Раздел6: материалы специального назначения

Тема 15: кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие битумные и полимерные материалы

1. Общие сведения

Основная задача, решаемая с помощью как кровельных, так и гидроизоляционных материалов,— создание водонепроницаемого покрытия, защищающего изолируемую конструкцию и здание в це­лом от воздействия влаги. Однако условия, в которых работают кро­вельные материалы, существенно отличаются от условий, в которых работают гидроизоляционные материалы.

Кровельные материалы подвергаются периодическому увлажне­нию и высушиванию, воздействию прямого солнечного излучения (особенно опасно действие его УФ-составляющей), нагреву, замо­раживанию, снеговым и ветровым нагрузкам.

Чтобы длительно и успешно работать в таких условиях, кровель­ные материалы должны быть атмосферостойкими, светостойкими, водо- и морозостойкими и достаточно прочными. В тех же случаях, когда крыша является видимым элементом сооружения (мансард­ные, двухскатные, вальмовые и т. п. кровли), материал должен отве­чать и определенным архитектурно-декоративным требованиям. И, наконец, технологичность и экономичность — общее требование ко всем кровельным материалам.

Гидроизоляционные материалы, в отличие от кровельных, работа­ют в условиях постоянного воздействия влаги или агрессивных вод­ных растворов (часто под давлением); температурные условия их работы более стабильны, солнечное облучение отсутствует, но воз­можно развитие гнилостных процессов.

От гидроизоляционных материалов требуются полная водоне­проницаемость, долговечность, базирующаяся на гнилостойкости и коррозионной стойкости, и свойства, обеспечивающие сохранение сплошности материала при различных внешних механических воз­действиях. Технологичность и экономичность остаются также не­ пременными требованиями.

Герметизирующие материалы — специфический вид материалов, назначение которых — обеспечить герметичность (водонепроницае­мость и непродуваемость) стыков конструктивных элементов зданий и сооружений (например, уплотнение стыков между панелями или между оконными блоками и стеной).

Для получения кровельных и гидроизоляционных материалов и изделий используют разнообразные материалы: металлы, керамику (черепицу), асбестоцемент, битумы, полимеры и др. В этой главе рас­сматриваются самые распространенные кровельные, гидроизоляци­онные и герметизирующие материалы, получаемые на основе чер­ных вяжущих (битумов и дегтей) и синтетических полимеров.

16.2. Кровельные материалы

Материалы на основе битумных, полимербитумных и полимер­ных связующих — главнейший вид кровельных материалов. К ним относятся самые разные по форме, размерам и физическому состоя­нию материалы:

• мембранные — большеразмерные полотнища (площадью 100...500 м²);

• рулонные — полотнища шириной около 1 м и длиной 7...20 м, поставляемые на строительную площадку в рулонах;

• штучные и листовые — мелкоразмерные полосы и листы (пло­щадью менее 1 и 2 м², соответственно);

• мастичные — вязкие жидкости, образующие водонепроницае­мую пленку после нанесения на изолируемую конструкцию.

Выбор того или иного типа материала зависит от многих факто­ров:

• конструктивных (угол наклона крыши, материал основания и др-);

• технологических (простота устройства покрытия);

• архитектурно-декоративных (желаемый цвет и фактура поверхности кровли);

• экономических (стоимость и долговечность).

Рулонные материалы. Этот вид кровельных материалов находит наибольшее применение. Площадь кровель, выполненных из рулон­ных материалов, составляет 45...47 % от общей площади кровель в России. Объясняется это, с одной стороны, невысокой стоимостью самих материалов и простотой устройства кровельного покрытия, а с другой — тем, что рулонные материалы — наиболее удобный вид кровельного материала для плоских (угол наклона 3...6"), в особенно­сти с уклоном вовнутрь кровель, характерных для типовых много­этажных панельных и кирпичных зданий. Популярны рулонные ма­териалы и для индивидуального строительства в сельских районах.

Первые рулонные материалы, появившиеся в конце XIX в.,— это толь, пергамин и рубероид. В основе этих материалов лежит кровель­ный картон, пропитанный черными вяжущими.

