Dobór tynków i farb w systemach ociepleń ETICS

Tynk to cienka (jedno- lub wielowarstwowa) wyprawa (powłoka) z zaprawy lub masy, wykonana na murze lub systemie ociepleń, pełniąca przede wszystkim funkcję ochronną oraz dekoracyjną. Ta ostatnia funkcja ma szczególne znaczenie w systemach ociepleń ETICS.

Bogactwo faktur, setki kolorów i dostępność rozwiązań umożliwia nieograniczone wręcz możliwości kreowania fasad. Dzięki łatwej obróbce oraz zróżnicowanej wzorniczo ofercie kompatybilnych elementów dekoracyjnych można tworzyć gzymsy, pilastry, fasety czy bonie, nadawać elewacji lekkości, podkreślać niektóre elementy czy wręcz dostosowywać i nawiązywać do różnych stylów architektonicznych. Warstwy wykończeniowe mogą imitować kamienie naturalne, takie jak piaskowiec i granit, drewno, cegły czy beton.

Możliwości dekoracyjne nie ograniczają się do najpopularniejszego „baranka”. Systemy ETICS dają projektantowi swobodę tworzenia niepowtarzalnych aranżacji, nadawania wyjątkowości fasadom i łączenia różnych technik i efektów dekoracyjnych.

Skutki mankamentów SO

Błędem jest jednak traktowanie tynku (jak również farby) jako osobnego elementu, w oderwaniu od konstrukcji ściany oraz rodzaju i właściwości podłoża. Dobór parametrów i właściwości wyprawy tynkarskiej i/lub powłoki malarskiej musi być dostosowany do funkcji powłoki, oddziaływujących obciążeń oraz rodzaju podłoża.

Najczęściej spotykanymi wizualnymi mankamentami systemów ociepleń są:

• porażenie biologiczne i zabrudzenie (fot. 1),
• zamakanie (fot. 2) – dalszym etapem może być destrukcja,
• efekt „biedronki” (fot. 3).

Przyczyną efektu „biedronki” są błędy wykonawcze i mankamentu tego nie da się usunąć bez kompleksowej naprawy (tym bardziej, że przyczyny są dwojakie, podobnie jak efekt – ciemne lub jasne punkty).

Skutkom pokazanym na fot. 1 i fot. 2 można w pewnym stopniu zapobiegać. Punktem wyjścia jest zdefiniowanie wymaganych właściwości tynków (lub tynków i farby) wynikających z oddziaływujących obciążeń. Proszę zwrócić uwagę, że tynk zewnętrzny zawsze będzie narażony na oddziaływanie wody/wilgoci z opadów atmosferycznych. A pełni on funkcję ochronną dla przegrody (pomijam tu kwestie estetyki i wyglądu samej elewacji).

Szczególnie niebezpieczne są silne opady atmosferyczne w połączeniu z porywistym wiatrem (zacinający deszcz) oraz ulewy. Ochroną ścian przed zamoknięciem są okapy dachów. Już niewielki okap przy bezwietrznej pogodzie jest w stanie chronić ścianę przed zalaniem wodą. Problem jednakże pojawia się przy jednoczesnym oddziaływaniu wiatru i opadów atmosferycznych. To łączne oddziaływanie zależy jednak od bardzo wielu czynników, związanych zarówno z wysokością budynku i jego bryłą, wielkością opadów i głównym kierunkiem wiatrów, jak i lokalnym ukształtowaniem terenu takim jak kierunek ulic, umiejscowienie budynku (stok, dolina, wzniesienie), gęstość i rodzaj zabudowy, czy obecność terenów zadrzewionych. Inne jest także oddziaływanie wiatru na stronę nawietrzną i zawietrzną.

