Styropian

Zdzisław Dyląg Definicja Komórkowe, sztywne tworzywo sztuczne, określane również jako twarda pianka polistyrenowa. Wynaleziony w 1951 r. (Niemcy) i nazwany wówczas styropor. Surowce Surowcem wyjściowym jest polistyren spienialny, niskoudarowy, otrzymywany przez polimeryzację perełkową styrenu (winylobenzenu) występującego w smole i innych produktach rozkładu substancji organicznych. Wytwarzanie Produkowany co najmniej dwuetapowo, z granulek (0,2-2,5, a nawet 5,0 mm) polistyrenu, ekspandowany (spieniany) przy użyciu pary wodnej. Środkiem spieniającym jest pentan (węglowodór nasycony) produkt destylacji ropy naftowej. Podczas spieniania następuje 20-80-krotne (w zależności od przeznaczenia) powiększenie objętości polistyrenu. W efekcie procesów produkcyjnych (temperatura + ciśnienie, bez użycia toksycznych klejów) ekspandujące granulki polistyrenu sklejają się ze sobą tworząc twardą, bardzo lekką, białego koloru strukturę komórkową. Materiał ten zawiera powietrze w zamkniętych komórkach stanowiących do 98% objętości. W czasie ok. dwumiesięcznego sezonowania występujące w styropianie resztki pentanu są zastępowane przez powietrze. Poza wytwarzaniem przez ekspandowanie w postaci bloków, ciętych następnie na płyty, lub gotowych płyt w zamkniętych formach, jest również produkowany metodą ekstrudowania (wytłaczania) spienionego polistyrenu także w postaci płyt (zwykle barwionych) o różnie uformowanych krawędziach, jak i najrozmaitszych kształtek. Wyroby uzyskiwane tą metodą cieszą się lepszą oceną. Charakteryzuje je zwarta, jednolita budowa, zamknięte pory, większa wytrzymałość na ściskanie, przy jednocześnie niskim współczynniku przewodzenia ciepła (0,021-0,026 W/mK) i bardzo małej nasiąkliwości (po 24 godzinach 0,1%, a po 28 dniach tylko 0,5%). Spotykane są również długie płytypasma, tworzone z poprzecznych pasków styropianu, naklejonych na warstwę papy. Umożliwia to rolowanie takich pasm, ułatwiające transport i rozściełanie. Styropian bywa również wytwarzany w postaci niezespolonych ze sobą spęcznionych granulek, ewentualnie sklejonych w luźną strukturę przestrzenną o otwartych porach, stanowiących 30-40% objętości materiału, łatwo przepuszczającą wodę. Istnieją odmiany o różniących się właściwościach, powstające w wyniku zmian technologicznych i stosowania różnych dodatków, umożliwiających spełnianie wymagań specjalnych zastosowań. Zastosowania Styropian jest stosunkowo tanim materiałem powszechnie stosowanym do: izolacji termicznych i akustycznych ścian, podłóg i sufitów oraz dachów budynków (rys. 1), samochodów, przyczep, urządzeń cieplnych i chłodniczych, odwadniania przegród budowlanych (drenażu), pustaków izolacyjno-szalunkowych, tzw. deskowań traconych (rys. 2), sprzętu sportowego, różnorodnych płyt warstwowych, tapet izolacyjnych i najrozmaitszych opakowań (również artykułów spożywczych) chroniących przed uszkodzeniami mechanicznymi. W postaci granulatu bywa używany: do ścian szczelinowych (możliwość wdmuchiwania przez wywiercone otwory w puste przestrzenie docieplanych, istniejących ścian) oraz jako lekkie kruszywo do wypraw i betonów, do rozluźniania struktury gruntu w pracach ziemnych (ściany oporowe - tu również w postaci dużych bloków) i w ogrodownictwie. Właściwości fizyczne Wartości graniczne odmian o różnym