Вход в личный кабинет
Главная / Статьи / Крыши / Статья №37

Долговечность кровельных материалов и расчет кровли

ЗАО «Поликром»
В.В. Полозюк
Статья по строительству на StroyFirm.Ru

Ежедневно инженеры-проектировщики в своей профессиональной деятельности сталкиваются с расчетами, позволяющими сделать оптимальный выбор конструкции. И этот выбор напрямую зависит от качества и физико-механических показателей применяемых материалов. Даже неспециалисту ясно, что при равной нагрузке сечение деревянной балки будет намного больше стальной, что толщина стены зависит от коэффициента теплопроводности применяемого материала и т.п.

Но как только мы сталкиваемся с выбором конструкции кровли, и особенно плоских мягких кровель, инженерный, имеющий здравый смысл, подход становится не применимым. И действующий, и готовящийся к утверждению СНиП на кровли, фиксируют лишь долголетний опыт применения битумных мягких кровельных материалов.

Печальный опыт применения материалов на картонной основе показал, что 4-5-слойные кровли текут через 2-3 года и увеличение числа слоев при ремонте не ведет к повышению надежности кровель.

Внедрение в практику строительства битумно-полимерных материалов на стекло- или синтетической основе, а также новых импортных материалов для кровельного пирога, таких как ориентированно-стружечная плита (ОСБ), позволило разработчикам нового СНиП уменьшить количество слоев, но не изменило прежний подход к разработке нормативных документов по конструкциям мягких кровель, основывающийся на опыте и перестраховке.

Появление на рынке кровельных материалов импортных и отечественных однослойных полимерных кровельных и гидроизоляционных мембран (ПКГМ) и реально существующая сегодня в мировой и отечественной практике тенденция по увеличению использования ПКГМ, нашли отражение в действующей нормативной базе, но внесли дополнительные трудности при выборе типа кровельного материала и конструкции кровельного ковра.

Но, несмотря на все эти неувязки и скромные объёмы использования (из 370 млн. м2 мягких кровельных материалов в 2000 году менее 1% составили полимерные), появление на потребительском рынке отечественных кровельных мембран на основе этилен-пропилен-диенового каучука позволяет реализовать наиболее сложные технические решения, значительно увеличить долговечность и надежность кровель и гидроизоляции, даже при отсутствии, адекватной свойствам новых материалов, нормативной базы.

В тоже время актуальность широкомасштабного применения полимерных кровельных мембран с каждым годом возрастает, что и нашло отражение в Резолюции Госстроя России от 25 апреля 2000 года. Этим документом, "В качестве важнейшей задачи Госстроя России, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, отраслевых НИИ, проектных и строительных организаций" рекомендовано "наращивать производственные мощности и объемы выпуска полимерных кровельных и гидроизоляционных материалов на основе атмосферостойких каучуков", а Управлению стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России - "при корректировке действующей и разработке новой нормативно-технической документации, учесть предложения по применению современных материалов при проектировании, строительстве и реконструкции объектов и сооружений".

Накопленный опыт квалифицированного применения ПКГМ зачастую противоречит требованиям СНиП и ГОСТов, и даже робкие попытки внести в действующие документы разделы, регламентирующие применение ПКГМ, не системны и лишены логики. Так требования ГОСТ 30547-97 к рулонным материалам фиксируют лишь фактически достижимые физико-механических показатели для разного класса материалов, а не отражают требований, реально необходимых для долговременной и надежной эксплуатации кровель.

Например, требования к прочности эластомерных материалов различны для вулканизированных и невулканизироанных материалов, но о том, как проконтролировать степень вулканизации даже не упомянуто, а новая редакция СНиП при определении конструкции кровли из эластомерных материалов вообще не учитывает какой материал применяется сырой или вулканизированный, а лишь директивно устанавливает количество слоев в зависимости от уклона. При этом нигде не оговаривается минимальная толщина слоя, что может привести к формально соответствующему нормативу абсурду.

