Крыши и плоские кровли из монолитного пенобетона.
Принципиальное устройство теплоизоляции современных плоских кровель.
|
|
Рис. 2. Внешний вид традиционной современной кровли.
2 - арматурная сетка; 3 - стяжка цементная; 5 - теплоизоляционный слой из минеральной ваты или пенополистирола. |
Рис. 3. Плоская кровля с монолитным пенобетоном.
1 - Гидроизоляционный ковер; 2 - Стяжка из конструкционного пенобетона Д600; 3 - Теплоизоляционный слой и уклоны к водосливной воронке из особо легкого пенобетона Д200. |
Табл.1. Сравнительное тезисное обоснование выбора конструкции плоской кровли.
Теплоизоляционные кровельные материалы |
Минеральная вата |
Пенопласты |
Монолитный пенобетон |
|
Вид материала |
Минеральное волокно с органическим связующим (фенолоформальдегидные смолы) |
Органический |
Неорганический |
|
Усадка в процессе эксплуатации |
Уменьшаются геометрические размеры плит, кровля выходит из строя. |
|||
Поведение при нагреве |
Термодеструкция органического связующего |
Термодеструкция |
Эксплуатационная температура до 400 град. |
|
Прочность при сжатии |
Прочности при сжатии нет, есть нагрузка при 10% деформации. Такой показатель не отвечает реальной работе. |
Достаточная прочность -от 0,3 МПа (в 10 раз выше, чем у минваты и пенопласта.) |
||
Водопоглощение |
Выше чем у пенопласта, но значительно ниже, чем у ват. Намокает только наружный слой пенобетона толщиной до 10 мм. Пенобетон «самовысыхает» с течением времени за счет гидратации цемента. |
|||
Горючесть |
Горит полимерное связующее минеральной вата |
Горюч, горит с выделением ядовитых газов |
Абсолютно не горюч. |
|
Конструкция кровельного пирога |
Разнородная |
Конструкция кровли однородная: теплоизоляция, уклоны и стяжка выполнены из одного материала. |
||
Трудоемкий процесс подрезки плит материала в местах примыканий к парапетам, коммуникациям и пр. В местах стыков плит возможны мостики холода. |
Нетрудоемкая заливка любых рельефов. Мест стыков плит нет. |
|||
Долговечность кровли |
В процессе эксплуатации идет деструкция пеноплостирола и фенолоформальдегидного связующего минеральных ват. |
В процессе эксплуатации пенобетон увеличивает свою прочность. |
||
Высокая с учетом материалов для создания уклонов и стяжки |
Низкая, так все элементы кровли выполнены из легкого пенобетона |
|||
Дефекты кровельного ковра |
Под гидроизоляционным ковром создается избыточное давление с созданием воздушных пузырей. |
Избыточное давление распределяется внутри порового пространства пенобетона, без образования пузырей. |
Усадка при эксплуатации.
Пенопласты и минеральные ваты при эксплуатации, особенно под нагрузкой от вышележащих слоев кровли уменьшаются в размерах. При этом кровельный «пирог» сползает вниз, отрывая гидроизоляцию от парапетов.
|
|
Рис. 4. Традиционная кровля с теплоизоляцией из минеральной ваты или пенополистирола в течение 2 лет после устройства. 1 - гидроизоляционный ковер; 2 - арматурная сетка; 3 - стяжка цементная; 4 - керамзитовый гравий для создания уклонов к водосливной воронке; 5 - теплоизоляционный слой из минеральной ваты или пенополистирола. |
Рис.5. Та же кровля после 3-5 лет эксплуатации. Показано повреждение гидроизоляции на стыке с парапетом из-за проседания теплоизоляционного слоя. 1 - слой минеральной ваты или пенополистирола после усадки в процессе эксплуатации в течение 1-3 лет. |
Кроме того, вследствие неравномерности снеговой нагрузки, механических нагрузок (люди ходят по кровлям по определенным путям, а не равномерно по всей кровле), вследствие неоднородности самого материала утеплителя и неравномерности толщины растворных стяжек в традиционных кровлях происходит образование углублений в плоскостях кровли, так называемых линз, где скапливается вода. Крыша со временем становится «бугристой». В местах образования «линз» стяжка, как правило, нарушена, и при малейшем нарушении герметичности верхнего слоя кровельного ковра вода из линз попадают в кровлю.
В кровлях из пенобетона образование «линз» и углублений невозможно даже в случае постоянного нахождения людей на кровле, так как пенобетон жесткий и прочный материал.
Прочность при сжатии
Минеральные ваты и пенопласты, в том числе экструзионные не обладают прочностью при сжатии. Они характеризуются значениями нагрузки при деформации. Этот показатель дает нам значение прочности, которое показывает уплотненный на 10% материал. Т.е. в несжатом состоянии ни минеральная вата, ни пенопласты не в состоянии сопротивляться нагрузке.
