Введение
Крыша - один из главнейших элементов здания. Функции ее многообразны: защита от дождя, снега, жары, мороза, солнечного излучения, вредных веществ, пыли и так прочее. Однако во многих случаях роль крыши не ограничивается защитными функциями. Ее можно сравнить с головным убором, который не только защищает человека от непогоды и солнца, но и является элементом имиджа ее владельца.
Вспомните старинные города Европы и России. Первое, что приходит на память, - крыши, придающие неповторимый колорит застройке. Основа этого колорита - разнообразные по конструктивному решению кровли: одно- и двускатные, шатровые, вальмовые, мансардные и др., выполненные в архитектурных традициях региона и из традиционных материалов. Силуэты крыш, их цветовая гамма и пластика поверхности - основные инструменты в руках проектировщика для создания облика здания.
Крыша, как никакой другой элемент, диктует жесткую взаимосвязь «конструкция-материал». Архитектурное решение крыши (форма, уклон) очерчивает круг возможных материалов для устройства кровельного покрытия. Оба фактора (конструкция и материал) в свою очередь определяют технологические и эксплуатационные свойства кровельного покрытия: трудоемкость устройства, долговечность и простота ремонта, а также его декоративные качества (цвет, фактура поверхности).
При выборе конкретного типа материала для скатных кровель, характерных для коттеджного строительства, во главу угла ставятся эстетические требования. Одна из причин этого в том, что в совокупное понятие «эстетические требования» входит и так называемая престижность материала. Например, к числу наиболее престижных материалов относится керамическая черепица. Дом с черепичной крышей - олицетворение надежности, солидности и даже некой «аристократичности». Это обстоятельство в настоящее время используют фирмы, производящие кровельные материалы. Вот почему появилось много материалов, которые имитируют керамическую черепицу. Даже в их названии присутствует слово «черепица»: мягкая черепица, металлочерепица, цементно-песчаная черепица.
К началу XXI века в России все еще основными кровельными материалами оставались простейшие рулонные материалы типа рубероида либо волнистые шиферные листы. Доля их в общем балансе кровельных материалов - более 90%. Причина этого - сборное домостроение с плоскими крышами (главный потребитель рулонных материалов) и сельское строительство, где господствовал шифер.
Сегодня на рынке строительных материалов появилось большое количество разнообразных зарубежных и отечественных кровельных материалов. Такое обилие материалов дает в руки архитекторов-проектировщиков огромные возможности, но это же и затрудняет выбор оптимального для конкретной крыши материала. Чтобы сделать обоснованный выбор, необходимо знать все свойства предлагаемых кровельных материалов (эстетические, технические и экономические). Сильно затрудняет выбор существование большого количества различных фирменных названий по сути идентичных материалов.
.Основные свойства строительного материала
По составу можно выделить органические, минеральные и металлические кровельные материалы.
К органическим относятся старейшие кровельные материалы - солома, дранка, и современные - битумные, битумно-полимерные и полимерные материалы. В силу специфики органических веществ такие кровельные материалы довольно быстро стареют под действием УФ-излучения и кислорода воздуха. Многие из них склонны к загниванию и все относятся к горючим материалам. Долговечность органических кровельных материалов от 5-7 до 25-30 лет.
Круг минеральных (каменных) кровельных материалов уже. Это имеющие многовековую историю сланцевые плитки, керамическая черепица и современные материалы: асбестоцементные листы (шифер) и цементно-песчаная черепица. Эти материалы свето- и гнилостойки. Основным разрушительным воздействием для них служит попеременное замораживание и оттаивание. Их долговечность значительно выше, чем у органических.
Металлические кровельные материалы в наше время представлены листовыми материалами из оцинкованной стали, меди и цинка. Из них наименее долговечна оцинкованная сталь - 30-50 лет. Долговечность цинковых и, в особенности, медных кровель превышает 100 лет.
