Текст книги "Кровельная изоляция. Кровельное озеленение. Проблемы: Истоки, причины, опыт и решения"

На практике кровельные покрытия под влиянием солнечного излучения подвержены двум окислительным процессам:

1. Фотоокислительное старение;

2. Термоокислительное старение.

Оба процесса старения возникают под воздействием солнечного излучения. Фотоокислительные деформации являются следствием прежде всего атмосферного воздействия.

2.1.4.1 ВОЗДЕЙСТВИЕ

Все полимерные кровельные покрытия, как термопласты и эластомерные покрытия (каучук), так и битумные материалы, чувствительны к солнечным лучам. Только небольшая часть солнечного излучения, которое при длине волн от 290 до 1400 нм (УФ-лучи, видимые лучи и инфракрасные лучи) через оптическое окно атмосферы достигает поверхности земли, оказывает доминирующее воздействие на кровельные покрытия, расположенные в местах повышенного риска попадания солнечных лучей. Спектральное распределение энергии солнечных лучей на ультрафиолетовую и видимую область зависит от географического положения (места и высоты выше нормального нуля), а также от времени года. В зависимости от различных мест расположения результаты испытания на атмосферную коррозию действительны только для конкретной местности. Это хорошо видно в сравнении. Коррозионные испытания в атмосферных условиях в течение 12 месяцев в Фениксе, штат Аризона, США, соответствуют почти 20 месяцам коррозионных испытаний в Нью-Йорке.

Прямое коротковолновое ультрафиолетовое излучение солнечного света особенно вредно. Свое разрушающее воздействие оказывает и общее глобальное излучение, которое состоит из прямого и рассеянного в воздушной оболочке солнечного излучения с широким диапазоном волн.

Пигменты могут поглощать видимые и ультрафиолетовые лучи. Чем более непрозрачен материал, тем меньше вероятности, что разрушающие солнечные лучи попадут в глубоко лежащие слои и изменят его механические свойства. Верхняя сторона кровельных покрытий с более плотной пигментацией и большей светоустойчивостью, а также с достаточной концентрацией пигмента увеличивает срок их эксплуатации.

Термоокислительные воздействия на кровельные покрытия возникают наряду с краткосрочными воздействиями при устройстве на крышах как гравийного покрытия, так и без него. На крышах с гравийным покрытием термоокислительное разрушение под воздействием скапливающегося в течение долгого времени тепла ускоряется. Озелененные крыши подвержены термическому старению в меньшей степени из-за более слабого нагревания.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СВОБОДНО ОБДУВАЕМОЙ КРЫШИ:

● быстрое высыхание, сокращение роста микроорганизмов или препятствование ему;

● уменьшение органического поражения от вредителей;

● уменьшение напряжения в стыках и местах крепления;

● относительно небольшая стоимость технического обслуживания;

● сокращение расходов по обслуживанию несущей конструкции;

● небольшие расходы при последующем монтаже и надстраивании;

● индивидуальное цветовое оформление «пятого фасада»;

● высокая работоспособность и длительный срок эксплуатации.

СЛЕДУЕТ УЧИТЫВАТЬ СТАРЕНИЕ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА

2.1.4.2 ПОСЛЕДСТВИЯ

Кровельные покрытия без дополнительной пригрузки (свободно обдуваемые и пологие односкатные крыши) в большей мере подвержены фотоокислительному старению под воздействием излучения. Это становится заметно по быстрому истощению добавляемых материалов – защитных стабилизаторов света и температуры. При этом повреждается в основном верхний тонкий слой покрытия. Функциональные физические свойства разрушаются только частично. Срок эксплуатации таких оголенных крыш гораздо дольше по сравнению с крышами, покрытыми гравием.

Все воздействия, связанные со светом, такие как вид, интенсивность и температура излучения, могут вызвать причиняющие ущерб изменения свойств у всего кровельного материала. Эти изменения внешнего вида можно выявить по следующим признакам:

● изменение блеска;

● пожелтение, выцветание;

● трещины, растрескивание в виде птичьих следов;

● налет сырости;

● отверждение (проявляется, например, при сварке).