Przesiąkanie wody w ścianę (fot. 2) może prowadzić do jego destrukcji. Ani tynk ani farba nie jest hydroizolacją, cechuje się pewną nasiąkliwością. Oznacza to, że warstwa tynku oraz w wielu sytuacjach podłoża bezpośrednio pod tynkiem będzie mokra. Konsekwencją może być destrukcja warstw bezpośrednio pod tynkiem jak i samego tynku. Do tego dochodzi kwestia porażenia biologicznego (mchy, algi czy grzyby pleśniowe) oraz osadzania się zanieczyszczeń, któremu może sprzyjać zarówno usytuowanie obiektu (bliskość lasów, zbiorników wodnych, dróg, itp.) jak i niewłaściwy dobór samego tynku.

Mniejsze lub większe wchłanianie wody przez tynk (lub farbę) podczas opadów jest faktem. Opisuje ją współczynnik nasiąkliwości powierzchniowej w, oznaczający zdolność wchłaniania wody przez powierzchnię materiału i jej przebieg w czasie. Wchłonięta podczas opadów woda musi ulec wyparowaniu podczas okresów bez opadów. Zdolność odparowania wody z podłoża pod tynkiem zależy jednak od równoważnego oporu dyfuzyjnego Sd warstwy tynku. Dodatkowo w przegrodzie mamy do czynienia ze stałym ruchem ciepła i wilgoci (dyfuzja pary wodnej), a parametr Sd ma także wpływ na ewentualne pojawienie się wilgoci kondensacyjnej w przegrodzie.

Rodzaje tynków

Ze względu na opisane powyżej zjawiska rozróżnia się tynki hamujące wsiąkanie wody oraz tynki nie nawilżalne wodą. Za [6] można przyjąć, że warunkiem uznania tynku za nie nawilżalny wodą (hydrofobowy) jest spełnienie następujących warunków:

S_D×w ≤ 0,2 kg/m h^1/2
w ≤ 0,5 kg/m² h^1/2
S_d ≤ 2,0 m
gdzie:
S_d – równoważny opór dyfuzyjny [m]
µ - współczynnik oporu dyfuzyjnego
w – współczynnik nasiąkliwości powierzchniowej [kg/m² h^1/2].

Spełnienie wymagania S_d×w zależy od grubości warstwy tynku, dyfuzyjność jest odwrotnie proporcjonalna do grubości.
Za tynki hamujące wsiąkanie wody uznaje się wyprawy dla których zachodzi relacja 0,5 < w ≤ 2,0 kg/m² h^1/2.
Do tego dochodzą właściwości wynikające z zastosowanego spoiwa samych tynków. Na warstwy elewacyjne stosuje się tynki akrylowe, mineralne, silikatowe lub silikonowe. Spotykane są także swoiste „hybrydy”, łączące cechy poszczególnych tynków. Zestawienie przykładowych cech różnych tynków strukturalnych pokazano w tabeli 1.

Zawsze przeanalizować trzeba specyfikę ocieplanego budynku (materiał z którego wykonano ściany zewnętrzne, kształt budynku, wymagania estetyczne inwestora), jego przeznaczenie i lokalizację oraz środki finansowe, którymi dysponuje inwestor. Najtańsze są tynki mineralne, z kolei najczęściej stosowane są akrylowe (m.in. ze względu na kolorystykę oraz łatwość stosowania).
Tynki mineralne występują w wersji do malowania (bezwzględnie wymagają pokrycia farbą) jak i w wersji barwionej, z dodatkiem hydrofobizatorów i polimerów zmniejszających wrażliwość na czynniki atmosferyczne. Są relatywnie sztywne i dostępne w ograniczonej barwie kolorystycznej (zwykle pastelowe odcienie), za to są dyfuzyjne dla pary wodnej.

Tynki akrylowe są elastyczne oraz niskonasiąkliwe. Mogą być barwione na niemal dowolny kolor (o wyjątkach w dalszej części tekstu) ale są szczelne dla pary wodnej (dlatego nie stosuje się ich np. w systemach z wełną mineralną). Z drugiej strony łatwo się brudzą oraz mogą być podatne na korozję biologiczną. Dyspersyjne tynki silikatowe są dyfuzyjne dla pary wodnej i ze względu na wysokie pH znacznie mniej podatne na korozję biologiczną. Cechują się jednak wyższą nasiąkliwością niż akrylowe. Występują w znacznie mniejszej gamie kolorystycznej. Tynki silikonowe łączą zalety tynków akrylowych i mineralnych. Z reguły są nienasiąkliwe i hydrofobowe, przez co zmniejsza się ich podatność na zanieczyszczenia oraz korozję biologiczną.