По размеру и внешнему виду кровельные материалы можно разделить на следующие группы:
·штучные (черепица, природный шифер, «мягкая» черепица и т.п.);
·листовые (асбестоцементные листы, профилированные и плоские металлические листы, металлочерепица, ондулин и др.);
·рулонные (пергамин, рубероид и их современные модификации);
·пленочные (резиновые и полимерные мембраны);
·мастичные (битумные и полимерные мастики).
Это деление достаточно условное, т.к. штучные и листовые материалы часто отличаются только размерами. В данном случае за границу между этими группами материалов принята площадь кровельного элемента 1 м². Также условной границей между рулонными и пленочными (мембранными) материалами принята ширина полотнища 1 м.
Ниже рассматриваются конкретные виды кровельных материалов, объединенные в группы в соответствии с приведенной классификацией. Порядок рассмотрения групп принят исходя из распространенности материалов в современном строительстве.
Рулонные кровельные материалы
Наибольшее распространение с 30-х годов и до настоящего времени имеют рулонные материалы, среди которых «патриархами» являются пергамин, рубероид и толь. В их основе лежит картон. Если он только пропитан легкоплавким битумом, это - пергамин; в случае, если пропитанный картон покрывают с двух сторон тугоплавким битумом и посыпают минеральной крошкой (песок, слюда), это - рубероид. Ширина рулонов этих материалов 1 м, длина 10-20 м.
Толь выпускается в двух модификациях: толь беспокровный - аналог пергамина и толь покровный - аналог рубероида, но в качестве пропитывающего и покровного материала используется деготь. Из-за быстрой деградации дегтя на свету и, как следствие, малой долговечности толя, он не рекомендуется в роли кровельного материала (более рационален как гидроизоляционный материал).
Безусловное требование к рулонным кровельным материалам - водонепроницаемость, которая сохраняется только при условии отсутствия трещин и разрывов. Поэтому с учетом условий работы материала на кровле (широкий диапазон температур и УФ-облучение) и необходимости обеспечения пластичности материала во время его укладки (размотка и приклейка рулонов) важнейшими показателями качества рулонных материалов будут:
·гибкость (оценивается по минимальной температуре, при которой отсутствуют трещины при загибе полоски материала на стержне с определенным радиусом);
·теплостойкость;
·прочность на разрыв (оценивается по усилию для разрыва полоски материала шириной 5 см).
Широкое распространение пергамина и рубероида объясняется их технологичностью: простота изготовления материала и простота устройства кровли в широком диапазоне углов уклона и конструкций крыши и по самым разнообразным основаниям.
В основном, эти материалы используют на крышах с малым уклоном и по бетонному или другому сплошному основанию. Традиционное кровельное покрытие имеет вид многослойного (3-5 слоев) ковра из пергамина или подкладочного рубероида (нижние слои) и покровного рубероида (верхний слой), наклеиваемых битумными мастиками. Более современный вариант - наплавляемый рубероид. В этом случае кровельный ковер настилается с помощью газовых горелок. При больших углах наклона крыши возможно крепление рубероида гвоздями по раскладкам.
Недостаток кровель из пергамина и рубероида - невысокая долговечность (5-7 лет), которая объясняется низкой прочностью и биостойкостью картонной основы, а также хрупкостью на морозе, низкой теплостойкостью и старением на солнце битумного связующего. При длительной эксплуатации материал становится жестким и кровельный ковер при любых деформациях (температурных, усадочных) растрескивается. Кроме того, из-за хрупкости битумного связующего на холоде и, как следствие, невозможности раскатать рулон устройство кровли из рубероида невозможно в зимний период.
Следует отметить, что в Западной Европе, в частности в Германии, уже многие годы битумные материалы на картонной основе запрещены к применению для устройства кровель.
В современных рулонных кровельных материалах для улучшения свойств используются три основных направления:
·модификация битумного вяжущего;
·замена картона новой прочной и долговечной основой;
·использование новых видов бронирующих посыпок.
Простейший способ модификации битума - введение тонкодисперсных наполнителей или окисление расплавленного битума продуванием воздуха через него, чем повышают его теплостойкость. Но при этом не повышается эластичность битума и устойчивость его к старению.
