A légmozgás, mint az alátéthéjazatok öregedését jelentősen befolyásoló tényező vizsgálata
Az alábecsült veszélyforrás
Az utóbbi néhány évben egyre gyakrabban számolnak be a tetőfedők olyan magastetőkről, amelyekben a tetőalátéthéjazat néhány év alatt felmondta a szolgálatot annak ellenére, hogy az EN 13859-1 szabvány szerinti öregedés vizsgálatnak megfelelt. Nézzük csak, miért is van fontos szerepe az ellenléc alatti légmozgásnak az öregedés folyamatában?
Az EN 13859-1-es szabvány nemcsak az alátéthéjazatok funkciója szempontjából fontos tulajdonságokat rögzíti, hanem ezen tulajdonságok méréséhez alkalmas vizsgálati módszereket is. Ezzel biztosítható, hogy a különböző termékek teljesítménynyilatkozataiban megjelenő tulajdonságok összehasonlíthatóak legyenek. A legnagyobb kihívás a szabvány készítésénél a hosszú élettartamra tervezett termékek "mesterséges öregítés" utáni öregedésállóságának vizsgálata volt. Ugyan ezt is szabványos vizsgálattal tesztelik, de ez mégiscsak termékspecifikus vizsgálat, amely a felhasználás során fontosnak ítélt öregítő körülményeket, paramétereket és vizsgálati időt foglalja magában. Az elvárás szerint a természetes öregedési folyamatot kell a lehető legrövidebb idő alatt szimulálni.
A mesterséges öregítési eljárás nem elegendő
A tetőalátétfóliák termékszabványának kidolgozásakor relatív kevés ismeret létezett ezen fóliák hosszú távú öregedési viselkedéséről. A mai napig érvényes, 2011-ben kiadott szabvány két különböző vizsgálatot ír elő: egyrészt mesterséges UV-sugárzással (336 óra) a lefedésig tartó viszonylag rövid időintervallumot, másrészt melegben történő tárolással (90 nap, 70 °C) a teljes lefedett életciklust vizsgáltatja. Ezen öregedés-szimuláció a mai napig nem változott. Évek során derült csak ki, hogy nem mindegyik, a szabványos vizsgálaton jól szerepelt termék képes a gyakorlatban elegendően hosszú idejű öregedésállóságról tanúskodni. Ezek közül számos esetben – mivel a fólia rögtön fedés alá került – semmiképp sem érhette a fóliát UV-sugárzás. Ezzel az UV-sugárzás, mint fő ok kiesett. Ezért a fólia tönkremenetelének oka úgymond "a fedés alatt" kell legyen. Úgy tűnik, hogy a szabvány szerinti mesterséges öregítés nem kielégítően képezi le a valóságos öregedési folyamatot.
Hatások az ellenléc által létrehozott térben
A Dörken – a tetőalátétfóliák fejlesztésében szerzett több mint 60 éves tapasztalatával a háta mögött – néhány éve megkezdte a különböző tetőkonstrukciók ellenléceinek környezetében uralkodó klimatikus viszonyok elemzését, és ezen klimatikus viszonyok fóliákra való hatásának tüzetesebb vizsgálatát.
Az ellenléc síkjában mérték és feljegyezték a hőmérsékletet, páratartalmat és a légmozgást is. Rendszeresen megfigyelhető volt, hogy a tetőfelületre jutó napsugárzás növekedésével a fedés alatti légsebesség is növekszik. Az 1 m/s-os légsebesség egyáltalán nem volt ritka. Az ellenléc mentén létrejövő viszonylag magas légsebesség okozójaként a napsugárzás volt azonosítható, az általa létrehozott felhajtó erő (termik) miatt. Azonban azt is kimutatták, hogy borús napokon is hasonló mértékű légmozgás alakul ki a fólia fölött.
Ebben az esetben a szél a mozgató erő, amely egyrészt az ereszvonali beszellőző nyílásba áramolva, másrészt a gerinc fölött tovaáramló levegő szívóhatása (Bernoulli törvény) miatt kényszeríti a levegőt mozgásra, vagyis "kéményhatás" jön létre a héjalás és a fólia között.
Ez az ismeret az ellenlécek mentén létrejövő légmozgásról egyáltalán nem új, többek között Liersch is írt erről, már 1986-ban. A Holzforschung Austria (Osztrák Faipari Kutató) röviden foglalkozott a témával és közelebbről megvizsgálta a magastetőkben kialakuló termikus felhajtóerőket befolyásoló tényezőket.
Hogyan befolyásolja a légmozgás az öregedési folyamatot?
