На всех строительных выставках и форумах, включая Экспоцентр, ВСН в Сокольниках, в Олимпийском, на Нахимовском проспекте, Манеже, а также проводимых семинарах в Стройинформ, круглые столы на ВДНХ, Доме на Брестской, в МГСУ проблемы кровельных материалов и технологий вызывают огромный интерес и собирают большое количество участников. Дело в том, что крыша - один из важнейших функциональных элементов, обеспечивающих эксплуатационные качества и долговечность здания в целом. На их ремонт ежегодно расходуется до 15% средств, предусмотренных на содержание жилищного фонда. По данным Госстроя РФ в 2000г. суммарная площадь кровель существующего жилищного фонда составила 2млд 800млн м2, из них 470млн.м2-плоские кровли. Материалы и конструкции крыш находятся в очень сложных условиях эксплуатации. Из-за неблагоприятных климатических факторов в центральной части России, как то: частые осадки (184 дня в году), нередкие перепады температуры в зимний период, воздействие атмосферы с различными агрессивными средами: ветровыми, солнечными ( особенно воздействие ультрафиолетовых лучей), радиационными, термическими, различными агрессивными газами, воздействие атмосферы с высоким содержанием озона, - проблема повышения качества и достижения долговечности покрытий зданий приобретает особую актуальность. От качества устройства и эксплуатации кровель зависят расходы на ремонт здания. Дефекты кровель приводят к большим затратам на восстановление первоначального состояния самой кровли, а также отделки нижележащих этажей. Кроме того, протечки морально влияют на жильцов, которые лишаются комфортных условий. Протечки в кровле чаще всего объясняют некачественными уложенными материалами, что далеко от истины. Так как кровли являются наиболее ремонтируемыми элементами крыш, то занимаются этими работами огромное число фирм. В настоящее время по стране насчитывается 209 тысяч фирм, имеющих строительную лицензию, из них 50 тысяч находятся в Москве, из которых около 13 тысяч фирм занимаются кровельными работами. Рабочие этих фирм очень часто состоят из случайных людей, которые не были обучены для работы на кровле с различными материалами по различным технологиям. Важен контроль за качеством укладки материала. При обследовании кровель часто наблюдаются рваные швы, отсутствие "розочек" при оклейке труб, неравномерность прогрева рулонов при подплавлении, выражающаяся в виде неравномерного вытекания подплавленного утолщенного слоя битумной мастики. Непрофессионализм рабочих приводит к нарушениям технологии укладки, неправильному выполнению углов внутренних и наружных, выходов труб, шахт. Следует допускать для работы на кровлях только обученных кровельщиков. Укладка материала на плохую стяжку приведет к ускорению образования дефектов. Стяжка должна выполняться израствора марки более 300 армированного пескобетона. Для лучшего сцепления материала со стяжкой следует снимать цементное молоко. Поверхность, на которую укладываются битумно-полимерные материалы, должна быть сухой, чистой, ровной. Влажность основания должна быть не более 4-5%, причем не поверхностная, а глубинная влажность. Многие рабочие игнорируют эти требования. При укладке битумно-полимерных материалов необходимо следить за влажность основания, на которое укладывается гидроизоляционный материал, а также за влажностью теплоизоляционного слоя, так как битумно-полимерные кровли паронепроницаемы. Основной враг для битумных и битумно-полимерных материалов влага и водяной пар в подкровельных слоях. Влага в виде пара будет выходить на поверхность и кровельный ковер за счет давления водяных паров будет отрываться от поверхности основания. Очень часто при ремонте кровель не восстанавливаются уклоны, не устраняется просадка утеплителя, не заменяются стяжки, не ремонтируются выступающие элементы. После очистки и выравнивания основания требуется его грунтовка праймером. Грунтование необходимо для улучшения адгезии и уменьшения воздействия пыли (невзирая на то, что обязательно перед грунтованием очищают и сдувают грязь и пыль). Кроме того, поверхности, покрытые праймером, имеют стойкость к воздействию атмосферной влаги, что упрощает в дальнейшем технологию укладки материалов. Непрофессиональные кровельщики грунтуют основание не сплошным слоем, а веерообразными движениями. Наиболее распространенными дефектами в настоящее время являются: вздутия; пазухи; рваные швы; отсутствие защитного слоя; трещины в ковре; плохо выполненные примыкания; оплывы мастики; механические