeznaczonych do wykonywania izolacji na płytach pomostów obiektów mostowych.

Jedynie w wypadku trzech właściwości:

• prostoliniowość (lp. 4),
• odporność na mieszankę mineralno-asfaltową poddawaną zagęszczeniu (lp. 19)
• i wodoszczelność (lp. 21),

norma wymaga, aby były spełnione wymagania odpowiednich norm badawczych.

W tym momencie rodzi się pytanie, jeśli nie mamy podanych wymagań, jakie powinna spełnić papa zgrzewalna, w wypadku 18 z 21 właściwości wymaganych przez normę, to jak z takiej normy skorzystać i jak ocenić wyrób?

Należy także odnotować, że w normie PN-EN 14695:2012 [1] powołano wiele nowych metod badawczych w stosunku do pap zgrzewalnych przeznaczonych do wykonywania izolacji na płytach pomostów obiektów mostowych, dotychczas nie stosowanych przez czołowych producentów pap zgrzewalnych w Europie.

Wśród nowych metod badawczych zestawionych w tablicy C1 można wymienić:

• oznaczenie początkowej ilości mineralnego zabezpieczenia powierzchni (lp. 7) według PN-EN 12039:2016-07 [4],
• oznaczenie odporności na starzenie termiczne przez długotrwałe działanie podwyższonej temperatury (lp. 14) według PN-EN 1296:2002 [5],
• oznaczenie wytrzymałości na ścinanie (lp. 16) według PN-EN 13653:2006 [6],
• oznaczenie zdolności zabezpieczania rys w podłożu (lp. 17) według PN-EN 14224:2010 [7],
• oznaczenie kompatybilności w badaniach cieplnych (lp. 18) według PN-EN 14691:2005 [8],
• oznaczenie odporności na mieszankę mineralno-asfaltową poddawaną zagęszczaniu (lp. 19) według PN-EN 14692:2005 [9],
• oznaczenie zachowania wyrobów asfaltowych podczas układania mieszanki mineralno-asfaltowej (lp. 20) według PN-EN 14693:2006 [10],
• oznaczenie wodoszczelności (lp. 21) według PN-EN 14694:2005 [11].

Wprowadzenie tak dużej ilości nowych metod badawczych bez podania wymagań przez normę PN-EN 14695:2012 [1] wymaga długotrwałego i kosztownego procesu ich wdrożenia przez producentów lub laboratoria badawcze. Należy tutaj także zaznaczać, iż w wielu przypadkach wiążę się to z zakupem nowego sprzętu laboratoryjnego, który w większości wypadków będzie sprzętem prototypowym.

Przykładem takiego badania jest badanie wytrzymałości na ścinanie według normy PN-EN 13653:2006 [6]. Jest to badanie nowe, wymagające skonstruowania skomplikowanej aparatury oraz posiadania zaplecza laboratoryjnego pozwalającego na aplikację mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco.

Norma PN-EN 13653:2006 [6] wprowadza badanie, które należy wykonać w stosunku do modelu całego układu złożonego z płyty pomostu, izolacji i nawierzchni. Model ten należy poddać ścinaniu w maszynie wytrzymałościowej, przy czym siła ścinająca powinna działać pod kątem 15° w stosunku do płaszczyzny ułożonej izolacji.

Pokazany na FOT. 4 sposób przyłożenia siły spowoduje powstanie sił obciążających mimośrodowo elementy maszyny wytrzymałościowej i jej przyspieszone zużycie. W IBDiM wykonano już pierwsze badania mostowych pap zgrzewalnych według PN-EN 13653:2006 [6] (FOT. 4), a uzyskane średnie wyniki badań są w przedziale od 0,3 MPa do 0,4 MPa.

Przykładami nowych metod badawczych powołanych w normie PN-EN 14695:2012 [1], o których można powiedzieć, iż nie do końca wiadomo, co autor chciał zbadać, jest oznaczenie kompatybilności w badaniach cieplnych według PN-EN 14691:2005 [8] oraz oznaczenie zdolności zabezpieczania rys w podłożu według ­PN-EN 14224:2010 [7]. Właściwości te nie były dotychczas wymagane w stosunku do pap mostowych.

