Передвижения по кровле возникают как во время ее монтажа, так и после, в течение дальнейшей эксплуатации здания. Плоские кровли предполагают периодическую чистка от снега, не говоря уже о крыше с большим количеством установленного на ней оборудования, требующего регулярного ремонта. Подобные нагрузки могут привести к тому, что некоторые материалы конструкции потеряют свою прочность. Со временем на гидроизоляционном покрытии могут появится вмятины от следов, трещины или даже разрывы: из-за сильного натяжения крепежные элементы могут просто прорвать мембранный слой. Что в свою очередь может стать причиной намокания утеплителя и протечки всей системы.
Популярные системы солнечных батарей, установленные на крыше, увеличивают траффик на кровле, так как требуют частого обслуживания. Кроме того, действие ветра создает подъемную силу с подветренной стороны, которая может опрокинуть всю конструкцию вместе с гидроизоляционным ковром.
Прочность утеплителя оказывает прямое влияние на срок службы всей кровельной системы. Так, долговечность гидроизоляционного покрытия на 80% определяется жесткостью основания. Но как узнать способность утеплителя противостоять нагрузкам в реальных условиях?
Обычно поведение теплоизоляционных материалов во время сжатия определяется в статике методом 10%-ой линейной деформации согласно европейским стандартам EN 826:2013 «Определение поведения при сжатии» и EN 12430:1998 «Определение поведения при точечной нагрузке». Но может ли на самом деле такой способ дать объективную оценку способности материала противостоять циклическим динамическим нагрузкам, вызванным перемещениями персонала по кровле? Ответ напрашивается сам собой.
Специалисты немецкого института AIBAU (Aachener Institut für Bauschadensforschung und angewandte Bauphysik gGmbH) исследовали 566 образцов минерального утеплителя из реальных домов, чтобы определить какие факторы могут привести к повреждению изоляционного материала [1]. Они пришли к выводу, что, во-первых, снижение прочности утеплителя происходит из-за чрезмерной или частой нагрузки. А, во-вторых, результаты исследования подтвердили всю несостоятельность стандартного теста на сжатие 10%: он не дает реальной картины изменения прочности изоляционных материалов.
Голладские ученые продолжили дело своих немецких коллег. И в 2000 году научный институт BDA Keuringsinstituut разработал новый метод определения сопротивляемости кровельных изоляционных материалов сжатию, получивший название BDA Marathon Man и позволяющий предсказать потенциальный ущерб из-за повторяющихся нагрузок. Два года спустя руководитель лаборатории профессор Нико Хендрикс (Nico A. Hendriks) выступил с докладом на Международной конференции американской ассоциации кровельщиков NRCA и представил результаты тестов различных утеплителей на новой машине широкой общественности, тем самым, открыв новые возможности для определения реальной прочности материалов на сжатие.
Для имитации повторяющихся перемещений человека по крыше специалисты BDA Keuringsinstituut построили специальный аппарат. Моделирование пешеходных нагрузок происходит с помощью квадратной панели, состоящей из 16 цилиндров диаметром 80 мм, поочередно воздействующими на образец. Головка каждого такого толкателя покрыта слоем синтетического каучука (ЭПДМ) толщиной 1,2 мм. Рельефная поверхность цилиндра имитирует подошву ботинка рабочего и предотвращает проскальзывание.
Каждый толкатель оказывает вертикальное давление равное 750 Н в сочетании с радиальным усилием в 250 Н, что равносильно перемещению кровельщика весом 75 кг с грузом (например, рулоном гидроизоляции). Один цикл испытания состоит из 4 фаз, в каждой из которых для большей достоверности тестируемый образец сдвигался вперед, назад, влево или вправо на расстояние, равное величине дистанции между центрами соседствующих головок или ее половине.
Рисунок 1. Схема батареи с 16 цилиндрами установки для испытаний материалов по методу BDA Marathon Man Test, образец 2010 г.
Фото 2 и 3. Батарея с цилиндрами и общий вид аппарата для проведения испытаний по методу BDA Marathon Man Test, образец 2010 г.
BDA Marathon Man Test позволил взглянуть по-новому на проблему реальной оценки прочности материалов на сжатие. Новый метод, предложенный Нико Хэндриксом и его коллегами, дает возможность прогнозирования количества безопасных перемещений по кровле. Тест позволяет определить способность материала выдерживать пешеходные нагрузки — свойство, которому в английском языке соответствует термин “walkability”. Наиболее близким вариантом перевода на русский будет «вытаптываемость». Ученым из BDA удалось выразить эту качественную характеристику количественно — через число циклов испытаний по методике Marathon Man Test.
В таблице 1 представлена система классификации, принятая в BDA Test Insitute на сегодняшний день. Результаты многократных испытаний позволили экспертам, обладающим большим опытом в изучении вытаптываемости материалов и повидавшим не один десяток крыш с повреждениями, вызванными «пешеходным траффиком», разделить образцы по группам. Критерий оценки образцов на изменение прочности до и после испытаний — более или менее 15% — был также взят из практики.
| Класс | Количество циклов | Изменение прочности при 10% деформации до и после циклов | Сопротивляемость пешеходной нагрузке | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 5 | более 15 % | Отсутствует | Непригоден для кровель с пешеходными нагрузками |
| 1 | 5 | не более 15 % | Ограниченная | Пригоден для кровель с редкими пешеходными нагрузками при осмотре и ремонте |
| 2 | 10 | не более 15 % | Хорошая | Пригоден для периодической пешеходной нагрузки, возникающей при эксплуатации и ремонте оборудования на кровле |
| 3 | 30 | не более 15 % | Высокая | Пригоден для частой пешеходной нагрузки (при чистке снега, ежедневном обслуживании оборудования) |
Таблица 1. Классификация кровельных изоляционных материалов по сопротивляемости пешеходной нагрузке (вытаптываемости), BDA Marathon Man Test.