Кровельный картон получают из вторичного текстиля, макулатуры и древесного сырья. Картон имеет рыхлую структуру и хорошо впи­тывает влагу и другие жидкости (в частности, расплавленный битум). При увлажнении под действием солнечного излучения и в результате гниения картон теряет свои свойства. Пропитка битумом и дегтем за­медляет эти процессы.

Марка картона устанавливается по его поверхностной плотности (масса 1 м² картона в г); она может быть от 300 до 500. Ширина кро­вельного картона — 1000; 1025 и 1050 мм.

Толь (от фр. tole — листовое железо) — картон, пропитанный и покрытый с двух сторон дегтем. Изобретателем толя считается щвед Факс (1791 г.), предложенный в качестве кровельного материала пря­моугольные листы картона, пропитанные горячей смолой. Заводское производство толя началось в Германии в конце XVIII в. В современ­ном виде толь появился только в конце XIX в., когда началось произ­водство картона в рулонах, а пропитывать его стали каменноуголь­ным дегтем.

В настоящее время толь в качестве кровельного материала приме­няют лишь для временных сооружений, так как деготь быстро стареет на солнце, и материал разрушается через 2...3 года. Более целесообра­зен толь для целей гидроизоляции, где важную роль играют антисеп­тические свойства дегтя. Марки толя: ТКП-350; ТКК 400 (Т — толь; К — кровельный; П и К — тип посыпки; песчаная или крупнозерни­стая; 350; 400 — марка картона) и ТГ-300; ТГ-350 (Г — гидроизоляци­онный).

Пергамин — простейший рулонный материал, получаемый про­питкой кровельного картона расплавленным легкоплавким битумом (например, БНК 45/180). Применяют пергамин для нижних слоев кровельного ковра и для устройства пароизоляционных прокладок в строительных конструкциях. Марки пергамина П-300; П-350 и т. п. (П — пергамин; 300 — марка картона).

Рубероид — многослойный материал, получаемый, как и перга­мин, пропиткой кровельного картона легкоплавким битумом и по­следующего нанесения с обеих сторон слоя тугоплавкого битума, наполненного минеральным порошком. Лицевая сторона рубероида покрыва­ется «бронирующей» посыпкой (пес­ком, слюдой, сланцевой мелочью и т. п.), защищающей материал от УФ-излучения; нижняя сторо­на — порошком из известняка или талька, для защиты от слипания слоев в рулоне. Длина рулона 10...20 м.

Марки рубероида — РКК-420; РКЧ-350 и т. п. (Р — рубероид; К — кровельный; К и Ч — вид посыпки, соответственно крупнозернистая или чешуйчатая). Для нижних слоев кро­вельного ковра выпускается рубероид подкладочный с пылеватой посыпкой (П) с обеих сторон (например, РПП-300).

Качество рулонных кровельных материалов оценивается в соответст­вии со стандартом комплексом пока­зателей:

• прочностью, характеризуемой силой, необходимой для разрыва об­разца материала шириной 5 см, Н;

• деформативностью, характери­зуемой относительным удлинением материала при разрыве, %;

• гибкостью на холоде, характери­зуемой минимальной температурой, при которой образец материала не трескается при загибе его вокруг бруса радиусом 25 мм (для мате­риалов с основой) и 5 мм (для безосновных), °С (рис. 16.1);

• теплостойкостью, характеризуемой максимальной температу­ рой, при которой у вертикально подвешенного образца не наблюда­ ется стекания покровной массы, ⁰С;

• водопоглощением, %;

• водонепроницаемостью, характеризуемой временем, в течение которого образец не пропускает воду при определенном давлении.

Так, рубероиды марок РКК-400; РКК-350 и РПП-300 в соот­ветствии с техническими условиями должны иметь следующие пока­затели:

Технические характеристики материала

Показатели	РКК-400	РКК-350	РПП-300
Разрывная сила при растяжении, Н, не менее Теплостойкость, °С, не менее Гибкость на брусе R = 25 мм, °С Водопоглощение, % Водонепроницаемость при давлении Р = 0,001 МПа в течение, ч	340 80 +5 2,0 72	320 80 +5 2,0 72	220 80 +5 2,0 72

Кровля из рубероида и пергамина многодельна, так как представ­ляет собой многослойный (3...5 слоев) кровельный ковер, выклеивае­мый на крыше с помощью битумных мастик. Из-за хрупкости битум­ного связующего на холоде устройство кровли из рубероида невозможно в зимний период.

