Западные научно-исследовательские институты доказали: долговечность кровли зависит от прочности утеплителя. Как избежать скорого износа материалов на плоских крышах — вопрос актуальный. И решение есть.
Хождение по высоте
Опыт эксплуатации и обслуживания зданий с плоскими крышами в России показывает: в 90% случаев такая кровля подлежит ремонту уже на третий год после строительства. А затем каждый год. Причины простые. В первую очередь, это атмосферные осадки и перемещения рабочих, под весом которых материал приходит в негодность. Как правило, для теплоизоляции в плоских кровлях используется минеральная вата. Волокнистый мягкий материал не отличается высокой прочностью и не выносит выпадающие на его долю испытания. А их предостаточно.
Плоские крыши благодаря своей многофункциональности подвергаются механическим и атмосферным воздействиям.
Даже небольшие пространства плоских крыш редко оставляют пустующими. На кровле нежилых зданий ставят оборудование, которое немало весит и создает дополнительную нагрузку на поверхность. По подсчетам специалистов, на один участок кровли любого здания во время монтажа приходится в среднем 21 (!) перемещение рабочего. А оборудование необходимо обслуживать и ремонтировать! На это требуется еще не менее 30 передвижений, которые должен выдержать материал.
«Также необходимо поддерживать чистоту кровельного ковра после проведения любых работ по ремонту конструкций и оборудования, размещенного на покрытии. Опасность для кровли представляют саморезы, обрезки металла после раскроя капельников и парапетных крышек, крошки разбитого стекла и т.п. Из-за малых уклонов на таких кровлях следует контролировать работоспособность ливневой системы — очищать от грязи, листвы и прочего наносимого мусора воронки, водостоки», — считает Илья Данилов, специалист группы технической поддержки «ПирроГрупп».
Погодные условия тоже не идут крыше на пользу. После обильных осадков влага проникает в слои теплоизоляционного материала из минеральной ваты. Если потопа на крыше можно избежать за счет правильно выполненного наклона, то протечки доставляют массу неудобств.
В зимний период плоские крыши испытывают все беды сразу: уборка снега с передвижениями рабочих и потенциально неаккуратной чисткой, когда покрытие повреждают лопатами, и протечки при таянии. И это при том, что выход на гидроизоляционный слой для уборки снега на плоских кровлях не допустим. «В проекте обычно учитывается его максимальная нагрузка «с запасом»: снег, тая, самостоятельно удаляется с кровли через системы водоотведения, которая в зимнее время не должна промерзать за счет установки ПЭН водостоков. Поэтому уборка снега лопатами с плоских кровель не требуется в принципе. Что касается снегового давления, оно действительно выводит из строя утеплитель из минеральной ваты по причине регулярного динамического сжатия и последующей релаксации. Здесь, конечно, огромное преимущество у материалов, которые меньше подвержены подобной деформации. Например, таких как PIR-плиты», — считает Виталий Викторов, ведущий инженер-проектировщик департамента технических решений и новых разработок «ПрофХолода».
И даже когда по крыше никто не ходит — если такое возможно — кровельный материал изнашивается. Как показало исследование ЦНИИПромзданий – разработчика свода правил СП17.13330.2011 «Кровли», наиболее частые протечки возникают в местах крепления теплоизоляции к основанию кровли. Связано это с применением слишком мягких теплоизоляционных материалов. При возникновении точечной нагрузки вблизи крепежных элементов со временем повреждается мембрана. А крепежи при постоянном сильном натяжении из-за осадков или установленных конструкций, даже самые современные, тоже повреждают мембранный слой. В результате утеплитель теряет свойства, появляются протечки.
«Плоские кровли подразделяются на два типа: эксплуатируемые и неэксплуатируемые, — говорит Виталий Викторов. — Говоря о неэксплуатируемых кровлях с гидроизоляцией из ПВХ-мембран, можно отметить, что в России пренебрегают правилами их обслуживания. Рабочие не обращают внимание на специальные пешеходные дорожки из жесткого ПВХ или плитки на кровле».
Кровельщикам, ремонтникам приходится быть всегда начеку, отслеживать изменения свойств и повреждения теплоизоляционного материала. Как правило, высокие затраты на ремонт поврежденных слоев теплоизоляции и гидроизоляции крыши с каждым годом увеличиваются.
Непротоптанные дорожки
Получается, что устройство плоских кровель при всей доступности обслуживания требует применения материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. Утеплитель должен обладать не только безупречной теплопроводностью, но и высокой прочностью. Ведь именно прочность оказывает наибольшее влияние на продолжительность службы всей кровельной системы. По оценкам экспертов, жесткость основания на 80% определяет долговечность гидроизоляционного покрытия.
Исследования разных видов утеплителей проводили европейские научно-исследовательские институты. И вот что они выяснили.
Формула воды
Ахенский институт по изучению брака в строительстве и прикладной строительной физики (Германия) провел масштабное исследование на тему «Изменения состояния изоляционных материалов из минеральной ваты в результате воздействия влаги».