Sam tynk to nie wszystko…

Przykładowo tynki silikonowe często są reklamowane jako „samooczyszczające” a ma przemawiać za tym ich hydrofobowość. W rzeczywistości jest to bardziej skomplikowane. Za efekt „samooczyszczenia” odpowiada wypadkowa kilku parametrów. Wspomniane powyżej wymagania (µ/Sd, w oraz ich kombinacja) decydują o bezpośredniej ochronie elewacji przed deszczem. Na podatność na zabrudzenia oraz korozję biologiczną wpływ mają też inne czynniki. Do tego zawartość żywic silikonowych nie jest normowana, dlatego tynki silikonowe różnych producentów mogą się diametralnie różnić parametrami i właściwościami.

Tynk elewacyjny jest tynkiem strukturalnym, tzn. jego wygląd zależy między innymi od stosu okruchowego (średnicy i udziału kruszywa). Ma to jednak wpływ także na wrażliwość czy podatność na osadzanie się zanieczyszczeń. Obecność „grubych ziaren” (są to tzw. ziarna fakturujące) ma wpływ na tzw. powierzchnię rozwinięcia, im jest ona większa tym brud i zarodniki mają potencjalnie więcej możliwości na osadzenie się w zagłębieniach pomiędzy grubymi ziarnami. Z drugiej strony zbyt mała ich ilość powoduje, że są one rzadko rozmieszczone na powierzchni, przestrzeń pomiędzy nimi wypełnia sama dyspersja, która przy wysychaniu kurczy się, tworząc charakterystyczne „dziurki” w wyprawie tynkarskiej (fot. 4).

Pokazany na fot. 2 tynk jest miejscami wręcz mokry. Obecność wody, zwłaszcza w podłożu jest wręcz katalizatorem rozwoju korozji biologicznej. Przy czym woda może pochodzić z opadów atmosferycznych lub z pary wodnej. Ten pierwszy przypadek, pokazany na ww. zdjęciu jest bezpośrednim następstwem zarówno nasiąkliwości powierzchniowej jak i zdolności odpychania wody przez powierzchnię tynku. Na powierzchni hydrofobowej tworzy się mennisk wypukły – woda nie zwilża powierzchni lecz się na niej perli. Zanieczyszczenia oraz zarodniki są spłukiwane przez opady atmosferyczne. Dodatkowo sam tynk chroniony jest przed dodatek biocydów. Aby jednak ich działanie było skuteczne, wymagane jest pewne minimalne stężenie. Z biegiem czasu oraz na skutek oddziaływań atmosferycznych trzeba się liczyć z tendencją spadkową.

Dlatego żaden tynk nie będzie „wiecznie” odporny na korozję biologiczną oraz zanieczyszczenia. Aby jednak wydłużyć okres działania ochronnego substancji biobójczych producenci dodają do tynków tzw. biocydy kapsułowane. W czasie opadów atmosferycznych (zwłaszcza długotrwałych i intensywnych), na skutek zamoknięcia tynku dochodzi do wypłukiwania i spadku stężenia biocydów w wyprawie tynkarskiej. Po przekroczeniu tzw. minimalnego poziomu tynk zaczyna być podatny na rozwój grzybów i alg. Rolą biocydów kapsułowanych, po ustaniu opadów i podczas wysychania tynku jest zwiększenie stężenia tak, aby ochrona przed korozją biologiczną była znów aktywna. Dlatego istotne jest, wbrew pozorom, nie tylko wysokie początkowe stężenie biocydów ale przede wszystkim odporność na ich wymywanie oraz szybkość uwalniania (nawet gdy początkowe stężenie nieznacznie przekracza minimalne, gwarantujące ochronę biobójczą). A na to ma wpływ wspomniana początkowo nasiąkliwość początkowa i zdolność wysychania (czyli niski opór dyfuzyjny). Dlatego nie bez znaczenia jest także rodzaj i ilość żywic dysperyjnych, rodzaj i ilość dodatków hydrofobizujacych, jak również wypełniaczy i barwników. To wszystko tworzy rodzaj naczyń połączonych, spiętych rzeczywistą odpornością na mankamenty pokazane na fot. 1 i 2. Niektórzy producenci dodatkowo wykonują badania odporności wybranych tynków i wymalowań na korozję biologiczną (porost alg i mchów).