Помимо этого, кровли из обычного рубероида и пергамина имеют невысокую долговечность — 5...6 лет. Последнее объясняется низки­ми значениями прочности и водо- и биостойкостью картонной осно­вы, а также узким интервалом рабочих температур битумного вяжу­щего: на холоде (около 0 °С) он становится хрупким, а при нагреве до 60...80 °С размягчается и течет. Кроме того, и битум, и картонная ос­нова быстро стареют под действием солнечного излучения и кисло­рода воздуха.

Через несколько лет эксплуатации на крыше рубероид ста­новится жестким; кровельный ковер при небольших деформа­циях (температурных, усадочных и др.) трескается и кровля начинает протекать.

Современные рулонные материалы прошли длинный путь совер­шенствования свойств и мало напоминают традиционный рубероид. Модификация рубероида происходила в несколько этапов (рис. 16.2).

Первым этапом было упрощение технологии устройства кровель­ного ковра благодаря внедрению наплавляемого рубероида. Он отлича­ется от обычного рубероида более толстым слоем битума (в особенно­сти на нижней стороне материала, где в соответствии со стандартом слой битума должен быть не менее 1500 г/м²). Из наплавляемого рубе­роида кровельный ковер получают без клеющих мастик путем подплавления нижней поверхности рубероида газовой горелкой с после­дующей его прикаткой (рис. 16.3).

Следующим шагом была замена основы непрочной и подвержен­ной гниению картонной основы на более прочную и гнилостойкую. Были опробованы асбестокартон и основы на базе стекловолокна и синтетического волокна «полиэстр» в виде тканей, холста и нетканого полотна . В настоящее время предпоч­тение отдают нетканым основам из полиэстра и стеклохолсту.

* Стеклохолст — простейший вид стеклоткани, выполненный полотняным пере­плетением (через раз) из нескрученных прядей стеклянного волокна (ровницы). Не­тканое полотно — полотно, в котором волокна расположены хаотически (например, сукно или войлок) и скрепляются между собой силой трения, клеевым составом или термической сваркой.

Стекловолокнистые основы отличаются малым удлинением при разрыве (е = 1,5...3 %); у синтетических — оно выше (е = = 35...40 %).

Производят материалы на основе алюминиевой и медной фольги (напри­мер, материал «фольгоизол»). Фольга, находящаяся на лицевой стороне мате­риала, придает ему декоративные свой­ства и защищает от солнечного излуче­ния.

Применение новых прочных и дол­говечных основ, в свою очередь, потре­бовало модификации битумного связующего в сторону повышения его долговечности и расширения диапазона рабочих температур. Эта задача была решена путем моди­фикации битума полимерами. Полимерные добавки позволяют рас-

ширить интервал рабочих температур битума (снижая температуру хрупкости и повышая температуру размягчения) и обеспечивают со­хранение эластичности вяжущего длительное время (т. е. повышают долговечность материала). В настоящее время для модификации би­тума используют, в основном, термоэластопласты, в частности, атак-тический полипропилен (АПП) — побочный продукт при производ­стве полипропилена, по внешнему виду и свойствам напоминающий невулканизированный каучук, и синтетические каучуки, например, стирол-бутадиен-стирольный (СБС).

Битумы, модифицированные АПП, по сравнению с обычным окисленным битумом, характеризуются высокой теплостойкостью, хорошей гибкостью на холоде (до —20 °С) и высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. Битумы, модифицированные СБС, ха­рактеризуются еще более высокой гибкостью на холоде (до —30 °С), но они более чувствительны к УФ-облучению, в связи с чем требуют применения эффективной защиты от солнечного света. Материалы на основе битумов, модифицированных полимерами, имеют расши­ренный диапазон эксплуатационных температур, повышенную дол­говечность и позволяют производить работы по устройству кровли из рулонных материалов при отрицательных температурах (т. е. практи­чески круглый год).

