Dachy metalowe – rodzaje i właściwości materiałów pokryciowych z blachy
Blaszane dachy cieszą się ogromną popularnością. Zalety montażowe pokryć z blachy, coraz to nowsze i ulepszone powłoki ochronne blach stalowych i aluminiowych, docenione właściwości aluminium i cynku, niesłabnąca sława długowiecznej miedzi, rosnąca popularność „równających” do niej splendorem i szczególnymi własnościami blach cynkowo-tytanowych – to wszystko sprawia, że metale chętnie stosowane są zarówno w budownictwie jedno- i wielorodzinnym, jak i do krycia ogromnych centrów handlowych, obiektów przemysłowych oraz reprezentacyjnych i sakralnych – w architekturze nowoczesnej i tradycyjnej. Służy tym, którzy szukają rozwiązań dobrych, ale szybkich i tanich, jak i tym, którym zależy na trwałości i jakości pokrycia, niezależnie od ceny i pracochłonności.
Podział i zastosowanie[2]
Na pokrycia dachowe stosowane są trzy podstawowe rodzaje blach:
blachy profilowane – faliste, trapezowe oraz cieszące się największym uznaniem wśród inwestorów indywidualnych blachy dachówkowe, czy też mniej rozpowszechnione blachy w kształcie gontów. Produkowane są głównie ze stali i z aluminium, a także z miedzi; dostępne w arkuszach;
blachy płaskie – ze stali powlekanej, miedzi, cynku i stopów cynkowo-tytanowych. Dostępne w arkuszach i rolkach;
płytki dachowe (łuski) – najczęściej wykonywane z powlekanego aluminium, ze stopów cynkowo-tytanowych oraz z miedzi, w kształcie rombów i prostokątów.
Inwestorzy indywidualni wybierają najczęściej blachodachówkę. Jest to doskonałe rozwiązanie nie tylko na nowo budowane domy, ale tym bardziej w przypadku wymiany pokrycia dachu - 55% planujących remont dachu zadeklarowało w badaniu ASM [1], iż wybierze na nowe pokrycie blachodachówkę. Świadczy to o dużej popularności tego pokrycia. Lekkie blachodachówki w przypadku zmiany starego pokrycia montować można zazwyczaj bez wymiany więźby, gdyż nie stanowią dużego obciążenia dla konstrukcji dachu, a swym wyglądem imitują droższą, cięższą i bardziej pracochłonną dachówkę cementową lub ceramiczną (szczególnie trwalsze i grubsze blachodachówki z posypką ceramiczną lub mineralną).
Blacha trapezowa dobrze wygląda na dużych powierzchniach – kojarzona głównie z budownictwem przemysłowym, obecnie doceniana jest także jako element nowoczesnej architektury.
Blachy płaskie znajdują również zastosowanie na dużych połaciach obiektów handlowych i przemysłowych, ale także na dachach kościołów, pałaców i rezydencji – zarówno w architekturze współczesnej, jak i tradycyjnej. Zdobią budynki reprezentacyjne. W tym wypadku polecane i stosowane są szczególnie droższe stopy tytanowo-cynkowe oraz najdroższe blachy miedziane. Polecane wszędzie tam, gdzie wymagana jest duża plastyczność, precyzyjne wykończenie detali architektonicznych.
Materiał a trwałość
Blachy na pokrycia dachowe produkowane są głównie ze stali ocynkowanej, aluminium, cynku, stopów cynku z tytanem, miedzi. Niektóre metale swoje właściwości antykorozyjne, zyskują dopiero po uszlachetnieniu innymi metalami (stopy) lub zabezpieczeniu odpowiednimi powłokami, inne - jak miedź w szczególności, ale także cynk i aluminium - w reakcji z czynnikami atmosferycznymi.
Aluminium
Aluminium otrzymuje się z rudy boksytu. W procesie przetwarzania uzyskuje się tlenek glinu, który w trakcie termoelektrolizy daje czyste aluminium. Wytrzymałość aluminium jest niewielka, dlatego głównie używane jest w postaci stopów, z dodatkami manganu, magnezu, krzemu, cynku i miedzi w różnych zestawieniach. Blachę aluminiową wytwarza się poprzez walcowanie na gorąco (400 do 540°C) do grubości 6-8 mm, a następnie na zimno do końcowego wymiaru.
