Защита здания от фундамента до кровли. Кровля

В предыдущих публикациях мы говорили об особенностях плоской кровли, физических и химических процессов, связанных с ее функционированием. Продвигаясь от общего к частному, сегодня мы более подробно остановимся на особенностях элементов кровли, общих проблемах кровельных покрытий, сочетаемости материалов и т.п., обнаруживаемых на практике. Я не претендую на безошибочность приведенных ниже рассуждений, но считаю, что некоторые моменты следует обсудить до введения в действие государственного стандарта по кровлям. Поэтому буду рад любой дискуссии с коллегами.

Гидроизоляция крыши

Как известно, гидроизолирующую функцию в плоских крышах выполняет, как правило, рулонная гидроизоляция на битумной основе и на базе полимеров. На основе полимеров развиваются два направления разработки гидроизоляционных материалов: полимерное и битумно-полимерное.

Будущее, вероятно, принадлежит полимерам, однако в настоящее время наблюдается тенденция к более широкому использованию битумно-полимерных материалов.

Мало и медленно пока внедряются не только пленки из полиэстера и полиуретана, но и водонепроницаемый бетон, армированные волокном тонкие минеральные покрытия. Хорошо себя зарекомендовали жидкие мастики в виде битумно-латексных смесей, но они тоже уступают битумно-полимерным рулонным материалам, одним из главных преимуществ которых является возможность значительно механизировать работу.

Изоляция как защита от проникания воды была до сих пор единственной и важнейшей целью хорошей кровли. Но опыт показывает, что следует стремиться к обеспечению водонепроницаемости в сочетании с хорошей паропроницаемостью. Только сочетание этих свойств позволяет получить надежную и долговечную конструкцию.

В настоящее время имеется богатый выбор гидроизоляционных материалов на битумной основе с различными вяжущими и наполнителями, и только специалисты могут разобраться в этом многообразии. Из материалов на синтетической основе возможен выбор между пластомерами и эластомерами. Их применение для различных целей и возможность ручной переработки определяются возможностью их сваривания или склеивания. При использовании новых паропроницаемых материалов следует точно соблюдать указания завода-изготовителя.

Там, где оканчивается гидроизоляция крыши (край крыши, проходы через крышу, надстройка над крышей и т. д.), она стыкуется с другими материалами. Всегда следует учитывать различие физических и химических свойств этих материалов. Особое внимание следует уделять решению вопросов, связанных с деформацией материалов и конструктивным решением деталей.

Зачастую при проектировании не учитываются возможности выполнения ручных работ. А ведь чем труднее способ выполнения работы, тем больше может быть допущено ошибок. Многие конструктивные детали, предусматриваемые проектом, иногда просто невыполнимы. Еще опаснее, если, например, недостаточно отработанные в проекте детали примыканий приходится решать с ходу на строительной площадке или если выполнение таких сложных работ доверяется малоквалифицированным рабочим.

Надежность гидроизоляции крыши, как правило, зависит от многих факторов. Наряду с климатическими и другими воздействиями окружающей среды, которые воспринимает относительно тонкий рулонный или пленочный ковер кровли, следует особенно тщательно учитывать возможные механические усилия. Рулонное кровельное покрытие, которое испытывает постоянное растягивающее напряжение, становится вскоре в этих местах хрупким и трескается.

Этому способствуют поднятие кровельного ковра в зоне парапета, острые края лежащих внизу теплоизоляционных плит или образование воздушных пузырей между слоями ковра. Однако и постоянные перемещения в краевых точках быстро приводят к усталости материала и в течение короткого времени - к повреждениям.

Нанесение гидроизоляции крыши с применением жидких мастик из битумно-латексных составов производится до сих пор по большей части при ремонтных работах. Эти мастики обладают лучшей, чем у рулонной кровли, паропроницаемостью.

В зоне нарушенной битумной гидроизоляции с уже намокшим теплоизоляционным слоем через эти участки может происходить его интенсивное высушивание.