Требования к относительному удлинению эластомерных материалов (не менее 300%) отличаются от требований к термопластичным (не менее 200%), а к битумно-полимерным материалам этот показатель вообще не применяется.

Наиболее ярко подход, фиксирующий фактически достижимые показатели, выражается в требованиях ГОСТ 30547-97 к гибкости рулонных материалов. Разрешая применение битумных материалов на волокнистой основе с гибкостью при 0 °C на брусе c R=25 мм., через три строки, этот же документ запрещает применение эластомерных материалов с гибкостью при минус 39°C на брусе с R=5 мм. Комментарии, как говорится, излишни !

Отдельного обсуждения требует и такой показатель кровельных материалов, как долговечность. По утвержденной Госстроем России методике, долговечность битуминозных материалов определяется временем достижения материалом такого состояния, при котором, при испытании на гибкость на брусе R=25 мм, наличие трещин будет наблюдаться при +5 - +10°C. Даже у самых лучших битумно-полимерных материалов этот показатель не превышает 15-20 лет, тогда как у кровельных мембран на основе EPDM, этот показатель, по этой методике, приближается к бесконечности. Тогда на свет появилась и, также утверждена Госстроем России, методика определения долговечности полимерных кровельных материалов, в которой за критерий долговечности принято время, за которое материал достигнет состояния, при котором его относительное удлинение будет равно 50-100%.

Возникает парадоксальная ситуация, давая заключения о долговечности в 20 - 25 лет для полимерных кровельных материалов, методика искусственно ограничивает срок их службы, хотя при этом относительное удлинение в 2-3 раза превышает показатели битумных материалов, у самых лучших из которых, относительное удлинение не превышает 30% в момент изготовления.

Но разве требования к мягкой кровле, как элементу здания, должны зависеть от типа используемого материала ?!

Только сформулировав эти объективные требования, с учётом физико-механических показателей применяемых материалов, можно квалифицированно переходить к конструкции кровли. При одной и той же нагрузке и эксплуатационных воздействиях - рубероид на горячем битуме в 5 слоев, наплавляемые битумно-полимерные материалы - в 2 слоя, полимерные мембраны с высокой прочностью и относительным удлинением - в 1 слой !

Такой логически выстроенный инженерный и имеющий здравый смысл подход должен быть заложен и в предлагаемом к утверждению новом проекте СНиП 31-10-2001 Кровли, разработчики которого, наряду с требованием использовать битумные материалы на картонной основе только для временных зданий и сооружений, что является революционным изменением технической политики Госстроя России, на наш взгляд, неправомерно акцентируют внимание проектировщиков и заказчиков на класс битумных материалов, не уделяя полимерным рулонным и мастичным кровельным материалам должного внимания. Разрозненные и несистемные требования к конструкциям кровель с применением полимерных материалов не дают возможности грамотно спроектировать надежную кровлю, и в то же время не позволяют узаконить проверенные временем конструкции кровель.

Как минимум было бы целесообразным выделить в составе СНиП отдельный раздел с классификацией полимерных кровельных рулонных материалов (эластомерные, термопластичные, термоэластопласты) и полимерных мастик и в нем сформулировать технические требования к конструкциям кровель с их применением.

Считаем необходимым привлечь к доработке СНиП разработчиков и производителей современных ПКГМ, строительные фирмы, которые имеют опыт применения импортных и Российских ПКГМ. Этот опыт и идеология, заложенная при разработке новых ПКГМ, ещё мало доступны нашим проектировщикам, строителям и эксплуатационникам, а тем более чиновникам, от которых зависит принятие принципиальных решений.

Но, обозначив тупиковую ситуацию с нормативной базой применения ПКГМ, было бы не логичным не предложить и выход из этой ситуации.