Znacznie trudniejszy do wyeliminowania jest problem zawilgocenia kondensacyjnego. Pokazane na fot. 1 porażenie może mieć swój początek w kondensacji miedzywarstwowej. Wyeliminowanie tego zjawiska to obowiązek projektanta (jeżeli projekt jest wykonywany). Jeżeli nie ma takiego wymogu, to odpowiedzialność za ich wykonanie (lub nie) i ewentualne konsekwencje ponosi wykonawca. Konieczność wyeliminowania kondensacji to wymóg Warunków technicznych [5].

Istotą ocieplenia jest zmniejszenie przepływu ciepła pomiędzy pomieszczeniami wewnętrznymi i powietrzem zewnętrznym. Nigdy nie dotyczy to samego ciepła, lecz ciepła i wilgoci. Rozkład temperatur w ścianie zależy od temperatury zewnętrznej i wewnętrznej, oporów przejmowania ciepła oraz oporów cieplnych każdej warstwy przegrody. Jednak w powietrzu znajduje się zawsze pewna ilość pary wodnej, która dyfunduje przez przegrodę. Ilość wilgoci przenikająca przez przegrodę zależy od wilgotności względnej powietrza wewnątrz i na zewnątrz oraz oporów dyfuzyjnych warstw przegrody. W związku z tym należy tak dobrać warstwy systemu, aby można było wyeliminować możliwość zawilgocenia wnętrza przegrody na skutek powstania płaszczyzny bądź strefy kondensacji. W niektórych sytuacjach (np. przy stosowaniu nietypowych (ciemnych) kolorów tynków elewacyjnych, gdy docieplenie jest wykonywane na drewnianych ścianach) warto wykonać numeryczne obliczenia dla stanu niestacjonarnego (zmienne warunki temperaturowe i wilgotnościowe, uwzględnienie opadów, promieniowania słonecznego, itp.).

Na końcowy efekt mają wpływ również warunki aplikacyjne. Nie chodzi tylko o zbyt wysoką temperaturę, ale przede wszystkim o zbyt niską, czyli o okres jesienny i wiosenny. Jest to szczególnie istotne dla tynków silikatowych, które są wrażliwe na niskie temperatury i wysoką wilgotność powietrza. Rys. 1 pokazuje przykładowy, dobowy przebieg temperatury i wilgotności powietrza. Zakończenie prac powinno nastąpić w takim momencie, aby nałożony tynk uzyskał wymagane minimalne parametry przed zbytnim obniżeniem się temperatury. W przeciwnym razie efekt może być taki jak na fot. 5. Niektóre firmy dysponują specjalnymi dodatkami do tynków dyspersyjnych zwiększającymi odporność tynków na niższe temperatury i wilgotność powietrza.

Na warunki atmosferyczne wrażliwe są także niektóre tynki dekoracyjne. Jeżeli terminy realizacji nie pozwalają na zachowanie wymaganych czasów sezonowania, czy warunki atmosferyczne nie pozwalają na uzyskanie wymaganej odporności to nie należy stosować tego typu tynków (fot. 6).

Ciemna elewacja to nie problem?