Полиуретановая гидроизоляция имеет коэффициент сопротивления диффузии водяного пара ?d Само собой разумеется, при применении таких мастик необходимо обращать особое внимание на примыкание поверхностей кровли к краям крыш, к венцам световых куполов, выходам на крыши и надстройкам. Материал следует защищать от действия прямого солнечного облучения. Для этой цели может быть использован гравийный слой или отражающая окраска.

Водонепроницаемый бетон, используемый для изготовления железобетонных плит покрытий, образует несущую конструкцию и одновременно служит гидроизоляцией. Коэффициент сопротивления диффузии такого бетона ?Ц Такая гидроизоляция крыши практически неуязвима, обладает почти неограниченной прочностью, более других пригодна для поверхностей эксплуатируемых крыш, используемых для ходьбы и езды, допускает засыпку грунтом и без особых дополнительных мероприятий позволяет выполнять озеленение. Для крыш подземных или даже многоэтажных гаражей, используемых для езды, с соответствующей толщиной перекрытий и подверженным износу слоем над стальной арматурой, другого столь же экономичного и надежного способа гидрозащиты просто нет.

Есть и другие примеры гидроизоляции. В ФРГ в 80-е гг. была разработана двухкомпонентная конструкция гидроизолирующей оболочки на базе цемента, усиленного стекловолокном. Покрытие толщиной 3-5 мм, наносимое в виде пластичного раствора на бетонную плиту перекрытия, образует гидроизоляцию, характеризуемую высокой паропроницаемостью (коэффициент сопротивления диффузии=100). Прослойка стекловолокна в этом покрытии ограничивает усадочные трещины.

Уклоны и отвод воды

Надежный отвод дождевой воды, исключающий образование на поверхности луж, является основным требованием для всех крыш с гидроизоляционными рулонными покрытиями на битумной или полимерной основе. При назначении уклонов следует учитывать прогибы в пролете перекрытий. Отвод воды с опорных зон всегда лучше.

Во впадинах, где застаивается вода, образуется корка грязи, которая в процессе высыхания становится причиной сдвигающих напряжений и приводит к образованию трещин в кровельном покрытии.

Устройство водосточных желобов при плоских крышах весьма проблематично. Удлинения в примыканиях желобов к гидроизоляции крыши приводят к образованию трещин. Необходимый для устройства примыкания гравийный слой создает еще большее напряжение. Поэтому необходимо, если только это возможно, располагать водосточные желоба при устройстве плоской крыши на относе.

Исключением являются лишь раздельные вентилируемые крыши с достаточным уклоном, большим выносом карниза и четким отделением водосточного желоба от рулонною кровельного ковра.

Если в противоположность этому принимается решение об отводе воды по внутреннему водостоку, то водоотводные трубы располагают внутри отапливаемого корпуса здания. Чтобы сделать возможным индустриальный способ строительства, детали водосточной системы также следует делать утепленными. При больших пролетах плит покрытия прогиб в их середине является наибольшим. Точки водослива находятся, однако, над опорами и несущими стенами. Это приводит к образованию луж, скоплению в них грязи, а также к повышению нагрузки от массы воды. Поэтому главным требованием является расположение ливнеспуска в самом низком месте осушаемой поверхности крыши.

Примыкания

Края кровли в примыканиях к различным надстройкам должны быть подняты не менее чем на 25 см над слоем гидроизоляции крыши. Если эта минимальная высота не может быть обеспечена, следует искать другие решения, которые создадут надежное решение вопроса превышения примыканий над уровнем крыши, или устраивать переливы, которые сохранят уровень воды на высоте ниже уровня примыкания. Думается, что на каждой плоскости крыши должно быть не менее двух водосливов. Один из них может служить для перелива и понижения уровня воды. Соединение со встроенными конструкциями и примыкания следует устраивать из материалов, длительное время сохраняющих эластичность. Вклеивание полос жести и жестких профилей все еще применяется, к сожалению, и неизбежно приводит к повреждениям крыш.

