Метод оценки эксплуатационной надежности конструкций кровель из эластомерных рулонных материалов на основе СКЭПТ

Возрастающие с каждым годом объемы строительства в нашей стране требуют постоянного совершенствования конструкций покрытий зданий, снижения трудоемкости и стоимости их устройства, повышения эксплуатационной надежности.

В последнее десятилетие существенно расширилась номенклатура современных кровельных рулонных материалов в частности полимерных пленок отечественного и зарубежного производства, что явилось предпосылкой дальнейшего развития и совершенствования конструктивных решений кровель и технологии их устройства.

Полимерные рулонные кровельные материалы характеризуются высокими исходными показателями физико-технических свойств (прочность на растяжениесвыше 4 МПаотносительное удлинение — более 250%- гибкость на брусе — от минус 30 °C и нижетеплостойкость до 120 °С).

Применение таких материалов позволяет существенно сократить трудозатраты при устройстве кровли за счет снижения количества слоев водоизоляционного ковра, что особенно важно, так как уровень механизации при выполнении кровельных работ достаточно низок.

В настоящее время уже накоплен небольшой отечественный опыт по эксплуатационным качествам кровель из полимерных рулонных кровельных материалов, но он явно недостаточен для прогнозирования их долговечности в связи с ограниченным сроком применения в климатических условиях нашей страны.

В этой связи особенно актуальным является решение задачи по экспресс-оценке долговечности кровель из полимерных рулонных материалов, критерием которой может служить их потенциальный срок службы в натурных условиях под влиянием комплексного воздействия климатических факторов.

Решение этого вопроса позволит не только прогнозировать потенциальный срок службы кровель из полимерных материалов в конкретных климатических условиях эксплуатации, но и предусматривать меры по совершенствованию их конструктивных решений, физико-технических свойств самих материалов, и тем самым расширить рациональную область их применения.

Актуальность работы состоит в разработке и апробации экспресс-метода оценки работоспособности эластомерных рулонных материалов при эксплуатации их в кровле.

Целью настоящей работы является разработка метода оценки потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных кровельных материалов на базе проведения комплексных исследований изменения их исходных физико-технических показателей под воздействием климатических факторов с учетом результатов ранее выполненных работ.

Объектом исследований являлся кровельный ковер из эластомерного рулонного материала.

Предмет исследований;

— определение физико-технических свойств полимерных рулонных материалов и характер изменения их под воздействием атмосферных факторов;

— методика определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов.

Методы исследований:

— изучение и анализ существующих отечественных и зарубежных методов оценки эксплуатационной надежности кровель из рулонных материалов;

— проведение комплексных исследований в лабораторных и натурных условиях влияния различных атмосферных факторов на изменение физико-технических свойств полимерных пленок;

— установление основного эксплуатационного показателя, который принимается за критерий оценки работоспособности кровель из полимерных рулонных материалов;

— установление корреляционной зависимости между значениями основного эксплуатационного показателя, полученными при лабораторных и натурных исследованиях материалов;

— разработка компьютерной программы расчета потенциального срока службы полимерных рулонных материалов в кровле на базе результатов экспериментальных исследований.

Новизна работы заключается:

— в установлении и научном обосновании выбора основного эксплуатационного показателя, характеризующего работоспособность полимерного рулонного материала в кровле и критерия его оценки;

— в разработке экспресс-метода по определению потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов в кровле.

Практическое значение работы и ее реализация. Разработанная методика определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ позволяет прогнозировать их долговечность при эксплуатации кровли и определять рациональную область применения в увязке с конструктивным решением и применительно к конкретному климатическому району.

Результаты работы использованы при разработке территориальных строительных норм (ТСН «Кровли. Технические требования, правила приемки и методы оценки качества»), Руководства («Кровли. Руководство по проектированию, устройству, правилам приемки и методам оценки качества») и Стандарта организации («Метод определения потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле»).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены:

— на секции научно-технического совета НТС «ЦНИИПромзданий» «Строительные конструкции зданий»;

— на научно-технической конференции «Проблема оценки долговечности при сертификации строительной продукции» в КГ АСА (2002 г.).

