автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Метод оценки эксплуатационной надежности конструкций кровель из эластомерных рулонных материалов на основе СКЭПТ

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»

На правах рукописи ПЕШКОВА Александра Викторовна

МЕТОД ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ КРОВЕЛЬ ИЗ ЭЛАСТОМЕРНЫХ РУЛОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СКЭПТ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений (ОАО «ЦНИИПромзданий»).

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент

Ведущее предприятие — ЦНИИОМТП (Москва)

Защита состоится « 22 » декабря 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 303.013.01 при Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериметальном институте промышленных зданий и сооружений по адресу: 127238, г. Москва, Дмитровское шоссе, д. 46, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан » ноября 2004 г.

Ученый секретарь

Гликин С М.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Белоусов Е.Д.

кандидат технических наук

Бурбело А.А.

диссертационного совета,

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большие объемы строительства в нашей стране требуют постоянного совершенствования ограждающих конструкций зданий, в частности, кровель, повышения эксплуатационной надежности, снижения трудоемкости и стоимости их устройства.

Создание и развитие производства современных кровельных полимерных рулонных материалов в строительстве позволило усовершенствовать технические и конструктивные решения кровель, облегчить конструкцию покрытия, а также существенно снизить трудозатраты на их устройство за счет сокращения количества слоев ковра, обеспечивая при этом их эксплуатационную надежность. К настоящему времени достаточно полно исследованы физико-технические свойства таких полимерных материалов.

При этом еще малоизученным остается вопрос оценки работоспособности кровель из эластомерных рулонных материалов во времени, что и определяет актуальность проводимых исследований.

Целью работы является разработка метода оценки потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов на базе комплексных исследований изменения их исходных физико-технических показателей под воздействием климатических факторов и результатов ранее выполненных работ.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении и научном обосновании выбора основного эксплуатационного показателя, характеризующего работоспособность полимерного рулонного материала в кровле и критерия его оценки;

- в разработке экспресс-метода по определению потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов.

Практическое значение работы и ее реализация. Разработанная методика определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов позволяет прогнозировать их долговечность и определять рациональную область применения в конкретном КОНС

библиотека I

климатическом районе строительства. СПш|1ц' '

Результаты работы использованы при разработке Ф^дЖэпя^щфу строительных норм (ТСН «Кровли. Технические требования, правила приемки и методы оценки качества») и Сводов правил (СП «Кровли. Проектирование и

строительство») по проектированию и устройству кровель и методов оценки качества, разработанных для Тюменской области и Стандарта Организации «Метод определения потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле».

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены:

- на секции научно-технического совета НТС «ЦНИИПромзданий» «Строитель-ные конструкции зданий»;

- на научно-технической конференции «Проблема оценки долговечности при сертификации строительной продукции» в КГАСА (2002 г.).

Результаты исследований опубликованы в 5 научных статьях. На защиту выносятся:

• результаты экспериментальных и теоретических исследований изменения эксплуатационных показателей полимерных рулонных материалов при их старении от комплексного воздействия климатических факторов;

• экспресс-метод определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов;

• компьютерная программа аналитического расчета потенциального срока службы кровель из эластомерных материалов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и содержит 105 страниц, 26 таблиц, 46 рисунков. Экспериментальные исследования проводились в ИЛ ОАО «ЦНИИПромзданий».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая значимость рабдты.

В первой главе дан анализ развития и совершенствования кровель из полимерных рулонных материалов, рассмотрены и проанализированы существующие методы оценки эксплуатационной надежности битуминозных и полимерных рулонных материалов.

В нашей стране работы по повышению надежности и эффективности кровель проводились в ряде крупных научно-исследовательских организаций, к числу которых относятся: ЦНИИПС, НИИмонтажспецстрой, НИИСМ, НИИасбестоцемент, ВНИИстройполимер, ЦНИИПромзданий, ВНИИкровля, НИИМосстрой, МГСУ им. В.В. Куйбышева, ЦНИИЭПсельстрой, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева и НИИЖБ.

Проблемам долговечности кровель и улучшения свойств применяемых в них кровельных материалов большое внимание уделено в работах В.А. Воробьева, B.C. Горшкова, В.М. Ильинского, Н.В. Михайлова, И.А. Рыбьева, И.М. Руденского, П.С. Сахарова, М.С. Туполева, Н.В. Трубникова, Е.И. Кричевской, И.В. Провинтеева, С.К. Носкова, И.А. Никифорова, О.Б. Розен, Д.Д. Сурмели, А.Г. Зайцева, М.И. Поваляева, А.М. Воронина, В.В. Иванова и других исследователей. Эти работы, в большинстве своем, посвящены вопросам исследования совершенствования и развития кровель из битуминозных и битумно-полимерных материалов.

За последнее 20-летие в кровлях широкое распространение получили рулонные материалы из полимерных пленок толщиной 1,5 ... 2 мм на основе насыщенных эластомеров. Общая доля рулонных кровель из эластомерных материалов составляет: в Германии и Франции 20 %, в Японии и Италии - 30 %, в США - 40 %. По данным ряда зарубежных фирм наблюдается тенденция все большего развития кровельных систем с применением полимерных рулонных материалов, отвечающих современным требованиям по эксплуатационной надежности конструкций.

В настоящее время номенклатура применяемых в России полимерных рулонных кровельных материалов существенно расширилась за счет развития отечественного и зарубежного производства.

Существующие в России мощности по производству каучуков позволяют обеспечить выпуск 40 млн. м2 полимерных рулонных материалов в год.

Все кровельные полимерные рулонные материалы делятся на эластомерные и термопластичные.

К эластомерным рулонным кровельным материалам относятся пленки на основе ЭПДМ (этилен-пропилен-диенмономер), ТЭПК (тройной этиленпропиленовый каучук), российский аналог СКЭПТ (синтетический каучук

этиленпропиленовый тройной); ПИБ (полиизобутилен); неопрена (синтетическая резина); БК (бутилкаучук) и других каучуков.

К термопластичным кровельным материалам относятся пленки из ПВХ (поливинилхлорид), ХСПЭ (хлорсульфополиэтилен), ЭИП (этиленовые интерполимеры) и другие.

Кровли из полимерных рулонных материалов на основе бутилкаучука известны более 50 лет. Впервые кровли из вулканизированных листов на основе бутилкаучука были выполнены в США в конце 50-х годов 20-го века. После 12-ти лет эксплуатации в условиях резко континентального климата было установлено, что они обладают достаточно высокой эксплуатационной надежностью. Это положило начало для широкого производства подобных материалов в США, Канаде и Японии. В России известными марками полимерных материалов на основе БК являются «БУТИЛКОР», «РУНАКРОМ», «ПОЛИКРОВ», «РЕПАНОЛ» и другие.

Полимерные вулканизованные рулонные материалы на основе БК характеризуются достаточно высокими прочностными и деформационными свойствами (прочность при растяжении более 6 МПа, относительное удлинение при разрыве 300 % и более). Существенным недостатком таких материалов является низкая стойкость к ультрафиолетовому облучению. Для защиты кровель из таких материалов от разрушающего действия прямых солнечных лучей используют специальные окрасочные составы или гравийную засыпку.

Полимерные рулонные кровельные материалы на основе поливинилхлоридного каучука отличает от предыдущих более высокая прочность и стойкость к озоновому и ультрафиолетовому воздействию, а также хорошая свариваемость при образовании стыка полотен.

