Membrany hydroizolacyjne do zbiorników wodnych: EPDM, PVC, HDPE
Do uszczelniania zbiorników wodnych stosuje się cztery główne grupy materiałów: membrany z kauczuku EPDM, z plastyfikowanego PVC (PVC-P), z polietylenu (HDPE i LLDPE) oraz maty bentonitowe. EPDM jest bardzo elastyczny i dobrze układa się na nierównym podłożu, HDPE ma wysoką odporność chemiczną i wytrzymałość, ale jest mniej elastyczny i wymaga zgrzewania, PVC-P sprawdza się przy uszczelnianiu zapór betonowych i murowanych, a mata bentonitowa uszczelnia się sama po nawodnieniu. Wybór zależy od wielkości zbiornika, kształtu dna, tego, czy membrana będzie przykryta, oraz od sposobu łączenia arkuszy na budowie.
Czym jest membrana hydroizolacyjna do zbiornika?
W języku technicznym taki wyrób nazywa się geomembraną albo barierą geosyntetyczną. To arkusz, który ma zatrzymać wodę w zbiorniku i nie dopuścić do jej przesiąkania w grunt. Samo określenie „membrana hydroizolacyjna” obejmuje też papy i folie do dachów czy fundamentów, ale w przypadku stawów, zbiorników retencyjnych i zbiorników technologicznych chodzi o wyroby projektowane do stałego kontaktu z wodą i do pracy na skarpach.
Wymagania dla takich wyrobów opisuje norma PN-EN 13361:2018-04 „Bariery geosyntetyczne. Właściwości wymagane w odniesieniu do wyrobów stosowanych do budowy zbiorników wodnych i zapór”. Obejmuje ona trzy rodzaje barier:
- polimerowe (arkusze z tworzyw i kauczuków, np. EPDM, PVC-P, HDPE),
- iłowe (maty z bentonitem),
- bitumiczne.
Norma wskazuje, że wyroby te służą do kontroli wycieków wody słodkiej, pitnej lub zasolonej przez konstrukcję, i obejmuje ocenę stałości ich właściwości użytkowych. Przy zakupie większej ilości materiału dobrze jest więc poprosić dostawcę o deklarację właściwości użytkowych odnoszącą się do tej normy.
Rodzaje membran do izolacji zbiorników wodnych
Membrana EPDM
EPDM to kauczuk syntetyczny poddany wulkanizacji, dlatego zachowuje się jak guma: rozciąga się i wraca do pierwotnego kształtu. W kartach technicznych producentów geomembran EPDM podaje się wydłużenie przekraczające 300% we wszystkich kierunkach oraz zachowanie giętkości nawet w temperaturze -45 °C. Membrana stawowa o grubości 1,0 mm jest opisywana jako wyrób przeznaczony do stałego kontaktu z wodą, odporny na promieniowanie UV, mróz i utlenianie.
Zalety hydroizolacji EPDM w praktyce:
- dopasowanie do podłoża - membrana przejmuje ruchy gruntu i nierówności dna, co ma znaczenie przy stawach o nieregularnym kształcie,
- mało połączeń - arkusze produkuje się w dużych wymiarach (u jednego z producentów od 93 do 930 m²), a połączenia wykonuje się taśmami i klejami, bez zgrzewarki i bez podgrzewania,
- łatwa naprawa - materiał można łączyć i naprawiać także po wielu latach ekspozycji na pogodę,
- stabilność na skarpach - wysoki kąt tarcia (27,5° w danych producenta) ogranicza zsuwanie się membrany i osób pracujących na niej.
EPDM stosuje się w stawach ogrodowych i kąpielowych, zbiornikach nawadniających, stawach hodowlanych, zbiornikach wód opadowych, zbiornikach na wodę do naśnieżania, zbiornikach przeciwpożarowych i sztucznych jeziorach.