повреждения из-за установки антенн, рекламных щитов, хождения людей; биоразрушения в виде мха, грибов, растений; обледениение в зимний период прикарнизной зоны и приточных вентиляционных отверстий; ледяные пробки в водосточных воронках и выпусках; отсутствие температурно-усадочных швов в основании, большие зазоры между плитами и провисание кровельного ковра, нахождение влаги между полотном верхним и нижним, влага и пыль в основании. Разрушение сплошности кровельного ковра может происходить из-за суточных температурных деформаций, прогибов опорных сечений плит, осадки здания, усталостных изменений. Причины этих дефектов различные. Разрушение кровельного ковра связано, с одной стороны, с деформациями основания под влиянием температурных перепадов, с другой - со старением покровного слоя материала. Другое явление, которое встречается при рассмотрении атмосферостойкости кровель, это термонапряженное состояние ковра и его растрескивание под влиянием усилий, возникающих в кровле из рулонных материалов за счет разности коэффициентов линейного расширения битума и бетона основания. Условие монолитности кровли состоит в том, чтобы температурные напряжения не превосходили предел длительной прочности материала при расчетной температуре. Считается, что повышение трещиностойкости можно достигнуть армированием или пластификацией материала. Это позволит уменьшить величину температурных напряжений за счет снижения модулей упругости и времени релаксации. Под воздействием мощных растягивающих и сжимающих усилий неспособные к обратимым деформациям кровельные материалы на традиционных основах или разрываются или чаще отслаиваются от основания кровли. Материалы из эластичных полимерных волокон способны многократно обратимо удлиняться вместе с основанием кровли, не отслаиваясь от него. До 1970-х годов кровельный материал от агрессивного нагрева солнечными лучами защищался на крыше гравийной посыпкой (при температуре наружного воздуха 360С температура кровли достигает 830С). В дальнейшем посыпку из кирпичных крошек, вермикулита, гранитной крошки, керамических гранул, асбогаля стали наносить на верхний слой во время изготовления материала. Во время эксплуатации эта посыпка у некоторых материалов выветривается и вымывается в водосточные воронки. Укладку ведут из рулонных битумных и битумно-полимерных материалов отечественного и импортного производства толщиной 3-5,5мм. А это значит, что при укладке образуются многочисленные швы и соединения внахлест. На кровлях имеются множество вентшахт, труб, выходов, примыканий к вертикальным поверхностям, а битумно-полимерные материалы не могут воспроизвести контур выступов, сопряжений и изменений плоскости конструкций. Поэтому оклейка труб, примыканий, углов и др. должна производиться по специальному раскрою или специальными приемами, что требует навыков и профессионализма кровельщиков. Специальный раскрой рулонов усложняет сложную и трудоемкую процедуру устройства кровли. При сопряжении стыков трех полотнищ и более значительно усложняется процесс укладки кровли. Многие кровельщики не следят за температурно-усадочными швами, расположенными над торцевыми швами несущих плит и над температурно-усадочными швами в слоях монолитной теплоизоляции, разделяющие поверхность стяжки из цементно-песчаного раствора на участки 6х6м, а из песчаного асфальтобетона не более 4х4м. Трудности возникают и по вине проектировщиков из-за малой проработки конструктивных решений элементов крыш. Например, проектные недоработки в серии П55, выражающиеся в малых (4-8см) расстояниях между водосборным лотком и вентшахтой, создают трудность укладки и ремонта кровли. Иногда проектировщики не дорабатывают решения узлов, не указывают рассечки в стяжках и деформационные швы. Новые СНиП 31-10-2000 "Кровли. Нормы проектирования" до сих пор не утверждены. Действующие СНиП на проектирование кровель введены около 30лет назад, а за это время (особенно в последние 10 лет) появилось множество кровельных материалов, и можно говорить о "кровельной революции". Свойства материалов зничительно улучшились: увеличилась теплостойкость до 110-1400С, содержание вяжущего до 6кг/м2, прочность при разрыве увеличилась в два раза, гибкость на брусе с +5 доходит до -400С. Проектировщики же не успевают знакомиться с новыми материалами, иногда применяют совершенно неподходящие для данной кровли или устаревшие материалы. На сегодняшний день насчитывается: битумных и битумно-полимерных материалов более 250 наименований отечественного