Более эффективна модификация битума полимерными продуктами. Полимерные добавки позволяют расширить интервал рабочих температур битума, снижая температуру его хрупкости и повышая температуру размягчения, и обеспечивают сохранение эластичности вяжущего длительное время (т.e. повышают долговечность материала). В настоящее время для модификации битума используют, в основном, термоэластопласт атактический полипропилен (АПП) - побочный продукт при производстве полипропилена, по внешнему виду и свойствам напоминающий невулканизированный каучук, и синтетические каучуки, в частности, стирол-бутадиен-стирольный (СБС).
Основные характеристики окисленного битума и полимербитумных композиций на основе АПП и СБС приведены в табл. 1.
Табл.1. Основные характеристики битумных композиций
ПоказательОкисленный битумБитум + АППБитум + СБСТемпература размягчения, °С85...90140...150110...125Гибкость (R бруса = 25 мм), °С+5-15До -30Теплостойкость, °С+70;+120...130+90...100Устойчивость к УФ-излучениюНизкаяСтоекХорошаяАдгезия к бетонуСредняяВысокаяХорошаяПо сравнению с обычным окисленным битумом, битумы, модифицированные АПП, характеризуются высокой теплостойкостью, хорошей гибкостью на холоде (до -20°С) и высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. Битумы, модифицированные СБС, характеризуются еще более высокой гибкостью на холоде (до -30°С), но они более чувствительны к УФ-облучению, в связи с чем требуют применения защиты от солнечного света. Материалы на основе таких модифицированных битумов имеют расширенный диапазон эксплуатационных температур, повышенную долговечность и позволяют производить работы по устройству кровли из рулонных материалов при отрицательных температурах (т.е. практически круглый год).
Положительный эффект от модификации битумного связующего в полной мере может быть реализован только в случае замены слабой и недолговечной картонной основы на более прочные и стойкие основы. Такие основы можно получить, используя стеклянные или синтетические волокна (главным образом полиэфирные волокна типа «полиэстер») в виде тканей, холста и нетканого полотна, а также путем дисперсного армирования короткими отрезками волокон. Стеклохолст представляет собой простейший вид стеклоткани, выполненный полотняным переплетением (через раз) из нескрученных прядей стеклянного волокна (ровницы). Нетканое полотно - полотно, в котором волокна расположены хаотически (например, сукно или войлок) и скрепляются между собой силой трения, клеевым составом или термической сваркой.
Ткани и нетканые волокнистые основы на базе таких волокон отличаются высокой прочностью (табл. 2), водо- и гнилостойкостью, что увеличивает долговечность и надежность рулонных материалов на их основе.
Механические свойства рулонных материалов с различными типами основ: рубероид (кровельный картон) и изофлекс (стеклоткань, полиэстер)
Тип основы и ее масса, г/м²Разрывная сила, Н не менееОтносительное удлинение, % не менееКровельный картон, 450280---Стеклохолст, 603002Стеклоткань, 2006002Полиэстер, 17072550Полиэстер, 250100060Полиэстер, 250100040
Основы из полиэфирного нетканого полотна «полиэстер» имеют большое относительное удлинение при разрыве (до 45-50%), что обеспечивает повышенную эластичность и релаксационную способность материалов в целом. Удлинение при разрыве у стекловолокнистых основ небольшое - 2-6%.
Интересное решение - использование в роли основы металлической фольги (алюминиевой, медной). При этом фольга располагается на лицевой поверхности материала и служит не только основой, но защищает битумный слой от солнечных лучей и создает декоративный эффект. Благодаря этому материалы отличаются высокой долговечностью за счет замедления старения битумного связующего.
В обычных материалах для защиты от солнечного излучения применяются бронирующие посыпки из цветной минеральной (сланцевой, керамической) крошки. Такие посыпки более надежны, чем традиционные (песок, слюда), и придают декоративность материалу.
Использование рулонных кровельных материалов предполагает устройство многослойного кровельного ковра. Ряд фирм пошли по пути замены всего кровельного ковра одним многослойным композиционным материалом (например, 2 слоя основы и 3 слоя битума), который позволяет настилать рулонную кровлю за один раз.