Экспертам предстояло выяснить:
- при каких условиях скопление влаги приводит к значительным повреждениям,
- когда материал еще возможно высушить (естественным климатическим путем или при помощи специальной сушки), а когда необходима замена изоляционной системы.
- пограничные значения, которые дадут в спорных случаях объективную оценку состояния материалов.
- продолжительность службы и рентабельность изоляционных материалов, эксплуатацию которых можно будет продолжить после непродолжительных случаев воздействия влаги.
Ученые изучили имеющиеся работы и исследования по проникновению влаги в минераловатные изоляционные материалы, провели опрос специалистов, проанализировали образцы кровли с минераловатной изоляцией, которая подверглась воздействию влаги, на реальных объектах. И провели лабораторные исследования долгосрочного воздействия влаги на образцы.
Выяснилось, что эксперты чаще всего рекомендуют заменить минераловатный материал, который подвергся воздействию воды:
- 38% экспертов утверждали, что необходима полная замена изоляционного материала,
- 30% — материал следует заменить в нескольких местах,
- 17% — материал можно оставить после сушки,
- 15% — материал можно не менять, повреждения небольшие.
В качестве причины обязательной замены материала назывались:
- Уменьшение толщины изоляционного материала под воздействием влаги даже без механических нагрузок,
- Ослабление связей между волокнами под воздействием влаги,
- Впитывание дополнительной влаги помимо уже имеющейся,
- Возможная угроза для несущих конструкций из бетона: удалить скопление влаги невозможно,
- Риск образования плесени.
Специалисты утверждают, что изоляционные материалы необходимо полностью заменять, если в будущем планируется увеличить нагрузку на поверхность: например, установить дополнительное оборудование. Почти все респонденты сошлись во мнении, что необходима полная замена минераловатной изоляции, если она подверглась сильному воздействию влаги.
При этом, как показали измерения, объем влаги имеет вторичное значение, важен сам факт ее наличия. «Даже самое низкое содержание влаги оказывает решающее влияние на устойчивость изоляционного материала к нагрузкам и его прочность. Повышенное содержание влаги вызывает более значительное снижение прочности материала лишь в меньшинстве случаев. Поскольку нельзя надежно обезопасить материал от скопления небольшого количества влаги, то делать выводы о серьезном его повреждении при более высоком содержании влаги невозможно», – говорится в исследовании.
Эксперты отмечают, что «материалы должны лучше справляться с проникновением влаги и превышением механических нагрузок, чтобы потеря их эксплуатационных свойств до истечения срока жизни продукта не влекла за собой финансовые и экологические последствия».
«Для плоских кровель наиболее эффективным материалом сегодня является PIR — за счет своей жесткости, высоких показателей энергетической эффективности, влагостойкости, низкого веса, а также легкости монтажа и абсолютной пожарной безопасности, — утверждает Алексей Горохов, исполнительный директор Национальной ассоциации производителей панелей из ППУ (НАППАН). — Все волокнистые материалы, в числе которых минеральная вата, — мягкие и для кровель не очень подходят, так как со временем их прочность стремится к нулю. Даже если она изначально и соответствует требованиям к прочности кровельной теплоизоляции: не менее 60-80кПа. Но за 3-5 лет эксплуатации она заметно снижается, что приводит к возникновению протечек, к снижению теплотехнических характеристик кровли, к необходимости постоянных ремонтов», — отмечает эксперт.
Пройдемте, товарищ!
Влияние динамических механических нагрузок исследовал немецкий институт AIBAU (Aachener Institut für Bauschadensforschung und angewandte Bauphysik gGmbH). Специалисты изучили 566 образцов минерального утеплителя построенных зданий, чтобы выявить причины, которые могут привести к повреждению изоляционного материала.
Ученые пришли к выходу, что на снижение прочности утеплителя влияет, в первую очередь, частая или чрезмерная нагрузка на поверхность. Чтобы этого не происходило, необходимо использовать теплоизоляционные материалы с высокой прочностью на сжатие.
Дальше всех в этом вопросе продвинулись голландские ученые. Институт BDA Keuringsinstituut разработал и внедрил принципиально новую технологию определения сопротивляемости кровельных изоляционных материалов сжатию и потенциального ущерба из-за регулярных нагрузок. С ее появлением открылись новые возможности для установления реальной прочности материалов на сжатие.
Ученые создали уникальный аппарат, который имитирует повторяющиеся перемещения человека по кровле под названием «Марафонец» и представляет собой квадратную панель, у которой внизу закреплено 16 цилиндров-толкателей диаметром 80 мм. Каждый из них покрыт слоем синтетического каучука толщиной 1,2 мм, моделируя подошву ботинка и предотвращая скольжение.
Толкатели по очереди воздействуют на опытный образец. Давление сравнимо с перемещением кровельщика весом 75 кг с грузом. Один цикл тестирования состоит из четырех фаз, для большей достоверности тестируемый образец двигается в разные стороны. Тем самым, воссоздается пешеходное движение по теплоизоляции крыши и можно рассчитать потенциальные повреждения. Испытания назвали BDA Marathon Man Test.
