Кровельные материалы для строительства и ремонта индивидуальных домов

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КРОВЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Материалы, предназначемые для кровли, должны быть не только прочными, но и долговечными, т. е. об­ладать атмосферостойкостью, теплостойкостью, водо­стойкостью, коррозионной стойкостью, водонепрони­цаемостью.

Для создания нормальных условий эксплуатации здания большое значение имеет выбор вида кровли в зависимости от уклона крыши, районов строительст­ва и воздействий на кровлю, например, снега, дождя, ветра, солнечной радиации, температуры воздуха. Особое место занимают качество кровельных матери­алов и способы выполнения работ по устройству кро­вель, соблюдение правил эксплуатации. Рациональ­ное использование кровельных материалов с выполне­нием вышеуказанных требований возможно при глубоком знании их свойств, способов получения, пра­вил хранения и транспортировки, а также условий их работы в конструкциях и сооружениях.

Свойства кровельных материале® можно разде­лить на несколько групп: физические; гидрофизиче­ские; теплотехнические; механические; химическиеj биологические; особые свойства.

Физические свойства

Плотность — величина, численно равная массе единицы объема вещества, г/см3, кг/м3, т/м3. Величи­на шютност» кровельных материалов будет зависеть от материала, из которого они сделаны.

Средняя плотность — отношение массы ма­териала к его объему в естественном состоянии, т. е. с порами и пустотами. Величина средней плотности исчисляется в г/см3,, кг/м3, т/м3. Средняя плотность не является величиной постоянной, так как ова меняет­ся в зависимости от пористости материала. Искусст­венные материалы, а таковыми являются большинст­во кровельных материалов, можно получать с задан­ной необходимой средней плотностью.

В табл. 2 приведены плотность и средняя плот­ность строительных материалов, применяемых для устройства кровель различного типа.

Относительная плотность выражает плотность материала по отношению к плотности во­ды (это величина безразмерная).

Строительные материалы по структуре своей по­ристые, исключение составляют немногие из них, на­пример металлы, стекло, мономинералы.

Пористость материалов обычно колеблется в широких пределах — от 0 до 98 %.

Для кровельных материалов диапазон величины пористости намного ниже (см. табл. 2). Важное зна­чение для них имеет не абсолютная величина порис­тости, а соотношение открытых и закрытых пор. От­крытые поры сообщаются с окружающей средой и могут сообщаться между собой, поэтому они запол­няются водой при обычных условиях насыщения. От­крытые норы увеличивают проницаемость и водопо - глощение материала и ухудшают его морозостойкость, что совершенно недопустимо для кровельных матери­алов.

Пористый материал обычно содержит и открытые, и закрытые поры; увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает его долговечность.

Все свойства материала определяются его соста­вом и строением и прежде всего величиной и характе­ром пористости.

Гидрофизические свойства

Гигроскопичность — свойство капиллярно - пористого материала поглощать водяной пар из влаж­ного воздуха. Поглощение влаги из воздуха объясня­ется адсорбцией водяного пара на внутренней поверх­ности пор и капиллярной конденсацией. Этот процесс, называемый сорбцией, обратимый. Волокнистые ма­териалы со значительной пористостью, например теп­лоизоляционные и стеновые, обладают развитой внут­ренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбци - онной способностью. У кровельных материалов, наоборот, сорбционная способность низкая из-за малой внутренней поверхности пор.

Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду. Водопоглощение ха­рактеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры. Поэтому все кро-

2* 19

Вельные материалы имеют незначительную величин водопоглощения.

Водопоглощение отрицательно влияет на основ ные свойства кровельных материалов: увеличиваете относительная плотность, материал набухает, проч ность и морозостойкость снижаются.

Степень снижения прочности материала при пре дельном его водонасыщении называется водостойко стью. Водостойкость численно характеризуется коэф фициентом размягчения Кразм, который характеризу ет степень снижения прочности в результате ег насыщения водой.