и зарубежного производства (бикропласт, бикроэласт, бикрост, бистерол, бирепласт, вестопласт, днепромаст, изопласт, изоэласт, кинепласт, левизол, люберит, рубитэкс, термофлекс, техноэласт,, унифлекс, филизол, эластобит и др.); полимерных - эластомерных и термопластичных более 115 наименований (кровлен, эластокров, ТЭПК, ЕРДМ, ТПО, ПВХ, поликров и др.) ; мастичных около 130 наименований (изол, брит, бэлам, бутислан, пластомаст,, байбрим, бакрис, гиссар, супермаст, эламсат, ижора, кровлелит, вента, неоплен, огнебит, эгик и др.). Каждому материалу соответствует определенная технология укладки. Некоторые фирмы применяют свои приемы для гидроизоляции выступающих элементов, например, для оклейки внутренних углов эластомерными материалами американская фирма Файерстоун применяет прием "свиное ухо", где отсутствует подрезка материала. Полимерные, битумно-полимерные и битумные материалы делятся на мастичные и рулонные. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки. Недостаток мастичных покрытий в том, что весьма трудно добиться гарантированной толщины изолирующей пленки, особенно при больших уклонах и неровных поверхностях. Поэтому необходимо либо тщательно готовить поверхность, либо увеличивать расход материала. И то и другое приводит к увеличению стоимости покрытия. Поскольку мастичное покрытие наносится сплошным ковром ("полосовая приклейка" невозможна), то очень затрудняется выход паров, пары эти создают избыточное местное давление в тех или иных местах кровельного ковра и приводят к возникновению пузырей. А это не только ухудшает внешний вид, но и снижает долговечность покрытия. Некоторые из мастик этого типа являются двухкомпонентными. Учитывая культуру труда в строительстве, практически невозможно добиться идеального качества и гомогенности состава материалов в реальных условиях стройки. Указанная проблема опять-таки приводит к снижению качества покрытия и решается традиционным путем - увеличением расхода материалов. К преимуществам же мастичных и наливных полимерных материалов относится то, что на кровле отсутствуют места стыков и швов, а также то, что достаточно просто и с большой степенью надежности можно выполнять узлы примыканий к инженерным сооружениям на кровле. Кроме того, учитвывается только коэффициент линейного расширения для мастики и основания. В рулонных кровлях следует учитывать коэффициент линейного расширения клеящего состава, который должен иметь адгезию к основе рулонного материала и основанию. Рулонные материалы, имеющие свои недостатки, вне зависимости от условий производства работ и состояния поверхности создают изоляционный слой с необходимой гарантированной толщиной. Кроме того, появляются новые технологии для ремонта кровель. Фирма "Люберит" осуществляет ремонт с прослойкой утеплителя из жестких пенополистирольных плит между ремонтируемым и вновь укладываемым кровельным ковром. Эта технология позволяет решить вопрос с просушкой ремонтируемого кровельного покрытия в процессе эксплуатации, обеспечивает устройство необходимой разуклонки и позволяет снизить напряжения, которые могут передаваться от деформаций ремонтируемого покрытия на вновь уложенный кровельный ковер. Традиционные рубероиды укладываются в 3-5 слоев. В настоящее время имеется тенденция укладки 1-2 слоев. Материал должен иметь надежность одного слоя, равной надежности трех-пяти слоев в многослойных конструкциях крыши. В настоящее время нет нормативных документов, регламентирующих применение рулонных материалов на различные конструктивные элементы крыши (например, для глади горизонтальной поверхности, примыканий к трубам, шахтам, вертикальной поверхности, сочетание нижних слоев одних материалов и верхних слоев из других материалов), не указаны требования к материалам нижнего слоя и верхнего слоя. ЦНИИПромзданий проводит сертификацию всех гидроизоляционных и кровельных материалов, затем выпускает Руководства по их укладке. В этих Руководствах приводится рекомендуемое количество слоев только для данного материала. Сочетание нижних слоев из одних более дешевых материалов разных производителей и верхних слоев, как самых ответственных, из материалов с высокой атмосферостойкостью. Кровельные материалы должны соответствовать: начальным эксплуатационным характеристикам; требованиям долговечности и эксплуатационной надежности. На долговечность оказывает влияние выбор материалов, т.