Аппарат позволяет определить не только способность материала выдерживать пешеходные нагрузки, но и прогнозировать количество безопасных перемещений по кровле, «вытаптываемость». Благодаря «Марафонцу» голландцам удалось выразить эту качественную характеристику количественно – через число циклов BDA Marathon Man Test. Испытания отечественных строительных материалов с помощью «Марафонца» проводились в Нидерландах в 2015 году по инициативе «ЦНИИПромзданий». Тестировались три различных вида теплоизоляции:
- плита PIR, или пенополиизоцианурат, с фольгой (образец 1);
- комбинация из минераловатной плиты в качестве нижнего слоя и плиты PIR в качестве верхнего (образец 2);
- комбинация из минераловатных плит (образец 3).
Тестируемые образцы размером 60 х 60 см представляли собой упрощенную модель кровельной системы. Перед испытаниями на вытаптываемость им создали одинаковые атмосферные условия: шесть часов они находились при температуре 23°С и влажности воздуха 50%. Измерение исходного значения прочности на сжатие началось с принятого в Европе метода 10%-й линейной деформации, после чего был проведен BDA Marathon Man Test.
По итогам теста наилучший результат показали кровли с плитой PIR. Они успешно выдержали испытания из 30 циклов пешеходной нагрузки (один цикл – 64 шага). Изменение прочности на сжатие не превышало 15%. Третий образец не выдержал испытаний, шуруп крепления прорвал гидроизоляционное полотно.
Российские эксперты не ставят под сомнения результаты теста на вытаптываемость. «Динамическая повторяющаяся нагрузка позволяет получить реальную оценку прочности утеплителя под пешеходной нагрузкой и спрогнозировать его техническое состояние в условиях эксплуатации», — отмечает Илья Данилов.
Что нам стоит
При выборе теплоизоляции на весах оказываются толщина и текущая стоимость материала. По британских специалистов, чтобы коэффициент теплопроводности крыши составил 0,20 В*м2, потребуется 120 мм изоляции из пенополиуретана или 200 мм из минеральной ваты. Чтобы добиться удивительных 0,13 В*м2, необходимо 180 мм ППУ или ПИР или 300 мм минеральной ваты. Действительно, в момент покупки ППУ стоит дороже минеральной ваты, однако срок его службы и физико-механические характеристики, долговечность и прочность неизмеримо выше.
В России привыкли считать только текущие затраты, планировать на сегодня, не задумываться о завтрашнем дне. За рубежом думают о будущих издержках, о том, сколько придется заплатить за эксплуатацию, ремонт, просчитывают степени износа материала.
«Все потребительские предпочтения, которые в большинстве развитых и развивающихся стран одинаковы, диктуют требования к качеству строительных конструкций, которое, в свою очередь, зависит от применяемых материалов и их качества. Мы видим обозначенный в Европе и Америке тренд использования в качестве утеплителя для кровель т
еплоизоляционных плит PIR. В Америке сегодня уже около 90% плоских кровель утепляются данным материалом, а в Европе цифра доходит до 80% и продолжает расти», — рассказывает Алексей Горохов.
Возможно, настало время использовать зарубежный опыт и в России. Но готовы ли к этому отечественные строительные компании?
«Большая часть компаний, занимающихся строительством кровли, весьма инертна к внедрению новых технологий. Несмотря на то, что стоимость жизненного цикла конструктивных решений на PIR-изоляции ниже, чем на традиционной минеральной вате, стоимость строительства кровли с PIR довольно высока», — считает Илья Данилов. По его мнению, решающим аргументом станет введение в нормативную базу классификации кровель по степени внешних нагрузок, которые возникают при их обслуживании и эксплуатации, с критериями подбора соответствующего основания из утеплителя под водоизоляционный ковер. Как только такая классификация появится, к ней смогут обращаться проектировщики и другие участники строительства, уверен он.
Алексей Горохов оценивает ситуацию более оптимистично. По его словам, консервативность строительной отрасли — вымышленное явление. Большинство сегментов строительного рынка России повторяют мировые тенденции. Потребности жителей России мало отличаются от европейских или американских в части комфорта среды обитания, высокой пожарной и экологической безопасности, энергетической и экономической эффективности зданий.
«Во всём мире сроки реализации строительных проектов от принятия инвестиционного решения до пуска объекта в эксплуатацию составляют несколько лет. Следует просто учитывать тот факт, что строитель не будет использовать абсолютно новые материалы, если они не были заложены в проект. Срок начала активного использования нового материала в мире составляет от 3 до 7 лет, и Россия в этом плане не является исключением, – рассказывает Алексей Горохов. — Мы сейчас это наблюдаем на примере развития теплоизоляции PIR. Продукт появился в России в 2012 году, первые специализированные заводы по его выпуску — в 2014-2015 годах, и только начиная с 2016 года началось активное развитие сегмента. В прошлом году мы вышли на трехзначные цифры прироста объемов производства и потребления — 221%. В этом году прогнозируем сохранение динамики».
Материал подготовлен при участии экспертов Ассоциации «НАППАН»