Szczególnego podejścia wymagają tynki w ciemnych kolorach. Istotnym parametrem jest tu tzw. współczynnik odbicia światła rozproszonego. Jest to parametr opisujący jasność koloru. Dla „idealnej” bieli wynosi 100%, co oznacza całkowite odbicie, dla „idealnej” czerni wynosi 0%, co oznacza pełne pochłanianie. Analizując zachowanie się ciemnych kolorów można stwierdzić, że nagrzewają się one do dużo wyższej temperatury niż kolory jasne. Równie intensywnie będzie nagrzewać się warstwa zbrojąca. Roczny gradient temperatury może sięgać nawet 1000C, jednak znacznie niebezpieczniejsze są zarówno miejscowe różnice temperatur pomiędzy miejscami oddalonymi o kilka-kilkanaście centymetrów (fot. 7) jak i szokowa zmiana temperatury wywołana opadami atmosferycznymi. Dla dużych połaci generuje to znaczne naprężenia i odkształcenia.

Warstwa zbrojąca (zaprawa cementowa z siatką) jest elementem sztywnym. Wspomniane szokowe (szybkie) tempo zmian naprężeń i odkształceń mogą doprowadzić do powstania spękań/odspojeń zarówno elewacyjnych warstw systemu a nawet uszkodzenia płyt termoizolacyjnych, co zwykle powoduje wnikanie wody. Niekiedy dochodzi do kombinacji negatywnych wpływów czynników destrukcyjnych, czego efektem są efektowne, widoczne z daleka wykwity. Stanowią one tym większy problem, że zwykle wskazują na istnienie kilku przyczyn, których usunięcie niekiedy wymaga wykonania innych prac, niekoniecznie związanych z samym ociepleniem (fot. 8).

Nie oznacza to, że nie stosuje się systemów z ciemnymi tynkami. Na rynku dostępne są systemy dedykowane ciemnym kolorom. Zwykle jednak warstwa zbrojąca wykonana jest nie z zaprawy cementowej ale dyspersyjnej zaprawy polimerowej oraz tynków na bazie żywic akrylowych i silikonowych, co skutkuje zwiększoną elastycznością. Jednak taka warstwa zbrojąca cechuje się dużo mniejszą dyfuzyjnością od zaprawy cementowej. Oznacza to, że jest ona znacznie bardziej wrażliwa na ewentualne przecieki np. przez przyległe balkony/tarasy oraz kondensację (wymagane wykonanie obliczeń cieplno-wilgotnościowych dla rzeczywistych a nie średniomiesięcznych warunków użytkowania ocieplanego obiektu oraz z użyciem rzeczywistych a nie normowych wartości µ/Sd, przynajmniej dla tynku i warstwy zbrojącej oraz farby).

Nie tylko tynk, ale i farba

Podobnie jak tynk, farba również może pełnić dwojaką rolę: dekoracyjną i ochronną. Te dwie funkcje są ze sobą ściśle związane. Jednak w takim przypadku trzeba analizować układ tynk–farba.
Odpowiedni wygląd wymalowania (czyli odporność na czynniki atmosferyczne) może zapewnić przede wszystkim dobranie rodzaju farby (co za tym idzie właściwości i parametrów) do rodzaju i intensywności obciążeń (klasy ekspozycji), rodzaju podłoża, warunków cieplno-wilgotnościowych, itp. Oczywiście trzeba uwzględnić ewentualne specyficzne wymagania dla danego obiektu/miejsca zastosowania jak również koszty.

Do podstawowych wymagań stawianych powłokom malarskim zaliczyć należy:

• niską nasiąkliwość,
• wysoką dyfuzyjność,
• przyczepność do podłoża,
• odporność na czynniki atmosferyczne.

Przez odporność na czynniki atmosferyczne należy rozumieć odporność na wodę opadową (opady, śnieg), na UV, zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu itp. z czym wiąże się stabilność koloru, odporność na zabrudzenia, rozwój alg, grzybów pleśniowych, itp. Do specyficznych wymagań zaliczyć należy np. odporność na chlorki znajdujące się w bryzie, gdy budynek zlokalizowany jest przy plaży.

Do podstawowych rodzajów farb stosowanych w systemach ETICS zaliczyć należy:

• farby silikatowe,
• farby silikonowe,
• farby dyspersyjne.