е. свойства материалов: прочность на растяжение, относительное удлинение при сохранении водонепроницаемости; гибкость на брусе при отрицательных температурах; прочность на прокол; водопоглощение; способность изменения геометрических размеров, кроме того влияние озона, ультрафиолета, перепада температур, частые переходы от плюсовых температур к минусовым , адгезии к основанию. Кроме того, долговечность кровель зависит от качества конструктивных проектных решений; от правильности выбора материала; от транспортирования и хранения материала; от соблюдения технологии укладки; от соблюдения правил эксплуатации кровли. До сих пор на практике не решен вопрос по контролю усталостной прочности и надежности работы, нет свода правил по эксплуатации кровель, не введена система контроля качества. Материалы, применяемые для устройства мягких кровель, в основном, примерно 80% это битумные и битумно-полимерные. Полимерные кровельные материалы только начинают применяться для укладки на плоских кровлях. Химический состав битумов очень сложен, перечень находящихся в нем соединений насчитывает более 300 наименований. Поэтому полная индентификация состава битума невозможна. В 1940-х годах Маркусон предложил номенклатуру групп компонентов битума: 1) карбоиды-не растворяются в сероуглероде; 2) карбены - не растворяются в четыреххлористом углероде; 3) асфальтены - высокомолекулярная часть битума, не растворяются в парафиновых углеводородах; 4) мальтены - растворяются в низкокипящих предельных углеводородах. В зависимости от структурообразующих компонентов разделяют: масла, смолы, асфальтены. Битум состоит в основном из трех групп структуросодержащих компонентов: масел (в том числе ароматической и парафинонафтеновой природы), смол и асфальтенов. По коллоидному состоянию битумы классифицируют на золь; золь-гель; гель. Масла и смолы поддерживают асфальтены в виде коллоидного раствора. Лучшим сырьем для кровельных битумов являются высокосмолистые малопарафинистые нефти нафтенового или нафтеноароматического основания. Изменение свойств битумов зависит от видов сырья, режимов и способов получения. Битум является сложной дисперсной системой, где дисперсионной средой (растворителем) являются мальтены, а дисперсной фазой- асфальтены. При окислении дисперсионная среда битумов уменьшается и обогащается парафинонафтеновыми и тяжелыми ароматическими соединениями. Следовательно, уменьшается химическая близость дисперсионной среды к асфальтенам. От соотношения долей мальтенов к асфальтенам и их химической близости зависит теплостойкость и трещиностойкость битума, а, следовательно, и его долговечность. Битум стареет медленнее, чем больше химическая близость мальтенов и асфальтенов. Хромотограмма битума выясняет переход от одной группы к другой или переход от масел к смолам. Определив тип битума, можно говорить о его поведении при эксплуатации. В интервале температур -50 до +2000С битум имеет агрегатное состояние от твердого до жидкого. В процессе окисления битумов количество масел в них уменьшается за счет снижения содержания низкомолекулярных ароматических компонентов масел; парафинонафтеновые соединения остаются практически неизменными, поэтому их доля в маслах повышается. Содержание асфальтенов в битуме в целом повышается. Прочность битума определяется прочностью асфальтенового каркаса. В окисленных битумах (немодифицированных) "утяжеление" молекул углеводорода проводится атомами кислорода. В высокоокисленных битумах содержание асфальтенов высокое, при небольших температурах они образуют сплошную структуру, обеспечивая битуму вязкоэластичные свойства и необходимое сопротивление текучести. Чем менее окислен битум (менее температура размягчения), тем меньше в нем асфальтенов и много масел. Первичная стадия разрушения поверхностного слоя битума состоит из двух параллельно протекающих процессов: удаления легколетучих фракций мальтеновой составляющей битума под действием повышенной температуры и изменения состава битума в результате полимеризационных и окислительных процессов, инициируемых ультрафиолетовым облучением. Это приводит к увеличению доли твердых составляющих битума в поверхностном слое. Тонкий поверхностный слой переходит из упруговязкопластичного состояния в упругохрупкое. Окисленным битумам присуща высокая хрупкость битумного слоя, которая и приводит к трещинам. Поэтому с 1946г. начались попытки модификации окисленных и малоокисленных битумов. Первыми модификаторами являлась резиновая крошка. Битум приобретает свойства аналогичные полимеру-модификатору. Полимеры, набухая и диспергируясь в мальтеновых фракциях