При выполнении кровель из ПВХ или ХСПЭ материалов соединение полотен в местах нахлестки, как правило, осуществляют сваркой при температуре 450 - 600 °С. Для сварки швов используется сварочное автоматическое оборудование, типа Leister Triac Hot Jet, Leister Variant и другое, которое позволяет регулировать температуру сварки от + 20 °С до + 650 °С. При этом достигается высокая герметичность соединения. Кровли из ХСПЭ и ПВХ пленок

получили применение в районах с расчетными температурами от минус 30 °С до плюс 60 °С.

Наиболее широкое распространение в отечественной и зарубежной практике строительства получили рулонные кровельные материалы на основе СКЭПТ, ЕПДМ и ТЭПК, которые характеризуются высокими исходными показателями физико-технических свойств, отвечающими современным требованиям, а именно условной прочностью в пределах 6-8 Мпа и относительным удлинением при разрыве 300 - 650 %.

СКЭПТ является одним из самых дешевых и доступных каучуков, обладающих высокой атмосферостойкостью, химстойкостью и морозостойкостью. Опыт эксплуатации кровель из материалов на основе подобных каучуков, накопленный в Японии, США и Италии в течение более 20 лет, подтвердил высокую надежность и долговечность однослойных кровель. Наиболее известными зарубежными производителями кровельных систем на основе ЭПДМ и ТЭПК являются: "Firestone Building Products Europe", "Carlisle System", "Genflex" (США), "PHOENIX AG" (Германия), "Protan A/S" (Норвегия) и др.

В России серийно выпускают следующие марки пленок на основе СКЭПТ: "Кромэл" (ТУ 5114-002-41993521-91) фирмы "Национальная нефтяная компания", "Поликром" (ТУ 5114-001-46439362-99) ЗАО "Совинтехпром", "Эластокров" (ТУ 38-605110-90) ЗАО "Кварт", "Элон-Супер" марок 1 и 2 (ТУ 5114-001-52404089-2004) ОАО "Кировский комбинат искусственных кож", "Кровлен" (ТУ 8125-011-00302480—95) ИвНИИПиК, "Ярокром" (ТУ 5114-49305011868-2002) ОАО "Ярославрезинотехника", "Эпикром-Р" (ТУ 5114-00146439362-99) ОАО "Нижнекамснефтехим" и др.

В таблице 1 представлены физико-технические характеристики отечественных эластомерных рулонных материалов на основе СКЭПТ.

Таблица 1

Физико-технические свойства отечественных эластомерных рулонных кровельных материалов на основе СКЭПТ

ш п/п Наименование показателя Норма по ГОСТ 30547-97 X о § & Кромэл Поликром | 2 о а. X I- Эластокров Элон-Супер марки! о. V & X м о I ч О Эпикром-Р

1 Условная прочность при растяжении, Мпа 4 5,4 6,6 5,8 9,3 8,6 10,1 9,4 6,0

2 Относительное удлинение при разрыве, % 250 431 404 580 489 628 490 450 300

3 Гибкость на брусе закругления радиусом 5 мм, °С -40 -65 -65 -65 -65 -65 -65 -62 -60

4 Водопоглощение, % ¿2 1,5 0,13 0,4 0,3 0,45 0,4 0,4 0,2

Кровли из полимерных рулонных материалов выполняют тремя способами:

- методом сплошной приклейки водоизоляционного ковра по всей поверхности основания, рис. 1;

Рис 1 Конструктивное решение кровли со 2 3 1 сплошной приклейкой полимерного

рулонного материала 1—водоизоляционный ковер из полимерного материала; 2 - приклеивающий состав; 3 - краевой герметик; 4 - стяжка; 5 -утеплитель; 6 - пароизоляция; 7- железобетонные плиты покрытия; 8 -разделительный слой

методом свободной укладки на основание под кровлю с пригрузом из расчета 50 кг/м2 (балластная система), рис. 2;

Рис 2 Конструктивное решение кровли со свободной укладкой полимерного материала 1 - водоизоляционный ковер из полимерного

материала; 2 - приклеивающий состав; 3-краевой герметик; 4 - разделительный слой; 5 - пригрузочный слой; 6-утеплитель; 7- пароизоляция; 8 - железобетонные плиты покрытия.

- методом механического крепления рулонного ковра к покрытию, рис.3.

Рис 3 Конструктивноерешение кровли смеханическимзакреплением полимерногоматериала

1 - водоизоляционный ковер из полимерного материала; 2 - приклеивающий состав, 3 - крепежный элемент; 4 - краевой герметик; 5 - утеплитель; б- пароизоляция; 7- профилированный настил

В процессе эксплуатации кровельный материал подвергается комплексному воздействию различных факторов внешней среды, в число которых входят климатические, механические, химические, биологические и радиационные. Под влиянием этих факторов изменяются исходные физико-технические характеристики материалов.

В эксплуатационных условиях материал кровельного ковра подвергается комплексному воздействию положительных и отрицательных температур, ультрафиолетовому облучению, замачиванию, цикличному замораживанию и оттаиванию, влияние каждого из которых на изменение исходных показателей материала зависит от степени их воздействия и стойкости материала кровельного ковра.

Одной из важнейших задач дальнейшего совершенствования кровель из полимерных рулонных материалов является оценка их работоспособности на стадии проектирования, основой которой является прогнозирование долговечности кровельного материала в условиях эксплуатации. На сегодняшний день вопрос стабильности физико-механических свойств таких материалов во времени под влиянием комплексного воздействия различных атмосферных факторов остается еще малоизученным.

Профессор Зайцев А.Г., рассматривая вопросы эксплуатационной долговечности полимерных материалов, ввел понятие основного свойства

материала, определяющего его срок службы в зависимости от климатических воздействий и места расположения материала в конструкции.

Одной из важнейших характеристик, определяющих работоспособность материала в кровельном ковре, является его деформативная способность.

Принимая во внимание, что исходная деформативная способность полимерных рулонных кровельных материалов в несколько раз выше, чем у битуминозных, критерий потери 50 %-ой деформативной способности в результате старения, регламентируемый требованиями ГОСТ 9.713-86, не может служить критерием оценки потери работоспособности полимерных рулонных кровельных материалов с исходными значениями относительного удлинения более 250 %.

Другие источники предусматривают определять оценку долговечности полимерных рулонных материалов по степени «разрушения» его после каждого цикла условного года воздействия атмосферных факторов по изменению внешнего вида материала при визуальном осмотре, включая цвет, наличие трещин, пузырей и коверн. При этом в качестве критерия принимается повреждение поверхности ковра более 50%.

В разработанной ЦНИИПромзданий методике определения потенциального срока службы битуминозных материалов, за основной эксплуатационный показатель, характеризующий их работоспособность, принят показатель гибкости материала с предельной величиной t 10 ... 15 °С. Однако, данная методика не может быть апробирована для оценки эксплуатационной надежности полимерных рулонных материалов, так как последние характеризуются более высокими исходными показателями физико-механических свойств.

В отличие от битуминозных такие материалы имеют значительно меньшее водопоглощение, существенно большее значение относительного удлинения и показателя гибкости. Таким образом можно констатировать, что методы оценки работоспособности битуминозных материалов не могут быть использованы для

определения потенциального срока службы кровель из полимерных рулонных материалов, а известные отечественные и зарубежные методики оценки эксплуатационных качеств полимерных рулонных материалов не базируются на четком количественном критерии, который бы определял эксплуатационную надежность кровли.