Водопроницаемость — способность мате риала пропускать воду под давлением. Степень водо проницаемости зависит от пористости материала, фор мы и размеров пор. Чем больше в материале замкну тых пор и пустот, тем меньше его водопроницаемость В силу своего структурного строения кровельные ма териалы должны иметь низкую водопроницаемость так как относятся к плотным материалам с относи тельной плотностью, близкой к единице. Стекло, сталь полиэтилен, битум и др., практически водонеприница емы.

Водонепроницаемость рулонных кровельных мате риалов определяется по времени, в течение которого образцы не пропускают воду при постоянном гидро статическом давлении.

Влажность — это степень содержания влаги в материале. Зависит от влажности окружающей сре ды, свойств и структуры самого материала. Так как кровельные материалы приближаются к абсолютно плотным материалам, количество воды, содержащее ся в них, незначительно. Поэтому показатель влажно сти у кровельных материалов приближается к нулю

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдержать требуемое число циклов попеременного замораживания и оттай вания.

В зависимости от числа циклов попеременного за мораживания, которые выдержал материал, устанав ливается его марка по морозостойкости.

Благодаря высокой плотности и низкому водопо глощению кровельные материалы имеют высокую мо розостойкость.

Теплотехнические свойства

Строительные материалы, используемые для ог­раждающих конструкций, каковыми являются кры­ши зданий с их верхней оболочкой, называемой кров­лей, должны быть не только прочными и долговечны­ми, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами, например, теплопроводностью, теплоем­костью, огнестойкостью, огнеупорностью, термической стойкостью.

Теплопроводность — способность матери­ала передавать теплоту через свою толщу при нали­чии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность зависит от вида материала, пори­стости, характера пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происхо­дит передача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности также зависит ог средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости и характера пор, средней температуры материала, влажности. С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности резко возрастает, так как снижа­ются показатели теплоизоляционных свойств матери­ала (рис. 9).

При замерзании строительные материалы полнос­тью теряют свойство теплоизолировать, поэтому необ­ходимо их защищать от мороза.

Ввиду того что кровельные материалы имеют плот­ную структуру и не применяются на границе разных температур, теплопроводность у них значительная. При необходимости теплоизоляции в покрытиях крыш устраиваются теплоизоляционные слои.

Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушений одновременное дейст­вие высоких температур и воды. Пределом огнестой­кости конструкции называется время в часах от нача­ла огневого испытания до появления одного из следу­ющих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверх - ности.

По огнестойкости строительные материалы, в том числе и кровельные, делятся на три группы: несгора-

Емые, трудносгораемые, сгораемые. Несгораемые ма­териалы под действием высокой температуры или ог­ня не тлеют и не обугливаются, примером может слу­жить черепица; трудносгораемые материалы с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происхо­дит это только при наличии огня, например, кровель­ная сталь; сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня, например дерево, толь, рубероид, стеклопластик.

Огнеупорность — способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные, которые выдерживают действие темпе­ратур от 1580 °С и выше; тугоплавкие, которые вы­держивают температуру 1360... 1580 °С; легкоплавкие, выдерживающие температуру ниже 1350 °С.

Теплостойкость или температуроус - тойчивость — способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конст­рукции под определенным уклоном и при определен­ной температуре. Она зависит в основном от физико - механических свойств и структуры материала, вида и количества заполнителя. Это свойство очень важно для органических вяжущих веществ, таких, как биту­мы, дегти, пластмассы, которые при температуре вы­ше температуры теплостойкости теряют свои вязкие свойства и перестают выполнять роль вяжущего. На­пример, теплостойкость битумной изоляции толщиной 4 мм составляет 70...90°С, битумно-найритовой тол­щиной 4 мм — 100 °С, битумно-латексной эмульсии толщиной 6 мм — 70 °С.

Температура размягчения характери­зует только битумные и дегтевые вяжущие вещества. Это условный показатель, характеризующий измене­ние вязкости вяжущих веществ при повышении тем­пературы. Например, температура размягчения неф­тяных строительных битумов 50...70°С; битумов неф­тяных кровельных — 40.,.95°С; битумов нефтяных до­рожных улучшенных — 35...51 °С.

Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов, а именно, 40...70°С. Поэтому тугоплавкие битумы применяются для устройства покровного слоя кровельных гидро­изоляционных материалов.

Температура вспышки свойственна мас­лам и нефтепродуктам.

Температура, при которой пары нефтепродуктов, нагретых в открытом тигле, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ним пламени, считается температурой вспышки. Темпера­тура вспышки нефтяных битумов, применяемых для кровельных материалов, 240...300°С в зависимости от битума. Минимальная температура самовоспламене­ния 300 °С.

Коэффициент линейного темпера­турного расширения (ТКЛР) характеризует свойство материала изменять размеры при нагрева­нии. Только некоторые строительные материалы при этом не расширяются. ТКЛР равен относительному удлинению материала при нагревании на один градус.

У каждого материала эта величина постоянная. Например, у стали — 11... 11,9) X Ю"6, у бетона (10... ...14) X 10_6 С-1, гранита—10Х Ю-6"С-1, дерева вдоль волокон (3...5)Х10~6, у полимерных материалов в 10... 20 раз больше.

Во избежание растрескивания сооружения боль­шой протяженности разрезают деформационными швами, назначаемыми с учетом термического расши­рения материалов.

При устройстве мягкой рулонной или мастичной кровли, укладываемой по железобетонным настилам, учет ТКЛР имеет большое значение.

Механические свойства

Механические свойства характеризуются спо­собностью материала сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. По сово­купности признаков различают прочность материала при сжатии, изгибе, ударе, кручении, истирании, а также твердость, пластичность, упругость.

Прочность — свойство материала сопротив­ляться разрушению под действием напряжений, воз­никающих от нагрузки.

Материалы, находясь в сооружении, могут испы­тывать различные нагрузки. Наиболее характерными для конструкций крыши являются сжатие, растяже­ние, изгиб, пластичность и упругость. Такие материа­лы, как кровельная сталь, древесина, керамика, ас­бестоцемент хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их используют в конструкциях, испытывающих эти нагрузки. Искусственные и при­родные каменные материалы, например бетоны, рас­творы и горные породы хорошо сопротивляются сжа­тию и в 5...50 раз хуже — растяжению, изгибу, удару. Поэтому каменные материалы используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие.

Прочность строительных материалов характеризу­ется пределом прочности. Предел прочности матери­ала измеряется в паскалях (Па) и представляется напряжением, соответствующим нагрузке, вызываю­щей разрушение образца материала.

Предел прочности при сжатии различных матери­алов колеблется от 0,5... 1000 МПа и более.

Прочность зависит также от структуры материала, его плотности (пористости), влажности, направления приложения нагрузки.

В материалах конструкций допускаются напряже­ния, составляющие только часть предела прочности. Таким 'образом создается запас прочности. При уста­новлении величины запаса прочности учитывают не­однородность материала: чем менее однороден мате­риал, тем выше должен быть запас прочности.

При установлении запаса прочности важными яв­ляются агрессивность эксплуатационной среды и ха­рактер приложения нагрузки.

Агрессивная среда и знакопеременные нагрузки, вызывающие усталость материала, требуют более вы­сокого коэффициента запаса прочности. Величину за­паса прочности, которая обеспечивает сохранность и долговечность конструкций, зданий, устанавливают нормами проектирования и определяют видом и качест­вом материала.

Упругость — свойство материала восстанавли­вать свою форму и размеры после снятия нагрузки. Пределом упругости считают напряжение, при кото­ром остаточные деформации впервые достигают ми­нимальной величины, установленной техническими ус­ловиями на данный материал.

Материал претерпевает пластичные и хрупкие раз­рушения.

Хрупкими материалами называют такие, кото­рые разрушаются при статических испытаниях, при очень малых остаточных деформациях.