Aluminium cechuje duża odporność na korozję. Aluminium i jego stopy tworzą cieniutką naturalną błonkę z tlenku, która chroni metal przed agresją chemiczną. Warstewka ta zyskuje pełną wartość po 2 do 10 latach, uszkodzona odradza się na nowo.
Ta naturalna, matowo-szara ochrona nie wystarcza w powietrzu przemysłowym. Tlenki siarki i inne agresywne składniki powietrza wraz z osadami brudu i działaniem wody deszczowej powodują korozję punktową na powierzchni metalu. Długotrwałość aluminium zawdzięcza dalszej obróbce – eloksalowane, powlekane lub lakierowane piecowo. Aluminium to materiał odporny na UV, na procesy rozkładu i mróz, niepalny i nietrujący, dlatego drobne ilości jego i jego związków spłukiwane z dachu nie stanowią żadnego zagrożenia dla człowieka.
Miedź
Miedź otrzymuje się z rudy miedzi. Poprzez prażenie i topienie w piecu fluidyzacyjnym i późniejszą redukcję powstaje miedź surowa o 97-99% wag. Cu. Dalsza oksydacja domieszek i dalsza redukcja doprowadzają do miedzi najczystszej. Stosowana wyłącznie w budownictwie miedź wolna od tlenu DHP ma stopień czystości 99,90% wag. Cu. Dodatki stopowe dla miedzi to głównie aluminium, nikiel, cynk i cyna.
Po odlewaniu ciągłym płyty miedziane ogrzewa się (800-950°C) i walcuje w blachy wstępne grubości 10-20 mm. Następnie frezuje się materiał i w stanie zimnym walcuje do końcowej grubości.
Miedź to najtrwalszy materiał wśród metali, swoje właściwości antykorozyjne zawdzięczający naturalnemu procesowi patynowania. Na wierzchu i od spodu miedź tworzy naturalną warstewkę ochronną (patyna) z zasadowych soli miedzi (węglan miedzi, siarczan miedzi, chlorek miedzi), które chronią metal przed agresywnym działaniem atmosfery. W wyniku patynowania miedź zmienia barwę z czerwono-brązowej w ciemno-brązową, a następnie na zieloną. Szybkość tworzenia warstwy ochronnej zależy od składu powietrza, wilgotności (deszcz, śnieg, rosa) oraz narażenia na cząstki stałe, takie jak pył, piasek czy rdza. W powietrzu wiejskim warstewka ochronna wytwarza się do 30 lat, w powietrzu miejskim 15 do 20 lat, w atmosferze przemysłowej - 8 do 12, w powietrzu morskim – 4 do 6 lat. Ok. 25% warstewki ochronnej znika poprzez rozpuszczanie się w wyniku reakcji chemicznych oraz obluzowywanie w trakcie termicznych ruchów blachy i spłukiwanie przez deszcz. Najgorszą odporność ma na ług sodowy. Miedź jest mrozoodporna i niepalna.
Cynk
Cynk otrzymuje się z węglanu cynku i blendy cynkowej. W wyniku prażenia powstaje tlenek cynku, który poprzez redukcję koksem w 1250°C daje pary cynku, kondensujące się następnie w cynk hutniczy i cynk czysty. Dodatkami stopowymi dla cynku są tytan i miedź. Stopy cynkowo-tytanowe posiadają lepszą wytrzymałość trwałą w porównaniu ze zwykłym cynkiem. Odznaczają się też ulepszonym tworzeniem krawędzi (Cu) wzdłuż i w poprzek kierunku walcowania i mniejszą rozszerzalnością cieplną.
Taśmy uzyskiwane są poprzez walcowanie stopionego cynku metodą ciągłą na gorąco (100 do 350°C). Następnie taśma rozcinana jest na odpowiednią szerokość (maksymalnie 1000 mm). Cynk stopowy (taśmy tytanocynkowe) produkuje się także jako sztucznie patynowany.