Исходя из вышеизложенного, для решения этой задачи необходимо провести комплексные исследования по изучению характера изменения исходных физико-механических свойств полимерных рулонных материалов под влиянием температуры нагрева, ультрафиолетового облучения, цикличного замораживания и оттаивания в отдельности, а также при комплексном воздействии этих факторов, установить 'и научно обосновать основной эксплуатационный показатель, характеризующий работоспособность материала и критерий его оценки и на базе результатов лабораторных исследований разработать методику определения потенциального срока службы кровель из таких материалов.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям с изучением степени влияния климатических факторов на изменение физико-механических характеристик эластомерных рулонных материалов.

Лабораторные исследования проводились на образцах отечественных эластомерных материалов КРОМЭЛ, ПОЛИКРОМ, ЭЛАСТОКРОВ, ЯРОКРОМ и зарубежного - ЕПДМ.

Воздействие нагрева

Как известно, в процессе эксплуатации в весенне-летний период года поверхность кровли подвергается значительному нагреву. Натурными исследованиями установлено, что в южных районах страны черная поверхность рулонной кровли без защитного слоя может нагреваться до плюс 73 °С при температуре наружного воздуха 36, а при наличии защитного покрытия в виде гравия - до плюс 60 °С, и этим обуславливается более быстрое протекание процессов теплодеструкции.

Для определения степени влияния температуры нагрева образцы принятых для испытаний материалов размером 110x250 мм помещались в термостаты типа «СНОЛ» на воздействие температуры 70 °С, 80 °С и 100 °С.

Значения температур для испытаний были приняты, согласно ГОСТ 9.02474 и ГОСТ 9.713-86, из условия, что их минимальная величина равна возможной температуре нагрева поверхности кровли в летний период, а максимальная должна быть ниже температуры вулканизации материала не менее, чем на 20 °С.

Испытания материалов по определению прочностных и деформативных показателей материалов проводились на разрывной машине модели 200 1Р-0,5 со скоростью 500 мм/мин.

По результатам лабораторных испытаний на воздействие температуры нагрева установлено, что в течение первых 90 - 100 дней отмечается повышение прочности, а затем ее снижение, что объясняется особенностями процесса структурирования материала, сшивкой и уплотнением двойных связей, а в дальнейшем возможным разрывом этих связей вследствие образования микротрещин в поверхностном слое материала. Показатель гибкости у исследуемых материалов на протяжении всего срока испытаний снижается незначительно (5 — 15 %) и характеризуется высоким абсолютным значением ^ = -50 -т -52,5°С).

Термостарение оказывает существенное влияние на снижение деформативности эластомерного материала (относительного удлинения при разрыве). При этом отмечается четкий и стабильный характер снижения этого показателя при воздействии температуры нагрева у всех исследуемых материалов (рис. 4).

Установлено, что наиболее резкое снижение деформативности у эластомерных рулонных материалов происходит в первые 30 дней воздействия температуры нагрева (рис. 4), а затем процесс замедляется и носит практически линейный характер, что свидетельствует о стабилизации структуры материала. В среднем величина относительного удлинения после термостарения за весь период

нагрева снижается на 40 + 60 °С и характеризуется низкими абсолютными значениями.

Совместное воздействие нагрева и ультрафиолетового облучения.

Образцы эластомерных рулонных материалов подвергали воздействию нагрева при температурах 70 °С, 80 °С и 100 °С в термостатах типа «СНОЛ» со съемом через каждые 15 дней и последующим облучением их в аппарате искусственной погоды АИП-1-3, оборудованном ртутно-кварцевой лампой типа ПРК-2М мощностью 375 Вт в течение того же периода.

На каждом этапе продолжительностью 15 дней определялось изменение основных физико-технических показателей.

Результаты испытаний представлены на графиках (рис. 5).

Анализ полученных данных (рис. 5) позволяет констатировать, что характер изменения исходных физико-технических показателей эластомерных рулонных материалов от совместного воздействия нагрева и ультрафиолетового облучения аналогичен характеру изменения этих показателей от воздействия только нагрева. Установлено, что ультрафиолетовое облучение сказывается на

дополнительном снижении деформативности эластомерных материалов в пределах 5- 10%.

Рис. 5. Выраженное в %-ах изменение относительногоудлиненияэластомерных рулонных материалов 1 - КРОМЭЛ, 2 - ПОЛИКРОМ, 3 - ЭЛАСТОКРОВ, 4-ЯРОКРОМ, 5-ЕПДМпри совместном воздействии нагрева при 100 'С (а), 80'С (б), 70 'С (»)иультрафиолетового облучения

Комплексное воздействие нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания.

Осенне-зимний период года, как известно, характеризуется переходами температуры через О °С, число которых, в частности, для II климатического района, согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», составляет 60 дней в году. Один цикл перехода через 0 °С при лабораторных испытаниях включал замачивание образцов материала в ванне с водой при температуре 20 °С, выдержку в холодильной камере при температуре от минус 15 °С до минус 20 °С в течение 30 минут, а затем оттаивание в ванне с водой при комнатной температуре ^ = 20 °С) в течение 30 минут. При этом каждому этапу продолжительностью 15 суток соответствует 5 циклов замораживания и оттаивания.

Анализ результатов лабораторных испытаний свидетельствует о том, что временной период резкого падения и начала стабилизации показателя относительного удлинения у исследуемых материалов при старении от комплексного воздействия нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания составляет 90 дней.

Наиболее характерным при лабораторных исследованиях является воздействие нагрева при температуре 70 °С, что ближе всего отвечает условиям старения кровельного материала при эксплуатации кровли.

Результаты испытаний исследуемых материалов на комплексное воздействие нагрева при 70 °С, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания представлены в таблице 2 и на графиках (рис. 6).

Таблица 2

Изменение относительного удлинения при разрыве эластомерных рулонных материалов при комплексном воздействии термостарения (70 °С), ультрафиолетового облучения и циклического воздействия

Время старения, сут. Наименование показателя |

Относительное удлинение при разрыве, %

КРОМЭЛ ПОЛИКРОМ ЭЛАСТОКРОВ ЯРОКРОМ ЕПДМ

0 404 100 580 100 m 100 489 100' 662 •loo

7 ж 67,1 434 74,8 ж 80,2 413 84,5 586 88,5

15 245 60,6 Ж 65,8 m 72,2 383 78,4 559 84,4

30 212 52,7 Ж 57,9 225 62,9 270 75,7 530 80,0

45 124 48,1 Ж 5S.1 368 58,6 Ж 74,1 512 77,4

60 ш 42,8 304 52,4 252 56,1 255 72,5 503 76,0

75 ж 41,5 222 51,6 ш 54,2 34£ па 498 75,2

90 Ш 40,1 221 50,1 328 523 ш 69,7 Ж 74,3

105 Ш 38,6 222 48,0 222 50,9 222 69,0 ш 73,4

120 154 38,0 268 46,3 211 49,5 328 67,0 476 71,9

135 Ш 37,4 ш 45,2 222 47,3 Ш 66,0 465 70,2

150 146 36,1 254 43,7 286 45,6 316 64,6 454 68,6

165 142 35,1 25Q 43,1 225 44,2 211 63,6 448 67,6

180 137 33,9 248 42,8 214 43,7 ж 62,6 446 67,:3

195 Ш 33,2 241 41,5 266 42,4 303 61,9 438 66,1

Примечание: в числителе приведены абсолютные значения (е); в знаменателе - величины в %-ах от исходных значений (е)

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что у всех исследуемых материалов отмечается стабильный характер снижения деформативной способности. Установлено, что цикличное замораживание и оттаивание, как и ультрафиолетовое облучение, незначительно сказывается на снижении деформативной способности эластомерных рулонных материалов и составляет в среднем 5 15 % дополнительно к снижению этой величины от воздействия нагрева и ультрафиолетового облучения.