Кровельный ковер и паропроницание

Паронепроницаемые покрытия не допускают никакого газообмена. Поэтому ошибочно говорить о "дыхании" конструкций плоских крыш, если применяются упомянутые выше виды гидроизоляции. "Дыхательная способность", то есть возможность газообмена, а особенно перемещения водяного пара, является, однако, для состояния и надежности конструкций плоских крыш очень существенным качеством.

Из анализа накопленного опыта можно сделать вывод о том, что важно не только не допустить проникания внутрь конструкции дождевой и талой воды. Много важнее, чтобы проникшая и заключенная в конструкции крыши парообразная влага могла выходить наружу. Стремление с помощью битуминизированных или полимерных материалов выполнять все более надежные, герметичные и толстые покрытия привело к созданию абсолютно паронепроницаемых кровель.

С точки зрения строительной физики, было бы правильнее стремиться к максимальной паропроницаемости, не пренебрегая водонепроницаемостью.

При наличии применяемых до сих пор материалов на базе битумов и высокополимеров эта цель, однако, недостижима.

Паропроницание в большей или меньшей степени зависит от свойств материалов. Это не имеет отрицательных последствий только до тех пор, пока температуры в конструкциях здания лежат выше точки росы. В случае когда теплый воздух, содержащий водяной пар, охлаждается настолько, что достигается 100%-ное насыщение воздуха водяным паром, даже небольшое понижение температуры приводит к конденсации.

Если эта вода временно аккумулируется конструкцией или в теплое время года в виде водяного пара находит себе выход, создается определенное равновесие.

При применении паронепроницаемых плоских крыш и конструкций с пароизоляцией это становится невозможным. Проникший в "теплую крышу" водяной пар (а располагаемая снизу пароизоляция никогда не бывает достаточно паронепроницаемой) превращается зимой в воду и уменьшает теплоизоляцию, а летом - в пар с соответствующим давлением, что приводит к образованию в кровле вздутий. Агрессивность воды способствует разрушению кровли.

Если при последовательности слоев, например, при так называемой теплой крыше, исключается верхняя пароизоляция, то образование конденсата невелико и под действием солнечного облучения вода может испаряться и зимой, свободно диффундируя наверх. К материалам, которые обладают гидроизолирующими свойствами, но вместе с тем являются паропроницаемыми, принадлежат тонкие пленки из сложного полиэфира. Паропроницаемыми являются также твердые покрытия из вспененного пенополиуретана.

Гидроизоляционные материалы

Для устройства гидроизоляции предлагается богатый выбор материалов, а также разнообразных сочетаний этих материалов с несущими конструкциями. В основном это рулонные гидроизоляционные материалы на основе битума, модифицированного битума и высокополимеров из термопластичных и эластичных материалов.

Как и во всех других областях производства и применения материалов, возможности и пределы их ручной укладки следует учитывать уже при проектировании. Большая часть недостатков производства работ относится к невыполнимым или трудновыполнимым деталям примыканий. Поэтому при описании технологических процессов в проекте особое внимание следует уделять этим трудным местам и сопровождать их эскизами.

Кровельные гидроизоляционные материалы должны сочетаться с подстилающими слоями, однако особенно внимательно это следует учитывать при устройстве примыканий, где в основании кровельного ковра встречается несколько различных материалов.

К таким примыканиям принадлежат примыкание к профилю карниза, к ограждению дымовой трубы, к обрамлению венца светового купола.

В этих зонах могут наблюдаться самые различные деформации, рассчитать которые, однако, практически почти невозможно. Кроме того, применявшееся ранее вклеивание жесткого фартука сегодня уже нельзя считать удачным решением. Имеются и другие достаточно опасные точки. Поэтому рекомендуется уже на стадии проектирования привлекать специалиста для решения вопроса о гидроизоляции крыши, который мог бы ответственно и квалифицированно запроектировать эти детали.