Результаты исследований опубликованы в 5 научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и содержит 106 страниц, 26 таблиц, 46 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Одной из важнейших задач дальнейшего развития и совершенствования кровель из полимерных рулонных материалов является задача оценки их работоспособности при проектировании конструкций для конкретных условий эксплуатации.

Известные экспресс-методы оценки эксплуатационных качеств полимерных материалов, разработанные в нашей стране и за рубежом, базируются либо на критерии потери 50%-ой деформативной способности материала в результате старения, что не может быть принято за критерий потери работоспособности эластомерных рулонных кровельных материалов при исходной величине их относительного удлинения более 250%, либо не устанавливает конкретных количественных критериев, которые позволяют оценить надежность работы этих материалов в кровле.

В результате комплекса экспериментальных и теоретических исследований установлен основной эксплуатационный показатель, количественно характеризующий степень снижения работоспособности эластомерных рулонных кровельных материалов в кровле, подвергающихся в процессе эксплуатации комплексному воздействию на них климатических факторов, в качестве которого принята величина относительного удлинения при разрыве. Установлено, что наибольшее воздействие на снижение деформативности эластомерных кровельных материалов, обусловленное их старением, оказывает нагрев. Влияние ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания дополнительно сказываются на снижении деформативной способности таких материалов в пределах 13%. Снижение деформативной способности полимерных рулонных материалов на основе СКЭПТ от старения под комплексным воздействием нагрева, ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания может быть представлено в виде следующей эмпирической зависимости: g7o.уф.±(Т) = 0,869 • е70ГГ;

5. Установлена корреляционная связь между результатами снижения деформативной способности материала, полученными при лабораторных испытаниях и старении его в натурных условиях в виде эмпирической зависимости:

4 = 0,021- ём, где ем — среднее значение показателя относительного удлинения конкретного исследуемого материала, %.

6. Определены коэффициенты корреляции исследованных материалов: КРОМЭЛА.

—? = 0,93- ПОЛИКРОМА= 1,22- ЭЛАСТОКРОВА —? = 1,31- ЯРОКРОМА.

— § = 1,58 и ЭПДМ —? = 1,67.

7. Установлена зависимость относительной температурной деформации водоизоляционного ковра от перепада температур:

— для ковра, в котором полимерный рулонный материал приклеен к основанию под кровлю (стяжке) в виде: w, = (аст + «. — ЮА/-100;

— для ковра, в котором полимерный рулонный материал свободно уложен на основание под кровлю (стяжку) в виде: е., =<хв — А/-100.

8. Определены фактические значения коэффициентов линейного изменения размеров исследуемых эластомерных рулонных материалов.

9. Разработан экспресс-метод определения потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов, базирующийся на сравнении величины предельной температурной деформации, которую должен воспринимать материал в процессе эксплуатации кровли и ее фактической величиной, устанавливаемой по результатам испытания образцов материалов на старение в лабораторных условиях при воздействии температуры 70 °C и вычисляемой с дополнительным учетом влияния ультрафиолетового облучения и цикличного замораживания и оттаивания по эмпирической зависимости.

10. Потенциальный срок службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле вычисляется по формуле: где Пс. с, — потенциальный срок службы. суте', — значение показателя деформативности, отсекаемое на оси ординат графика продолжением линии А-Б, %- ев1 — предельное значение деформативности материала, %- tg, а = та — характеризует скорость снижения показателя деформативности. — коэффициент корреляции.

11. Разработана компьютерная программа расчета потенциального срока службы кровель из эластомерных рулонных материалов по результатам испытаний образцов материала на термостарение в лабораторных условиях.

12. Определены потенциальные сроки службы исследованных отечественных эластомерных материалов, которые составили для КРОМЭЛа — 13,8 летдля ПОЛИКРОМа — 24,8 летдля ЭЛАСТОКРОВа — 17,8 летдля ЯРОКРОМа -35,9 лет.

13. Результаты исследований использованы при разработке территориальных строительных норм (ТСН «Кровли. Технические требования, правила приемки и методы оценки качества»), разработанных для Тюменской области, Руководства («Кровли. Руководство по проектированию, устройству, правилам приемки и методам оценки качества») и Стандарта организации «Метод определения потенциального срока службы эластомерных рулонных материалов на основе синтетического каучука СКЭПТ в кровле».