Главная › Новости

Свойства кровельных материалов | Строительный справочник | материалы - конструкции - технологии

Опубликовано: 03.09.2018

КРОВЕЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ЭКСПОЦЕНТР В МОСКВЕ 2017

Материалы, предназначенные для кровли, должны быть не только прочными, но и долговечными, т.е. обладать атмосферостойкостью, теплостойкостью, водостойкостью, коррозионной стойкостью, водонепроницаемостью. Для создания нормальных условий эксплуатации здания большое значение имеет выбор вида кровли в зависимости от уклона крыши, районов строительства и воздействий на кровлю, например, снега, дождя, ветра, солнечной радиации, температуры воздуха. Особое место занимают качество кровельных материалов и способы выполнения работ по устройству кровель, соблюдение правил эксплуатации. Рациональное использование кровельных материалов с выполнением вышеуказанных требований возможно при глубоком знании их свойств, способов получения, правил хранения и транспортировки, а также условий их работы в конструкциях и сооружениях. Свойства кровельных материалов можно разделить на несколько групп: физические; гидрофизические; теплотехнические; механические; химические, биологические; особые свойства.

Плотность — величина, численно равная массе единицы объема вещества, г/см3, кг/м3, т/м3. Величина плотности кровельных материалов будет зависеть от материала, из которого они сделаны.

Средняя плотность — отношение массы материала к его объему в естественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Величина средней плотности исчисляется в г/см3, кг/м3, т/м3. Средняя плотность не является величиной постоянной, так как она меняется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы, а таковыми являются большинство кровельных материалов, можно получать с заданной необходимой средней плотностью. В таблице приведены плотность и средняя плотность строительных материалов, применяемых для устройства кровель различного типа.

Плотность, средняя плотность и пористость кровельных материалов

Относительная плотность выражает плотность материала по отношению к плотности воды (это величина безразмерная).

Строительные материалы по структуре своей пористые, исключение составляют немногие из них, например металлы, стекло, мономинералы.

Пористость материалов обычно колеблется в широких пределах — от 0 до 98 %. Для кровельных материалов диапазон величины пористости намного ниже (см. табл.). Важное значение для них имеет не абсолютная величина пористости, а соотношение открытых и закрытых пор. Открытые поры сообщаются с окружающей средой и могут сообщаться между собой, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения. Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость, что совершенно недопустимо для кровельных материалов.

Пористый материал обычно содержит и открытые, и закрытые поры; увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает его долговечность. Все свойства материала определяются его составом и строением и прежде всего величиной и характером пористости.

Гидрофизические свойства кровельных материалов

Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Поглощение влаги из воздуха объясняется адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот процесс, называемый сорбцией, обратимый. Волокнистые материалы со значительной пористостью, например теплоизоляционные и стеновые, обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбционной способностью. У кровельных материалов, наоборот, сорбционная способность низкая из-за малой внутренней поверхности пор.

Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду. Водопоглощение характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры. Поэтому все кровельные материалы имеют незначительную величину водопоглощения. Водопоглощение отрицательно влияет на основные свойства кровельных материалов: увеличивается относительная плотность, материал набухает, прочность и морозостойкость снижаются.

Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения Кразм, который характеризует степень снижения прочности в результате его насыщения водой.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Чем больше в материале замкнутых пор и пустот, тем меньше его водопроницаемость. В силу своего структурного строения кровельные материалы должны иметь низкую водопроницаемость, так как относятся к плотным материалам с относительной плотностью, близкой к единице. Стекло, сталь, полиэтилен, битум и др., практически водонепроницаемы. Водонепроницаемость рулонных кровельных материалов определяется по времени, в течение которого образцы не пропускают воду при постоянном гидростатическом давлении.

Влажность — это степень содержания влаги в материале. Зависит от влажности окружающей среды, свойств и структуры самого материала. Так как кровельные материалы приближаются к абсолютно плотным материалам, количество воды, содержащееся в них, незначительно. Поэтому показатель влажности у кровельных материалов приближается к нулю.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдержать требуемое число циклов попеременного замораживания и оттаивания. В зависимости от числа циклов попеременного замораживания, которые выдержал материал, устанавливается его марка по морозостойкости. Благодаря высокой плотности и низкому водопоглощению кровельные материалы имеют высокую морозостойкость.

Теплотехнические свойства кровельных материалов

Строительные материалы, используемые для ограждающих конструкций, каковыми являются крыши зданий с их верхней оболочкой, называемой кровлей должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами, например, теплопроводностью, теплоемкостью огнестойкостью, огнеупорностью, термической стойкостью.

Теплопроводность — способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность зависит от вида материала, пористости, характера пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности также зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости и характера пор, средней температуры материала, влажности. С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности резко возрастает, так как снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала.