Применяемые битуминизированные и искусственные рулонные материалы относительно тонки, а нагрузки на них со стороны окружающей среды весьма значительны. К возникновению трещин прежде всего могут привести последующие работы, связанные с эксплуатацией кровель.

Это следует учитывать, если гидроизоляция в течение нескольких лет подвергалась действию атмосферных факторов, а также если она вследствие улетучивания пластификатора или от действия ультрафиолетового излучения стала хрупкой. В кровельном ковре, который постоянно находится под действием растягивающих напряжений, накапливается усталость. Вследствие этого ожидаемый срок службы материала сокращается. Слишком большое натяжение, особенно над опорами, является поэтому причиной раннего возникновения хрупкости материала кровельного ковра и образования трещин.

По этим же причинам пустоты под ковром и образование вздутий нельзя считать небольшими недостатками. Наличие острых краев в материале основания или образование складок, как, например, при укладке кровельного ковра по теплоизоляционным плитам из твердой пены, в течение относительно короткого срока может привести к повреждениям. Чтобы уменьшить напряжения, поверхность крыши следует через каждые 6 м разделять деформационными швами. Безусловно, следует исключить образование на поверхности крыши луж.

Битумы. Используемые битуминизированные рулонные материалы совершенно по-разному ведут себя в конструкции в зависимости от несущего слоя, пропитки, покровных слоев и посыпки.

Кровельные рулонные, гидроизоляционные рулонные материалы и свариваемые рулонные материалы используются для устройства верхней гидроизоляции и поэтому покрыты с обеих сторон битумными покровными массами. Укладка рулонных материалов чаще всего производится приклеиванием горячим битумом, как правило, путем его разлива или при сварке рулонов путем нагревания клеящего битума открытым пламенем.

Рулонные материалы с битумной пропиткой в качестве несущих слоев основы имеют картон, джутовую ткань, стекловолокно и стеклоткань, металлические ленты, а также пластмассовую пленку.

Пластмассы. Когда речь идет о пластмассовых пленках или рулонных материалах, их содержащих, подразумеваются термопластичные и эластичные материалы на основе высокополимеров. Следует различать термопласты (пластомеры) и эластомеры (синтетические каучуки). На практике оба этих вида материалов можно различить благодаря их различным свойствам и разному поведению при переработке. Термопластам свойственны способы сварки с помощью нагревания или растворителей; эластомеры могут быть соединены между собой только с помощью склеивания. Другие различия проявляются прежде всего при нанесении окрасочных покрытий, упрочнении и выполнении несущих слоев.

Пластмассы могут получаться различными по своим свойствам в зависимости от рецептуры, так что следует как можно точнее учитывать данные изготовления.

Термопласты. Мягкий поливинилхлорид (ПВХ) - широко распространенный материал. Соединение элементов из этого материала может быть выполнено относительно просто с помощью сварки. Опасным является проникание пластификатора в другие материалы. В сомнительных случаях целесообразно устраивать разделяющие слои. Рулонный поливинилхлорид в принципе несовместим с битумом.

Полиизобутилен (ПИБ) имеет высокую пластическую деформируемость. Опасной для него является "холодная текучесть", которая может приводить к нежелательному трещинообразованию и деформациям. Совместимость с битумом хорошая.

Этилен-сополимер-битум (ЭСБ) предлагается, как правило, в виде массивного материала с волокнистым наполнителем. Будучи плавким термопластом с высокой деформативностью, он особенно хорошо совместим с битумом.

Хлорированный полиэтилен (ПЭХ) особенно часто применяется для гидроизоляции сооружений. Он не содержит пластификатора и совместим с битумом. По легкости укладки и соединения он соответствует мягкому ПВХ.

Эластомеры. Полихлоропрен (ПХО) (не вулканизированный каучук) применяется в виде рулонного кровельного материала, большей частью оклеивается с помощью горячего битума стекловолокном с нижней стороны.

Бутилкаучук (ИИК) (изопрен-изобутилен-каучук) является высокоэластичным материалом, применяется в виде рулонов большой площади, укладывается преимущественно свободно. Стыковые соединения выполняются путем холодной вулканизации.