В общем виде, конструкция мягкой кровли (а все, в конце концов, сводится к количеству слоев) должна определяться формулой:

КС=МЭН/ПСМ·d  (1)

где
КС - количество слоев рулонного материала
МЭН - математический эквивалент механической и эксплуатационной нагрузки на кровлю, н/м (кг/см)
ПСМ - приведенные свойства материала, МПа (кг/см2)
d - толщина материала, м (см)

Самое сложное здесь, определить математический эквивалент, таких разных по своей природе, воздействий на кровлю, как механическое, агрессивных сред, УФ-облучение, окисление озоном и т.д. Немаловажно здесь и приведение к однообразию показателей кровельных материалов.

МЭН должен учитывать, реально возникающие при нормальной эксплуатации, воздействия на кровельный ковер:

механические - статические - от установленного на крыше оборудования
- динамические - от передвижения на кровле людей и механизмов
с учетом потери прочностных характеристик материалов (особенно битумных) при нагреве кровли в летнее время до 70-80 °C
эластические - способность компенсировать изменение линейных размеров кровли от температурных деформаций и подвижки грунтов
- отсутствие трещинообразования при отрицательных температурах от механических воздействий
атмосферные - способность сохранять первоначальные свойства во времени под воздействием воды, УФ-облучения, окисления и т.п.

Предлагается принять МЭН = 5000 Н/м (5 кг/см), как постоянную величину, отражающую реально действующие на кровлю нагрузки. Конкретное значение может быть обосновано усилием на разрыв 1 см 4-х слойного рубероидного кровельного ковра.

Приведение к однообразию показателей кровельных материалов не составляет труда и сводится к элементарной арифметике и использованию результатов ускоренных климатических испытаний проведенных в ЦНИИПромзданий для большинства импортируемых и выпускаемых в России кровельных материалов.

В качестве показателя механической прочности было бы целесообразно принять условную прочность при растяжении в МПа.

Эластические свойства должны характеризоваться двумя показателями относительным удлинением в % и гибкостью при отрицательных температурах.

Устойчивость к атмосферным воздействиям (долговечность) определяется временем потери на 50% значения одного из предыдущих показателей.

Методики определения этих показателей гостированы и широко применяются, ничего нового, требующего дополнительной научной разработки и проверки практикой, здесь не нужно.

Приведем пример пересчета показателей разных групп кровельных материалов к предлагаемым единым показателям (табл. 1). В качестве типовых представителей различных групп кровельных материалов приняты:

Рубероид - битумные материалы на картонной основе
Изопласт - битумно-полимерные материалы на синтетической основе
Поликром - полимерные кровельные и гидроизоляционные мембраны

Однообразные показатели свойств кровельных материалов позволяют сравнить качество разных групп материалов. Из таблицы видно с каким отрывом лидируют ПКГМ, а учитывая что стоимость ПКГМ и наплавляемых битумно-полимерных материалов сегодня сравнимы, показатель цена-качество явно предполагает приоритет выбора ПКГМ.

Таблица 1

Показатель Рубероид Изопласт Поликром
Механические показатели
Прочность фактическая 215 343 6
Ед. изм. по ГОСТ 30547-97 Н/50 мм Н/50 мм МПа
Толщина, мм 1,5 4,5 1,2
Единый показатель
Условная прочность, МПа
2,87 1,52 6,00
Эластические свойства
Относительное удлинение, % - 30 300
гибкость по ГОСТ 30547-97 R=25 мм, t= +5°C R=25 мм, t= -15°C R=5 мм t= -60°C
Старение под действием атмосферных условий
Долговечность, лет 5 20 20
Условная прочность после старения, МПа 1,43 1,90 7,5
Относительное удлинение после старения, % - 10 100
гибкость по ГОСТ 30547-97 после старения - R=25 мм, t= 0°C R=5 мм t= -45°C

Приведенные свойства материала предлагается определять по формуле:

ПСМ = УП·k1·ОУн/ОУф·k2·Гнф·k3·Днф  (2)

где
УП - условная прочность применяемого материала МПа (кг/см2)
k1 - коэффициент приведения относительного удлинения
ОУн = 30% - относительное удлинение нормативное
ОУф - относительное удлинение фактическое k2 - коэффициент приведения гибкости
Гн = -2°C - гибкость нормативная на брусе с R=25 мм
Гф - гибкость фактическая на брусе с R=25 мм
k3 = 1,25 - коэффициент приведения долговечности
Дн = 10 лет - долговечность нормативная
Дф - долговечность фактическая

