Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(20), 2006

УДК 69.024.004

ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КРОВЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРБИТУМНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Бареев В. И. – к. т. н., профессор

Братошевская В. В. – к. т. н., доцент

Мирсоянов В. Н. – к. т. н., доцент

Кубанский государственный аграрный университет

В статье приводится расчетно-экспериментальный способ прогнозирования долговечности кровельных покрытий, выполненных на основе битума и полимербитумных композиций "крунам". Расчеты основаны на принципе суммирования напряжений, когда под воздействием разных причин испытуемый материал теряет определенную долю долговечности (критерий Бейли). Полученные результаты позволяют сделать вывод о предпочтительном применении полимербитумных материалов при устройстве кровельных покрытий в Краснодарском крае.

Наиболее распространенными материалами для производства кровельных и гидроизоляционных работ являются нефтяной битум и рубероид. Однако покрытия, выполненные с использованием битума, имеют сравнительно невысокую долговечность (6–10 лет) из-за хрупкости при низких зимних температурах. Поэтому такие покрытия нуждаются в частом ремонте, а после 10-ти лет эксплуатации стоимость их практически удваивается.

Более современны гидроизоляционные материалы на основе полимербитумных композиций, которые позволили расширить температурный интервал работоспособности за счет повышения тепло- и морозостойкости и, таким образом, обеспечить более высокую надежность и долговечность конструкций. Кроме того, добавки полимеров, изменяя свойства битумов, позволяют механизировать работу по устройству кровель, например, наплавлять, а не наклеивать кровельные материалы, что значительно облегчает и упрощает работу.

Известно, что важнейшими факторами старения битумов в кровельных покрытиях являются:

- термоокисление под действием ультрафиолетового излучения в тонком поверхностном слое 0,1–0,15 мм, в результате чего он интенсивно стареет, растрескивается и смывается водой. Покрытие толщиной 2 мм полностью разрушается в течение 6-ти лет, а битум, наполненный минеральным порошком, разрушается через 12–15 лет;

- термонапряженное состояние и растрескивание поверхностного слоя под влиянием усилий, возникающих в покрытии из-за разности коэффициентов линейного температурного расширения (КЛТР) битума и бетона основания (стяжки) при изменении температуры.

При известных структурно-реологических характеристиках материалов в результате сезонных изменений температуры прогнозирование долговечности сводится к определению температурных напряжений. В том случае, если они не превышают предела длительной прочности материала покрытия при расчетной температуре, условие сплошности покрытия не нарушается.

Таким образом, расчетно-экспериментальный способ прогнозирования долговечности покрытия сводится к экспериментальным исследованиям свойств материала покрытий при различных режимах испытаний и дальнейшему расчету долговечности этих покрытий.

В данной работе приводятся результаты расчетно-экспериментальных исследований долговечности покрытий, выполненных из разных материалов:

- 1 слой рубероида РКМ-350 по расплавленному стеклобиту СП;

- наплавляемый рулонный материал "крунам" марки СТ 3,5(В) по двум слоям рубероида РКМ-350 на битумной мастике.

Поскольку наиболее распространенной причиной разрушения кровельных материалов является образование трещин вследствие различия температурных деформаций покрытия и основания или покровного слоя и основы, то для сравнительных исследований возникающих температурных напряжений были приняты:

- гидроизоляционное покрытие из битума БН-IV (БН 70/30) – для рубероида РКМ-350;

- гидроизоляционное покрытие из полимербитумного состава (БН 70/30+10% сополимера этилена с пропиленом) – для "крунама".

Сравнение стандартных свойств рулонных материалов с полимербитумной покровной массой и рубероида сводилось к определению изменения структурно-реологических и физико-механических свойств, в том числе атмосферостойкости и водоустойчивости, и в итоге определялись сроки службы и надежность этих материалов.

Подготовка и испытание образцов и фрагментов покрытия проводились в соответствии с ГОСТ 2678-97. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний. Значения температурных интервалов для исследования определены путем интерполяции по данным СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. Так, для г. Краснодара количество дней в году со средней температурой +20 составляет 95, +10 – 102, 0 – 109, -10 – 64, -20 – 21, а с грозами – 10 дней.

Температурные напряжения в покрытиях определялись по формуле, применяемой для вязко-упругих тел:

где  – коэффициент линейного температурного расширения для покрытий, ; 1/град; , 1 /град;  – коэффициент линейного температурного расширения для бетонной стяжки, ; 1/град;  – разность температур;  – модуль упругости; Па;  – модуль эластичности, Па;  – время релаксации, с;  – наибольшая структурная вязкость, .

Значения структурно-реологических констант устанавливались в результате испытаний образцов покрытий и построения реологических кривых (табл. 1).

Таблица 1 – Структурно-реологические константы

Расчеты значений температурных напряжений, возникающих в покрытиях при разных температурах, приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Температурные напряжения в покрытиях

Расчет прочности армирующего материала (рубероид-картон, "крунам"-стеклосетка) производился по формуле:

где К – коэффициент запаса ;  – толщина покровной массы (принята для рубероида РКМ-350-2,5 мм, для "крунама" – 3 мм);  – расчетная ширина полосы материала (принимаем  мм по ГОСТ 2678-97. Материалы рулонные кровельные);  – температурные напряжения:

- для рубероида  Па;

- для "крунама"  Па;

 Па;  Па.

Полученные результаты сравниваем с прочностью на разрыв армирующего материала:

- для рубероида РКП-350 – 350 Н/5см;

- для "крунама" СТ 3,5 (В) – 750 Н/5см.

При расчете долговечности кровельных покрытий были использованы экспериментальные данные, изложенные в работе [1], в которой исследованы закономерности изменения долговечности полимербитумных композиций от температуры (в интервале температур +20…-20) и действующих напряжений (табл. 3).

Таблица 3 – Долговечность материалов при определенной температуре

В основу расчета приняты допущения, что температура и напряжения меняются непрерывно, а процесс разрушения необратим согласно критерию Бейли (принцип суммирования напряжений). Под воздействием разных напряжений материал каждый раз теряет определенную долю долговечности, и когда сумма достигает единицы, наступает его разрыв.

После определения значений долговечности покрытий при различных температурах в зависимости от действующих напряжений определялась общая долговечность материалов по формуле:

где  – процентное содержание дней в году с температурой ;

 – долговечность материала соответственно при температурах .

Рассчитанная по этой формуле прогнозируемая долговечность материалов покрытий для условий г. Краснодара составила:

- для битума БН4 (рубероида) – 10,1 года;

- для полимербитума "крунам" – 24,7 года.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о предпочтительном применении полимербитумных материалов при устройстве кровельных покрытий в Краснодарском крае.

Список литературы

1. Кисина, А. М. Полимербитумные кровельные и гидроизоляционные материалы / А. М. Кисина, В. И. Куценко. – Л. : Стройиздат, 1983. – 133 с.

Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(20), 2006