Этилен-пропилен-терполимер-каучук (ЭПТК) укладывается, как правило, также свободно в виде склеенных полотнищ. При приклеивании используется модифицированная дисперсия битума и эластомера.

Хлорсульфанированный полиэтилен (ХСПЭ). Образование стыковых соединений возможно как термическим путем, так и путем диффузионной сварки с помощью растворителя. Характеризуется ограниченным сроком хранения.

Этилен-винилацетат-сополимер (ЭВАС). Как и у хлорсульфанированного полиэтилена, здесь возможно термическое соединение и соединение путем диффузионной сварки с помощью растворителя. Продолжительное хранение и зависимость от времени и тепла делают применение этого материала рискованным.

Свойства рулонных материалов из пластмасс и их пригодность в качестве гидроизоляции кровли оценить в целом не представляется возможным.

Последние исследования показали, что прежние сведения в отношении прочности, удлинения и прочности на разрыв недостаточны. Усадка в продольном направлении может составлять 0,2-3%.

Только натурные испытания могут в настоящее время дать надежную оценку рулонных материалов из пластмасс.

Латекс. Битумно-эластомерно-латексные эмульсии применялись в Европе с середины двадцатых годов в качестве покрытия поверхностей плоских крыш с целью их гидроизоляции и в течение 10 лет после их нанесения не претерпевали никаких изменений, если при этом они имели покрытие, уменьшающее воздействие прямого солнечного облучения. Поэтому 10-летняя гарантия на гидроизоляцию такого типа может быть дана без всякого риска, и продление срока ее службы до 30 лет при укладке ее над кондиционируемыми крышами также возможно.

Защита поверхности

Несмотря на требование, продиктованное знаниями и опытом обеспечить необходимую защиту поверхности кровли, им часто пренебрегают. Гравийный слой толщиной 5 см увеличивает нагрузку на 1 кПа и при устройстве большепролетных конструкций создает значительные сложности.

Однако при строительстве жилых и общественных зданий устройство защитного слоя кровли совершенно необходимо.

Для одно- и двухэтажных зданий покрытие землей и зелеными насаждениями образует не только защиту для крыши, но приводит к улучшению окружающей среды и тем самым повышает ценность жилища.

Нагрузка от слоя земли толщиной около 30 см может составить, однако, свыше 6 кПа. Зарубежные разработки по устройству на кровле цветочниц из жесткого пенопласта показали, что это, во-первых, уменьшает нагрузку на 1,5 кПа, во-вторых, создает дополнительную тепло и звукоизоляцию.

Гравийная засыпка, плитное покрытие, слой земли и другие аналогичные мероприятия по защите поверхности кровли при соответствующей массе этих слоев создают одновременно защиту против разрушения вследствие ветрового отсоса и заменяют отражающую окраску. Для обеспечения необходимой надежности отдельные слои должны быть равномерно по поверхности склеены между собой.

Если выбирается механический способ крепления кровли, следует учитывать воздействие местных повышенных нагрузок в точках крепления кровли.

Для этой цели могут быть использованы различные виды трещиностойкой гидроизоляции или тарельчатые дюбеля диаметром около 70 мм. Каждый дюбель может воспринять растягивающее усилие 2 Н. Для легкой кровли, например, при металлических кровлях трапециевидной формы, где вследствие больших знакопеременных деформаций точечное приклеивание может постепенно нарушаться, безусловно, необходимо дополнительное механическое крепление с помощью дюбелей, гвоздей или винтов.

Теплоизоляция

Задачи теплозащите здания долгое время ставили гигиенисты. Их требованиями были недопущение образования конденсата и плесени. Сегодня на передний план вышли теплофизическое воздействие на человека и экономия тепловой энергии.

Основной задачей теплозащиты является замедление теплопередачи во времени. Тем самым достигается длительное сохранение тепла в отапливаемом помещении и, наоборот, уменьшается поступление тепла в неотапливаемые помещения.