битума, образуют армирующую сетку каркас, повышающую эластичность материала и препятствующую распространению микротрещин. Битумно-полимерный материал становится морозостоек, приобретает высокую эластичность, имеет большую сопротивляемость течению при повышенных температурах и большую сопротивляемость усталостным нагрузкам. Усталостное разрушение- это процесс разрыва химических структурных связей. Статическая усталость вызывает накопление микродефектов и ведет к потере прочностных свойств и нарушению сплошности покрытия. При постоянном хранении в воде битумы и полимеры насыщаются водой, которая действует на них как пластификатор, снижая прочность; взаимодействие их реакционноспособных составляющих приводит к повышению жесткости, образованию микротрещин и снижению водоустойчивости. Для модификации используются полимеры с линейной углеродной (полиэтилен, полипропилен) или разветвленной цепью (полиизобутилен, сополимеры пропилена), а также полимеры, включающие ароматические кольца (дивинилстирольные ароматические каучуки). В окисленных битумах (немодифицированных) "утяжеление" молекул углеводорода проводится атомами кислорода. В настоящее время основными модификаторами являются бутадиен-стирольный термоэластопласт блочного строения типа СБС (стирол-бутадиен-стирол) и атактический полипропилен (АРР). СБС-материалы отличаются отличной адгезией к основанию, хорошей устойчивостью к циклическим перепадам температур, высокой эластичностью при отрицательных температурах (ниже -200С), гибкостью при температурах до минус 40-450С, а АПП-материалы высокими (свыше 1200С) показателями теплостойкости. Иногда модификатор АПП применяется в смеси с изотактическим полипропиленом (ИПП) для выпуска материалов: атаклон, бикропласт, изопласт. Поэтому в разных климатических поясах в России появилась возможность выбор материала, при выпуске же одного рубероида в стране раньше не было этого вопроса. СБС, введенный в битум, адсорбирует ароматические мальтены битума, набухая в них. При большом содержании СБС от 6 до 8% в битуме объемная доля набухшего полимера высока настолько, что он выделяется в отдельную фазу. Образуется квазидвухфазная система: фаза, обогащенная СБС и фаза, обогащенная асфальтенами. СБС является высокоактивным эластичным наполнителем битума, укрепляющего своими волокнами битумную матрицу. При высокой концентрации полимера СБС 12% происходит обращение фаз, и полимер из наполнителя становится наполняемым материалом (матрицей), а битум становится наполнителем. Эта система "битум-полимер" приобретает свойства полимера. Размеры СБС увеличиваются в 6-9 раз. Загущивая дисперсионную среду, бутадиен-стирольный термоэластопласт активно влияет на свойства битума, понижая его температуру хрупкости и пенетрацию и повышая температуру размягчения, у системы появляются признаки эластичности, относительное удлинение увеличивается до сотни раз, остаточное удлинение уменьшается, улучшаются усталостные свойства. Введение набухающего полимера, как и процесс окисления битума, приводит к уменьшению доли масляной фракции и перераспределению ассоциированных асфальтенами масел. Молекулы введенного СБС конкурируют с асфальтенами за мальтены битума. При очень высоком критическом содержании полимера количество мальтенов становится недостаточным для пептизации асфальтенов, и асфальтены коагулируют в виде твердой фазы, битум теряет свои прочностные свойства. Чем больше окислен битум, тем меньше полимера можно ввести без ущерба его коллоидной стабильности. Д.А.Розенталь в своих работах подтвердил постоянство суммы асфальтенов и полимеров для критических битумных композиций из одинаковых видов сырья и предложил эмпирическую зависимость, по которой можно рассчитать предельное количество набухающего полимера. Предельное содержание полимера для неокисленных битумов БНК-40/180 будет находиться в количестве 15-20% по массе, а для окисленных битумов БН-70/30 - не менее 8% по массе. Средние компоненты этих битумов из нефтей с наибольшей степенью ароматичности (западносибирских нефтей) приведены в таблице. Битумно - полимерные вяжущие с использованием среднеокисленных битумов весьма близки к критическому состоянию. При эксплуатации кровли под действием теплоты и солнечной радиации нарушается компонентный состав битума, происходят судативные процессы (при различных составах битума при контакте различных слоев возможно перетекание масел из одного битума в другой). Битумы, содержащие тугоплавкие асфальтены, выделяют твердые частицы