К хрупким материалам относятся чугун, каменные природные материалы, бетон, керамические материа­лы, асбестоцемент.

Пластичными — называют такие материалы, которые при статических испытаниях до момента раз­рушения получают значительные остаточные дефор­мации. Пластичность является весьма важным и же­лательным качеством материала.

К пластическим материалам относятся малоугле­родистая сталь, медь, растворные и бетонные смеси, мастики, пасты, битумы и дегти при положительных температурах.

Хрупкие материалы обычно гораздо лучше рабо­тают на сжатие, чем на растяжение. Они плохо со­противляются ударам и очень чувствительны к мест­ным напряжениям. Пластичные материалы этих недо­статков не имеют. Но большинство материалов при понижении температуры приобретают хрупкие свой­ства, т. е. у них происходит переход от пластического разрушения к хрупкому. Так ведут себя битумные ма­териалы, некоторые полимеры, металлы и др.

Тр ещиностойкость—это снижение упру­го-пластических деформаций при отрицательных тем­пературах. Исчезает сплошность и однородность ма­териала на его поверхности, что очень важно для ма­териалов, используемых для содержания оболочки крыши. Тр ещиностойкость характеризуется коффици - ентом трещиностойкости.

Химические свойства

К числу физико-химических свойств относится спо­собность отдельных материалов — битумов, дегтей, природных и синтетических смол, масел — образовы­вать с водой жидкие дисперсии — эмульсии.

Некоторые эмульсии, например битумные и дегте­вые, хотя и в ограниченных масштабах, применяют для «холодной» обработки дорожных покрытий, для грунтовки бетонных и других поверхностей, перед на­несением гидроизоляционных составов.

Эмульсией называется система из двух несмеши - вающихся жидкостей, где капельки одной жидкости (дисперсная фаза) распределены в другой (диспер­сная или, иначе называемая, внешняя среда).

Химическая стойкость — способность ма­териалов противостоять разрушающему действию кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов, органических растворителей (ацетона, бензина, ма­сел и др.). Химическая стойкость характеризуется по­терей массы материала при действии на него агрес­сивной среды в течение определенного времени. На­пример, битум БНК. 45/180 при выдерживании в те­чение 150 сут в 5 %-ной соляной кислоте теряет 1 % массы, в 5 %-ной серной кислоте — 0,8 %.

Щелочестойкими должны быть материалы, кото - торые не разрушаются при воздействии щелочей, на­пример пигмента, употребляемые для окрашивания металлической кровли.

Сероводород и углекислый газ содержатся в воз­духе в больших количествах, особенно вблизи про­мышленных предприятий. Поэтому для окрашивания металлических кровель нельзя применять краски, в состав которых входят свинец и медь, так как послед­ние вступают в реакцию с сероводородом и чернеют.

Ат мосферостойкость — способность ма­териала длительное время сохранять свои первона» чальные свойства и структуру после совместного воз­действия погодных факторов: дождя, света, кислорода воздуха, солнечной радиации, колебаний темпера­туры. Оценивается атмосферостойкость временными показателями; час, сутки, месяц, год. Например, ор­ганические вяжущие, битумы и дегти, применяемые в производстве кровельных материалов, подвергаясь воздействию атмосферных воздействий, ускоряют свое старение, т. е. становятся хрупкими и теряют водоот­талкивающие свойства за счет нарушения сплошнос­ти гидроизоляционного ковра. Атмосферостойкость дег­тевых материалов (толя, толь-кожи и др.) ниже ат - мосферостойкости битумных материалов (рубероида, пергамина и др.), Атмосферостойкость находится в прямой зависимости от свойств материала и его со­става.

Биологические свойства

Биологические свойства — свойство материалов и Изделий сопротивляться разрушающему действию микроорганизмов.

Органические материалы или неорганические на органических связках под действием температурно - влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гние­ние и разрушающих материалы в процессе их эксп­луатации. Так в Средней Азии материалы, содержа­щие битум, разрушаются под действием микроорга­низмов, которые для своего развития поглощают органические составляющие битума. Специальные до­бавки — антисептики — повышают биостойкость би­тумных и деревянных материалов. Кроме того, чтобы сохранять биостойкость органических материалов, рекомендуется оберегать их от увлажнения.