Membrana PVC-P (plastyfikowane PVC)
PVC staje się elastyczne dzięki dodatkowi plastyfikatorów. To one w dużej mierze decydują o trwałości wyrobu: badania Geosynthetic Institute wskazują, że zachowanie membran PVC bardzo zależy od rodzaju i ilości plastyfikatora oraz od grubości. W tym samym opracowaniu opisano ponad 50 zapór betonowych i murowanych uszczelnionych membranami z plastyfikowanego PVC, które pracują ponad 30 lat, przy czym standardem stał się drenaż (np. gruba geowłóknina) za membraną. Przy PVC-P szczególnie warto więc pytać o recepturę i przeznaczenie wyrobu, a nie tylko o cenę za metr kwadratowy.
Geomembrana HDPE i LLDPE
HDPE to polietylen wysokiej gęstości. Amerykańska specyfikacja GRI-GM13, często przywoływana w projektach, obejmuje geomembrany HDPE o gęstości co najmniej 0,940 g/ml i grubości od 0,75 do 3,0 mm, gładkie i teksturowane. Specyfikacja wymaga m.in. badania odporności na pękanie naprężeniowe, bo to właśnie ta cecha odróżnia dobry polietylen od słabego.
W zestawieniach producentów HDPE opisuje się przez wysoką odporność chemiczną, niską przepuszczalność i dużą wytrzymałość, a typowe zastosowania to składowiska, obiekty górnicze i zbiorniki. Elastyczność i łatwe dopasowanie do nierównego podłoża przypisuje się natomiast LLDPE, PVC i EPDM. Arkusze polietylenowe łączy się termicznie, zgrzewarką klinową lub ekstruzyjną, a wytrzymałość spoin ma osobne specyfikacje, dlatego montaż HDPE to zadanie dla ekipy z odpowiednim sprzętem i kontrolą jakości.
LLDPE (polietylen liniowy niskiej gęstości) ma podobny skład, ale mniejszą krystaliczność niż HDPE. Jest bardziej elastyczny i lepiej znosi nierówne, osiadające podłoże; stosuje się go m.in. w stawach, kanałach i przykryciach.
Maty bentonitowe (GCL)
Mata bentonitowa to cienka warstwa gliny, najczęściej bentonitu, zamknięta między dwiema geowłókninami albo połączona z geomembraną. Według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) bentonit po kontakcie z wodą szybko pęcznieje i dzięki temu zamyka drobne uszkodzenia; w badaniach laboratoryjnych samouszczelniały się otwory o średnicy do 75 mm. Przepuszczalność suchego bentonitu wynosi około 1×10⁻⁶ cm/s, a po nasyceniu wodą zwykle spada poniżej 1×10⁻⁹ cm/s. EPA zwraca uwagę, że szczelność maty zależy od nacisku warstw leżących na niej: im większe obciążenie, tym mniejsza przepuszczalność. Bez odpowiedniej warstwy gruntu (grubość według zaleceń producenta) mata pod obciążeniem ulega ściśnięciu i jej przepuszczalność rośnie. Dlatego maty stosuje się tam, gdzie dno i skarpy zostaną przykryte.
Porównanie: HDPE czy EPDM, a może PVC?
| Cecha | EPDM | PVC-P | HDPE | Mata bentonitowa |
|---|---|---|---|---|
| Elastyczność | bardzo wysoka | wysoka | niższa niż LLDPE, PVC i EPDM | nie dotyczy (mata pod gruntem) |
| Łączenie arkuszy | taśmy, kleje | zgrzewanie lub klejenie rozpuszczalnikiem | zgrzewanie termiczne (klinowe lub ekstruzyjne) | wg instrukcji producenta |
| Typowe zastosowanie | stawy, zbiorniki o złożonym kształcie | zapory, stawy dekoracyjne | zbiorniki, składowiska, górnictwo | zbiorniki z dnem przykrytym gruntem |
| Na co uważać | przygotowanie podłoża | receptura i plastyfikator | jakość spoin, pękanie naprężeniowe | odpowiednia warstwa gruntu na macie |
Tabela porządkuje cechy opisane w źródłach, ale nie zastępuje projektu. Przy dużym zbiorniku o doborze materiału decydują obciążenia, rodzaj gruntu, nachylenie skarp i to, czy woda będzie wykorzystywana do picia, w hodowli czy do celów technicznych.