О 7 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 150 193 Т.сут.

В)

ОТ 15 30 45 50 75 ВО 105 1» 135 130 163 130 195 Т.сут.

О 7 15 30 45 60 75 90 105 120 135

Рис 6. Выраженное в %-ах изменение относительногоудлиненияэластомерных рулонныхматериалов 1 - КРОМЭЛ, 2-ПОЛИКРОМ, 3-ЭЛАСТОКРОВ, 4 -ЯРОКРОМ, 5 - ЕПДМот комплексного воздействиянагрева 100 °С(а), 80 °С(б), 70 'С (в),ультрафиолетового облучения и

- —I—'----------------------------

- 1,1 -- цикличногозамораживания и оттаивания

150 163 180 193 Т.еуг.

На основании результатов лабораторных исследований установлено, что основным количественным критерием, характеризующим работоспособность эластомерных рулонных материалов в кровле является деформативность, которая определяется величиной относительного удлинения при разрыве.

Результаты изменения величины относительного удлинения исследуемых материалов от комплексного воздействия нагрева при 70 °С, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания представлены в таблице 2 и на графиках (рис. 6).

В третьей главе диссертации было изучено влияние атмосферных факторов в натурных условиях на снижение исходной деформативной способности эластомерных рулонных материалов.

Изучение влияния атмосферных факторов на снижение деформационной способности в натурных условиях проводилось на тех же материалах, которые были исследованы в лабораторных условиях. Для этого образцы размером 150x250 мм были выставлены на крышную станцию ЦНИИПромзданий, где подверглись комплексному воздействию климатических факторов в натурных условиях.

Визуальный осмотр испытанных образцов эластомерных рулонных материалов не выявил никаких внешних дефектов и повреждений, на их поверхности за исключением незначительного изменения цвета, что свидетельствует об окислительном процессе, протекающем в поверхностном слое. Результаты испытаний материалов после комплексного воздействия климатических факторов в естественных условиях эксплуатации представлены графически на рис. 7. Из анализа графика на рис. 7 можно сделать вывод, что выраженная в процентах величина относительного удлинения исследуемых материалов через 90 суток старения составила в среднем £ = 86,86 %, после 180 сут. - е = 84, 00 %, для всех материалов, а через 360 сут. (1 год) эта величина дополнительно снизилась на 2 - 5 % и в среднем составила Б = 81 %.

Рис 7. Выраженное в %-ах относительное удлинение после воздействия

климатических факторов внатурныхусловияхна крышкой станции 1 - КРОМЭЛ; 2 - ПОЛИКРОМ; 3 - ЭЛАСТОКРОВ; 4 - ЯРОКРОМ; 5 - ЕПДМ

Характер очертания кривой изменения деформативности эластомерных

материалов, полученных по результатам старения материалов в естественных условиях практически идентичен кривым, по результатам лабораторных

исследований после комплексного воздействия нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания.

Кроме того, дополнительно были проведены натурные обследования кровель на эксплуатируемых объектах. В их числе гараж - стоянка филиала ОАО «Стройтрансгаз», зданий общежития студенческого городка МГГРА, здания Счетной палаты РФ и жилого дома в г. Александрове Московской области.

По результатам обследования было установлено, что эластомерный рулонный материал в составе водоизоляционного ковра на протяжении всего срока службы (2-10 лет) не утратил своей эксплуатационной надежности, за исключением случая когда на кровле, выполненной методом свободной укладки, в качестве пригрузочного слоя был использован щебень, острые грани которого явились причиной механического повреждения материала кровельного ковра.

1 Для количественной оценки степени изменения деформативности эластомерного кровельного материала на основе СКЭПТ после продолжительного срока эксплуатации в естественных условиях с обследованных объектов были взяты образцы для испытаний. Результаты испытаний материалов кровельного ковра («Кровлена» после 6 лет эксплуатации на кровле жилого дома и ЕПДМ после 2-х лет эксплуатации на кровле гаража-стоянки) представлены на рис. 8. Установлено, что величина относительного удлинения за 1 год эксплуатации эластомерного материала в естественных условиях в среднем снизилась на 22 %, а образцов выставленных на крышной станции в среднем на 20 %, за 2 года - на 23 %, а за 6-ти летний срок - на 27 %, что от исходного значения составляет При этом за 90 суток эксплуатации снижение

величины относительного удлинения в среднем не превысило 7 %, т.е. усредненное значение показателя относительного удлинения в натурных условиях от исходного значения составило

Выраженные в процентах значения относительного удлинения материалов ЕПДМ и КРОВЛЕНа, взятых с эксплуатирующихся объектов (рис. 8),

подтверждают характер и скорость их старения, полученных по результатам испытаний образцов, экспонировавшихся на крышной станции.

Рис 8. Выраженное в %-ах относительное удлинение под воздействием климатических факторов в натурныхусловиях 1 - ЕПДМ; 2 - КРОВЛЕН

Известно, что наиболее объективные данные по изменению исходных характеристик материала дают результаты его испытаний после старения в натурных условиях. Однако такой метод исключает возможность в короткие сроки получения объективных данных для оценки работоспособности материала.

Ускоренный метод лабораторных испытаний значительно сокращает продолжительность исследований, но его результаты требуют корректировки и увязки с результатами, полученными на образцах, подвергшихся старению в натурных условиях. Зависимость между результатами испытаний на старение в лабораторных и натурных условиях определяется коэффициентом корреляции, который может быть представлен в виде следующей зависимости:

где % - коэффициент корреляции;

- усредненное значение показателя относительного удлинения образцов материала после 90 суток старения в натурных условиях;

- усредненное значение показателя относительного удлинения образцов материала после 90 суток старения в лабораторных условиях.

Усредненное значение показателя относительного удлинения образцов материалов после лабораторных испытаний равно

По результатам испытаний образцов материала, экспонировавшихся на крышной станции и взятых с эксплуатирующихся кровель установлено, что усредненное значение показателя относительного удлинения после старения составило: = 86,82 %.

Однако различные материала, подвергшиеся старению в лабораторных условиях, имеют разные значения показателя снижения деформативной способности за тот же период, что свидетельствует об их разной стойкости. Поэтому в формулу (1) определения коэффициента корреляции для каждого конкретного материала вводится поправка х - Тогда зависимость (1) имеет вид:

где - коэффициент, учитывающий расхождение среднего значения показателя относительного удлинения конкретного оцениваемого материала и усредненного значения показателя относительного удлинения эластомерных материалов:

где - среднее значение показателя относительного удлинения конкретного исследуемого материала, %.

С учетом вышеизложенного формула (2) примет вид:

По установленной корреляционной зависимости (4) между результатом снижения деформационной способности материала при лабораторных испытаниях и старения его в натурных условиях были определены коэффициенты

корреляции исследуемых материалов: КРОМЭЛА - £ = 0,93; ПОЛИКРОМА - % = 1,22;ЭЛАСТОКРОВА- 4= 1,31; ЯРОКРОМА- ^ =1,58 и ЕПДМ- 4 = 1,67.