Прямые солнечные лучи на темных кровельных покрытиях могут привести к повышению температуры поверхности до более чем 80 ℃. Кровельные покрытия с дополнительной пригрузкой из гравия защищены от воздействия прямых солнечных лучей. Однако из-за сохраняющейся в гравии тепловой энергии они подвержены ее воздействию. Фотоокислительное старение крыш с гравийным покрытием по сравнению с кровельными покрытиями без пригрузки протекает гораздо медленнее. При этом термически обусловленные функциональные свойства крыш с гравийным покрытием, такие как эластичность, гибкость, устойчивость к перфорации, ломкость под воздействием низких температур, состояние стабилизаторов и пр., подвержены ускорению процесса старения.

Скорость, с которой изменяются механические свойства кровельных покрытий при атмосферном воздействии, зависит от толщины покрытия или от соотношения толщины подверженного разложению его верхнего слоя и общей толщины покрытия. У тонких слоев механические свойства портятся быстро, у утолщенных, наоборот, значительно медленнее.

2.1.4.3 ВЫВОДЫ

Только часть основных материалов, из которых изготавливаются кровельные покрытия, достаточно устойчива к воздействию света и атмосферы. Для обеспечения долгосрочного функционирования и необходимой устойчивости к различным воздействиям в материалы добавляют стабилизаторы, антиоксиданты, противостарители, предохраняющие от разрушения под действием света. У черных кровельных покрытий устойчивость улучшается за счет активной сажи в концентрации от 2 до 4 %, а у светлых или белых кровельных покрытий – за счет содержания белого пигмента диоксида титана (TiO2) в концентрации минимум 6 %. Возможное изменение цвета поверхности кровельного покрытия вследствие недостаточной светопрочности и светостойкости используемых красителей не всегда связано с повреждением материала. Изменившие цвет кровельные покрытия могут все еще обладать полной работоспособностью.

При увеличении толщины кровельного покрытия увеличивается срок его эксплуатации. Верхний функциональный слой при этом должен быть толщиной минимум 0,4 мм. И чем больше будет узлов холста при использовании покрытий с армированием из ткани, тем лучше.

Загрязнение воздуха происходит в том числе как следствие выбросов промышленных предприятий, атомных станций, домохозяйств и транспорта. Наиболее часто загрязнения от таких веществ, опасных для здоровья и окружающей среды, как оксид углерода, диоксид углерода, озон, диоксид серы, монооксид азота, пыль и подобные им, образуются на плоских крышах. Самое разрушающее воздействие оказывают выбросы промышленных предприятий (например, металлоперерабатывающих), котельных, транспорта в виде отработанных кислотных газов, а также в форме аэрозолей, содержащих жиры и масла, выбрасываемых ресторанами и предприятиями по производству продуктов питания. Это становится очевидным при появлении смога, особенно в районах сосредоточения промышленных предприятий и городского населения при температурных инверсиях, когда большое количество газов выбрасывается в атмосферу. Наряду с кислотным дождем и аэрозолями пыль и грязь в форме перегнивающего гумуса из принесенных ветром песка, луковиц, семян, спор, травы и листьев также оказывают негативное воздействие на кровельные покрытия. Такие скопления образуют идеальную питательную среду для бактерий и микроорганизмов.

Оксид серы (SO₂) и оксиды азота (NO_x), соединяясь с атмосферной влажностью, образуют агрессивную сернистую кислоту, серную кислоту, азотную кислоту и выпадают в виде кислотного дождя, тумана или росы. В такой форме они и оседают на кровельные поверхности. Разрушение исторических зданий и памятников – это видимые результаты данных процессов.

Кислотный дождь при попадании на кровельные покрытия с содержанием эфирных полимеров, таких как сополимер этилена (EVA, EMA и др.), добавки из сложного эфира, служащие в качестве размягчителей, стабилизаторов, антиоксидантов и других дополнительных веществ, может вызвать реакции гидролиза, которые расщепляют в воде или вымывают эти продукты. Таким образом, первоначальная их функция становится невыполнимой.

Атмосферные загрязнения вместе с температурой и влажностью оказывают значительное влияние на поведение кровельных материалов и тем самым на срок их эксплуатации.

Химически активные вещества вступают в реакцию с полимерами или другими компонентами и необратимо изменяют свойства материалов. Устойчивость гидроизоляционного полотна к воздействиям окружающей среды зависит от химической основы материала, сочетания и концентрации воздействующих веществ из атмосферы, а также от некоторых других факторов (продолжительности воздействия, температуры, влажности).

Очень тяжело предвидеть изменения в связи с большим количеством веществ, воздействующих на кровельные покрытия. Металлы, соединения металлов или загрязненная пыль и летучая зола оказывают негативное влияние на большую часть полимерных материалов, которые при этом многократно расщепляются (разделяются). Поэтому после завершения строительства следует обратить внимание на чистоту кровельных покрытий – избавить их от металлического или бытового мусора.