асфальтенов скорее, чем масла. Термодинамически и агрегативно неустойчивая двухфазная система битумно-полимерного вяжущего, близкого к критическому состоянию, распадается. В результате миграции компонентов битум, из которого удаляются масла, становится более мутным и хрупким. Атмосферное старение аналогично искусственному окислению битумов: содержание масел постоянно убывает, а асфальтенов увеличивается. При введении 5-8% СБС полимер-битумная мембрана более неустойчива к распаду и через короткий промежуток времени близка к материалам из окисленного битума. СБС-модификация материала такова, что существует минимальная предельная величина объемного содержания полимера, при котором происходит качественный скачок в свойствах битума, а следовательно и кровли. Любые эксперименты с эти нижним пределом имеют своим результатом разницу между качеством и ценовой угодой потребителю. Материалы с добавками полимера в объеме меньшем, чем минимально допустимый, мало отличаются от материалов из окисленного битума. Подрядчик же, заплатив за дорогой материал, ведет работы недолговечными материалами. Например, по DIN52133-95 материал СБС-модифицированным может считаться только с гибкостью не выше-250С и теплостойкостью не ниже +1000С. Минимальный уровень параметров достигается при соблюдении пропорций для насыщения битума полимером- теплостойкость +950С и гибкость на брусе радиусом 25мм не выше-250С. Ультрафиолетовые лучи увеличивают старение материала: увеличивается трещинообразование, повышается температура размягчения. В настоящее время совершенствуется не только материал, но и технология его укладки. Этот способ позволяет добиться увеличения долговечности кровель. Предложен способ с заменой огневого способа на инфракрасный метод (ИК), При укладке битумных и битумно-полимерных материалов способом подплавления нижнего слоя используют газовые горелки, работающие на газе (пропане или бутане). Температура пламени на конце факела газовой или топливной горелки достигает 600-8000С. Факел должен действовать на материал не более 5сек, иначе верхний слой битума выгорает (образуется пережег материала), происходит его воспламенение и вытекание мастики из-под наклеиваемого рулона, материал частично теряет свои свойства. Это приводит к ухудшению показателя гибкости материала на 1-50С, так как верхний слой битума выгорел и утратил свои первоначальные свойства. Замена огневого способа на инфракрасный метод (ИК), суть которого состоит в создании температуры разогрева нижней поверхности битумного или битумно-полимерного материала до1600С, позволяет полностью исключить разрушение материала. Поэтому не следует винить класс битумно-полимерных материалов, а следует применять более инженерно-грамотные способы, подходящие для битумно-полимерных материалов. Материалы проходят обязательную трехуровневую сертификацию, а сертификация технологии работ пока еще остается добровольной. Многие зарубежные производители материалов выпускают комплектующие изделия для примыканий с различными элементами. Например, для прохода труб выпускается "конусная шляпа", которая может быть на стройке подрезана под нужный диаметр выходящей трубы. Изготавливаются прижимные рейки, продуман герметик под прижимные рейки, работающий только под компрессией (давлением), предлагается водоотталкивающий герметик на рейку. Отечественным производителям следует также продумать вопрос комплектации кровельного материала на особо важных и часто подверженным дефектам участках кровли деталями заводской готовности. При анализе дефектов ковель в Канаде обнаружили, что в первой половине века (1900-1950г.г.) кровли имели большую долговечность, а во второй половине века долговечность уменьшилась на 20-50%. В первой половине века применялись конструкции по деревянному основанию или по бетонному основанию с ДВП толщиной 25-50мм для защиты кровли от деформаций бетона при его растрескивании на горячем битуме. Во второй половине прошлого века появился стальной профлист, который имеет недостатки: меньшая поверхность для закрепления кровли; большая проницаемость для воздушных потоков; температурные деформации; корродирование; деформация под нагрузкой; быстрое остывание клеящей мастики при укладке элементов кровли на металлическую поверхность. Этот анализ показывает, что надо искать пути совершенствования технологии укладки на основание, а также выдвигать необходимые требования к самим основания. На стройке должны четко различать кровельные материал
вернуться к списку статей
