Редакция интернет-журнала «Кровли» предлагает вниманию читателей статью, посвященную граду и его последствиям для кровель разного типа. Это третья часть исследования, проведенного в США в 2009-2016 гг. и опубликованного в журнале Professional Roofing, в ней рассказывается о том, какие повреждения может наносить град кровлям из ТПО-мембран и как качество подложки влияет на их устойчивость. С первыми двумя статьями цикла можно ознакомиться здесь и здесь.
Thomas J. Taylor, Ph.D., Sarang Bhawalkar, Ph.D., Tammy Yang, Ph.D., Professional Roofing, June 2016
Однослойные мембраны составляют значительную часть кровельного рынка США, наиболее популярным материалом для них являются термополиолефины. Именно поэтому они были выбраны в качестве объекта исследования.
Полевые исследования крыш, поврежденных градом и лабораторные испытания фокусируются в основном на фиксации повреждений мембраны — проколов, трещин и т.д., однако, более правильным было бы учитывать воздействие града на кровельную систему в целом.
Предварительные исследования показали что область наибольших повреждений ТПО и ПВХ — мембран сосредоточена над крышками крепежных элементов. Они имеют острые грани, которые под воздействием града прорывают мембрану.
Согласно FM 4473, стандарту, описывающему метод определения ударопрочности твердых кровельных материалов с помощью ледяных шаров, имитирующих реальный град, общие критерии повреждения кровель связаны именно с повреждением верхнего кровельного покрытия, в данном случае, мембран. Однако многие специалисты отмечают, что некоторые следы на кровельном покрытии указывают на повреждение более глубоких слоев кровельных систем и этот факт тоже необходимо учитывать.
В данном исследовании рассмотрены несколько типов подложки и разные методы закрепления мембран. Согласно FM 4473 для моделирования реального града использовались ледяные шары диаметром около 5 см.
В качестве основания для образцов использовалась деревянная доска размером 30*30 см. Цель поражалась двумя ледяными шарами, выпущенными последовательно, с кинетической энергией 32,2-35,4 Дж. Это соответствует градинам диаметром 5 см, падающим со скоростью примерно 75 миль/час. Максимальное расстояние между местами удара составило 1,25 см — это моделирует интенсивный продолжительный град.
Критерии, характеризующие воздействие модельных ледяных шаров на ТПО-мембраны.
- Нет видимого повреждения мембран
- «Волосяные» трещины в поверхности
- Трещины
- Прокол мембраны с обнажением армирующего слоя
- Сквозной прокол мембраны
Типы подложки:
Для исследования использовались гладкие мембраны с флисовой изнанкой. В качестве подложки использовались: гипсовая доска, плита полиизоцианурата (ASTM C1289, Type II, Class 1, Grade 2, сопротивление сжатию > 136 кПа) и плита полиизоцианурата высокой плотности (ASTM C1289, Type II, Class 4, Grade 1, сопротивление сжатию > 544 кПа).
Типы клеевых составов:
Исследовались клеевые составы, имеющие водную или органическую основу, а также двухкомпонентная полиуретановая пена. Кроме того были рассмотрены самоклеющиеся ТПО-мембраны. Работа велась согласно инструкций производителя. В случае полиуретановой пены полосы клея длиной 6 см были нанесены в центре образца, а полное закрепление обеспечивалось применением прижимного ролика.
Результаты:
ТПО-мембраны любой толщины в области над крепежным элементом всегда показывали степень повреждения 3 и выше, вне зависимости от природы и упругости подложки. Это доказывает преимущество клеевого метода закрепления мембран и теплоизоляционных плит для зданий находящихся в «зонах риска» по граду.
Повреждения ТПО-мембраны. Степени воздействия от 2 до 5. По часовой стрелке начиная сверху слева.
Исследовались системы с твердой подложкой и без нее.
Без подложки
Тестирование ТПО-мембран над полиизоциануратной изоляцией показало, что внутренний слой изоляции подвергся значительному разрушению, включая распространяющееся повреждение бумажного лицевого покрытия и разрушение внутреннего слоя изоляции на глубину 1,25 см. Пример показан на рисунке.