Прочность при 10% деформации минеральной ваты плотностью 100-150 кг/м 3 и экструзионного пенопласта не превышает 300 кПа (0.3 МПа). Прочность пенобетона плотностью 200 кг/м 3 начинается от 0,3 МПа (300 кПа). Т.е. пенобетон выдерживает такую же нагрузку, как минеральная вата или экструзионный пенопласт при сдавливании ее на 10%. Но при такой нагрузке пенобетон НЕ деформируется.
Водопоглощение пенобетона.
Большинство теплоизоляционных материалов применяемых на кровлях имеет большое водопоглощение. 60% теплоизоляционных кровельных материалов представлено различными видами минеральных ват, реальное водопоглощение которых составляет до 70% по объему (1500 % по массе). Данная цифра превышает водопоглощение пенобетона на один, и даже два порядка.
Государственные стандарты не нормируют водопоглощение минеральных ват, так как подразумевается, что работать этот материал должен только в условиях полного отсутствия возможностей поглощать воду. Естественно, что на практике, в условиях реальной стройплощадки это невозможно - как период производства работ, так и при эксплуатации. Также практика показывает, что замокшую минеральную вату высушить практически невозможно, особенно в условиях нижнего слоя кровельного пирога, которому нельзя устроить проветривание.
Немного лучше обстоят дела с поглощением воды у полимерных вспененных пластмасс, включая максимально достижимое на сегодня качество экструзионного пенополистирола. Несмотря на низкие «бумажные цифры» по поглощению воды пенопластами, мы забываем о том, что сверху пенопласта находится материал для создания кровельных уклонов. В большинстве случаев это самый дешевый насыпной материал - керамзит, сверху которого выполнена цементная стяжка, либо смонтированы листовые материалы (асбоцементный лист, цементно-стружечная плита и пр.) Кстати говоря, ровно такую же конструкцию кровли делают и по плитам минеральной ваты. Но в этом случае это не так важно, в связи с и без того огромным водопоглощением минеральных ват.
Слой насыпного керамзита имеет толщину от 50 до 400 мм и представляет собой полость под стяжкой, которая может впитать от 25 до 200 литров воды на квадратный метр! Причем в случае протечки через стяжку, протечка внутрь здания может находиться от нее на расстоянии десятков метров, находя себе свободный путь в слое керамзита. Обнаружить повреждение гидроизоляции кровли крайне затруднительно. (см. рис. 5.)
Совсем иначе ведет себя кровля с монолитным пенобетоном. Особо легкий пенобетон полностью закрыт от протечек воды слоем конструкционного «стяжечного» пенобетона, который впитывает воды на глубину около 10 мм. В случае повреждения гидроизоляции массив пенобетона способен остановить продвижение влаги вглубь кровли. Также следует отметить замечательный факт самовысыхания пенобетона - попавшая внутрь массива пенобетона вода используется цементной матрицей материала для продолжения реакций гидратации, идущих с химическим связыванием свободной влаги. Реакция гидратации уплотняет структуру пенобетона и останавливает дальнейшее продвижение влаги. В случае серьезных повреждений кровельного ковра, кровля замокает локально - только в месте повреждения, а не под всей поверхностью стяжки, как при использовании керамзита для создания уклонов над пенопластом и минеральной ватой.
|
|
Рис. 5. Протечка воды в традиционную кровлю. Через поврежденную гидроизоляцию вода заполняет собой слой керамзитового гравия и пустоты под слоем теплоизоляцией. Затем через несплошности в основании кровли вода попадает внутрь помещения. 1 - повреждение слоя гидроизоляционного ковра; 2 - слой воды над теплоизоляцией; 3 -слой воды под теплоизоляцией. |
Рис. 6. Протечка воды в пенобетонной кровле через гидроизоляцию локализуется в месте проникновения. 1 - слой гидроизоляции; |
Горючесть
Пенопласты прекрасно горят - благодаря многочисленным пожарам об этом знают самые далекие от строительной индустрии граждане. Горение пенопластов сопровождается выделением ядовитых газов, что впрочем, происходит не только при горении, но и при самом незначительном повышении температуры. Одна капля сварки при выполнении молниезащиты на кровле, и пожар более чем вероятен, еще на период строительства здания.
Минеральные ваты не горят, но тлеют. Тление обеспечивается фенолоформальдегидным связующим. Естественно, что при горении также ничего хорошего в атмосферу не выделятся.
Пенобетон - это вспененный камень, а камни не горят. Наоборот, пенобетон может использоваться как защита от огня, например металлоконструкций.
Конструкция кровельного пирога.
Конструкция современной плоской кровли складывается из нескольких элементов. Как мы уже описывали в разделе «водопоглощение» это три слоя:
Слой теплоизоляции (минвата или пенопласт);
Слой, образующий уклоны кровли к водосливным воронкам (керамзитовый гравий);
Стяжка (цементно-песчаный раствор с арматурной сеткой или листовые материалы).