Описанная установка для проведения теста на вытаптываемость пока не имеет аналогов в мире. Российский потребитель пока мало просвещен о реальной сопротивляемости пешеходным нагрузкам утеплителей, поскольку не каждый производитель готов заказывать дорогостоящее исследование в европейской лаборатории. Однако испытания отечественных строительных материалов по методике BDA Marathon Man Test уже проводились. В апреле 2015 года ведущие специалисты «ЦНИИПромзданий» на базе института BDA в г. Горинхем, Нидерланды, исследовали три вида теплоизоляции производства компании ТехноНИКОЛЬ:
Для испытаний были подготовлены образцы размером 600*600 мм, представляющие собой упрощенную модель кровельной системы. В каждом из трех вариантов к несущему элементу — доске, имитирующей профилированный стальной лист — через слой полиэтиленовой пленки фиксировался утеплитель. Сверху укладывалась полимерная мембрана толщиной 1,2 мм, механически закрепленная к деревянной раме.
Фото 4 и 5. Тестируемый образец, имитирующий кровельный пирог с плитой PIR ТехноНИКОЛЬ в качестве утеплителя. Условные обозначения: 1 – доски, имитирующие полки стального профилированного настила; 2 – пароизоляция; 3 – плита PIR; 4 – крепежный элемент; 5 – полимерная ПВХ-мембрана.
В марафоне на вытаптываемость всем трем вариантам утепленной крыши создали равные условия. Перед испытаниями образцы выдерживались не менее 6 часов при температуре 23 град. и влажности воздуха 50%. Измерение исходного значения прочности на сжатие происходило методом 10%-ой линейной деформации, указанного в уже известном нам стандарте EN 826:2013 “Thermal insulating products for building applications. Determination of compression behavior”. После этого образцы поочередно устанавливали в аппарат Marathon Man Test и подвергали нагрузке, имитирующей пешеходную, длиной 5, 10 или 30 циклов.
Несмотря на равные условия эксперимента образцы проявили себя по-разному. Кто-то не смог пройти испытания до конца. Так, уже после 10 циклов образец утепленной крыши с комбинацией из двух минераловатных плит сошел с дистанции — шуруп крепления прорвал гидроизоляционное полотно. Он выбыл, а оставшиеся участники дошли до финиша. Итоги теста представлены в таблице 2.
| Вариант утепленной крыши | Кол-во циклов, шт | Толщина образца*, мм | Изменение толщины образца после испытаний*, % | Прочность на сжатие при 10%-ой линейной деформации*, кПа | Изменение прочности на сжатие после испытаний*, % | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| исходная | после испытаний | исходная | после испытаний | ||||
| PIR ТехноНИКОЛЬ 100 мм | 30 | 102,46 | 101,55 | 0,89 | 167,59 | 169,55 | +1,17 |
| Минеральная вата 50 мм + PIR ТехноНИКОЛЬ 80 мм | 30 | 129,63 | 128,91 | 0,56 | 49,44 | 50,18 | +1,5 |
| Минеральная вата (110 мм + 40 мм) | 10 | 148,86 | 148,02 | 0,56 | 32,31 | 25,83 | -20,06 |
Таблица 2. Результаты испытаний образцов теплоизоляции, проведенные «ЦНИИПромзданий» по методу BDA Marathon Man Test, апрель 2015 г.
Согласно данным, изменение прочности на сжатие первого и второго вида теплоизоляции после 30 циклов составили менее 15%, что позволяет отнести их к 3 классу по сопротивляемости пешеходным нагрузкам. Наилучший результат показала кровля с плитой PIR. Ее прочность практические не изменилась. А значит, теплоизоляционные плиты PIR ТехноНИКОЛЬ подходят для применения на крышах с частой пешеходной нагрузкой (чистка снега, ежедневное обслуживание оборудования).
Пористая структура пенополиизоцианурата (научное название PIR) объясняет легкий вес материала. При этом жесткие ячейки гарантируют прочность основания и пожаробезопасность. Поэтому теплоизоляция с PIR будет идеальным решением для крыш крупных объектов, например, торговых комплексов, для которых характерно большое количество установленного оборудования. К слову, кровельная теплоизоляция с PIR внесена в корпоративный стандарт по открытию новых магазинов ИКЕА во всей Европе. Российское подразделение компании при обновлении комплексов МЕГА также обратилась к данному материалу.
Но только ли здания торговых центров нуждаются в теплоизоляции PIR? Специалисты ТехноНИКОЛЬ подсчитали, сколько перемещений приходится на один участок кровли любого здания во время монтажа. 21 раз! И еще не менее 30 передвижений персонала потребуется для установки оборудования. Неудивительно, что еще до начала эксплуатации здания, на кровле могут присутствовать поврежденные или продавленные участки. Выходит, что ни одна кровля не застрахована от протечек из-за частых перемещений во время монтажа, и жесткая плита PIR — это гарант сдачи объекта заказчику. Всем PIR!
«Марафон на вытаптываемость, устроенный образцам плит PIR в лаборатории BDA, в очередной раз подтверждает всю уникальность этого вида утеплителя и его огромный потенциал в России. — подводит итог Дмитрий Капралов, руководитель направления PIR компании ТехноНИКОЛЬ. — У российского потребителя, наконец, появилась возможность приобщится к мировому опыту рынка теплоизоляции и получить долговечную и надежную кровлю с PIR».