A tetőkön történt vizsgálatok során a legkülönbözőbb fóliákat 70 °C-os hőmérséklettel és különböző légmozgással terhelték. A közel két éves időszak alatt rendszeres időközönként kivett mintákon vizsgálták a terhelhetőséget, folyamatosan növekvő vízoszlop-nyomással (dinamikus vízoszlop). A dinamikus vízoszlop bevált eszköznek bizonyult az öregedés jeleinek megjelenítésére: a műanyagok progresszív öregedési folyamatai együtt járnak a rugalmasság és a szakítószilárdság csökkenésével, amit ridegedésnek is szoktak nevezni. Ez a csökkenő nyomásállóság a vékony fóliáknál vagy membránoknál az egyre kisebb vízoszloppal szembeni ellenállásból könnyen felismerhető, holott tudjuk, hogy a vízzáróság a legfontosabb terméktulajdonság egy alátétfóliánál, amelynek a tető teljes élettartama alatt kellő mértékben biztosítottnak kell lennie.
A következő ábra az idő függvényében mutatja a vízoszlop-magasság csökkenését 3 különböző légsebesség mellett:
Példaként vettek egy általános, kereskedelmi forgalomban kapható fóliát, amely a gyakorlatban, szakszerűen beépített tetőben, 3 év után elvesztette vízzáróságát (szabvány szerinti követelmény: W1, 200 mm vízoszlop terhelés 2 órán át). A piros görbe a levegőmozgás nélküli – pontosabban mondva 0,05 m/s-nál kisebb, vagyis elhanyagolható légmozgás melletti – magas hőmérsékleten tartás (öregítés) során bekövetkező állapot változást mutatja. Gyakorlatilag ez az EN 13859-1 (2010) szerinti vizsgálatnak felel meg.
70 hét után gyorsuló ütemben érhető tetten az öregedés. Azaz a termék nem képes oly mértékben ellenállni a vízoszlopnak, mint új korában, és a megindult öregedési folyamat miatt egyre kisebb vízoszlop-nyomást sem képes megtartani. Körülbelül 2 éves – az aktuális szabványnak megfelelő – mesterséges öregítés után teljesen tönkremegy a termék, a valóságban ennél a fóliánál ez mindössze 3 év alatt bekövetkezett. Amennyiben megemeljük a légsebességet a teljes mesterséges öregítési folyamat alatt 0,3 m/s-ra (ez a hagyományos öregítő kemencék maximális légsebessége), a légmozgás jelentős hatása azonnal láthatóvá válik (zöld görbe). Ebben az esetben mindössze 6 hónapos mesterséges öregítés után a termék minősége romlani kezd, ami körülbelül 1 év múlva a vízzáróság elvesztéséhez vezet. Itt bele is ütközünk a szabványos mesterséges öregítés korlátjába: 1 év mesterséges öregítés szükséges ahhoz, hogy 3 éves valós élettartamot tudjunk valószínűsíteni – ez azt jelenti, hogy 25 éves tető élettartam esetén extrapolálva legalább 8 éves vizsgálatot kellene elvégezni; ez kevéssé életszerű, és nem is elfogadható.
Orkán a kemencében
Ezen probléma megoldásához az egyik vezető ipari kemence gyártóval kifejlesztettek egy új öregítő kemencét, amely az átlagos 5 m/s légsebességével lényegesen erősebb légmozgást tesz lehetővé, mint a hagyományos standard kemencék.
A kiválasztott fóliát (mint fentebb) ezen körülmények között tesztelve (kék görbe) már egy mérsékeltebb, 6-8 hetes időintervallumban lejátszódik az öregedési folyamat. Egy termék öregedése – amely gyakorlatban 3 év után ment tönkre – már ezen rövid idő alatt is kimutatható, míg a szabványos mesterséges öregítéssel ez csak 2 év alatt lehetséges.
Jó, de mi van azokkal a fóliákkal, amelyek 10 vagy 15 év után vesztik el funkcióképességüket? Mennyi ideig kellene általában tartania a vizsgálatnak ahhoz, hogy megfelelő öregedésállóságot lehessen bizonyítani?
Itt is extrapolálhatunk, azaz, ha 3 éves élettartamot 6-8 hét teszttel sikerült bizonyítani, akkor a 25 éves élettartamhoz – a biztonság kedvéért – 64 hetes mesterséges öregítési vizsgálat szükséges. Ez még mindig sok idő – de megvalósítható.
A Dörken egy ilyen vizsgálati módszert „szabványosított”, azaz rögzített egy EAD-ban (Europian Assesment Document – Európai Értékelési Dokumentum) az alátéthéjazatok légmozgással szembeni hosszú távú ellenállásának értékelésére, a meglévő szabványos "mesterséges öregítési vizsgálat" kiegészítéseként. A teszt már elérhető egy független vizsgáló intézetnél, mely lehetőséget nyújt minden gyártónak, hogy termékei öregedésállóságát igazolja vásárlói számára.
Remélhetőleg az EN 13859 szabvány jövőbeni felülvizsgálata során az eddig teljesen alábecsült légmozgást, mint az alátéthéjazatok öregedését jelentősen befolyásoló tényezőt, figyelembe veszik, és a „mesterséges öregítés utáni tartósság” bizonyítékaként, a szabvány szerves részévé válik.
Szerző: Dr. Ronald Flaig
innovációs projektvezető
Dörken GmbH & Co. KG, Herdecke