В четвертой главе был рассмотрен вопрос деформативной способности водоизоляционного ковра из полимерных рулонных материалов при изменении температуры и экспериментально определены коэффициенты линейного изменения их размеров и температура стеклования.

Изменение температуры кровельного ковра в процессе эксплуатации вызывает в нем растягивающие напряжения, обусловленные разными по величине коэффициентами линейного изменения ковра и основания

под кровлю.

При изменении температуры на величину степень сокращения элементов кровли длиной / зависит от их коэффициентов линейного изменения а и определяется по формуле:

Для выявления предельного значения величины относительного удлинения материала кровельного ковра, было рассмотрено взаимодействие водоизоляционного ковра и основания под кровлю при изменении температуры.

В случае сплошной приклейки водоизоляционного ковра к основанию (стяжке) деформации ковра сдерживаются связью его со стяжкой, которую учитывают путем введения коэффициента заделки (связи) к„:

Так как коэффициент линейного изменения размера полимерных кровельных материалов, как правило, на порядок выше аналогичного показателя цементно-песчаной стяжки и в несколько раз больше, чем

у стяжки из асфальтобетона (а^, = 48x10^ Град'), температурные деформации водоизоляционного ковра из полимерного рулонного материала, приклеенного к стяжке, складываются из деформаций стяжки и водоизоляционного ковра и могут быть представлены выражением:

где 1т - шаг деформационных швов в стяжке, принимаемый равным 6 м для стяжки из цементно-песчаного раствора и 4 м - из асфальтобетона (СНиП II-26-76 Кровли).

Если водоизоляционный ковер из полимерного рулонного материала механически прикреплен к основанию (стяжке) крепежными элементами, размещенными с шагом 1„р или свободно уложен (не закреплен) при шаге деформационных швов здания и, таким образом, связь ковра с основанием отсутствует, его температурные деформации могут быть вычислены соответственно по формулам:

Поскольку деформативная способность полимерных рулонных материалов характеризуется относительной величиной, температурные деформации водоизоляционного ковра также можно выразить в относительных величинах:

- для ковра, в котором полимерный рулонный материал приклеен к основанию под кровлю (стяжке):

е.«».,=(Ч»+а. •*я;-Д*-100; (10)

- для ковра, в котором полимерный рулонный материал механически закреплен к основанию или свободно уложен:

в„=а,-ДМОО. (И)

Установлено, что величина к^, равна 0,1.

- максимальный температурный перепад на поверхности водоизоляционного ковра в эксплуатационный период для конкретного климатического района.

а„ - коэффициент линейного изменения размеров эластомерного рулонного материала.

Для установления значения у рассматриваемых эластомерных рулонных материалов были выполнены испытания образцов размером 8x10x20 мм на кварцевом дилатометре (разработанном кандидатом технических наук Ворониным А.М. и доктором технических наук Поваляевым М.И.), позволяющем измерять изменение длины образца при помощи индикатора, снабженного электрическим контактом без механического воздействия на образец.

Отрицательную температуру в термостате создавали при помощи твердой углекислоты («сухого льда»). Регулирование скорости охлаждения образцов (воздуха в термостате) осуществлялось при помощи вентилятора типа ВН-8, установленного внутри термостата.

Температура образцов измерялась с точностью 0,5 °С при помощи медно-константовых термопар в цепи с потенциометром типа КП-59.

Одновременно с исследуемыми образцами были изготовлены аналогичные по размеру контрольные образцы, в которые закладывались термопары.

При испытании была измерена величина изменения длины исследуемого материала в процессе его охлаждения до температуры - 60 + - 65 °С со скоростью 0,1 - 0,3 град/мин, которая соответствует действительной скорости изменения температуры наружного воздуха в натурных условиях.

По показанию индикатора дилатометра через каждые 3 - 5 °С понижения температуры в контрольных образцах определялось изменение их длины.

По полученным данным были построены графики (рис. 9) зависимости уменьшения длины образца от температуры и определены коэффициенты линейного изменения по формуле:

где l - длина образца при данной температуре,

4/ - изменение длины образца в интервале температур

Коэффициент "а" каждого материала определяли как средняя величина результатов испытаний не менее 3-х образцов.

Рис 9. Температурныйходизменения длины образца 1-КРОМЭЛ; 2-П0ЛИКР0М; 3-ЯРОКРОМ; 4-ЕПДМ.

Из графиков, приведенных на рис. 9, видно, что коэффициент линейного изменения размеров не является постоянной величиной: при температуре ниже минус 40 °С величина его уменьшается (аг < а,), аналогичное явление наблюдается и в резинах.

Из литературных источников известно, что аморфные вещества при определенных внешних условиях стеклуются, то есть для них характерен переход от свойств жидкого состояния к свойствам твердого состояния. Такой переход аморфных веществ происходит при охлаждении и называется структурным стеклованием. Температура структурного стеклования Тс определяется по точке излома графика зависимости изменения линейного размера образца от температуры (см. рис. 9 и табл. 3).

Установлено, что температура структурного стеклования для эластомерных материалов составляет - 43 °С и ниже (табл. 3). Наиболее низкая температура структурного стеклования (-57,5 °С) отмечается у эластомерного рулонного материала ЯРОКРОМ.

Таблица 3

Коэффициенты линейного изменения размеров выше ( а,) И ниже ( аг) температуры стеклования эластомерных рулонных материалов

Материалы о10"6, град'1 Тс> "С а2-10"4, град"1

КРОМЭЛ . 146,8 -43,9 99,8

ПОЛИКРОМ 129,5 -54 71,5

ЯРОКРОМ 146,5 -57,7 37,44

ЕПДМ 294,7 -49 100,6

Пятая глава посвящена разработке экспресс-метода определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов.

Под долговечностью конструкции понимают срок ее службы в условиях эксплуатации, в течение которого сохраняется комплекс физико-технических характеристик, определяющих ее работоспособность.

На основании проведенных исследований эластомерных рулонных материалов в лабораторных и натурных условиях установлен основной эксплуатационный показатель, характеризующий работоспособность кровельного ковра и разработана Методика определения потенциального срока службы кровель из этих материалов.

Результаты проведенных исследований этих материалов, представленные в главах 2 и 3, свидетельствуют о том, что показатель деформативной способности эластомерного рулонного материала характеризует достаточно четкую зависимость его работоспособности от степени старения под воздействием климатических факторов. При этом установлено, что наибольшее влияние на изменение величины относительного удлинения эластомерного

материала на основе синтетического каучука СКЭПТ и ЕПДМ оказывает термостарение.

Исходя из вышеизложенного, в качестве основного эксплуатационного показателя, характеризующего работоспособность эластомерных материалов в кровельном ковре, принята величина относительного удлинения, которую должен воспринимать данный материал в условиях эксплуатации.

Согласно теории максимума упругой деформации Сен-Венана, начало ослабления наступает, когда наибольшая локальная деформация внутри тела превышает некоторое критическое значение деформации. Это условие положено в основу разработки экспресс-метода определения потенциального срока службы эластомерного рулонного материала в кровле. Количественной базой метода служит график в виде кривой, характеризующей изменение величины относительного удлинения (деформативности) эластомерного рулонного материала, которая уменьшается в результате старения его под воздействием комплекса климатических факторов.

За критическое значение величины относительного удлинения исследуемого материала принята максимальная относительная температурная деформация, которую он должен воспринимать в кровельном ковре в процессе эксплуатации покрытия.

