Кровельные материалы и стяжка: взаимодействие при низких температурах

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КРОВЕЛЬНОГО КОВРА И ВЫРВНИВАЮЩЕЙ СТЯЖКИ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

В последние годы в России значительно расширилась номенклатура битумных кровельных материалов, которые можно разделить на три группы [1]: рулонные на картонной основе, битумно-минеральные и битумно-полимерные с основой из стеклянных или полимерных (синтетических) волокон.

Основанием под водоизоляционный ковер из этих материалов служат, как правило, выравнивающие стяжки из цементно-песчаного раствора или асфальтобетона (литого асфальта). При понижении температуры в стяжке возникают растягивающие напряжения, вызывающие разрывы в неопределенном направлении. Над трещинами в стяжке появляются разрывы и в кровельном ковре. Следует отметить, что трещины в первую очередь образуются в ковре из материалов с низкими физико-механическими свойствами, но это не означает, что в ковре из улучшенных материалов такие трещины не появятся.

Рассмотрим изменения в водоизоляционном ковре над выравнивающей стяжкой в момент появления в ней трещины.

Растягивающие температурные напряжения в стяжке возникают из-за наличия связи с поверхностью утеплителя (зачастую неровной), деформации которой незначительны, так как при охлаждении температура теплоизоляции быстро затухает по толщине. В момент превышения температурных напряжений в стяжке над ее пределом прочности происходит мгновенный разрыв стяжки с огромной скоростью раскрытия трещины. Битуминозный материал (приклеивающий состав) в это мгновение ведет себя как стеклообразное тело, не способное релаксировать напряжения, и разрушается.

Рис.1

1 - теплоизоляция; 2 - стяжка; 3 - приклеивающий битуминозный слой рулонного материала; 4 - армирующая основа; 5 - покровный битуминозный слой материала; 6 - трещина; 7 - разрушение приклеивающего слоя; 8 - складка (петля) в ковре; 9 - трещины в покровном слое рулонного материала, возникающие при знакопеременном изгибании складки

Если кровельный ковер выполнен из материалов, армирующая основа которых имеет небольшую прочность, например, из материала стеклоизол ХПП на основе из стеклохолста с нагрузкой около 300 Н на полоску шириной 5 см (300 Н/5 см) и относительным удлинением 2...3 %, то он разрывается по всей толщине (рис. 1а).

Кровельный ковер из материалов с основой из стеклоткани, например, из Гидростеклоизола ТПП / ТКП с разрывной нагрузкой до 1000 Н/ 5 см и относительным удлинением 5... 10 %, может выдерживать ударную нагрузку при образовании трещины в стяжке за счет разрушения приклеивающего слоя, которое развивается в стороны от трещины (рис. 1б).

В кровельном ковре из битумно-полимерных материалов с армирующей основой из полимерных волокон с разрушающей нагрузкой 800...900 Н/ 5 см и относительным удлинением 70...80 % (например, из материалов Днепрофлекс ЭПП / ЭКП или АйСиТекс ЭПП /ЭКП) процесс разрушения может быть аналогичным предыдущему, но более "мягким" за счет эластичности основы. Однако при закрытии трещины в ковре образуется складка (петля) из-за остаточных его деформаций (рис. 1в). При циклических изменениях температуры (раскрытиях трещины) кровельный ковер испытывает переменные изгибающие нагрузки, приводящие к относительно быстрому образованию трещин в складке.

Натурные замеры температурных деформаций в стяжках [2], имеющих деформационные швы, показали незначительную скорость раскрытия шва: около 0,04 мм/ч при скорости изменения температуры в отдельные промежутки времени до 1,5 ⁰С/ч, т. е. при наличии в стяжке швов последние раскрываются медленно, по мере понижения температуры, и нижний слой ковра, растягиваясь также медленно, успевает релаксировать напряжения. Поэтому необходимо предусматривать температурно-деформационные швы через 6 м в цементно-песчаной и через 4 м в асфальтовой стяжке [2].

Размещение над швами полосок рулонного материала шириной 150... 200 мм насухо с проклейкой только их кромок вдоль шва позволяет увеличить базу растяжения ковра над швом, а также обеспечить его сохранность. В качестве полосок-компенсаторов могут быть применены рулончики битуминозного материала со скользящим средним слоем [3].