ПОВЫШЕННОЕ НЕГАТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА КРОВЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ С ГРАВИЕМ ВОЗНИКАЕТ ВСЛЕДСТВИЕ:

● длительного воздействия влаги;

● большого количества органического мусора;

● сильного воздействия микроорганизмов;

● повышения значения pH, что влечет за собой омыление и гидролиз.

ИЗМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛА, ВЫЗВАННЫЕ СТАРЕНИЕМ

ОЗОН – ФОРМА КИСЛОРОДА

Озон – это химический элемент, являющийся формой кислорода. Он состоит из трех атомов кислорода, обозначается как О₃ и входит в состав атмосферного воздуха. Около земли озон образуется ввиду загрязнения воздуха, особенно от отработанного газа, содержащего оксид азота при высоких температурах летом. Образование озона ускоряется под воздействием естественного ультрафиолетового излучения и электрических разрядов (грома). Ядовитый, быстро вступающий в реакцию газ сильно пахнет и раздражает органы дыхания. Он распадается в разреженном воздухе, но постепенно.

Озон – очень сильный окислитель. Все органические, а также полимерные вещества окисляются озоном в разной степени. Полиолефины и большинство эластомерных (каучук) веществ без соответствующих стабилизаторов ограничиваются средним сроком эксплуатации.

Окисление озоном ведет к разрушению полимеров. Комплексные химические реакции изменяют при этом длину цепи полимеров путем разрыва или образования поперечных связей. Особенно летом озон очень быстро воздействует на поверхность кровельного покрытия. Часто уже через несколько дней от этого страдают соединения и особенно швы после сварки горячим воздухом.

Физически и химически активные вещества, загрязняющие воздух, ухудшают эксплуатационные свойства кровельных покрытий. Если вещества не проникают внутрь уплотнителя, то реакция протекает на поверхности кровельного покрытия сдержанно и не оказывает сильного воздействия на его механические свойства. Однако в большинстве случаев вещества посредством диффузии проникают во все покрытие и ускоряют процесс старения.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ОЗОНА

Окисление озоном ведет к разрушению полимеров. Комплексные химические реакции изменяют при этом длину цепи полимеров путем ее разрыва или образования поперечных связей. Летом озон особенно и очень быстро воздействует на поверхность кровельного покрытия.

НЕОБХОДИМЫЕ МЕРЫ

Поверхности кровельных покрытий, которые долгое время находились под воздействием загрязняющих веществ или которые уже очевидно затронул процесс старения, непосредственно перед самим процессом соединения следует обязательно зачистить средством, рекомендуемым производителем покрытий.

БОЛЬШОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ

ЛАК ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Говоря о биологическом воздействии на кровельные покрытия, в первую очередь следует указать на воздействие микроорганизмов. Их жизнеспособность и дальнейшее развитие обеспечиваются, помимо органической питательной среды, прежде всего влажностью, теплом и кислородом. Такие особые условия возникают на посыпанных гравием и озелененных кровлях.

2.1.6.1 УСЛОВИЯ ПРИМЕНИМОСТИ

Сохраняющиеся у гравийных покрытий тепло и влажность вместе с повышенным скоплением органического мусора ускоряют процесс роста микроорганизмов на них и оказывают дополнительное негативное воздействие. В зависимости от различных материалов кровельных покрытий микроорганизмы оказывают на них различное воздействие. Кровельные покрытия с жидкими или низкомолекулярными элементами подвергаются более сильному воздействию. Гидроизоляционное полотно, базирующееся на «чистых» олефиновых полимерах, то есть на углеводородах, не содержащих сложного эфира, обладает очень хорошей устойчивостью. Однако некоторые пигменты, наполнители, технологические добавки и стабилизаторы могут быть поражены микроорганизмами. Они производят продукты обмена веществ, которые агрессивно воздействуют на покрытия, образуя пятна, и нарушают физические свойства материалов.

В большинстве случаев повреждения кровельных покрытий микроорганизмами происходят в теплых регионах с продолжительным периодом влажности. В сухих теплых районах и на возвышенности более 800 м над уровнем моря в Центральной Европе случаи разрушительного воздействия микробами довольно редки.

2.1.6.2 ВЫВОДЫ

Для повышения устойчивости к воздействию микроорганизмов существуют два общепринятых способа защиты кровельных покрытий:

1. защита поверхности покрытия с помощью лакирования;

2. биоцидная защита.