Максимальная относительная температурная деформация, которая возникает в материале в процессе эксплуатации кровли определяется по формулам 10 и 11 (см. главу 4).

Величина характеризует предельные деформативные возможности эластомерного рулонного материала, ниже которой в кровельном ковре возникают трещины. Для определения этой величины необходимо знать перепад между зимней и летней температурами на поверхности кровли,

которые соответственно определяются по следующим формулам:

е.. ■[*. + (*. -*«)]. (13)

где х;„ - температура поверхности кровельного ковра в зимний период,

т;„ - температура поверхности кровли в летний период года, °С;

- температура внутреннего воздуха, °С;

^ - температура наружного воздуха, °С;

1Я„ - общее сопротивление теплопередаче конструкции покрытия, м^ С;

Яв - сопротивление теплопередаче у внутренней поверхности конструкции покрытия, —у—'>

Ян - сопротивление теплопередаче у наружной поверхности конструкции покрытия,

- средняя температура наружного воздуха в летний период года,

АсуМ - амплитуда колебания условной температуры наружной поверхности ограждения,

V - число, показывающее во сколько раз амплитуда колебания температуры внутренней поверхности ограждения меньше амплитуды колебания температуры наружного воздуха.

В таблице 4 представлены расчетные температуры и %'„,

поверхности кровельного ковра в летний и зимний периоды года для трех наиболее распространенных конструктивных решений покрытия, эксплуатирующихся во П-м климатическом районе России.

Разработанная методика по определению потенциального срока службы эластомерных материалов базируется на результатах ускоренного старения материала в лабораторных условиях, с построением кривой, характеризующей снижение величины относительного удлинения материала в результате термостарения под воздействием температуры нагрева 70 °С.

Таблица 4

Температуры нагрева и охлаждения поверхности кровельного ковра, эксплуатирующегося во П-м климатическом районе России

Конируктивное решение покрытия Ртах» МДж м1 Оср* МДж м1 ч. "с Г "С х' °С х" ЯП » "с

1. полимерная рулонная пленка; 2 - стяжка из цементно-песчаного раствора; 3-утеплитель; 4 — железобетонная плита покрытия. 803 315 -28 23,6 -28,9 44,0

1. полимерная рулонная пленка; 2 - стяжка из цементно-песчаного раствора; 3-утеплитель; 4 -профнастил. 803 315 -28 23,6 -28,9 46,6

1. полимерная рулонная пленка; 2 - стяжка из цементно-песчаного раствора; 3- железобетонная плита покрытия. 803 315 -28 23,6 -28,9 40,0

Учет ультрафиолетового облучения и циклического воздействия замораживания и оттаивания осуществлялся путем введения поправочных коэффициентов в эмпирическую зависимость:

ЕЖУФ.±(Т) =е*>(Т).куф-к* = е™(Т)• 0,965 • 0,9. (15) или

е™ У4, 4(Т; = 0,869 -еп(Т) (16).

По значениям, вычисленным по формуле (16), строится окончательный график в виде кривой, характеризующей фактические снижение величины относительного удлинения (деформативности) эластомерного рулонного материала в результате старения его под комплексным воздействием климатических факторов (рис. 10).

Рис. 10 График для определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов

Анализ кривых, характеризующих изменение деформативной способности эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ, полученных в результате проведения комплексных исследований, свидетельствует о том, что в них четко фиксируются два характерных участка: криволинейный (О-А) и прямолинейный (А-Б), которые представлены на графике (рис. 10). Кривая (О-А) на графике е' (Т) -характеризует резкое снижение деформативности материала. Участок (А-Б) схемы графика характеризует определенную стабилизацию снижения величины относительного удлинения материала во времени, которое носит практически линейный характер.

Исходя из изложенного можно констатировать, что потенциальный срок службы кровель из эластомерных рулонных материалов на основе СКЭПТ прямо пропорционален изменению показателя деформативности материала от значения Е1, определяемого по графику (рис. 10), и предельной величины е,,, вычисленной по формулам 10 или 11 (глава 4), и обратно пропорционален скорости изменения этого показателя, характеризующейся тангенсом угла наклона кривой на участке (А-Б) к оси абсцисс. Связь этих величин с учетом коэффициента корреляции выражается следующей зависимостью:

Результаты выполненных работ положены в основу разработки компьютерной программы автоматизированного расчета потенциального срока службы эластомерных рулонных кровельных материалов в кровле.

Расчетом по разработанному экспресс-методу потенциального срока службы кровель из испытанных материалов применительно ко П-му климатическому району России получены следующие результаты, представленные в таблице 5.

Таблица 5

Потенциальный срок службы кровель из эластомерных рулонных материалов на основе каучука СКЭПТ

Наименование материала Потенциальный срок службы, г.

КРОМЭЛ 13,8

ПОЛИКРОМ 24,8

ЭЛАСТОКРОВ 17,8

ЯРОКРОМ 35,9

ЕПДМ 50,7

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Одной из важнейших задач дальнейшего развития и совершенствования кровель из полимерных рулонных материалов является задача оценки их работоспособности при проектировании конструкций для конкретных условий эксплуатации.

2. Известные экспресс-методы оценки эксплуатационных качеств полимерных материалов, разработанные в нашей стране и за рубежом, базируются либо на критерии 50 %-ой потери деформативной способности материала в результате старения, что не может быть принято за критерий потери работоспособности эластомерных рулонных кровельных материалов при исходной величине их

относительного удлинения более 250 %, либо не устанавливают конкретных количественных критериев, которые позволяют оценить надежность работы этих материалов в кровле.

3. В результате комплекса экспериментальных и теоретических исследований установлен основной эксплуатационный показатель, количественно характеризующий степень снижения работоспособности эластомерных рулонных кровельных материалов в кровле, подвергающихся в процессе эксплуатации комплексному воздействию на них климатических факторов, в качестве которого принята величина относительного удлинения при разрыве.

4. Установлено, что наибольшее воздействие на снижение деформативности эластомерных кровельных материалов, обусловленное их старением, оказывает нагрев. Влияние ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания дополнительно сказываются на снижении деформативной способности таких материалов в пределах 13 %. Снижение деформативной способности полимерных рулонных материалов на основе СКЭПТ от старения под комплексным воздействием нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания может быть представлено в виде следующей эмпирической зависимости:

= 0,869 -еп(Г) .'

5. Установлена корреляционная связь между результатами снижения деформативной способности материала, полученными при лабораторных испытаниях и старении его в натурных условиях в виде эмпирической зависимости:

где - среднее значение показателя относительного удлинения конкретного исследуемого материала, %.

6. Определены коэффициенты корреляции для исследованных материалов:

КРОМЭЛА- ^ = 0,93;ПОЛИКРОМА- £= 1,22; ЭЛАСТОКРОВА - ^ = 1,31; ЯРОКРОМА- % =1,58 и ЕПДМ- ^ =1,67.

7. Установлена зависимость относительной температурной деформации водоизоляционного ковра от перепада температур:

- для ковра, в котором полимерный рулонный материал приклеен к основанию под кровлю (стяжке) в виде:

- для ковра, в котором полимерный рулонный материал свободно уложен на основание под кровлю (стяжку) в виде:

8. Определены фактические значения коэффициентов линейного изменения

размеров исследуемых эластомерных рулонных материалов.

