CC BY
31
О причинах преждевременного разрушения кровель из полимерных
мембран
А.К. Сысоев, Е.А. Жолобова, А.Л. Жолобов Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону
Аннотация: В статье раскрывается проблема необоснованного завышения долговечности кровель из полимерных мембран, допущенного при массовом их внедрении в нашей стране в строительстве и ремонтно-строительном производстве. Статья содержит описание и иллюстрации возникших на значительной площади мембранной кровли характерных трещин, которые привели ее в неработоспособное состояние. Проведен всесторонний анализ причин происхождения этих трещин, в том числе влияния конструктивных особенностей мембранных кровель, агрессивного воздействия на них солнечной радиации и крупного града. Сделан вывод о необходимости выбора более стойких к Уф-излучению кровельных полимерных мембран.
Ключевые слова: строительство, здание, мембранная кровля, полимерная мембрана, долговечность, агрессивные воздействия, град, повреждения, трещины, неработоспособное состояние
Относительно недавно начавшееся массовое внедрение в строительстве и ремонтно-строительном производстве мембранных кровель из полимерных армированных рулонных материалов сопровождалось мощной рекламой уникальных технологических и эксплуатационных свойств этих кровель, выгодно отличающихся от других видов кровель, прежде всего, долговечностью, экономичностью, технологичностью и экологичностью [13]. Например, такой мембранной кровле первоначально прочили не менее 25 лет безотказной эксплуатации, а ее недостатками признавали лишь сложность устройства примыканий к выступающим над кровлей конструкциям и некоторую уязвимость к механическим воздействиям [4-6].
Наибольшее распространение такие кровли получили в малоуклонных утепленных покрытиях современных торговых и развлекательных центров, многопролетных складов и производственных зданий. В настоящее время строители и ремонтники чаще всего используют более доступные по цене кровельные мембранные материалы отечественных производителей, которые
заявили о конкурентоспособности своей продукции не только по ценовым, но и эксплуатационным показателям [7, 8].
Конструктивной особенностью мембранной кровли является то, что она однослойная и роль основания под ней, как правило, выполняет не жесткая выравнивающая стяжка, а значительно более мягкий слой теплоизоляции в покрытии здания. Поэтому, обладающая малой тепловой инерцией, мембранная кровля из-за отсутствия у нее контакта с таким теплоемким и хорошо проводящим тепло материалом как цементный раствор или иной материал выравнивающей стяжки, в летнее время года под действием солнечных лучей интенсивно нагревается, а ночью, наоборот, быстро остывает - в результате инфракрасного теплообмена между поверхностью кровли и небосводом.
Такие циклически происходящие процессы вызывают не только температурные деформации мембранной кровли, но и способствуют ухудшению влажностного режима ее эксплуатации. Это объясняется тем, что летом в ночные часы на поверхности мембранной кровли при ее охлаждении образуется очень тонкий слой воды, конденсированной из влажного атмосферного воздуха.
На мокрую поверхность кровли постепенно оседает атмосферная пыль и изначально белая поверхность мембранной кровли загрязняется, становясь серой. Из-за этого интенсифицируются процессы нагрева и остывания мембранной кровли, а в ее поверхностном слое, в результате суточных циклов увлажнения и высушивания, развиваются деформации набухания и усадки, приводящие к его деструкции. К сожалению, различные инструкции и другие руководящие документы по эксплуатации мембранных и иных видов кровель, не предусматривают какие-либо мероприятия по удалению образовавшихся тонкослойных загрязнений на их поверхности.
Первые же годы эксплуатации мембранных кровель в южных регионах нашей страны выявили существование явно недооцененной угрозы, а именно, опасности выпадения атмосферных осадков в виде крупного града. Для новой мембранной кровли такой град абсолютно не опасен, так как современные полимерные мембраны изначально обладают эластичностью (гибкостью на брусе с закругленным радиусом 5 мм) даже при температуре минус 20оС, тем более, что град, как известно, может выпадать только при положительных значениях температуры атмосферного воздуха. А вот после нескольких лет эксплуатации, как нами установлено, мембранная кровля становится уязвимой для крупного града из-за происходящего естественного старения полимерных кровельных материалов, связанного с дальнейшей их полимеризацией под действием солнечной радиации.
Так, например, после крупного града, прошедшего в Краснодаре в сентябре 2019 г., на поверхности кровли одного из торговых центров остались круглые светлые отпечатки диаметром 20-30 мм, поскольку при ударе градин снимался слой пыли и грязи с поверхности кровли (как это, например, происходит при пескоструйной обработке поверхности) и обнажалась белая (лицевая) поверхность мембраны. Количество пятен, приходящихся на 1 м2 кровли, на отдельных ее участках достигало 20 шт.
В центральной части многих пятен были обнаружены поверхностные и сквозные волосные радиальные и концентрические трещины, свидетельствующие о происходивших ударных точечных воздействиях на кровлю. Фотографическое изображение образовавшихся в кровельной мембране в местах ударов градин характерных вмятин и трещин приведено на рисунке в левой его части.