С целью предложить покупателю по возможности экологически чистое кровельное покрытие без сомнительных опасных веществ в виде биоцида рынок представил кровельные покрытия с лакированной поверхностью. Однако лакирование, используемое в качестве защиты от воздействия микроорганизмов, вызывает серьезные возражения. На практике хорошие результаты заметны только в первые годы, а потом они резко ухудшаются, не оказывая значительного влияния на общий срок эксплуатации.

2.1.6.2.1 ЛАКИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЯ

В естественных условиях на лакированных покрытиях с большим сроком эксплуатации появляются признаки истирания очень тонкого слоя лака (тысячные доли миллиметра), а также трещины и признаки старения. Обусловливается это, прежде всего, натяжением по поверхности и на границе раздела слоев. В качестве возможных причин такого феномена на семинаре в Центре полимеров в 1993 г. были выявлены следующие воздействия:

● пигментированный основной материал отражает падающее на него излучение и в силу двойного попадания света повреждает или разрушает прозрачный слой лака;

● различная способность поглощения воды основным и лакировочным слоями приводит к эрозии;

● частично пропускающие пар слои мембраны образуют (разрушающиеся) пузыри;

● различные коэффициенты расширения приводят к отделению слоев;

● отклоняющиеся от нормы модули упругости приводят к трещинам, образующимся вследствие внутренних напряжений.

Новые многообещающие подходы для улучшения качества продукции ожидаются в связи с возможностью производить поверхностные слои с применением нанотехнологий. Так как повреждения на кровельных изоляционных материалах появляются из-за воздействия микроорганизмов на поверхности покрытия, то от нанотехнологий ожидают, что они обеспечат долговечность покрытия, защищая его от бактерий посредством фотокаталитического эффекта.

ЗАЩИТА ОТ МИКРООРГАНИЗМОВ

На практике нужно предусматривать, что воздействие микроорганизмов будет осуществляться с обеих сторон кровельного покрытия. Поэтому. для увеличения срока службы гидроизоляционного покрытия необходимо защищать его с двух сторон. Односторонняя защита от микроорганизмов защитит лишь частично.

УСЛОВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ЯВЛЯЮТСЯ ФАКТОРАМИ ВЛИЯНИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОЛОТЕН

2.1.6.2.2 БИОЦИДЫ

Защита поверхности полимерных конструкционных материалов в области уплотнителя с помощью биоцидов является на сегодняшний день одним из самых распространенных методов сокращения или даже предотвращения разрушающего воздействия микроорганизмов.

Биоциды должны защищать поверхности уплотнителя от появления на них бактерий, грибков и микроорганизмов. При этом используются продукты с абсолютно различными химическими основами, которые попадают под классификацию опасных веществ. Биостабилизаторы воздействуют токсично не только на микроорганизмы, но в большей или меньшей степени и на теплокровных существ. Используемое количество этих веществ на кровельных поверхностях измеряется в промилле, и это означает, что их содержание ничтожно мало.

До второй половины 1990-х гг. применяли в основном дешевое вещество на основе мышьяка. При испытании новой продукции гидроизоляционное полотно с нанесенным на него покрытием подобного рода показывало хорошие результаты. Однако этот биоцид хорошо растворялся в воде и поэтому со временем при определенных климатических условиях вымывался. Примерно с середины 1990-х гг. множество производителей гидроизоляционных покрытий перешли к использованию нового класса органических, не содержащих металлов биоцидов. Этот класс биоцидов значительно дороже и при однородном распределении по всем слоям обладает меньшей водорастворимостью, а потому более эффективен. Кроме того, новые биоциды спасают от большего спектра микробов. Защищенные этими биоцидами гидроизоляционные покрытия в значительно меньшей степени подвержены старению, и у них продлевается срок эксплуатации.

Известно, что органические теплоизоляционные материалы, такие как пробковые теплоизоляционные плиты, древесная шерсть или другие материалы, содержащие целлюлозу, разлагаются под уплотнителем. Для деятельности микроорганизмов под ним имеется достаточное количество тепла. Влага может легко проникнуть через плохо выполненные стыки, места возможного протекания или неправильно уложенную пароизоляцию. Вибрация и биение механически зафиксированных кровельных покрытий под воздействием ветра подтверждают это. Под кровельным полотном имеются все условия для жизни микроорганизмов.