9. Разработан экспресс-метод определения потенциального срока службы кровель

из эластомерных рулонных материалов, базирующийся на сравнении величины предельной температурной деформации, которую должен воспринимать материал в процессе эксплуатации кровли и ее фактической величиной, устанавливаемой по результатам испытания образцов материалов на старение в лабораторных условиях при воздействии температуры 70 °С и вычисляемой с дополнительным учетом влияния ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания по эмпирической зависимости.

10. Потенциальный срок службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле вычисляется по формуле:

е,

£„ = а, • Д/ • 100.

П.

£ 1 — е,

■«I

ее

где Псс,—потенциальный срок службы.сут;

- значение показателя деформативности, отсекаемое на оси ординат графика продолжением линии А-Б, %;

- предельное значение деформативности материала, %;

- характеризует скорость снижения показателя деформативности. - коэффициент корреляции.

11. Разработана компьютерная программа для расчета потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов по результатам испытаний образцов материала на термостарение в лабораторных условиях.

12. Определены потенциальные сроки службы исследованных отечественных эластомерных материалов, которые составили для КРОМЭЛа - 13,8 лет; для

. ПОЛИКРОМа - 24,8 лет; для ЭЛАСТОКРОВа - 17,8 лет; для ЯРОКРОМа -35,9 лет.

13. Результаты исследований использованы при разработке территориальных строительных норм (ТСН «Кровли. Технические требования, правила приемки и методы оценки качества») и Сводов правил (СП «Кровли. Проектирование и строительство») по проектированию и устройству кровель и методов оценки качества, разработанных для Тюменской области и Стандарта организации «Метод определения потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТЫХ

1. Пешкова А.В. Крыша - один из главных архитектурно-конструктивных элементов при проектировании зданий.// Город и время. Материалы международной научно-практической конференции. - Уфа, 2000. - с. 116-118.

2. Иванов В.В., Пешкова А.В. Факторы, снижающие потенциальный срок службы кровель из битумно-полимерных

Совершенствование архитектурно-строительных решений

предприятий, зданий и сооружений.: Сб. науч. Тр. - М.: ОАО «ЦНИИПромзданий», 2001. - с. 139 - 149.

3. Пешкова А.В. Факторы, воздействующие на снижение эксплуатационной долговечности кровель из полимерных рулонных материалов.// Архитектура и строительство XXI века.: Сб. науч. тр. Всероссийской научно-технической конференции - Орел: Орел ГАУ, 2002.-с. 76-82.

4. Пешкова А.В. Зарубежный опыт применения в кровлях полимерных материалов.// Архитектура и строительство XXI века.: Сб. науч. тр. Всероссийской научно-технической конференции - Орел: Орел ГАУ, 2002.-с. 103-106.

5. Гликин СМ., Пешкова А.В. Потенциальный срок службы кровель из полимерных материалов на основе СКЭПТ.// Строительные материалы. -M.-2003.-c.2-4.

Тираж 80 экз. Заказ № 2550

Отпечатано в ФГУПЦПП

¿2 06 0 1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ развития кровель из рулонных материалов и методы оценки их долговечности.

1.1. Совершенствование конструктивных решений кровель из рулонных материалов.

1.2. Методы оценки эксплуатационных качеств кровель из рулонных материалов.

1.3. Выводы.

ГЛАВА 2. Лабораторные исследования влияния климатических факторов на изменение физико-технических характеристик эластомерных рулонных материалов.

2.1. Методика проведения исследований.

2.2 Исследование влияния атмосферных факторов на старение эластомерных рулонных материалов.

2.2.1. Воздействие нагрева.

2.2.2. Совместное воздействие нагрева и ультрафиолетового облучения.

2.2.3. Исследование комплексного воздействия нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. Анализ старения эластомерных рулонных материалов от воздействия климатических факторов в натурных и ^ лабораторных условиях.

3.1. Старение эластомерных рулонных материалов в натурных условиях.

3.2. Установление корреляционной зависимости старения эластомерных рулонных материалов в естественных и лабораторных условиях.

3.3. Выводы.

ГЛАВА 4. Деформация водоизоляционного ковра из полимерного рулонного материала при изменения температур.

4.1. Расчет температурных деформаций кровельного ковра

4.2. Определение коэффициентов линейного изменения размеров эластомерных рулонных материалов от температур.

4.2.1. Методика исследований.

4.2.2. Анализ результатов испытаний.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5 Методика оценки потенциального срока службы конструкций кровель из эластомерных материалов.

5.1. Общие положения.

5.2. Экспресс-метод определения потенциального срока служб кровель из эластомерных рулонных материалов.

5.3. Выводы.

Возрастающие с каждым годом объемы строительства в нашей стране требуют постоянного совершенствования конструкций покрытий зданий, снижения трудоемкости и стоимости их устройства, повышения эксплуатационной надежности.

В последнее десятилетие существенно расширилась номенклатура современных кровельных рулонных материалов в частности полимерных пленок отечественного и зарубежного производства, что явилось предпосылкой дальнейшего развития и совершенствования конструктивных решений кровель и технологии их устройства.

Полимерные рулонные кровельные материалы характеризуются высокими исходными показателями физико-технических свойств (прочность на растяжение -свыше 4 МПа; относительное удлинение - более 250 %; гибкость на брусе - от минус 30 °С и ниже; теплостойкость до 120 °С).

Применение таких материалов позволяет существенно сократить трудозатраты при устройстве кровли за счет снижения количества слоев водоизоляционного ковра, что особенно важно, так как уровень механизации при выполнении кровельных работ достаточно низок.

В настоящее время уже накоплен небольшой отечественный опыт по эксплуатационным качествам кровель из полимерных рулонных кровельных материалов, но он явно недостаточен для прогнозирования их долговечности в связи с ограниченным сроком применения в климатических условиях нашей страны.

В этой связи особенно актуальным является решение задачи по экспресс-оценке долговечности кровель из полимерных рулонных материалов, критерием которой может служить их потенциальный срок службы в натурных условиях под влиянием комплексного воздействия климатических факторов.

Решение этого вопроса позволит не только прогнозировать потенциальный срок службы кровель из полимерных материалов в конкретных климатических условиях эксплуатации, но и предусматривать меры по совершенствованию их конструктивных решений, физико-технических свойств самих материалов, и тем самым расширить рациональную область их применения.

Актуальность работы состоит в разработке и апробации экспресс-метода оценки работоспособности эластомерных рулонных материалов при эксплуатации их в кровле.

Целью настоящей работы является разработка метода оценки потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных кровельных материалов на базе проведения комплексных исследований изменения их исходных физико-технических показателей под воздействием климатических факторов с учетом результатов ранее выполненных работ.

Объектом исследований являлся кровельный ковер из эластомерного рулонного материала.

Предмет исследований;

- определение физико-технических свойств полимерных рулонных материалов и характер изменения их под воздействием атмосферных факторов;

- методика определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов.

Методы исследований:

- изучение и анализ существующих отечественных и зарубежных методов оценки эксплуатационной надежности кровель из рулонных материалов;

- проведение комплексных исследований в лабораторных и натурных условиях влияния различных атмосферных факторов на изменение физико-технических свойств полимерных пленок;

- установление основного эксплуатационного показателя, который принимается за критерий оценки работоспособности кровель из полимерных рулонных материалов;

- установление корреляционной зависимости между значениями основного эксплуатационного показателя, полученными при лабораторных и натурных исследованиях материалов;

- разработка компьютерной программы расчета потенциального срока службы полимерных рулонных материалов в кровле на базе результатов экспериментальных исследований.