przeznaczeniu, wytwarzanych wg różniących się technologii oraz podawane przez różne źródła i - różnych producentów:  gęstość objętościowa (pozorna) 9-45 kg/m 3 ,  naprężenia ściskające przy 10-procentowym odkształceniu względnym (drenażowe) 60-700, 35 kPa,  wytrzymałość na rozciąganie siłą prostopadłą do powierzchni 50-200 kPa,  wytrzymałość na ścinanie 50-200 kPa,  moduł sprężystości 12 Y 10 3 -25 Y 10 3 kPa,  sztywność dynamiczna (płyty do podłóg pływających) DLw = 27 dB,  stabilność wymiarów w temp. 70 !C po 48 h ą0,3-1,5%,  współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej wzdłuż 80 Y 10 -6 K -1 , w poprzek 60 Y 10 -6 K -1 ,  współczynnik przewodzenia ciepła w temp. 23 !C (lub średniej 10 !C) 0,021-0,045 W/mK  chłonność wody po 24 h 1,2-1,8 (nawet 0,10)%,  wskaźnik oporu dyfuzyjnego (zależn. od grub.) 80-200,  graniczne wartości temperatury stosowania -50-+80 !C,  utrata 90% wytrzymałości przy +80 !C,  topi się w temp. ok.100 !C,  palność trudno zapalny - samogasnący. W zasadzie im mniejsza gęstość pozorna styropianu tym mniejsza wytrzymałość mechaniczna (naprężenia ściskające) a większa ściśliwość oraz odwrotnie. Tę prawidłowość może zakłócić niewłaściwy przebieg spieniania polistyrenu. Wzrostowi gęstości pozornej towarzyszy spadek wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Właściwości chemiczne Styropian jest oceniany jako materiał ekologiczny. Sprzyjają temu stosunkowo niska temperatura produkcji i niewielkie zużycie paliw, a w związku z tym ograniczona emisja spalin. Nie reaguje chemicznie z żadnym stałym materiałem budowlanym. Nie zawiera żadnych substancji szkodliwych dla zdrowia, jest dopuszczony jako materiał na opakowania żywności. Odporny na: wodę, roztwory soli, alkalia, kwasy (solny 35%, octowy do 50% i siarkowy do 95%, kwasy słabe (mlekowy, węglowy, humusowy), sole, nawozy, mleko, alkohole (metylowy i etylowy), olej silnikowy, fekalia. Styropian nie jest odporny na działanie rozpuszczalników aromatycznych, olejów i smarów (szczegóły p. "ostrzeżenia"); natomiast lepik asfaltowy na gorąco (do 120 !C) nie działa szkodliwie i może być stosowany. Zalety  równoczesna ochrona termiczna i akustyczna, najniższa, w porównaniu z innymi materiałami, przewodność cieplna,  stosunkowo niska cena materiału i robocizny w porównaniu z efektami stosowania,  szczególna lekkość przy sztywności własnej ułatwiającej mocowanie,  łatwość transportu i składowania,  łatwość i bezpieczeństwo obróbki mechanicznej,  łatwość wbudowywania w obiekty nowe, jak i już istniejące (termorenowacja, wyciszanie) różnymi metodami (lekko-suchą niezależnie od warunków atmosferycznych),  możliwość stosowania do dachów, ścian i stropów o różnych konstrukcjach,  łatwość formowania dowolnych kształtów,  liczne odmiany do wyboru w konkretnych warunkach,  jest nieszkodliwy dla zdrowia: nie drażni skóry ani dróg oddechowych, nie powoduje alergii, jest czysty i przyjemny w dotyku, obojętny dla otoczenia,  dobrze znosi drgania i przemieszczenia podłoża oraz stosunkowo duże obciążenia mechaniczne,  wykazuje ograniczone odkształcenia przy obciążeniach długotrwałych,  jest odporny na zawilgocenie (hydrofobowy), nie wchłania wilgoci, pod jej wpływem nie traci właściwości izolacyjnych, nie podciąga wody kapilarnie,  umożliwia ograniczenie dyfuzji