Cynk nie jest trujący, a w niewielkich dziennych dawkach nawet niezbędny człowiekowi.
Na uwalcowanej do połysku powierzchni wystawionej na oddziaływanie czynników atmosferycznych powstają mocno przyczepne powłoki z tlenku cynku i zasadowego węglanu cynku. Barwa zmienia się z błyszczącej srebrzystej w szaromatową. Warunkiem wytworzenia się warstwy ochronnej jest odpowiednia wilgotność i dostęp powietrza do zwilżonej powierzchni. Rosnąca wilgotność powietrza przyspiesza ten naturalny proces. Zmyciu ulega do 70% warstwy ochronnej – część pod wpływem reakcji chemicznych rozpuszcza się, część obluzowuje się w wyniku cieplnego rozszerzania się blachy i spłukiwana jest przez deszcz. W sytuacji braku dostępu powietrza wzrasta niebezpieczeństwo korozji, gdyż w takich warunkach warstwa ochronna węglanu cynku nie może się wytworzyć, a cynk nie jest odporny na wilgoć. Np. spód blach cynkowych bez dostępu powietrza zagrożony jest wodą z kondensacji rosy oraz wdzierającą się wodą deszczową.
Cynk jest nieodporny na kwas solny i siarkowy oraz ług sodowy. W agresywnej atmosferze o dużej zawartość SO2 lub wobec groźby korozji przez bitum, stosować można powłoki w celu przedłużenia żywotności. Powlekanie jest możliwe po odtłuszczeniu błyszczącej (z walców) powierzchni lub po naturalnym spatynowaniu (2-3 lata). Powłoki muszą być regularnie konserwowane i odnawiane. Cynk jest mrozoodporny i niepalny.
Stal nierdzewna
Z rudy żelaza poprzez redukcję w wysokim piecu uzyskuje się płynną surówkę. Z niej różnymi metodami (topniskowa, konwertorowa, itd.) poprzez utlenianie odciągane są niepożądane pierwiastki, w tym i węgiel. W efekcie powstaje stal.
Stale nierdzewne zawierają co najmniej 10,5% wag. chromu. Większa ilość chromu i innych dodatków stopowych (nikiel, molibden, tytan, niob) poprawia odporność korozyjną.
Pasy ze stali nierdzewnej wytwarzane są przez walcowanie na zimno stali płaskiej na pożądaną grubość.
Blachy ze stali nierdzewnej nie podane obróbce, dzięki zawartości chromu, pod wpływem tlenu już w kilka godzin tworzą pasywującą, kompletną błonę. Barwa blachy nie zmienia się zachowując srebrzysty połysk. Jednak pod wpływem pyłów, brudu i rdzy połysk zanika.
Blachy ze stali chromowanej bez udziału niklu (magnetyczna) oferowane są w postaci blach bejcowanych lub powlekanych, ponieważ bez tej dodatkowej osłony w atmosferze przemysłowej i morskiej tworzą się na nich cienkie warstwy rdzy.
Takiej korozji powierzchniowej nie wykazują stale chromoniklowane (niemagnetyczne).Stal nierdzewna składa się głównie z żelaza, nieszkodliwego dla człowieka. Jest niepalna i określana jako mrozoodporna.
Stal ocynkowana
Po otrzymaniu stali z rudy w następstwie wyżej opisanych procesów, poddaje się ją ocynkowaniu przez zanurzenie w roztopionym cynku hutniczym lub czystym, w procesie ciągłym. Profilowanie blachy odbywa się po ocynkowaniu, gdyż powłoka cynkowa nie traci przyczepności do stalowego podłoża nawet podczas profilowania. Na powłoki, oprócz czystego cynku, stosuje się też często stopy z dodatkiem aluminium (5% wag. Al. + 95% wag. Zn) i metali rzadkich, lub stop cynku aluminiowego złożony z 55% wag. Al., 1,6% wag. Si oraz 43,4% wag. Zn.