Вычислив ПСМ по формуле (2), используя значения фактических показателей из таблицы 1, по формуле (1) получаем количество слоев для рубероида - 4, для Изопласта - 2, для Поликрома - 1. Хотя конкретные величины коэффициентов и нормативных значений приняты исходя из практического опыта и здравого смысла, полученные результаты расчетов подтверждают отраженный в СНиП опыт применения битумных рулонных кровельных материалов и подтверждают практику применения однослойных ПКГМ, несмотря на то, что она противоречит требованиям СНиП.

Не претендуя на истину в последней инстанции, и оставляя оппонентам право уточнять, дополнять, критиковать и даже отвергать, предложенную идею расчета кровельного ковра, хотелось бы привлечь к этой проблеме внимание представителей строительной науки. С появлением и внедрением в практику строительства ПКГМ пора бы теоретически обосновать накопленный практикой опыт.


Дата публикации:
Раздел: «Крыши»
Просмотров: 15682
Источник:
Самые читаемые статьи раздела «Крыши»:
Статья по строительству на StroyFirm.Ru 12.07.2007 08:25
Особенности вентиляции крыш (прочитана 29533 раз)
Многолетний опыт обследования чердачных помещений проведенной ГУП Академии Коммунального Хозяйства им К.Д. Памфилова свидетельствует, что традиционная вентиляция чердачных помещений через жалюзийные решетки слуховых окон оказалась неэффективной из-за нерационального размещения на крыше и малой площади отверстий. Не редкость встретить здание с вовсе забитыми слуховыми окнами и продухов.
Статья по строительству на StroyFirm.Ru 27.02.2006 08:25
Техническое решение двухъярусной мансарды и технология ее монтажа блочным способом (прочитана 26818 раз)
В данной статье предлагается техническое решение двухъярусной мансарды и технология ее монтажа блочным способом. Разработка предназначена для надстройки жилых кирпичных зданий серии 447-с с продольными несущими стенами.
Статья по строительству на StroyFirm.Ru 13.07.2008 08:25
Плоские инверсионные кровли (прочитана 23034 раз)
Подавляющее большинство особняков и коттеджей Москвы и Подмосковья имеет скатные кровли. Плоские крыши применяются довольно редко и чаще всего используются для перекрытия выступающих частей дома, террас и т.п. Конструктивно традиционная плоская крыша, часто именуемая мягкой кровлей, состоит из несущей плиты, на которую по слою пароизоляции уложен теплоизоляционный материал (плиты из минеральной ваты), защищенный от воздействия атмосферных осадков гидроизоляционным ковром на основе битумосодержащих рулонных материалов
Статья по строительству на StroyFirm.Ru 28.05.2007 08:25
Сколько стоит квадратный метр кровли ? (прочитана 19470 раз)
Прямо скажем, ответ на этот вопрос дает крайне мало информации. Когда вы покупаете в магазине костюм, вы не спрашиваете, сколько стоит квадратный метр материала. Вы спрашиваете, сколько стоит костюм.
Статья по строительству на StroyFirm.Ru 17.03.2007 08:25
Долговечность кровельных материалов и расчет кровли (прочитана 15682 раз)
Ежедневно инженеры-проектировщики в своей профессиональной деятельности сталкиваются с расчетами, позволяющими сделать оптимальный выбор конструкции. И этот выбор напрямую зависит от качества и физико-механических показателей применяемых материалов. Даже неспециалисту ясно, что при равной нагрузке сечение деревянной балки будет намного больше стальной, что толщина стены зависит от коэффициента теплопроводности применяемого материала и т.п.

  
добавить фирму | добавить объявление | заказ рекламы | карта сайта | написать нам
Время генерации страницы: 0,0077 sec.
Стройфирмы.РФ © 2003-2017 Каталог Строительных Фирм