При замерзании строительные материалы полностью теряют свойство теплоизолировать, поэтому необходимо их защищать от мороза. Ввиду того, что кровельные материалы имеют плотную структуру и не применяются на границе разных температур, теплопроводность у них значительная. При необходимости теплоизоляции в покрытиях крыш устраиваются теплоизоляционные слои.

Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости конструкции называется время в часах от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности. По огнестойкости строительные материалы, в том числе и кровельные, делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые. Несгораемые материалы под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются, примером может служить черепица; трудносгораемые материалы с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии огня, например, кровельная сталь; сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня, например дерево, толь, рубероид, стеклопластик.

Огнеупорность — способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные, которые выдерживают действие температур от 1580 °С и выше; тугоплавкие, которые выдерживают температуру 1360 — 1580°C; легкоплавкие, выдерживающие температуру ниже 1350 °С.

Теплостойкость или температуроустойчивость — способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конструкции под определенным уклоном и при определенной температуре. Она зависит в основном от физико-механических свойств и структуры материала, вида и количества заполнителя. Это свойство очень важно для органических вяжущих веществ, таких, как битумы, дегти, пластмассы, которые при температуре выше температуры теплостойкости теряют свои вязкие свойства и перестают выполнять роль вяжущего. Например, теплостойкость битумной изоляции толщиной 4 мм составляет 70 — 90 °С, битумно-найритовой толщиной 4 мм — 100°С, битумно-латексной эмульсии толщиной 6 мм — 70 °С. Температура размягчения характеризует только битумные и дегтевые вяжущие вещества. Это условный показатель, характеризующий изменение вязкости вяжущих веществ при повышении температуры. Например, температура размягчения нефтяных строительных битумов 50 — 70°С; битумов нефтяных кровельных — 40 — 95 °С: битумов нефтяных дорожных улучшенных — 35 — 51 °С. Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов, а именно, 40 — 70°С. Поэтому тугоплавкие битумы применяются для устройства покровного слоя кровельных гидроизоляционных материалов.

Температура вспышки свойственна маслам и нефтепродуктам. Температура, при которой пары нефтепродуктов, нагретых в открытом тигле, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ним пламени, считается температурой вспышки. Температура вспышки нефтяных битумов, применяемых для кровельных материалов, 240 — 300°С в зависимости от битума. Минимальная температура самовоспламенения 300 °С.

Коэффициент линейного температурного расширения (ТКЛР) характеризует свойство материала изменять размеры при нагревании. Только некоторые строительные материалы при этом не расширяются. ТКЛР равен относительному удлинению материала при нагревании на один градус. У каждого материала эта величина постоянная. Например, у стали — (11—11,9)*10-6, у бетона (10—14)*10-6°С-1, гранита — 10*10-6°С-1, дерева вдоль волокон (3 — 5) *10-6, у полимерных материалов в 10 — 20 раз больше. Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают деформационными швами, назначаемыми с учетом термического расширения материалов. При устройстве мягкой рулонной или мастичной кровли, укладываемой по железобетонным настилам, учет ТКЛР имеет большое значение.

Механические свойства кровельных материалов

Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. По совокупности признаков различают прочность материала при сжатии, изгибе, ударе, кручении, истирании, а также твердость, пластичность, упругость.

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Материалы, находясь в сооружении, могут испытывать различные нагрузки. Наиболее характерными для конструкций крыши являются сжатие, растяжение, изгиб, пластичность и упругость. Такие материалы, как кровельная сталь, древесина, керамика, асбестоцемент хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их используют в конструкциях, испытывающих эти нагрузки. Искусственные и природные каменные материалы, например бетоны, растворы и горные породы хорошо сопротивляются сжатию и в 5 — 50 раз хуже — растяжению, изгибу, удару. Поэтому каменные материалы используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие. Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Предел прочности материала измеряется в паскалях (Па) и представляется напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии различных материалов колеблется от 0,5 — 1000 МПа и более. Прочность зависит также от структуры материала, его плотности (пористости), влажности, направления приложения нагрузки.

В материалах конструкций допускаются напряжения, составляющие только часть предела прочности. Таким образом создается запас прочности. При установлении величины запаса прочности учитывают неоднородность материала: чем менее однороден материал, тем выше должен быть запас прочности. При установлении запаса прочности важными являются агрессивность эксплуатационной среды и характер приложения нагрузки. Агрессивная среда и знакопеременные нагрузки, вызывающие усталость материала, требуют более высокого коэффициента запаса прочности. Величину запаса прочности, которая обеспечивает сохранность и долговечность конструкций, зданий, устанавливаю с нормами проектирования и определяют видом и качеством материала.