Известно, что скорость падения крупных градин достигает 40 м/с, а при ударе с такой скоростью температура хрупкости полимерных материалов может превысить +20оС [9, 10]. Таким образом, кровля пришла
в неработоспособное состояние, при котором она уже перестала выполнять свою функцию, то есть защищать здание от атмосферных осадков. В аварийном порядке кровлю пришлось ремонтировать путем установки поверх пробоин круглых заплат диаметром около 50 мм из ПВХ-мембраны, как это показано в правой части рисунка.
а) б)
Рисунок - Вид снизу на поврежденный в двух местах градом фрагмент кровельной мембраны с двумя вмятинами и сквозными трещинами (а) и общий вид участка кровли после локального ремонта (б)
Интересно, что при обследовании данной кровли указанные трещины не были обнаружены лишь на тех ее участках, которые затенены выступающими конструкциями и где влияние солнечной радиации в старении материала кровли минимально.
Указанную причину повреждения мембранной кровли косвенно подтвердил и Испытательный центр «Академстройиспытания» Донского
государственного технического университета, который изучил физико-механические свойства образцов материала, взятых из мембранной кровли указанного торгового центра после семилетней его эксплуатации, и установил, что примерно 80% из них не выдержали стандартные испытания по показателю «гибкость лицевой (эластичной) поверхности на брусе при температуре минус 20оС.
Таким образом, можно сделать вывод, что заявленный ранее срок безотказной эксплуатации мембранных кровель (25 лет) явно завышен и нуждается в корректировке, если не принять меры по улучшению качества рулонных полимерных материалов, используемых при устройстве мембранных кровель, особенно по повышению их стойкости к солнечной радиации.
Литература
1. Кузнецова Е.В. Мембранная кровля - современные технологии в строительстве // Материалы Всероссийской научно-методической конференции "Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры". Оренбург: ОГУ, 2018. С. 266-270.
2. Попова И.Н. Современные технологии устройства кровель с применением мембран // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2018. Т.1. С. 354-359.
3. Zagorodnikova M. A., Yartsev V. P., Rupyshev V. G. Strength and durability of roofing PVC membranes in the conditions of climate impacts // Advanced Materials & Technologies. 2019. № 2. pp. 41-47.
4. Кожемяка С.В., Мазур В.А., Онищук А.Ф. Дефекты и повреждения плоских невентилируемых кровель, выполненных из полимерно-битумных мембран // Инвестиции, строительство, недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики. 2017. С. 353358.
5. Петров К.С., Крищенко К.Г., Погосов Г.К., Жукова А.С. Применение современных строительных материалов и технологий при устройстве кровель // Инженерный вестник Дона, 2019. № 6. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2019/5968/.
6. Севостьянова И.М., Субботина Е.К., Иванова Е.Р., Амзаракова П.А., Лукина Л.А. Анализ использования мембраны из поливинилхлорида в строительстве // Московский экономический журнал. 2019. №. 7. С 88-96.
7. Джанкулаев А.А., Тухужева Л.А. Применение полимерных мембранных кровельных материалов // Вопросы науки и образования. 2020. № 1.С. 85-87.
8. Евтушенко И.И., Тютина А.Д., Нуриев В.Э., Согомонян С.А. Технология проектирования эксплуатируемых кровель в условиях плотной городской застройки // Инженерный вестник Дона. 2019. № 5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N6y2019/6075/.
9. Kirby, R. Waterproofing membranes // Professional Roofing. 2006. № 12. pp. 14-16.
10. Scott J., Morrison, P.E. Identifying hail damage on roof systems // Professional Roofing. 2009. № 6. pp. 12-14.
References
1. Kuznecova E.V. Universitetskij kompleks kak regional'nyj centr obrazovanija, nauki i kul'tury. Orenburg: OGU, 2018. pp. 266-270.
2. Popova I.N. Sovremennye tehnologii v stroitel'stve. Teorija i praktika. 2018. Vol.1. pp. 354-359.
3. Zagorodnikova M.A., Yartsev V.P., Rupyshev V.G. Advanced Materials & Technologies. 2019. № 2. pp. 41-47.
4. Kozhemjaka S.V., Mazur V.A., Onishhuk A.F. Investicii, stroitel'stvo, nedvizhimost' kak material'nyj bazis modernizacii i innovacionnogo razvitija jekonomiki. 2017. pp. 353-358.
М Инженерный вестник Дона, №5 (2021) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n5y2021/6982
5. Petrov K.S., Krishhenko K.G., Pogosov G.K., Zhukova A.S. Inzhenernyj vestnik Dona. 2019. № 6. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2019/5968/.
6. Sevost'janova I.M., Subbotina E.K., Ivanova E.R., Amzarakova P.A., Lukina L.A. Moskovskij jekonomicheskij zhurnal. 2019. № 7. pp. 88-96.
7. Dzhankulaev A.A., Tuhuzheva L.A. Voprosy nauki i obrazovanija. 2020. № 1. pp. 85-87.
8. Evtushenko I.I., Tjutina A.D., Nuriev V.Je., Sogomonjan S.A. Inzhenernyj vestnik Dona. 2019. № 5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N6y2019/6075/.
9. Kirby, R. Professional Roofing. 2006. № 12. pp. 14-16.
10. Scott J., Morrison, P.E. Professional Roofing. 2009. № 6. pp. 12-14.