pary wodnej,  nie ulega gniciu i butwieniu,  jest odporny na pleśń, grzyby i bakterie,  nadaje się do tworzenia lekkich warstw drenażowych (spec. płyty),  nie starzeje się,  stabilność kształtu i właściwości na okres do ok. 35 lat,  odpady są ponownie wykorzystywane w produkcji, rozdrobnione i wywożone na wysypiska, przyczyniają się do napowietrzania oraz przyspieszania rozkładu śmieci. Do uzyskiwania większości wymienionych zalet niezbędny jest właściwy dobór rodzajów elementów styropianowych oraz prawidłowe, staranne stosowanie. Obecnie ocenia się, że w Polsce do termoizolacji stosuje się w 80-90% przypadków wyroby styropianowe. Ostrzeżenia Mimo uznania styropianu za materiał trudno zapalny i, dzięki specjalnym dodatkom, samogasnący (nierozprzestrzeniający ognia), w obcym płomieniu pali się. W dawniejszych informacjach z tego zakresu twierdzono, że przy spalaniu polistyrenu zawsze powstają substancje trujące. Obecnie powszechnie stosowane odmiany samogasnące traktuje się jako nie wydzielające gazów spalinowych o dużej toksyczności (mają być mniej szkodliwe od np. gazów powstających przy paleniu drewna sosnowego lub świerkowego). Niemniej istnieją polskie przepisy przeciwpożarowe ograniczające stosowanie ociepleń ścian do 11. kondygnacyjnych budynków istniejących (wzniesionych przed 1998 r.) oraz dla wyższych istniejących i nowo wznoszonych - do wysokości 25 m (rys. 3). Więcej szczegółów na ten temat podano w literaturze (Ocieplanie ścian ze względu na bezpieczeństwo pożarowe). Brak odporności lub słaba odporność na niektóre produkty chemiczne jak: bitumy do stosowania na zimno, bitumiczne masy szpachlowe z rozpuszczalnikami, produkty smołowe, oleje jadalne, parafinowy, napędowy, wazelina, rozpuszczalniki takie jak: aceton, eter, octan etylu, nitro, benzen, ksylol, rozpuszczalniki lakowe, trójchloroetylen, czterochlorometan, terpentyna, nasycone węglowodory alifatyczne, np. cykloheksan, benzyna apteczna i lakowa, paliwa gaźnikowe. Należy też uwzględniać fakt, że styropian wprawdzie nie stanowi pożywienia dla gryzoni ani insektów, to jednak mogą one zagnieździć się w nim, w związku z czym w przypadku zagrożenia należy zastosować zabezpieczenie, np. z gęstej siatki ocynkowanej lub cięto-ciągnionej. Powierzchnie elementów styropianowych nie powinny być narażone na dłuższe (max. 8 tygodni) bezpośrednie działanie promieniowania ultrafioletowego (słońca) mogące powodować żółknięcie i kruchość. Płyty Podstawowe wymagania wobec najpopularniejszego produktu ze styropianu jakim są płyty z polistyrenu ekspandowanego, zostały określone normą PN-B 20130:1999. Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie - Płyty Styropianowe (PS-E). W normie podano m.in. sposób oznaczania wyrobów. Jednym z kryteriów podziału na rodzaje jest tzw. gęstość pozorna, z którą wiążą się istotne właściwości przesądzające o obszarach zastosowań. Oznaczenia powinny zawierać określone symbolami i liczbami następujące informacje:  materiał płyty,  nr normy,  odporność ogniową,  gęstość pozorną,  wymiary płyty. Przykład:  PS-E tzn. płyta ze styropianu (polistyrenu ekspandowanego),  PN-B-20130:1999 tzn. wg normy przedmiotowej produktu,  FS tzn. samogasnąca lub S - palna,  Liczba oznaczająca odmianę odpowiadająca gęstości objętościowej materiału w kg/m 3 , trzy