• W wypadku oznaczenia kompatybilności w badaniach cieplnych norma PN-EN 14691:2005 [8] wymaga, aby 4 próbki wykonane identycznie jak w badaniu wytrzymałości na ścinanie według normy PN-EN 13653:2006 [6] umieścić w suszarce w temp. 23 ± 2°C na okres 91 dni.
• Po tym okresie należy zbadać próbki na ścinanie zgodnie z normą PN-EN 13653:2006 [6].
• Następnie należy obliczyć współczynnik kompatybilności w badaniach cieplnych ze wzoru:

gdzie:

τ_max0 = wartość średnia wytrzymałości na ścinanie według PN-EN 13653:2006 [6],

τ_maxC = wartość średnia wytrzymałości na ścinanie oznaczona po badaniach cieplnych.

Badania tzw. kompatybilności cieplnej są zazwyczaj badaniami starzeniowymi, mającymi za zadanie symulowanie zachowania materiału w czasie, poddanego niekorzystnym wpływom czynników atmosferycznych, najczęściej zmian temperatury.

W wypadku powyższego badania trudno uznać, iż przechowywanie próbki w suszarce w temp. 23 ± 2°C przez okres 91 dni będzie miało wpływ na zmianę właściwości papy zgrzewalnej na ścinanie.

W wypadku oznaczenia zdolności zabezpieczania rys w podłożu według PN-EN 14224:2010 [7] należy wykonać model całego układu złożonego z płyty pomostu, izolacji i nawierzchni (RYS. 2).

• Model ten należy poddać procesowi rozciągania w maszynie wytrzymałościowej, przy czym należy kontrolować rozwartość rysy w podłożu betonowym.
• Średnia rozwartość rysy powinna wynosić 0,2 ± 0,02 mm, a amplituda zmian rozwartości rysy 0,12 ± 0,02 mm.
• Należy wykonać 10  000 cykli obciążenia.
• Badanie można wykonywać w temp.: –30°C, –20°C, –10°C i 0° z tolerancją ± 1°C.

Badanie to jest podobne do badania zdolności powłok ochronnych na betonie do przekrywania rys. Jest jednak zasadnicza różnica - powłoki ochronne na betonie są znacznie cieńsze i mniej elastyczne od izolacji papowych. Papy zgrzewalne odkształcają się przy rozciąganiu o kilkadziesiąt procent, a podłoże betonowe o ułamek promila.

Dotąd nie obserwowano uszkodzeń izolacji z pap zgrzewalnych spowodowanych zarysowaniem podłoża.

Czemu te badania mają służyć? A jeśli już odnajdziemy sens w tych kosztownych i pracochłonnych badaniach, to jakie powinniśmy ustalić wymagania?

Kolejnym zagadnieniem są zmiany wprowadzone w metodach badawczych powszechnie stosowanych w badaniach pap zgrzewalnych.

Przykładem takiej zmiany jest wprowadzenie stempli kwadratowych 50×50 mm w badaniu przyczepności papy zgrzewalnej do podłoża betonowego według PN-EN 13596:2006 [12]. Badanie przyczepności papy zgrzewalnej do podłoża betonowego jest obecnie w Polsce wykonywane od ponad 20 lat za pomocą przyklejanych stempli okrągłych o średnicy Ø  50 mm.

Norma przedmiotowa PN-EN 13596:2006 [12] wprowadza stemple kwadratowe 50×50 mm. Jest to niewielka zmiana, ale wymaga zakupienia nowej aparatury.

W Europie w różnych krajach stosowane są oba rodzaje stempli: okrągłe i kwadratowe. Należy się zastanowić, czy nie lepiej byłoby pozostawić możliwość wykonywania badań za pomocą obu rodzajów stempli?

