2.7 Строительные материалы специального назначения

2.7.1 Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы.

Основная задача, решаемая с помощью как кровельных, так и гидроизоляционных материалов,— создание водонепроницаемого покрытия, защищающего 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 материалыподвергаются периодическому увлажне­нию и высушиванию, воздействию прямого солнечного излучения, 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. Когда крыша является видимым элементом сооружения (мансард­ные, двухскатные, вальмовые кровли и т. п.), материал должен отве­чать архитектурно-декоративным требованиям, а так же технологичности и экономичности.

Битумные и дегтевые вяжущие.

Природные полимеры–смеси высокомолекулярных углеводородов, применяется для кровельной и гидроизоляции – битумые, дегтевые.

Битумные к ним относят нефть, асфальты полученные при переработки природных битумов нефти, каменного угля и сланцевых или их получают из твердых топлив – торфа, бурого угля с помощью органических растворителей.

Природные битумы образовались в верхней слоях земной коры, в виде пропитанных нефтью горных пород и заполнением пустот. Природные битумы лишены запаха, имеют черный или темно – коричневый цвет. Вещество в нагретом состоянии не растворяется в воде, растворяется в бензине. Получают вываркой в воде горных пород в специальных котлах.

Гидроизоляционные материалы получают следующим образом:

1. Наносят обмазочным или распылением предварительно подогрев на картон или лист асбеста. Используется для водостойких картонов. Битумы полученные как нефтяные битумы остатки после отгонки из нефти бензина, керосина, масел, дизеля.

2. Прогонкой остатков нефти кислородом, происходит окисление и уплотнение.

Каменноугольный битум получают путем прогревания каменного угля без доступа воздуха. Это побочный продукт при коксовании каменного угля. Он имеет характерный резкий запах. Каменноугольный битум в чистом виде не применяется, его применяют как добавки при изготовлении кровельного толя. Каменноугольный деготь и пеки это продукты вываривания каменного угля.

Гидроизоляционные материалыв 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 непре­менными 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.

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:

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

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

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

• мастичные — вязкие жидкости, образующие сплошную 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. 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 З...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 франц. tole — листовое железо) - картон, пропитанный и покрытый с двух сторон дегтем. Изобретателем толя считается швед Факс (1791), предложивший в качестве кровельного материала пря­моугольные листы картона, пропитанные горячей смолой. Заводское производство толя началось в Германии в конце XVIII века. В современ­ном виде толь появился только в конце XIX в., когда началось произ­водство картона в рулонах, а пропитывать его стали каменноуголь­ным дегтем.

Толь в качестве кровельного материала приме­няют в современных условиях лишь для временных сооружений, так как деготь быстро стареет на солнце, и материал разрушается через 2...3 года. Более целесообра­зен толь для 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);

• теплостойкостью, характеризуемой максимальной температурой, при которой у вертикально подвешенного образца не наблюдается сползания покровной массы, °С;

• водопоглощением, %;

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

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

Помимо этого кровли из обычного рубероида и пергамина имеют невысокую долговечность — 5...6 лет. Последнее объясняется низкой прочностью и водо- и биостойкостью картонной основы, а также уз­ким интервалом рабочих температур битумного вяжущего: на холоде оно 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.

Первым этапом было упрощение технологии устройства кровель­ного ковра благодаря внедрению наплавляемого рубероида. Онотлича­ется 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 клеящих мастик путем под-плавления нижней поверхности рубероида газовой горелкой с после­дующей его прикаткой.

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 инетканого полотна. В настоящее время предпочте­ние отдают нетканым основам из полиэс­тра и стеклохолсту. Стекловолокнистые основы отличаются малым удлинением при разрыве (s = 1,5...3 %); у синтетиче­ских — оно выше (s = 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 расширить 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, полипропилен (АПП) — побочный продукт при производстве полипропилена, по внешнему виду и свойствам напоминающий невулканизированный каучук, и синтетические каучук.

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. Модифицированные битумы 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: битумных на не-гниющих основах — линкром, бикрост и битумно-полимерных — унифлекс итехноэласт.

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.

Толщина современных рулонных материалов 3..5 мм, что позво­ляет делать кровельный ковер двухслойным 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

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 самоклеящие участки на их нижней поверхности. Основанием под мягкую черепицу служит сплошная (дощатая или фанерная) 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 м²покрытия 10- 12 кг.

Цвет и шероховатая фактура лицевой поверхности достигаются минеральной посыпкой. 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, отформованный из волокон, пропи­танных 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 (вес 1 м²3 кг), декора­тивный и стойкий к воздействию солнца, влаги и мороза. Материал может эксплуатироваться 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 ммв зависимости от уклона. Укладку производят так же, как асбестоце-цементные листы (шифер): нахлестом в одну волну. Крепят ондулин с помощью гвоздей и шурупов. Благодаря малому весу листов возмож­на их 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 этиленпропилендиеновых мономеров (ЭПДМ)-т. е. из каучука, модифицированного термопластами. ЭПДМ — вы­сокоэластичный полимерный материал с относительным удлинени­ем 200...400 % и высокой прочностью на растяжение и на прокол. Ма­териал мембраны сохраняет свои свойства при температуре от —60 до + 100°С. Размеры полотнищ таких материалов до 15 х 60 м (их площадь достигает 900 м ).

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 самовулканизирующимися 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 укладкой бетонных плиток. 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).

Мастики представляют собой наполненные систе­мы, пленкообразующим компонентом в которых служит жидкий кау­чук, например тиоколовый, или другой реакционноспособный эла­стомер, например хлорсульфированный полиэтилен. 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 суток 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 в качестве армирующего элемента 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.