Исследование долговечности кровельных материалов на основе полимербитумных композиций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование долговечности кровельных материалов на основе полимербитумных композиций

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:

, (1)

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:

кровельный битум покрытие

, (2)

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/5 см;

- для «крунама» СТ 3,5 (В) - 750 Н/5 см.

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:

, (3)

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.

Размещено на Allbest.ru