Wnioski

• Norma PN-EN 14695:2012 [1] wprowadza 8 zupełnie nowych metod badawczych, które nie były dotąd znane czołowym producentom pap zgrzewalnych, a w wypadku paru metod wprowadza istotne modyfikacje. Badań jest w sumie 21, przy czym w stosunku do 18 badań norma nie stawia żadnych wymagań i pozostawia ich określenie producentom pap.
• W stosunku do 5. właściwości (lp. 10, 17, 19, 20 i 21) norma stwierdza "nie jest właściwe", co jest niezrozumiałe dla autorów niniejszego artykułu.
• W stosunku do 8 nowych badań (lp. 7, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21) należy sobie zadać pytanie, jaki jest cel ich wprowadzenia, jakie mogą być interpretacje fizyczne uzyskanych wyników. W wypadku paru metod badawczych zasadne wydaje się też przeprowadzenie procesu ich walidacji, w celu stwierdzenia ich przydatności do zamierzonych zastosowań. Należy także zaznaczyć, iż wprowadzenie do stosowania nowej normy i przeprowadzenia badań w niej powołanych wymaga zakupu nowej aparatury oraz wdrożenia metod badawczych we wszystkich laboratoriach, które badają mostowe papy zgrzewalne. Do nowych badań trzeba skonstruować w większości wypadków prototypy nowej aparatury.

Mimo, że od opublikowania normy w Europie w 2010 r. minęło już prawie 7 lat, autorom artykułu nie udało się dotąd uzyskać informacji o laboratorium, które skompletowało aparaturę do wykonywania wszystkich badań według normy PN-EN 14695:2012 [1], ani pełnego raportu z badań obejmującego wszystkie metody badawcze. Zespół Diagnostyki i Napraw Mostów w IBDiM, który tworzą autorzy artykułu, wykonuje co 5 lat pełne badania sprawdzające wszystkich pap mostowych będących na rynku w Polsce. Badania te były wymagane przy każdym wydawaniu i przedłużaniu ważności Aprobaty Technicznej IBDiM, a obecnie będą wymagane przy wydawaniu Krajowych Ocenach Technicznych. Aktualnie jest ważnych ok. 20 aprobat technicznych. Powstaje pytanie, dlaczego nie ma w Europie kompleksowych wyników badań wykonanych według obowiązującej normy?

Literatura

1. PN-EN 14695:2012, "Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe na osnowie do izolacji wodochronnej betonowych płyt pomostów obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Definicje i właściwości".
2. PN-90/B-04625, "Papy asfaltowe i smołowe. Metody badań".
3. K. Germaniuk, "Zalecenia IBDiM do udzielania aprobat technicznych nr Z/96-03-001 Polimeroasfaltowe papy zgrzewalne i samoprzylepne przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnych na drogowych i kolejowych obiektach inżynierskich", Seria I, zeszyt nr 74, IBDiM, Warszawa 2008.
4. PN-EN 12039:2016-07, "Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe do izolacji wodochronnej dachów. Określanie przyczepności posypki".
5. PN-EN 1296:2002, "Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku do pokryć dachowych. Metoda sztucznego starzenia przez długotrwale działanie podwyższonej temperatury".
6. PN-EN 13653:2006, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna betonowych płyt pomostów obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie wytrzymałości na ścinanie".
7. PN-EN 14224:2010, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna betonowych płyt pomostów obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie zdolności do zabezpieczania pęknięć w podłożu".
8. PN-EN 14691:2005, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna betonowych obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie kompatybilności w badaniach cieplnych".
9. PN-EN 14692:2005, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna betonowych obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie odporności na mieszankę mineralno-asfaltową poddawaną zagęszczaniu".
10. PN-EN 14693:2006, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna betonowych obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie zachowania wyrobów asfaltowych podczas układania mieszanki mineralno-asfaltowej".
11. PN-EN 14694:2005, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna betonowych obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie odporności na ciśnienie dynamiczne wody po wstępnej próbie uszkodzenia".
12. PN-EN 13596:2006, "Elastyczne wyroby wodochronne. Izolacja wodochronna nawierzchni mostów i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Określanie przyczepności".
13. K. Germaniuk, D. Sybilski, "Zalecenia wykonywania izolacji z pap zgrzewalnych i nawierzchni asfaltowych na drogowych obiektach mostowych", zeszyt nr 68, IBDiM, Warszawa 2005.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!