Это необходимо для создания в помещении микроклимата, благоприятного для жизни и деятельности человека, или необходимого для работы машин и сохранения продуктов.

Однако теплозащита должна предотвратить также образование в неблагоприятных местах конденсационной влаги, уменьшить проникание радиационного тепла, чтобы ограничить температурные деформации и прежде всего снизить затраты энергии для отопления.

Известно, что теплопроводность материала определяется видом, величиной, распределением и количеством находящихся в них пор, а также содержанием в нем влаги и проводимостью основного материала.

Немаловажны также доля отражения, тепловосприятие и теплоаккумулирующая способность материала. Насыщение теплозащитного материала водой, большей частью вследствие конденсации диффундировавшего в его толщу водяного пара, значительно уменьшает его теплозащитную способность.

Теплоизоляционные материалы и их расположение в конструкции крыши и определяют в итоге качество всей конструкции крыши. Только в так называемой теплой крыше и конструкциях крыш, разработанных на ее основе, теплоизоляция располагается сверху. В холодной крыше, в крыше с крутыми скатами и плоской крыше из водонепроницаемого бетона теплоизоляция располагается в нижнем слое и с внутренней стороны.

В перевернутой крыше и плоских крышах из водонепроницаемого бетона теплозащитные слои расположены и сверху, и снизу. Тем самым достигается максимальный эффект в части уменьшения действия теплового излучения и, следовательно, уменьшения термических деформаций и ограничения трансмиссионных потерь.

В отношении пенополистирола и пенополиуретана следует учитывать, что уже при небольшом содержании влаги и прежде всего в зимний период значение коэффициента теплопроводности может повыситься.

Выбор теплоизоляционного материала следует производить не только с оценкой его свойств в момент создания, но в еще большей степени с учетом его способности обеспечить теплозащиту при различных воздействиях и в течение многих лет эксплуатации. Опасной является не только вода.

Еще большее внимание следует уделять конденсации диффундирующих через конструкцию водяных паров.

Много меньше внимания обращают проектировщики на свойства удлинения и сокращения, хотя удлинения в конструкции крыши весьма значительны и могут вызвать образование типичных сдвиговых трещин.

Также важно учесть огнестойкость применяемых в строительстве материалов. Исключительное положение среди всех материалов занимает пеностекло. В противоположность пенопластам, пробковым и волокнистым материалам пеностекло имеет закрытую пористость. Особенно важно, что коэффициент сопротивления диффузии водяного пара этого материала ??. Устойчивость формы, а также несгораемость позволяют использовать его в конструкции, применяя такую последовательность слоев, которая недопустима при других теплоизоляционных материалах. Паронепроницаемый теплоизоляционный слой из пеностекла исключает проникание в зону крыши водяного пара, что может быть достигнуто также за счет паронепроницаемой гидроизоляции. Однако пеностекло обладает тем дополнительным преимуществом, что в теплоизоляцию не может проникнуть ни свободная вода, ни водяной пар. Благодаря этому при всех условиях сохраняется его полная теплозащитная способность. Пеностекло по условиям своего производства относительно дорого, что ограничивает его применение.

Швы

К сожалению, до сих пор только лишь статическим расчетом решается вопрос - следует ли разделять здание на отсеки деформационными швами. Даже если несущая конструкция воспринимает деформации упруго и без повреждений, следует учитывать повреждения в кирпичной кладке, в элементах окон и прочих конструкциях.

Особенно тщательно следует ограничивать термические деформации у плит покрытий. При расположении теплоизоляции крыши сверху или при наличии теплоаккумулирующего гравийного слоя этого можно не делать.

На практике скользящее опирание плит необходимо уже при пролете свыше 6 м. Расстояние между ближайшими деформационными швами не должно превышать 12-18 м. При больших размерах крыши ее поверхность должна быть разделена деформационными швами шириной не меньше 25 мм.

Сергей ГЛАЗКОВ,ПКО "Битумные технологии"