Pasma stali wytwarzane są poprzez ogrzewanie w piecu wgłębnym do temperatury walcowania (900°C), a następnie walcwane na blachy. Powłoki wytwarza się zmienioną metodą Sendzimira. Pasy blachy cienkiej rozwija się i przez wyżarzanie (700-800°C) oczyszcza powierzchnię z przywartych zanieczyszczeń, następnie przeprowadza przez kąpiel z roztopionego cynku (460°C). Później metodą usuwania dyszowego zostaje uzyskana pożądana grubość cynku. W przypadku cynku aluminiowego metoda jest ta sama, przy czym zanurzenie odbywa się przy wyższej temperaturze (600°C).Główne składniki ocynkowanej blachy stalowej, cynk i żelazo, są nieszkodliwe w występujących ilościach. Domieszki docierające do gleby poprzez zmywanie nie osiągają wartości szkodliwej dla zdrowia.
Ocynkowana blacha stalowa na wolnym powietrzu tworzy warstewkę ochronną z węglanu cynku, sygnalizowaną przez zmianę barwy ze srebrzystej w matowo szarą. Warstwa ta daje ochronę nawet w miejscach cięcia.
Dodatek aluminium daje większą trwałość warstewce cynku, która przy 55% cynku aluminiowego osiąga maksimum po ok. 6 tygodniach. Tym sposobem poprawia się znacząco ochronę powierzchniową przed korozją. Jednak, przy gięciu profilowanym i formowaniu rąbków, rozciągliwość tej powłoki jest ograniczona.
Cynk, pomimo warstewki ochronnej, jednak koroduje pod wpływem kwasu i ługu (w zależności od wartości pH). Przy normalnych obecnie warunkach, jak np. kwaśne deszcze, samo ocynkowanie stanowi ochronę tylko przez ograniczony czas, potrzebna jest dalsza obróbka blachy ocynkowanej, po zakończeniu procesu patynowania, najpóźniej po 2-3 latach. Utlenione blachy mogą być od razu ponownie obrabiane. Zaleca się do tego celu przede wszystkim powłoki z tworzyw sztucznych, dzięki którym trwałość systemu ochronnego znacznie się wydłuża.
Trwałość blach:
Blacha stalowa ocynkowana – 30-50 lat*
Blacha aluminiowa – ok. 50 lat*
Blacha cynkowa – ok. 50 lat*
Blacha cynkowo-tytanowa – 100 lat
Blacha miedziana – do 300 lat
*- większa trwałość dotyczy blach powlekanych
Powłoki ochronne i kolory
W przypadku pokryć z blachy, bardzo ważna jest właściwa odporność przed korozją i zarysowaniami oraz trwałość koloru. Z tego względu, z zewnątrz blacha jest pokrywana różnymi warstwami ochronnymi, którym materiał ten zawdzięcza swoje właściwości antykorozyjne, a powierzchnia zyskuje gładkość, po której deszcz bez problemu spłukuje osady. Powłoki różnią się właściwościami, grubością, a także ceną.
Dodatkowej powłoki ochronnej nie wymaga blacha miedziana, która pokrywa się naturalną patyną (kolor przechodzący z czerwono brązowej przez ciemno-brązową w zieloną). Dostępna jest także fabrycznie spatynowana. Podobnie, blacha cynkowo-tytanowa, która również wytwarza naturalną ochronę, dostępna z fabryczną warstwą patyny (kolor szaro-niebieski). Jako stop cynku i tytanu jest trwalsza (trwałość ok. 100 lat) od blachy cynkowej, która mimo wytwarzania warstwy ochronnej wymaga dodatkowych powłok (zabezpieczana jest również od spodu). Dodatkową warstwą ochronną powlekane są również blachy stalowe ocynkowane oraz blachy aluminiowe.