Новизна работы заключается:

- в установлении и научном обосновании выбора основного эксплуатационного показателя, характеризующего работоспособность полимерного рулонного материала в кровле и критерия его оценки;

- в разработке экспресс-метода по определению потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов в кровле.

Практическое значение работы и ее реализация. Разработанная методика определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ позволяет прогнозировать их долговечность при эксплуатации кровли и определять рациональную область применения в увязке с конструктивным решением и применительно к конкретному климатическому району.

Результаты работы использованы при разработке территориальных строительных норм (ТСН «Кровли. Технические требования, правила приемки и методы оценки качества»), Руководства («Кровли. Руководство по проектированию, устройству, правилам приемки и методам оценки качества») и Стандарта организации («Метод определения потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле»).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены:

- на секции научно-технического совета НТС «ЦНИИПромзданий» «Строительные конструкции зданий»;

- на научно-технической конференции «Проблема оценки долговечности при сертификации строительной продукции» в КГ АСА (2002 г.).

Результаты исследований опубликованы в 5 научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и содержит 106 страниц, 26 таблиц, 46 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Одной из важнейших задач дальнейшего развития и совершенствования кровель из полимерных рулонных материалов является задача оценки их работоспособности при проектировании конструкций для конкретных условий эксплуатации.

Известные экспресс-методы оценки эксплуатационных качеств полимерных материалов, разработанные в нашей стране и за рубежом, базируются либо на критерии потери 50 %-ой деформативной способности материала в результате старения, что не может быть принято за критерий потери работоспособности эластомерных рулонных кровельных материалов при исходной величине их относительного удлинения более 250 %, либо не устанавливает конкретных количественных критериев, которые позволяют оценить надежность работы этих материалов в кровле.

В результате комплекса экспериментальных и теоретических исследований установлен основной эксплуатационный показатель, количественно характеризующий степень снижения работоспособности эластомерных рулонных кровельных материалов в кровле, подвергающихся в процессе эксплуатации комплексному воздействию на них климатических факторов, в качестве которого принята величина относительного удлинения при разрыве. Установлено, что наибольшее воздействие на снижение деформативности эластомерных кровельных материалов, обусловленное их старением, оказывает нагрев. Влияние ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания дополнительно сказываются на снижении деформативной способности таких материалов в пределах 13 %. Снижение деформативной способности полимерных рулонных материалов на основе СКЭПТ от старения под комплексным воздействием нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания может быть представлено в виде следующей эмпирической зависимости: g7o.уф.±(Т) = 0,869 • е70ГГ;

5. Установлена корреляционная связь между результатами снижения деформативной способности материала, полученными при лабораторных испытаниях и старении его в натурных условиях в виде эмпирической зависимости:

4 = 0,021- ём, где ем - среднее значение показателя относительного удлинения конкретного исследуемого материала, %.

6. Определены коэффициенты корреляции исследованных материалов: КРОМЭЛА

- £ = 0,93; ПОЛИКРОМА= 1,22; ЭЛАСТОКРОВА - £ = 1,31; ЯРОКРОМА

- § = 1,58 и ЭПДМ - £ = 1,67.

7. Установлена зависимость относительной температурной деформации водоизоляционного ковра от перепада температур:

- для ковра, в котором полимерный рулонный материал приклеен к основанию под кровлю (стяжке) в виде: w, = (аст + «. - Ю- А/-100;

- для ковра, в котором полимерный рулонный материал свободно уложен на основание под кровлю (стяжку) в виде: е., =<хв - А/-100.

8. Определены фактические значения коэффициентов линейного изменения размеров исследуемых эластомерных рулонных материалов.

9. Разработан экспресс-метод определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов, базирующийся на сравнении величины предельной температурной деформации, которую должен воспринимать материал в процессе эксплуатации кровли и ее фактической величиной, устанавливаемой по результатам испытания образцов материалов на старение в лабораторных условиях при воздействии температуры 70 °С и вычисляемой с дополнительным учетом влияния ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания по эмпирической зависимости.

10. Потенциальный срок службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле вычисляется по формуле: где Пс.с,- потенциальный срок службы.сут; е', - значение показателя деформативности, отсекаемое на оси ординат графика продолжением линии А-Б, %; ев1 - предельное значение деформативности материала, %; tg а = та - характеризует скорость снижения показателя деформативности. - коэффициент корреляции.

11. Разработана компьютерная программа расчета потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов по результатам испытаний образцов материала на термостарение в лабораторных условиях.

12. Определены потенциальные сроки службы исследованных отечественных эластомерных материалов, которые составили для КРОМЭЛа - 13,8 лет; для ПОЛИКРОМа - 24,8 лет; для ЭЛАСТОКРОВа - 17,8 лет; для ЯРОКРОМа -35,9 лет.

13. Результаты исследований использованы при разработке территориальных строительных норм (ТСН «Кровли. Технические требования, правила приемки и методы оценки качества»), разработанных для Тюменской области, Руководства («Кровли. Руководство по проектированию, устройству, правилам приемки и методам оценки качества») и Стандарта организации «Метод определения потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле».

1.А., Rubber and Plastic Age, 1964, v. 45, № 2, - p. 109,112,162 - 164

2. Scott G., Atmospheric oxidation and antioxidants., Amsterdam; London: Elsevuer, 1965-p. 528

3. Аникеев И.И., Пискунов Е.Е., Кондратьева Н.П. и др., Кровельные материалы на основе эластомеров новый ассортимент в промышленности искусственных кож// Обзорная информация, НИИТЭХИМ, М., 1992

4. Бартенев Г.М., Механическое и структурное стеклование// Сб. «Стеклообразное состояние», изд. «Наука», М., 1965

5. Белевич В.Б., Кровельные работы, М., Высшая школа, 2000 с. 400

6. Белевич В.Б., Чеченков М.С., Техническая эксплуатация и ремонт кровель жилых и общественных зданий, М., 2003 с. 100

7. Бородин В.Н., Разработать методику определения гарантийного срока службы битуминозных материалов.// Отчет. № 78052137 М., ВНИИкровля., 1980 - с. 51

8. Бородин В.Н., Разработать методы оценки сроков службы кровельных и гидроизоляционных материалов по данным натурных исследований кровель и ускоренных испытаний кровельных материалов.// Отчет. № 0181.7009325 -М., ВНИИкровля., 1982 с. 85

9. Бранн Т., Сухинин И.Ю., Кровельные материалы системы Firestone -долговечность и качество// Строительные материалы, 1998, № 11 с. 26 - 27

10. Буйный П.И., Шмелев Н.М., Баранов В.М., Применение кровельных материалов компании СВЕПКО (США)//Строительные материалы, 1994, №8 -с. 14-16

11. Владычин А.С., Исследование гидроизоляционной защиты ограждающих конструкций коммунальных зданий с повышенными температурно-влажностными характеристиками, Кандидатская диссертация, М., 1969 с. 160

12. Воеводская М.В., Бартенев Г.М., Влияние наполнителей на тепловую усадку и температуру стеклования резин// Каучук и резина, 1964, № 3

13. Вольфсон С., Сабуров В., Исмагилова В., Губайдуллин Л., Хозин В., Хакимуллин Ю., НИИСпецкаучук, КГТУ, КГАСА// Резиновые рулонные кровельные материалы, Стройка № 10,2002 с. 5 - 715