У современных рулонных битумно-полимерных материалов для защиты от солнечного излучения используют бронирующие посыпки из цветной минеральной (сланцевой, керамической) или полимер­ной крошки. Такие посыпки более надежны, чем традиционные (пе­сок, слюда), и придают повышенную декоративность материалу.

Промышленность рулонных кровельных материалов выпускает большое количество материалов на различных основах и с различны­ми модификаторами, при этом каждое предприятие дает свое собст­венное название материалу. Так, завод «Филикровля» (Москва) про­изводит материал «Филизол», завод «Изофлекс» (Кириши, Санкт-Петербург) выпускает материалы под названием «Изопласт»; круп­нейшая отечественная фирма «Техно Николь» производит широкий ассортимент рулонных кровельных материалов: бутимных на не-гниющих основах — линкром, бикрост и битумно-полимер­ных — унифлекс и техноэласт.

Однако все эти материалы в принципе имеют одно и то же строение: многослойный композиционный материал на проч­ной не гниющей основе, на которую с обеих сторон нанесен тол­стый слой битумно-полимерного или битумного связующего с декоративной посыпкой на верхней стороне и пленочной защи­той от слипания на нижней (рис. 16.4).

Толщина современных рулонных материалов 3..5 мм, что позво­ляет делать кровельный ковер двухслойным (а не 3... 5 слойным) и ук­ладывать его методом наплавления.

Штучные материалы. Рулонные материалы в основном применя­ют для крыш с малым уклоном. Зрительно они образуют монотон­ную, лишенную декоративности поверхность. Для плоских «невиди­мых» для людских глаз крыш это не имеет значения. Однако в современном строительстве входят в моду крыши с большим уклоном (15...60°), поверхность которых уже является декоративным элемен­том здания. В этом случае желательно использовать материалы, при­дающие кровле цвет и фактуру. Традиционно такими материалами были черепица, натуральный шифер (плитки из сланца) и дранка. Ка­ждый из них имеет свои положительные и отрицательные стороны. Как альтернативный вариант промышленность предлагает мягкую черепицу — штучный материал, получаемый на основе традиционных рулонных материалов, путем вырубки из полотна фигурных полос, которые при укладке напоминают кровлю из натурального шифера или дранки (рис. 16.5). Мягкая штучная кровля не нова: еще в 30-е го­ды в СССР использовались плитки из «рубероидного срыва», а в США — плитки «Шинглс» (от англ. shingle — дранка, плоская плит­ка), ставшие там одним из самых любимых материалов.

Сейчас подобные плитки улучшенного качества выпускают под различными названиями. Как правило, это листы размером (900...1000) х (350...400) мм, имитирующие 3...4 штуки плоской черепи­цы различной формы.,Листы крепят к обрешетке гвоздями, а соедине­ние листов друг с другом по вертикали обеспечивают самоклеющие уча­стки на их нижней поверхности. Основанием под мягкую черепицу служит сплошная (дощатая) обрешетка. Минимальный угол наклона кровли 9...10°, максимальный не ограничивается и этим материалом можно облицовывать и примыкающие к крышам участки стен. Трудо­емкость устройства кровельного покрытия не велика, а вес 1 м покры­тия не превышает 10... 12 кг.

Цвет и шероховатая фактура лицевой поверхности достигаются минеральной посыпкой. Фирмы выпускают плитки практически лю­бого цвета: одноцветные или имитирующие «объемность» материала. Кровли из таких материалов удивительно декоративны. Мягкая чере­пица более долговечна, чем аналогичные по строению рулонные ма­териалы из-за того, что она не образует сплошного покрытия, и де­формации материала при старении локализуются в каждой плитке в отдельности, что исключает нарушение сплошности покрытия от внутренних напряжений. У мягкой черепицы долговечность кровли будет определяться потерей декоративности из-за потери цветной по­сыпки плиток.

Волнистые битумно-картонные листы (ондулин) — листовой ма­териал для кровель, представляющий собой гибкие листы размером 2000 х 1000 мм и толщиной около 2,5...5 мм (вес листа 6...10 кг). Лис­ты — гофрированный картон, пропитанный битумом и с лицевой стороны окрашенный атмосферостойкой полимерной краской. Ок­раска создает декоративный эффект и защищает картон и битум от действия солнечного излучения. Этот материал был предложен фран­цузской фирмой «Ондулин» в 40-х годах XX в. Название «ондулин» стало нарицательным. В настоящее время подобные волнистые лис­ты на самых разных основах (целлюлозной, стекловолокнистой, не­тканой синтетической) производят многие фирмы.