Биостойкость материалов на основе дегтевых вя­жущих выше биостойкости битумных, так как дегти содержат токсичную карболовую кислоту.

Особые свойства

Растворимость — способность материала рас­творяться в воде, бензине, скипидаре, масле и других жидкостях — растворителях. Растворимость может быть и положительным, и отрицательным свойством. Если синтетические материалы разрушаются под дей­ствием растворителей, то растворимость в этом слу­чае играет отрицательную роль.

Битумы обладают спсобностью растворяться в бен­зине. Это положительное свойство растворимости би­тума используется при приготовлении холодных би­тумных мастик, которые в присутствии бензина мо­гут быть нанесены на поверхность тонким слоем.

Паропроницаемость — свойство материа­ла пропускать водяные пары, содержащиеся в возду­хе, под действием разности их парциальных давле­ний на противоположных поверхностях слоя матери­ала.

С повышением температуры парциальное давле­ние водяных паров возрастает. Таким образом, водя­ные пары стремятся попасть в область меньшего дав­ления, т. е. на сторону слоя материала с меньшей тем­пературой. Этим объясняется увлажнение изоляции, применяемой для поверхности с отрицательными тем­пературами. Влага, проникая в слой изоляции с теплой стороны, увлажняет изоляцию, а при температуре ни­же нуля — замерзает. Это вызывает ухудшение свойств изоляции и ее рарушение. Кровельные гидро­изоляционные мягкие материалы хорошо сопротив­ляются прониканию в них влаги и потому являются паронепроницаемыми.

Паропроницаемость характеризуется коффициен - том паропроницаемости, размерность его — кг/(мХ Хч-Па).

Газопроницаемость — свойство материала, характеризуемое количеством газа, проходящего че­рез образец определенного размера при заданном давлении.

При возникновении у поверхностей ограждения разности давления газа происходит его перемещение через поры и трещины материала. Строительные ма­териалы с большой пористостью обладают повышен­ной газопроницаемостью, но степень газопроницаемо­сти зависит не только от абсолютной величины, но и размера и характера пор. Так как кровля является одеждой верхнего перекрытия, то к кровельным мате­риалам предъявляются высокие требования по газо­проницаемости.

Усадка — это уменьшение линейных размеров и объема под воздействием изменения температуры, влажности, солнечной радиации или в результате процессов, происходящих в материале, таких, как ста­рение, вулканизация и полимеризация у полимерных материалов; карбонизационных и контракционных — у минеральных. У рулонных кровельных материалов, таких, как изол, бризол, различные пленки, удли­нение может быть относительным и остаточным. Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

Для снижения усадочных напряжений и сохране­ния монолитности конструкции стремятся уменьшить усадку материала, вводя различные добавки. Особен­но ярко усадочные явления проявляются в мастичных кровлях.

Набухание — свойство, противоположное усад­ке, вызываемое увлажнением материала, и оно на­много ниже усадки.

У кровельных материалов набухание незначитель­ное, так как они приближаются к абсолютно плот­ным материалам с водопоглощением, близким к ну­лю. Материал основания рулонных кровельных ма­териалов (картон) подвержен явлениям набухания.

Адгезия — сопротивление отрыву или сдвигу материала, нанесенного на изолируемую поверхность. Кровельные рулонные и мастичные материалы долж­ны обладать высокой адгезионной способностью. Ад­гезию выражают величиной силы, приложенной к ма­териалу с целью его отрыва или сдвига от изолируе­мой поверхности. Например, адгезия к бетону холодной асфальтовой мастики ИИ-20 при 20 °С со­ставляет 0,23 МПа, а лри предварительной огрунтов - ке пастой — 0,43 МПа. Следовательно, состояние гид- роизолируемой поверхности влияет на величину адге­зии.