В случае использования монолитного пенобетона слой теплоизоляции и уклонообразующий слой выполняются из монолитного особо легкого пенобетона плотностью от 200 кг/м 3 , что значительно увеличивает теплозащиту кровли. Стяжка поверх этого слоя также устраивается из пенобетона, только более прочного и плотного, плотностью от 500 кг/м 3 .
Естественно, что однородные материалы благодаря сродству работают лучше как в теплотехническом, так и в конструкционном смысле. На кровле нет провалов, отслоений, пузырей и иных дефектов, столь частых для традиционных кровель.
Особенности устройства кровли
При выполнении слоя теплоизоляции из плитного материала всегда возникают трудности при выполнении теплоизоляции сложных архитектурных элементов на кровле, в местах прохождения коммуникаций (электропроводка, вентиляция, канализация и пр.), местах для монтажа оборудования зданий на кровле (кондиционеры и пр.). Точная прирезка плит трудоемка и практически сложно контролируется. Как правило, все эти места в будущем будут иметь проблемы с промерзанием и промоканием.
Монолитный пенобетон заполняет все пустоты кровли, образую сплошную теплую оболочку здания, омоноличивая кровлю. Вышеописанных проблем традиционных кровель не возникает по определению.
Долговечность кровли
И пенополистирол, и минеральная вата (имеющая в своем составе полимерное связующее) как и любой иной полимерный материал в процессе эксплуатации подвержен деструкции. Особенно в условиях экстремальных кровельных условий связанных с перегревом и зачастую увлажнением.
Сотни книг и статей говорят нам о том, что любой полимер имеет ограниченный срок службы. Особенно это касается теплоизоляционных полимеров.
Пенобетон же, как и любой бетон в процессе эксплуатации только набирает прочность. Наши собственные исследования показывают, что пенобетон, имеющий в возрасте 28 суток прочность 0,3 МПа через год эксплуатации упрочниться до 0,5 - 0,7 МПа. Напомним, что упрочнение идет при связывании свободной влаги в материале за счет чего происходит самовысыхание пенобетона, даже в герметичных условиях.
Кровли из монолитного пенобетона легче традиционных кровель, что в некоторых случаях делает их устройство безальтернативной возможностью, особенно при ведении реконструкционных работ.
Табл.2.
Вес традиционной кровли, утепленной пенополистиролом.
Материал |
Толщина, мм |
Плотность, кг/м 3 |
Вес кг/м 2 |
|
Теплоизоляция кровли |
Пенополистирол |
|||
Уклоны кровли |
Керамзит |
(Среднее значение от 50 до 350 мм)* |
||
Стяжка под наклейку рулонного ковра |
Цементно-песчаная с арматурной сеткой |
|||
Общий вес 1 м 2 кровли |
Табл. 3.
Вес кровли утепленной монолитным пенобетоном.
Обратите внимание, что монолитный пенобетон допускает уклоны с меньшим градусом, чем традиционные кровли со стяжкой по керамзиту.
Дефекты кровельного ковра.
Наиболее частый дефект традиционной кровли - это наличие вздутий на кровельном ковре при его нагреве в летний период. Это происходит при нагреве водяных паров под слоем гидроизоляции. Пенобетонные кровли практически лишены дефектов данного типа, так как избыточное давление водяных паров равномерно распределяется в поровом пространстве пенобетона. Более подробно механизм этого явления рассмотрен в нашей статье «Буферные пенобетонные стяжки при реконструкции плоских кровель» в журнале «Строительные материалы» за ноябрь 2012 года.
Приложение 1. Работа в зимних условиях
Главный недостаток кровель с монолитным пенобетоном - ограниченные возможности по зимним работам. Индустриальное производство пенобетона возможно при положительных температурах, по совокупности причин - основной из которых является перемерзание шлангов для подачи воды. Кроме того, нами принципиально не рекомендуется производство кровельных работ в зимних условиях, также по ряду причин:
- Перерасход газа на удаление льда и снега;
- Перерасход заработной платы на удаление льда и снега;
- Невозможность контроля за отсутствием снега и наледи внутри кровельных конструкций;
- Перерасход газа на наклейку гидроизоляционного слоя;
- Повреждения материалов и оборудования морозом.
Вместе с тем следует отметить, что технология позволяет вести работы при температуре до -7 градусов.
Приложение 2. Полистиролбетон, как утеплитель.
Использование полистиролбетона на кровлях чаще всего неоправданно по экономическим причинам, так как гранулы пенополистирола, которые являются заполнителем - чаще всего неоправданно дороги.
Вместе с тем, существуют дополнительные негативные обстоятельства, которые надо принимать во внимание, работая с этим материалом. Гранулы полистирола в процессе эксплуатации уменьшаются в размерах. В итоге, через год-два вместо полистиролбетона мы получаем крупнопористый бетон с пенополистирольной крошкой. В результате резко ухудшается прочность и теплопроводность полистиролбетона. На фотографиях ниже представлен полистирольный блок в возрасте 5 лет.