Полиизоцианурат, покрытый механически закрепленной ТПО-мембраной толщиной 1,2 мм показал значительные повреждения после воздействия 2 ледяных шаров.
Повреждение полиизоцианурата наблюдалось вне зависимости от толщины мембраны и наличия флисового напыления на изнаночной стороне.
С жесткой подложкой
Чтобы сравнить влияние гипса и высокоплотного полиизоцианурата был исследован ряд мембран с клеевым закреплением. Состояние подложки оценивалось даже в том случае, когда никаких внешних повреждений не наблюдалось. Важный вывод — серьезные внутренние повреждения подложки часто наблюдались даже в тех случаях, когда никаких видимых внешних повреждений не было.
Результаты испытаний разнообразных клеевых систем. Цифры 1,3 и 5 означают отсутствие повреждений, среднее повреждение и серьезное повреждение системы соответственно.
На рисунке отображены повреждения внешней и внутренней стороны гипсовой подложки в случае, когда мембрана повреждена.
Внутренняя часть гипсовой подложки разрушена сверху донизу и частично превращена в порошок. Удар также передался теплоизоляционному слою под твердой подложкой, на его внешней стороне появилась трещина.
Повреждение гипсовой подложки и теплоизоляционного слоя под ней было таким обширным, что это подвергает сомнению применимость подобных кровельных систем в климатических зонах, где часто выпадает град. После некоторого времени воздействия прямых ударов градин подложка практически разрушилась и мембрана осталась без поддержки.
Рассматривая подложку из высокоплотного полиизоцианурата под гладкой мембраной можно увидеть минимальные внешние повреждения, однако, внутренние повреждения подложки (расслоения и трещины) все-таки имеют место, что показано на рисунке.
Наличие флисового напыления на изнаночной стороне мембраны значительно уменьшает повреждения высокоплотного полиизоцианурата. Самая толстая мембрана (1,6 мм) вообще не показала никаких повреждений. Не наблюдалось зависимости от клеевого состава на водной и органической основе, однако клей на основе полиуретановой пены показал наилучшие результаты.
Поперечное сечение подложки из высокоплотного полиизоцианурата после двукратного воздействия ледяных шаров. Эта система состояла из механически закрепленной мембраны толщиной 1,2 мм, под которой была подложка и 5-см слой полиизоциануратной изоляции
Выводы:
Сопротивление воздействию града — результат общего дизайна кровельной системы и правильного выбора ее отдельных компонентов.
Устойчивость мембран:
Все новые мембраны прошли испытание ледяными шарами диаметром 5 см вне зависимости от качества подложки. Однако ни одна мембрана не уцелела, в случае когда удар пришелся на область над металлическим крепежом. Однозначным выводом из этой ситуации является очевидное преимущество клеевого способа прикрепления мембраны.
Если расширить понятие устойчивости к граду на всю кровельную систему, то можно сделать следующие выводы:
- стандартная теплоизоляция из полиизоцианурата с сопротивлением сжатию > 136кПа разрушается градом на глубину до 1,25 см (при воздействии стандартных ледяных шаров диаметром 5 см)
- гипсовая подложка тоже заметно разрушается, на лицевой стороне появляются глубокие трещины, а внутренняя часть расслаивается.
- намного более устойчивым к воздействию града оказался высокоплотный полиизоцианурат.
Практически никакого ущерба град не причинил следующим комбинациям материалов:
- мембрана толщиной 1,2 мм, с флисовой изнанкой (100 г/кв.м), клей — двухкомпонентный пенополиуретан;
- мембрана толщиной 1,2 мм, с флисовой изнанкой (150 г/кв.м) вне зависимости от природы клеевого состава;
- мембрана толщиной 1,6 мм, с флисовой изнанкой (100 г/кв.м) вне зависимости от природы клеевого состава.
Для большей защиты теплоизоляции можно использовать подложку из высокоплотного полиизоцианурата.
Запомните — не выбирайте лучший продукт, выбирайте оптимальную систему!