В лаборатории кровель ОАО "ЦНИИпромзданий" проведены эксперименты по определению раскрытия шва плит из экструзионного пенополистирола при понижении температуры. Плиты испытывались на стенде, позволяющем измерять деформации (раскрытие шва) с точностью 0,01 мм и понижать температуру при помощи твердой углекислоты ("сухого льда") до минус 60 ⁰С. Установлено, что шов между плитами длиной около 3 м раскрывается до 5 мм при понижении температуры от 10 до минус 60 ⁰С (рис. 2).

При этом следует иметь в виду то обстоятельство, что шов между плитами должен быть достаточным для надежной работы стяжки. Оптимальная ширина шва - величина его раскрытия при перепаде температур от максимальной летней до минимальной зимней.

Рассчитаем требуемую ширину шва между комплексными плитами длиной около 3 м, а также в свободно уложенных на разделительный слои цементно-песчаной и асфальтовой стяжек для климатических условий Москвы: максимальная летняя температура 37 ⁰С и средняя максимальная наиболее жаркого месяца - 23,7 ⁰С, а абсолютная минимальная - минус 42 °С и наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 - минус 26 ⁰С [4]. При указанных летних температурах стяжка может нагреваться до 40...70 ⁰С [5].

На графиках рис. 2 находим величину раскрытия шва между плитами. Для этого из точек, соответствующих температурам 40 и 70 ⁰С, проводим линии 2, параллельные графику 1, построенному по результатам испытаний, а из точек, соответствующих температурам минус 23,7 и минус 42 ⁰С, строим перпендикуляры до пресечения с линиями 2 Точкам пересечения соответствует ∆l = 4,5 и 8 мм, следовательно, ширина шва должна быть не менее 8 мм.

Рис.2

1 - при понижении температуры от 10 до минус 60 ⁰ С; 2 - при других перепадах температуры

Испытаниями плит на стенде установлено, что при механическом их закреплении раскрытие шва уменьшается в 1,6...2 раза, и поэтому ширина шва между такими плитами должна быть не менее 4 мм.

Приняв коэффициенты линейного расширения (α, град^-1) для цементно-песчаной и асфальтовой стяжек соответственно 12,8*10^-6 и 48*10^-6 [6], ширину швов можно определить по формуле

∆l = l*∆t*α,

где l - расстояние между швами в стяжках (6000 и 4000 мм); ∆t = 70 + 42 = 112⁰ - перепад температур в стяжке. Тогда

∆l_Ц.П.С = 6000*12,8*10^-6*112 = 8,6 мм;
∆l_а.с = 4000*48*10^-6*112 = 21,5 мм.

Таким образом, ширина шва в свободно лежащих цементно-песчаных и асфальтовых стяжках должна быть равной соответственно около 10 и 20 мм.

В стяжках, уложенных по бетону, железобетону или теплоизоляционному слою температурные деформации снижаются в 5 раз [6], тогда в этих стяжках ширину шва можно уменьшить до 5 мм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зельманович Я.И. Апология рубемаста // ГиТек. 2000. № 4.

2. Поваляев М.И., Воронин А. М. О температурных швах в стяжках под рулонную кровлю//Пром. стр-во. 1968. №1.

3. Воронин А.М., Поваляев М.И., Андреева Г.Н. Кровли промышленных зданий: Обзор. М.: ВНИИС, 1984.

4. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика.

5. Поваляев М.И., Тагаркин Е. Р. Температурный режим теплоизоляции из пенополистирольных плит в покрытиях промышленных зданий//Тр. ЦНИИпромзданий. М., 1973. Вып. 25.

6. Поваляев М.И., Воронин А.М. Кровли, армированные стекломатериалами. М: Стройиздат, 1974.

A. М. ВОРОНИН, канд. техн. наук, B. В. МАККАВЕЕВ, аспирант ЦНИИпромзданий, Ж."ПГС" № 6/2004 18.10.2004

При использовании материалов ссылка на сайт http://kgidrol.narod.ru обязательна

diet pills