Najbardziej rozpowszechniona, najtańsza i dostępna w największej palecie kolorystycznej powłoka to poliester połysk - zwykle grubości 25 µm, odporny na zmiany temperatury, promienie UV i płowienie. Tworzy jednak cienką warstwę, dlatego jest mało odporna na zadrapania. Grubsza (35 µm) i trwalsza odmiana poliestru to poliester mat. Powłoka ta lepiej chroni przed oddziaływaniem czynników atmosferycznych, ale i cena blachy powlekanej poliestrem mat jest trochę wyższa. Niektórzy producenci udoskonalają powłokę poliestrową, oferując powłokę trwalszą o nowej nazwie handlowej np.: Hard Coat Satyna, Prelaq NOVA (P50), Galea. Są one grubsze (50 µm), a tym samym bardziej odporne na korozję i uszkodzenia mechaniczne. Wierzchnia ich warstwa zawiera ziarna ceramiczne, polimerowe lub akrylowe, chroniące przed zarysowaniem powierzchni, obciążeniami, zabrudzeniami. Wskazuje się też na długowieczność powłoki, stabilny kolor oraz np. antypoślizgowość chropowatej powierzchni. Można je stosować w regionach o bardziej agresywnym powietrzu – morskim lub przemysłowym.
Dobrze zabezpiecza przed korozją plastizol. Ta powłoka, w porównaniu z poliestrem, jest znacznie grubsza (175-250 µm) i odporniejsza na zadrapania i ścieranie. Bardzo dobrze znosi działanie niskich temperatur, gorzej wysokich.
W agresywnym powietrzu przemysłowym dobrze sprawdza się powłoka z polifluorku winylu PVDF (PVF2), ze względu na wytrzymałość oraz odporność na korozję, płowienie i substancje chemiczne. Polichlorek winylu tworzy cienką warstwę (27, 32 µm), jednak bardzo odporną na zanieczyszczenia powietrza i kwaśne deszcze. Lepsze właściwości PVDF stanowią również o jego wysokiej cenie.
W regionach o dużej zmienności warunków atmosferycznych i dużym zanieczyszczeniu powietrza polecany jest szczególnie trwały, grubowarstwowy pural (poliuretan z dodatkiem poliamidu) – odporny na uszkodzenia mechaniczne, promienie UV oraz starzenie.
Z kolei, ochronna warstwa alucynku łączy w sobie właściwości materiałów stopowych aluminium, cynku i krzemu. Ten ostatni zapewnia odpowiednią twardość blachy, aluminium chroni przed korozją i substancjami chemicznymi, a cynk – posiadający właściwości tworzenia w procesie utleniania warstewki ochronnej węglanu cynku - regeneruje zarysowaną powłokę.
Rodzaj powłoki ochronnej warunkuje długość gwarancji na blachę. Dotyczy ona z reguły korozji perforacyjnej. Na blachy stalowe z powłoką poliestrową firmy dają gwarancję 10 lat, na ulepszone powłoki poliestrowe (50 µm) i puralowe – 15 lat. Na aluminium powlekane warstwą poliamidowo-poliuretanową (PP99) – nawet 40 lat, na niektóre blachodachówki z posypką i blachy miedziane – 30 do 50 lat.
Zalety montażowe
Blacha cieszy się dużą popularnością szczególnie ze względu na lekkość tego materiału i łatwość montażu.
Wszystkie blachy są lekkie. 1m² blachy waży średnio ok. 4-5 kg, w zależności od rodzaju materiału może ważyć zaledwie 1,7-3 kg, jak w przypadku najlżejszego aluminium, lub trochę więcej – do ok. 14 kg w przypadku niektórych blach stalowych ocynkowanych. Tym samym, nadają się do wymiany starego pokrycia bez konieczności wymiany konstrukcji dachu. Ponadto, popularna blachodachówka oraz inne blachy profilowane nie wymagają pełnego deskowania. Można je układać na poszyciu z folii i ruszcie z kontrłat i łat. Taki montaż zapewnia właściwą wentylację połaci. W przypadku dachówek samonośnych (blachodachówka z profilem montażowym), nie trzeba montować drewnianych łat. Dzięki stalowej łacie wytłoczonej wzdłuż każdego arkusza oraz łatom montażowym, dostępnym w komplecie, panele można mocować bezpośrednio na krokwiach.
Pełne deskowanie zaleca się pod pokrycia z blachy płaskiej, przy zachowaniu małych odstępów 2-5 cm, umożliwiających osuszanie blachy i poszycia oraz usuwanie na zewnątrz skraplającej się pary wodnej.