Если подытожить вышесказанное, то можно выделить кровельные материалы четырех поколений.
I поколение - обычный рубероид (ГОСТ 10923-93 <#"justify">·разрывная сила при растяжении образца шириной 5 см, Н;
·относительное удлинение при разрыве, %;
·гибкость на брусе R = 25 мм для основных и R = 5 мм - безосновных, °С;
·теплостойкость, °С;
·водопоглощение, %;
·водонепроницаемость.
Методика определения этих показателей регламентирована ГОСТ 2678-94 <#"justify">3.Область эксплуатации строительного материала
РУБЕРОИД (ГОСТ 10923-93 <#"justify">ПараметрРКК-400РКК-350РПП-300Разрывная сила при растяжении, Н, не менее340320220Теплостойкость, °С, не менее808080Гибкость на брусе R = 15 мм, °С+5+5+5Водопоглощение2,02,02,0Водонепроницаемость при давлении Р = 0,001 МПа в течение, ч727272
Долговечность рубероида в роли верхнего слоя кровельного ковра не более 10 лет. Необходимость в ремонте может появиться через 4-6 лет.
Современные рулонные битумно-полимерные материалы на гнилостойких основах
Современные рулонные кровельные материалы выпускает большое количество предприятий. Сравнительную оценку и выбор материала затрудняют различные фирменные названия - «Люберит», «Филизол», «Экофлек», «Кинепласт» и т.д. Для этих материалов нет единого ГОСТа, поэтому каждый выпускается по своим техническим условиям (ТУ). Нет даже единой системы маркировки рулонных материалов, хотя в этом отношении у крупнейших производителей налаживается единообразие.
При маркировке многие предприятия используют трехбуквенное обозначение.
Распределение по типам материалов новых и ремонтируемых рулонных покрытий кровель
ПоколениеТип материалаДоля в рулонных покрытиях кровель (%)Россия (2001 г.)Зап. Европа (2000 г.)IРубероид по ГОСТ 10923-93406IIРубероид наплавляемый18---IIIБитумные наплавляемые на гнилостойкой основе307IVБитумно-полимерные на гнилостойкой основе1287строительный кровельный материал битумный
Э - нетканое полиэфирное волокно (полиэстр);
Т - стеклоткань;
Х - стеклохолст.
Вторая буква - вид верхнего покрытия:
П - защитная полимерная пленка;
К - крупнозернистая минеральная посыпка;
М - мелкозернистый пылеватый песок.
Третья буква - вид нижнего покрытия:
П - защитная полимерная пленка;
М - мелкозернистый пылеватый песок.
В специальных случаях используются индексы Ф - фольга, С - суспензия (пылеватая посыпка).
Для примера приведем популярные марки битумно-полимерных материалов крупнейших производителей «Изопласт» (завод «Изофлекс») и «Техноэласт» (ОАО «ТехноНИКОЛЬ»).
Технические характеристики материала марок:
ПараметрЭКП-5,0ХПП-3,0ЭПП-4,0Толщина, мм534Разрывная сила при растяжении, Н, не менее610360610Относительное удлинение, %20220Теплостойкость, °С, не менее120120120Гибкость на брусе R = 10 мм, °С-15-15-15ИЗОПЛАСТ
Изопласт - битумно-полимерный кровельный и гидроизоляционный материал на основе малоокисленного битума, модифицированного атактическим полипропиленом (АПП) и армированного нетканой полиэфирной или стекловолокнистой основой.
Для верхнего лицевого слоя кровельного ковра производится изопласт «К» (кровельный) марок: ЭКП-4,5 - с защитно-декоративным слюдяным (вермикулит) слоем и ЭКП-5,0 - с посыпкой цветным (красный, зеленый, серый) гранулятом. Снизу материал покрыт тонкой (10 мкм) полиэтиленовой пленкой. Основа - полиэфирный нетканый материал (индекс «Э» в наименовании марки); цифры: 4,5 и 5,0 - масса 1 м² материала в кг.