Farby silikatowe występują w dwóch odmianach. Dwuskładnikowa farba silikatowa to tzw. czysta farba silikatowa, bez dodatków organicznych). Nie jest stosowana w systemach ETICS. Przez dodatki organiczne (dyspersje tworzyw sztucznych) można zmodyfikować właściwości czystej farby silikatowej, tak aby zmniejszyć jej chłonność kapilarną (klasyfikując jako hydrofobowe) przy zachowaniu dyfuzyjności dla pary wodnej (Sd nie wyższe niż 0,1–0,5 m). To druga odmiana – tzw. dyspersyjna farba silikatowa. Jest to już farba jednoskładnikowa, dzięki czemu poprawiają się właściwości aplikacyjne, zachowuje ona jednak charakter farby mineralnej. Cechuje się wysokim pH, co sprzyja ich odporności na korozję biologiczną, jednak ogranicza to paletę kolorystyczną. Farby silikatowe są wrażliwe na warunki podczas aplikacji (zalecana temperatura aplikacji przynajmniej +100C przy wilgotności względnej powietrza nie przekraczającej 70%, brak opadów i silnego nasłonecznienia).

Farby silikonowe to farby na bazie spoiw z emulsji żywicy silikonowej oraz dyspersji tworzyw sztucznych, dla których zachowana zostaje wysoka paroprzepuszczalność przy niewielkiej nasiąkliwości i chłonności kapilarnej. Dyspersja tworzyw sztucznych odpowiada za przyczepność do podłoża i wiązanie (nie jest to tylko fizyczne wysychanie lecz także reakcja chemiczna), natomiast żywica silikonowa za hydrofobowość powierzchni. Tego typu farby są także bardzo odporne na oddziaływania atmosferyczne. Specyficzną cechą farb silikonowych jest ich odporność na zabrudzenia i korozję mikrobiologiczną – hydrofobowość w połączeniu ze specyficzną strukturą powierzchni oraz niską nasiąkliwością powoduje, że nie osadza się na niej brud i mikroorganizmy. Są także trwałe i odporne mechanicznie. Podobnie jak dla tynków silikonowych, różnice w parametrach i właściwościach farb silikonowych różnych producentów mogą być znaczne.

Farby dyspersyjne to najliczniejsza grupa wymalowań. Produkowane są na bazie wodnej dyspersji tworzyw sztucznych (zwykle akrylowych). Ich właściwości są bardzo różne, w zależności od zastosowanej bazy. Dyfuzyjność zależy od bazy (spoiwa) farby (zwykle jest ona niewielka), stąd ich bezkrytyczne zastosowanie może powodować późniejsze problemy. Za to ich nasiąkliwość jest zwykle niewielka. Wiążą nie na skutek reakcji chemicznej lecz poprzez odparowanie wody. Są tanie i łatwe w zastosowaniu.

Pośrednimi rodzajami farb są swoiste hybrydy, np. silikonowo-akrylowa czy silikatowo-silikonowa. Choć część z nich jest wynikiem szukania oszczędności w kosztach produkcji i/lub wynikiem marketingowej kreatywności producentów, to prawidłowo zastosowane spełniają swoją rolę.    

Literatura

1. Instrukcja nr 447/2009 – Złożone systemy izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków Zasady projektowania i wykonywania, ITB, 2009
2. Warunki techniczne wykonania i odbioru robót. Zabezpieczenia i izolacje. Zeszyt 8: Bezspoinowy system ocieplenia ścian zewnętrznych budynków, ITB, 2019
3. Warunki techniczne wykonawstwa, oceny i odbioru robót elewacyjnych z zastosowaniem ETICS Stowarzyszenie na Rzecz Systemów Ociepleń, 2015
4. PN-EN ISO PN-EN ISO 13788:2013-05 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacji między warstwowej – Metody obliczania
5. Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. z dnia 7 czerwca 2019 r, poz. 1065
6. DIN 4108-3:2014-11 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz; Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!