Ондулин чрезвычайно легкий материал, декоративный и стойкий к воздействию солнца, влаги и мороза. Материал может эусплуатироваться при температурах от +80 до —60 "С. Прогнозируемая долговеч­ность таких материалов не менее 30 лет.

Ондулин рекомендуется для кровель с уклоном не менее 6°. При уклонах от 6° до 10° его надо укладывать на сплошное основание. При больших уклонах — на брусчатую обрешетку с шагом от 450 до 600 мм в зависимости от уклона. Укладку производят так же, как асбестоцементные листы (шифер): нахлестом в одну волну крепят ондулин с помощью гвоздей и шурупов. Благодаря малому весу лис­тов возможна укладка по старому кровельному покрытию.

Мембранные покрытия. Для кровель промышленных, обществен­ных и других зданий с малыми уклонами, прочными и плотными (на­пример, бетонными) основаниями интерес представляют мембран­ные покрытия. Такие покрытия — как бы развитие идеи кровельного ковра из рулонных материалов, отличающегося тем, что мембрана сделана из сополимера этиленпропиленденовых мономеров (ЭПДМ) — т. е. из каучука, модифицированного термопластами. ЭПДМ — высокоэластичный полимерный материал с относитель­ным удлинением 200...400 % и высокой прочностью на растяжение и прокол. Материал мембраны сохраняет свои свойства при температу­ре от — 60 "С до + 100 °С. Размеры полотнищ таких материалов до 15 х 60 м (т. е. их площадь достигает 900 м²).

Одним из главных преимуществ мембранных покрытий является быстрота устройства кровель больших площадей. Полотнища подают на крышу в сложенном виде, разворачивают и укладывают на основа­ние. Стыкуют полотнища друг с другом самовулканизирующймися лентами; ими же выполняют примыкания. Возможна укладка мемб­ран по старому кровельному ковру. Обязательным условием является тщательная очистка основания от твердых частиц (камушков и т. п.).

Сверху мембрана пригружается и защищается от УФ-излучения за­сыпкой гравием или бетонными плитками. При этом крыша может быть «эксплуатируемой».

Мастичные кровельные покрытия получают при нанесении на ос­нование (обычно бетонное) жидковязких олигомерных продуктов, которые, отверждаясь, образуют сплошную эластичную пленку. Мас­тики имеют хорошую адгезию к бетону, металлам и битумным мате­риалам. По сути мастичные кровельные покрытия — это полимер­ные мембраны, формируемые прямо на поверхности крыши. Особенно удобны мастичные материалы при выполнении узлов при­мыкания.

Мастики могут применяться как самостоятельно, так и совместно с армирующей основой (например, стеклотканью).

Как правило, мастики представляют собой наполненные систе­мы, пленкообразующим компонентом в которых служит жидкий кау­чук или другой реакционноспособный эластомер. Непосредственно перед нанесением в основную часть мастики вводится отверждающий (вулканизирующий) компонент. После этого мастика наносится на основание валиком, кистью или распылителем. Используются и однокомпонентные мастики, отверждающиеся кислородом или вла­гой воздуха.

Большинство мастик позволяет работать даже при отрицательных температурах (до минус 5... 10 °С). Полное отверждение мастики, как правило, наступает не позже 1 сут после нанесения. Обычно мастика наносится в 2...3 слоя, в результате чего образуется пленка толщиной 2...3 мм.

Эластичность образующихся пленок очень велика (относитель­ное удлинение при разрыве 300...500 %). В случае использования стеклоткани относительное удлинение будет определяться уже стек­лотканью, т. е. не превысит 2...4 %. Таким образом, увеличение проч­ности покрытия достигается ценой потери эластичности.

Мастичные покрытия могут устраиваться и по старой рулонной кровле без ее снятия; также возможен ремонт старого мастичного по­крытия путем нанесения нового тонкого слоя мастики.