Для нижнего слоя кровельного ковра и гидроизоляции производится материал с двухсторонней пылеватой посыпкой (или покрытый тонкой 80-100 мкм полиэтиленовой пленкой): изопласт «П» (подкладочный) на стекловолокнистой (X) или полиэфирной (Э) нетканой основе марок: ХПП-3,0; ХПП-4,0; ЭПП-3,0; ЭПП-4,0.
Специально для гидроизоляции ответственных сооружений (тоннелей, мостов и т.п.) выпускается изопласт марок ЭМП-5,5.
Изопласт выпускают в виде рулонов шириной 1,0 м и длиной 10 м.
Для получения кровельного ковра необходимой прочности, водонепроницаемости и долговечности достаточно двух слоев «Изопласта»: верхний - марки «К» и нижний - марки «П». Низкая трудоемкость устройства кровли и высокая долговечность (15-25 лет в зависимости от климатических условий) позволяют получить экономию в 25% по сравнению с аналогичными кровлями из рубероида.
ТЕХНОЭЛАСТ (ТЕХНОНИКОЛЬ)
Техноэласт - группа рулонных кровельных и гидроизоляционных битумно-полимерных материалов на гниющих основах, в которых битум модифицирован синтетическим каучуком СБС. Это обеспечивает гибкость материала при низких температурах. Выпускаются четыре основные марки материала, различающиеся типом основы, посыпкой и массой 1 м²: ЭКП-5,0; ТКП-5,0; ЭПП-4,0; ХПП-3,0. Кроме того, производятся специальные марки: ЭКС-5,0 - самоклеящийся, и ЭКВ-6,0 «Вент», способный к удалению паров из-под кровельного ковра. Ниже приводится общая характеристика материалов типа Техноэласт.
Техноэласт выпускают в виде рулонов шириной 1,0 м и площадью 10 м² (марка ХПП-3,0 - 15 м²). Ориентировочный срок службы 2-3-слойного кровельного ковра - не менее 20 лет.
Штучные кровельные материалы
Рулонные материалы в основном применяют для крыш с малым уклоном. Зрительно они образуют монотонную, лишенную декоративности поверхность. Для плоских «невидимых» для людей крыш это не имеет значения. В современном строительстве в моде крыши с большим (15-60°) уклоном (вальмовые, мансардные и т.п.), поверхность которых - один из основных декоративных элементов здания. В этом случае желательны кровельные материалы, придающие кровле цвет и фактуру. Такими материалами являются штучные материалы: черепица, шифер, гонт, дранка и др.
Традиционные штучные материалы
Штучные кровельные материалы применялись издревле. Конкретный вид материала определялся природными условиями места строительства: в тропических странах это могли быть пальмовые листья, в горных районах - шифер, в богатых лесом районах (север России, Скандинавия и т.п.) - деревянная щепа. Наиболее совершенным и универсальным видом штучных кровельных материалов была черепица. Старинные здания с черепичными крышами есть во многих странах на всех континентах. Ниже приведены характеристики основных видов традиционных штучных кровельных материалов.
Дранка (щепа) - тонкие (5-10 мм) дощечки шириной 90-150 мм, получаемые раскалыванием прямослойных чураков длиной 0,5-10 м из ели, сосны, лиственницы, осины специальным ножом или топором.
Декоративный вариант дранки, у которой нижний конец сделан уступами, называется лемех. Он применялся, в частности, для куполов деревянных церквей.
Гонт (от польского gont) - более совершенный вид деревянного кровельного материала. Гонт - пиленые или колотые дощечки длиной 40-60 см, шириной 10-15 см, имеющие клинообразное поперечное сечение. Толстый (10-15 мм) край гонтины имеет паз, в который входит тонкий (2-3 мм) край соседней гонтины; этим достигается большая плотность кровельного покрытия. Гонт, как и дранку, настилают в 3-4 слоя по обрешетке из жердей или брусков с шагом в 1/3 или 1/4 длины дранки. Дранка и гонт благодаря небольшой толщине быстро сохнут, и поэтому деревянная крыша из них не гниет и сохраняется 10-15 лет. Такие крыши в первые годы эксплуатации имеют приятный серебристо-серый цвет.