liczby oznaczają trzy wymiary płyty. Standardowe wymiary płyt w mm - 1000 x 500, inne w granicach 2000-5000 x 640-1500. Grubości w szerokich granicach 10-1000 mm, co 5, 10 lub 20 mm, w zależności od rodzaju płyty i lokalnych potrzeb. W zależności od producenta i przeznaczenia oraz metody stosowania poszczególne odmiany płyt i innych elementów, poza liczbą określającą gęstość pozorną, noszą różne nazwy firmowe. Na przykład jeden z krajowych producentów płyt PS-E FS, w przedziale wartości gęstości 12-30, proponuje płyty o następujących firmowych nazwach: Styrotak, Styroflex, Styroplus, Styrogips, Styrotop, Styrodur, Styrodren i dla gęstości 40 - płyty do specjalnych zastosowań oraz Profile Elewacyjne. Inny - Izofas, Styrokart, Izodren, następny - Steinodur itp. Płyty różnią się m.in. właściwościami fizycznymi, ukształtowaniem krawędzi (płaskie, frezowane na zakładkę, pióro-wpust), powierzchniami (gładkie, chropowate, nadcinane, rowkowane) i wymiarami. Zalecenia Zalecenia odnośnie do stosowania w budownictwie różnych rodzajów styropianu podają zwykle jako kryterium wartość gęstości objętościowej (pozornej). I tak np. do izolowania:  zewnętrznego ścian 15,  śródwarstwowego ścian 12, 15, 25,  dachów 12, 15, 20,  podłóg mieszkań 25, 30,  dachów płaskich 20, 30 (ekstrudowane),  deskowań "traconych" 25, 30,  stropodachów, dachów "zielonych", ścian zagłębionych w gruncie, podłóg o dużych obciążeniach, lodowisk, parkingów, pasów startowych 20, 30 i więcej (ekstrudowane),  drenażu ścian, dachów 12, 15 (spec. drenażowe). O grubościach warstw decydują obliczenia termiczne i akustyczne. Orientacyjne grubości wynoszą w przypadku:  ścian zewnętrznych 150 mm,  stropodachów nachylonych 200-250 mm,  stropodachów płaskich 250 mm,  stropów najwyższych kondygnacji 250 mm,  stropów piwnic nieogrzewanych 100 mm,  podłóg na gruncie 100 mm. Sposób układania Płyty układa się na sucho, najlepiej dwuwarstwowo w celu przykrycia styków: poziomo (rys. 4) albo w dachach drewnianych - ponad krokwiami, pomiędzy krokwiami (rys. 5), pod krokwiami, stosując odpowiednie listwy i łaty podtrzymujące oraz gwoździe ocynkowane, podobnie w stropach poziomych drewnianych. Są to metody nie wymagające robót mokrych tzw., lekkie-suche. W odniesieniu do ścian zewnętrznych (rys. 6) polegają na: wykonaniu na powierzchni ściany lekkiego rusztu drewnianego, metalowego lub z tworzyw sztucznych, w którego pola wstawia się płyty styropianowe i przymocowuje do ściany kołkami kotwiącymi zaopatrzonymi w talerzyki dociskowe. Następnie do rusztu - pozostawiając szczelinę powietrzną - mocuje się warstwę osłonową - okładzinę elewacyjną (ang. siding). Płyty izolacji akustycznej układa się na sucho na wyrównanym podłożu. W bardziej rozpowszechnionych metodach lekko-mokrych, gdy istnieją takie potrzeby i możliwości, płyty izolacji termicznej przykleja się pojedynczo, ewentualnie dodatkowo mocując mechanicznie. Zwykle po naniesieniu masy klejącej na krawędzie i spód kolejnej płyty dociska się ją do oczyszczonej powierzchni ściany. Następnie na powierzchnie tak ułożonych płyt rozprowadza się warstwę podkładową pod zbrojenie w postaci siatki szklanej, w którą wciska się w świeży klej. Po wyschnięciu jest nanoszona warstwa gruntująca pod tynk zewnętrzny (rys. 7). W odniesieniu do stropów i stropodachów (szczególnie nie drewnianych) klei się pojedyncze płyty lub rozwija z roli (rys. 8). Ponadto w zależności od potrzeb stosuje się odpowiednio do sytuacji dodatkowe warstwy (rys. 9): wyrównujące, rozdzielające, wodo- i paroizolujące, ewentualnie wiatroizolujące, odpowietrzające, ochronne i dociążające pokrycie oraz - mogące stanowić nawierzchnię użytkową (wylewka-jastrych, posypka mineralna lub filtracyjna, warstwa żwiru, płytki betonowe, ceramiczne albo warstwa humusu i zieleń - "zielone dachy"). Istnieje wiele systemów ocieplania. W odniesieniu np. do ścian zewnętrznych stosuje się gotowe płyty warstwowe, których rdzeniem jest styropian, a zewnętrzne warstwy z papy, folii tworzyw sztucznych, aluminium i in. materiałów. Niezależnie od systemu ocieplania bardzo istotne jest przestrzeganie szczegółów wykonania, tu tylko zasygnalizowanych, kilku sposobów izolowania. Produkcja i wykonawstwo izolacji styropianowych Szacuje się, że w 1999 r. istniało w kraju 100 przedsiębiorstw (z których ponad 40 należało do Stowarzyszenia Producentów Styropianu), zajmujących się wytwarzaniem polistyrenu spienialnego i styropianu. Asortyment wyrobów jest bogaty i b. różnorodny. Nawet materiały tej samej grupy, o zbliżonej gęstości, występują pod rozmaitymi nazwami handlowymi i nieraz różnią się deklarowanymi właściwościami technicznymi. Do 1994 r., poza kilkoma krajowymi metodami termoizolowania, ITB dopuściło 17 systemów zagranicznych, w 1998 r. na 47 aprobat i 4 świadectwa (łącznie 51), dotyczące ocieplania ścian zewnętrznych metodą lekką, aż 47 przewidywało stosowanie styropianu. W 1999 r. liczba obowiązujących od 1995 r. Aprobat Technicznych systemów ociepleń ścian zewnętrznych styropianem osiągnęła już 66. Do początku 1999 r. ITB udzieliło 8 Aprobat Technicznych dla płyt warstwowych z rdzeniami ze styropianu. W 1999 r. ITB wydało Zalecenia Udzielania Aprobat Technicznych, m.in. dla Systemu ocieplania ścian zewnętrznych z zastosowaniem styropianu jako materiału termoizolacyjnego i pocienionej wyprawy elewacyjnej. Poza aprobatami technicznymi ITB wydaje również dla wyrobów ze styropianu Certyfikaty Zgodności. Literatura ABC izolacji ze styropianu. Stowarzyszenie Producentów Styropianu. Poradnik Termo Organika S.A., Kraków 1999 (z tej publikacji zostały zaczerpnięte rysunki). ANDREASIK M., SEKIENDA K.: System Thermodom. Materiały Budowlane 9/1999, s. 58-59. BLANCARD M.: System dociepleń budynków SerpoTerm - możliwość wyboru. Materiały Budowlane 1/2000, s. 64-65. BRZEŻAÁSKI P.: Płyty termoizolacyjne Matizol PW 11/A. Materiały Budowlane 6/1999, s. 53, 55. Ceresit. Prospekt informacyjny Henkel - Polska DREGER M., MATLA A.: Wełna czy styropian? Murator nr 8, s.76-80. DZIERŻEWICZ Z.: Ocieplanie przegród zewnętrznych. Naprawy i wzmocnienia XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji PZITB BielskoBiała 1999, t. I, cz. 1, s. 179-207, tamże bogata bibliografia. FURTAK L.: Czas na dach. Termorenowacja nr 3/1999, s. 34-39. GAŁKA G.: Perełkowa firma z Łomży. Termorenowacja nr 3/1999, s. 22-23. HARMUŁOWICZ A.: Płyta drenażowa Styropol-1. Materiały Budowlane 10/1999, s. 93. Izoterm. Materiały Budowlane 1/2000, s. 29. Kalendarz Przeglądu Budowlanego 2000. PZITB O. Warszawski, Warszawa 1999. KOSIOREK M., KOLBRECKI A.: Ocieplenia ścian ze względu