Blachodachówkami, stosowanymi głównie do krycia prostych, dwuspadowych dachów, z powodzeniem kryje się obecnie również dachy o nietypowych kształtach, półokrągłych i z lukarnami. Zalecany kąt nachylenia połaci dachu: powyżej 9° (duże arkusze blachy), w przypadku tzw. jednomodułówek – zaleca się kąt nachylenia powyżej 17°. Przy bardziej płaskich konieczne będzie sztywne poszycie. W przypadku nachylenia maksymalnego nie ma ograniczeń (nawet 90°).
Blachą trapezową można kryć dachy już przy 7° kącie nachylenia połaci.
Do krycia dachów spadzistych i płaskich o minimalnym kącie nachylenia 5° właściwa jest blacha płaska. Ze względu na plastyczność i łatwość formowania umożliwia krycie dachów krzywoliniowych.
Arkusze i pasma blach płaskich łączy się na krawędziach w rąbki (leżące i stojące) lub na zwoje i zakłady. Rąbek (zwój) powstaje poprzez zagięcie (zawinięcie) krawędzi obu łączonych elementów. Razem z krawędziami blachy zaginane (zawijane) są uchwyty do mocowania do konstrukcji. Aby uniknąć korozji, na styku różnych materiałów do przybijania desek należy używać odpowiednich gwoździ – miedzianych do pokryć z miedzi oraz ze stali ocynkowanej do pozostałych pokryć.
Blachy profilowane montuje się zakładkowo. Kolejne arkusze dopasowują się do siebie dzięki wyprofilowanym krawędziom. Zakładki pionowych krawędzi mają rowki do odprowadzania wody opadowej i wykraplanej w wyniku zmian temperatur. Do mocowania blach służą specjalne blachowkręty zapewniające szczelność połączenia i właściwe osadzenie blachy. Do mocowania stalowych blach profilowanych używa się samonawiercających blachowkrętów z końcówkami w kształcie ostrza wiertła (nie wymagają wstępnego nawiercania). Umożliwia to szybki montaż elektrycznym wkrętakiem lub wiertarką. Wywiercony otwór uszczelnia podkładka z tworzywa, która pod wpływem ciepła ulega samowulkanizacji.
Znacznie więcej pracy wymagają blaszane płyty i płytki dachowe ze względu na wymiary i łączenie elementów (każdy osobno mocowany). Najczęściej montowane są na pełnym deskowaniu.
Kropka nad „i” – akcesoria
Wybór odpowiedniej blachy na dach oraz właściwy montaż nie decydują jeszcze o efekcie końcowym. Pełną funkcjonalność dachu z blachy zapewni dopiero odpowiednie jego wykończenie akcesoriami właściwymi do rodzaju pokrycia, m.in.: gąsiory, pasy nadrynnowe, rynny koszowe i inne gotowe obróbki blacharskie, elementy komunikacji dachowej (stopnie i podesty kominiarskie) oraz wywietrzniki i stopery śnieżne. Często oferowane są przez producentów systemowo wszystkie elementy dachu, łącznie z rynnami dostosowanymi kolorystycznie do pokrycia dachu. Akcesoria dachowe i systemy rynnowe produkowane są nie tylko z uniwersalnych materiałów, jak stal czy lekkie aluminium, ale także z droższych materiałów - miedzi, cynku oraz stopu tytanowo-cynkowego.
Joanna Chrapkowska-Smoter
[1] – ASM – Centrum Badań i Analiz Rynku, badanie przeprowadzone na ogólnopolskiej próbie 2646 gospodarstw domowych w kwietniu 2006r, temat „Plany remontowe Polaków na lata 2006-2007”; 6 na 10 osób zadeklarowało całkowitą wymianę pokrycia dachowego; zmianę konstrukcji dachu/wymianę więźby – 18,2%, zaś wybór blachodachówki na pokrycie remontowanego dachu – aż 55% respondentów,
[2] W publikacji wykorzystano fragmenty z: Eberhard Schunck, Hans Bochen Oster, Warstwy – Materiały dachowe, [w:] Atlas Dachów. Dachy spadziste, Cieszyn 2005, s. 184-204.