Технические характеристики материала
Разрывная сила при растяжении, Н, не менее600 (ХПП-3 - 340)Относительное удлинение, %50 (полиэстр); 2 стеклооснова)Гибкость на брусе R = 25 мм, °С-35Теплостойкость, °С, не ниже+100
Шифер (от нем. schiefer - сланец) - плитки, получаемые раскалыванием слоистых горных пород (преимущественно, глинистых сланцев). Цвет - темно-серый (черный, красно-коричневый), форма, близкая к квадратной, со стороной 20-40 см. Этот материал широко применялся на юге Германии, в Австрии, Великобритании, Закавказье. Шифер - очень долговечный материал: многие архитектурные памятники Средневековья сохранили шиферные кровли до нашего времени. В обиходной жизни шифером называют кровельные изделия из асбестоцемента.
.Сравнительный анализ
Если анализировать группы материалов, в которых в последние годы появились новинки, то картина будет выглядеть следующим образом:
·битумные материалы - большое количество продуктов, объединяемых общим термином самоклеющийся кровельный материал - рулонный, не требующий предварительного нанесения мастики, содержащий в пропитке полимерные добавки, а также наливные кровли, наносимые непосредственно на основание методом напыления или окраски, битумная черепица (шингласс) и полимерные мембраны <#"justify">При всех нововведениях и положительных свойствах перспективных продуктов, рейтинг кровельных материалов выглядит примерно следующим образом (доля рынка дана по экспертным оценкам):
Класс материаловМатериалРыночная доляДоля в устройстве скатных крышРулонные кровлиБитуминозные материалы38,5-Кровли из листовых материаловОцинкованный металл (включая профнастил)10,316,8Металлочерепица3,45,6Асбоцементные листы44,472,2Еврошифер и материалы того же класса2,84,5Кровли из штучных материаловБитумная черепица0,10,8Керамическая черепица0,10,25. Заключение
Из приведенных данных можно сделать вывод, что абсолютным лидером продаж остается шифер, и он же занимает доминирующую позицию на рынке скатных крыш.
На второй позиции находятся рулонные материалы, которые, как видно из таблицы (полное отсутствие в сегменте скатных кровель), являются абсолютным лидером на рынке кровель плоских.
При этом, в технологическом плане, между шифером и битумными продуктами разница - радикальная: если асбоцементный лист продается уже десятилетиями практически в неизменном виде, то в рулонном секторе устаревшие рубероид и стеклоизол активно заменяют кровельные материалы новые.
Вместо устаревшей пропитки из чистого битума используются композитные смеси, а взамен картонной основы - синтетические полотна.
6. Список литературы
1.Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Материаловедение: Учебник для вузов. - М.: МГТУ им.Баумана, 2005. - 646с.
2.БарташевичА.А., Бахар Л.М. Материаловедение: Учебное пособие.-Изд. 2-е.-Ростов-на-Дону: Феникс, 2005.-348с.
.БобровЮ.Л., Овчаренко Е.Г. Теплоизоляционные материалы и конструкции: Учебное пособие. -М.: Инфра-М,2005.-268с.
.Давыдова И.С., Максина Е.Л., Материаловедение : Учебное пособие. - М.:Изд-во РИОР, 2006. - 240с.
.Несветаев Г. В. Строительные материалы: Учебное пособие. - Ростов-на Дону. - Феникс, 2005. -603с.
.Баейр В.Е. Материаловедение для архитекторов, реставраторов, дизайнеров: Учебное пособие. - М.: АСТ, 2005. -250с.
.Григорьев М.А. Материаловедение для столяров, плотников и паркетчиков. -М.: Стройиздат, 2006. - 191с.
.Кавер Н.С. Современные материалы для отделки фасадов: Учебное пособие. - М.: Архитектура-С, 2005. - 119с.
.Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы: Учебно-справочное пособие. - Ростов на Дону, Феникс, 2005. - 221с.
.Пейсаков А.М., Кучер А.М. Материаловедение и технические конструкционные материалы: Учебник для вузов.- Спб.: Изд-во Михайлова, 2005. - 410с.