na bezpieczeństwo pożarowe. Materiały Budowlane 1/2000, s. 66-67, 92. KOZŁOWSKA J.: System Izodom 2000 Polska. Materiały Budowlane 9/1999, s. 67. Materiały Ceresit do ociepleń budynków metodą lekką-mokrą. Warstwy 4/1999, s. 124-125. Metoda lekka ocieplania ścian z zastosowaniem okładzin Gamrat Siding. Warstwy nr 4/1999, s. 135-136. PŁOÁSKI W., ŻARNOCH M.: Ocena metod ocieplania ścian zewnętrznych budynków. Przegląd Budowlany nr 8-9/1994, s. 13-17, 24. PŁOÁSKI W.: Problemy trwałości i termoizolacji budynków wielkopłytowych. Przegląd Budowlany nr 6/1998, s. 12-14. PŁOÁSKI W.: Termoizolacja obiektów budowlanych. Przegląd Budowlany nr 7-8/1998, s. 16-22. PN-B-20130:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Płyty styropianowe (PS-E). PN-73/C-89071 Tworzywa sztuczne. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie sztywnych tworzyw porowatych. PN-89/B-04620 Materiały i wyroby termoizolacyjne. Terminologia i klasyfikacja. PN-EN 1603+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Określanie stabilności wymiarowej w stałych normalnych warunkach laboratoryjnych (23 !C/50% wilgotności względnej). PN-EN 1604+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Określanie stabilności wymiarowej w określonych warunkach temperaturowych i wilgotnościowych. PN-EN 1606+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Określanie pełzania przy ściskaniu. PN-EN 1608+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Określanie wytrzymałości na rozciąganie równoległe do powierzchni czołowych. PrPN-EN 12430 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Określanie zachowania pod obciążeniem punktowym. Przegląd systemów ocieplania ścian zewnętrznych. Materiały Budowlane 1/2000, s. 82-93. Przegląd systemów ocieplania ścian zewnętrznych z zastosowaniem elementów prefabrykowanych. Materiały Budowlane 1/2000, s. 94-95. RUTKA J.: Produkty do ocieplania poddaszy. Materiały Budowlane 11/1999, s. 42. RUCIÁSKA T., ŻYCKI W.: Styrobeton - materiał izolacyjno-kons-trukcyjny. Przegląd Budowlany nr 2/1999, s. 4-6. RYDZ Z., POPCZYK J.: Sposoby naprawy uszkodzeń systemów ocieplających w metodzie "lekkiej". Przegląd Budowlany nr 11/1998, s. 18-20. RYDZ Z., ZAMDROWSKA R.: Docieplanie ścian zewnętrznych budynków wielkopłytowych. Materiały Budowlane 1/2000, s. 41-47. RYDZ Z.: Zalecenia dotyczące wykonywania robót ocieplających. Materiały Budowlane 1/2000, s. 70-73. SŁOMKA Z.: Wielowarstwowe systemy ociepleń zewnętrznych przegród budowlanych. XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji PZITB Bielsko-Biała 1999, t. II, s. 137-144. SMOŁKA Z.: Charakterystyka techniczna i zastosowanie płyt Styrodur przy systemowych ociepleniach dachów i ścian zewnętrznych. XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji PZITB Bielsko-Biała 1999, t. II, s. 67-70. STAROSOLSKI W., JîźWIAK I.: Kształtki styropianowe jako element nośny. Przegląd Budowlany nr 3/99, s. 8-11. Stowarzyszenie Producentów Styropianu. Izolacje nr 10/1999, s. 22. System ociepleń Chemiplast. Termoizolacja nr 1/1999, s. 34-39. Termoizolacje dachów płaskich. Przegląd. Warstwy nr 4/1999, s. I-XI. WIECZOREK M.: Dach odwrócony izolowany polistyrenem. Przegląd Budowlany nr 12/1994, s. 16-17. WRZESIÁSKA J.: Płyty warstwowe atlantis. Kalejdoskop Budowlany nr 2/1999, s. 44-45.