Jak długo wytrzymuje membrana?
Trwałość geomembrany zależy przede wszystkim od tego, czy jest odsłonięta, czy przykryta. Geosynthetic Institute w opracowaniu o prognozowaniu żywotności (aktualizacja z 2011 r.) podał dla membran odsłoniętych w suchym i gorącym klimacie prognozy oparte na przyspieszonych badaniach laboratoryjnych: HDPE ponad 36 lat (badania trwały), LLDPE około 36 lat, EPDM ponad 27 lat (badania trwały), fPP około 30 lat, a PVC od około 18 do ponad 32 lat, zależnie od receptury. Dla HDPE przykrytego gruntem prognoza jest znacznie dłuższa: półokres zmiany właściwości szacowano na 446 lat w 20 °C i 69 lat w 40 °C.
Wynika z tego praktyczny wniosek: przykrycie membrany warstwą gruntu, kamienia lub geowłókniny ochronnej wydłuża jej życie bardziej niż wybór „najlepszego” materiału. Żadna z tych liczb nie jest jednak gwarancją. Gwarancję określa producent w dokumentach konkretnego wyrobu.
Jak dobrać grubość i przygotować zbiornik?
- Sprawdź przeznaczenie wyrobu - membrana dachowa i membrana do zbiornika to różne produkty. Szukaj wyrobu deklarowanego do zbiorników wodnych, a przy wodzie pitnej lub hodowli ryb pytaj o dopuszczenia do takiego kontaktu.
- Dobierz grubość do skali - przykładowa membrana stawowa EPDM ma 1,0 mm, a specyfikacja GRI-GM13 obejmuje HDPE od 0,75 do 3,0 mm. Grubszą membranę wybiera się przy większej głębokości, ostrym podłożu i ruchu ludzi lub sprzętu po dnie.
- Przygotuj podłoże - usuń kamienie i korzenie, wyrównaj dno i skarpy. Warto ułożyć pod membraną geowłókninę ochronną: geomembrana jest szczelna tylko tak długo, jak długo nie ma przebicia, a geowłóknina lepiej znosi kontakt z ostrymi elementami.
- Zaplanuj połączenia - przy EPDM liczba spoin jest mała dzięki dużym arkuszom. Arkusze polietylenowe zgrzewa się termicznie, co wymaga sprzętu i kontroli spoin.
- Rozważ przykrycie - przykrycie dna i skarp gruntem albo kamieniem chroni membranę przed promieniowaniem UV i uszkodzeniami, a według cytowanych badań wyraźnie wydłuża jej życie.
Najczęstsze pytania
Czy membrana dachowa EPDM nadaje się do stawu?
Nie zawsze. Do stawów i zbiorników przeznacza się osobne wyroby EPDM, deklarowane do stałego kontaktu z wodą. Przy stawie z rybami lub roślinami trzeba wybrać membranę, której producent dopuszcza takie zastosowanie.
Co jest lepsze do zbiornika retencyjnego: HDPE czy EPDM?
Przy dużym, prostym zbiorniku z ekipą wyposażoną w zgrzewarki często wybiera się HDPE. Przy nieregularnym kształcie, montażu bez ciężkiego sprzętu i potrzebie łatwej naprawy przewagę ma EPDM. Decyzja należy do projektanta, bo zależy od gruntu, skarp i obciążeń.
Czy mata bentonitowa może pracować bez przykrycia?
Nie powinna. Szczelność maty zależy od nacisku warstw leżących na niej, a bez odpowiedniej warstwy gruntu mata pod obciążeniem ulega ściśnięciu i traci część szczelności. Grubość przykrycia określa producent wyrobu.