На практике следует предусматривать воздействие микроорганизмов на обе стороны кровельного покрытия. Поэтому для увеличения срока службы покрытия необходимо наличие защиты с двух сторон. Односторонняя защита от микроорганизмов защитит лишь частично.

Битумные кровельные покрытия содержат крайне ядовитые вещества ПАУ (полициклические ароматические углеводороды), выполняющие функции биоцидов. Будучи вымываемыми, но тяжело разлагающимися веществами, они загрязняют окружающую среду и попадают в пищевую цепь.

В отличие от полимерных кровельных покрытий битумные из-за свойств материала не обладают устойчивостью к прорастанию корней. Поэтому для них применяется дополнительная защита гербицидами и пестицидами, например превентолом. Но эти вредные для природы вещества, согласно тщательным исследованиям EAWAG (Швейцарский федеральный НИИ по водоснабжению, очистке сточных вод и защите водных ресурсов), вымываются и попадают в грунтовые воды. Изначальная защита от прорастания корней со временем тоже исчезает.

Вымываемые биоциды, пестициды и гербициды, находящиеся в земле и грунтовых водах, создают экологические проблемы. Допуск к применению этих вредных для человека, животных и растений веществ регулируется сейчас в ЕС новыми правовыми актами (Директива 98/8/EС Европейского парламента и Совета Европы от 16.02.1998 о размещении на рынке биоцидных продуктов). Теперь в странах ЕС ожидается принятие национальных нормативных актов.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ КРОВЕЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ:

● использование устойчивых к микроорганизмам кровельных покрытий из термопластичного полиолефина;

● применение водонерастворимых биоцидов, устойчивых к ультрафиолету;

● однородное распределение биоцидов по всем слоям, как с верхней, так и с внутренней стороны;

● предотвращение/уменьшение воздействия микробов, исключая попадание необходимого для их развития свежего воздуха и влаги, особенно в наиболее опасных местах на верхней поверхности, с использованием прокладки из полиэтиленового кашированного холста между гравием и кровельным покрытием;

● использование утолщенных кровельных покрытий.

ОПТИМАЛЬНАЯ ЗАЩИТА БЛАГОДАРЯ ЭКСТЕНСИВНОМУ ОЗЕЛЕНЕНИЮ

ИЗМЕНЕНИЕ ДЛИНЫ КРОВЕЛЬНОЙ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ

2.1.6.2.3 СТАНДАРТЫ И ТРЕБОВАНИЯ

Существование микроорганизмов на кровельных покрытиях неизбежно благодаря подходящим для их жизни условиям, существующим на плоской кровле. О разрушающем воздействии, особенно на уплотнители с жидкими органическими или низкомолекулярными компонентами, всем известно. Для доказательства наличия микроорганизмов, их роста и нанесения ими ущерба имеются зарекомендовавшие себя методы проверки.

К сожалению, во многих государственных стандартах и правилах отсутствуют данные об испытаниях и требованиях к ним. В Германии в стандартах DIN 16726 «Испытания» в разделе 5.20 «Воздействие грибов и бактерий» предусмотрено испытание на закапывание кровельного материала, однако в соответствующих стандартах для материалов нельзя найти подробной информации об испытаниях или установленных требуемых значениях.

В новых европейских стандартах для гидроизоляции крыши из полимерных и эластомерных материалов также предусмотрен тест на закапывание в соответствии с EN ISO 846. Испытание здесь так же, как и в немецких стандартах, проводится на новых необработанных материалах. При этом вымывание или нанесение ущерба биоцидами под воздействием ультрафиолетовых лучей не учитывается. Таким образом, снова не затрагивается эффективность действия покрытия в процессе старения.

Швейцарские стандарты SIA 280 (1996) предусматривают также испытание в соответствии с ISO 846. Перед самим испытанием на воздействие микроорганизмов образец кровельного покрытия подвергается процессу старения посредством помещения его в горячую воду. Данное практическое испытание, в отличие от ISO 846, проводится с большей выдержкой. Кроме того, в этих стандартах зафиксирован строгий уровень требований.

На основе имеющегося опыта в профиле требований (AfP-ddDach, 2005) правила проведения испытаний дополняются и корректируются. Испытание на «устойчивость к воздействию микроорганизмов» соответствует европейским/международным стандартам и учитывает многолетний практический опыт.

Испытание на устойчивость к сжатию под воздействием низких температур уже с 1999 г. остается неизменным в профиле требований. О необходимости проведения этого испытания будет рассказано далее.