скачать книгу бесплатно
Технология кровельных и гидроизоляционных материалов
Владимир Ильич Турчанинов
В учебном пособии рассмотрены вопросы технологии производства гидроизоляционных и кровельных материалов, их свойства, области применения.
В. И. Турчанинов
Технология кровельных и гидроизоляционных материалов
Введение
Гидроизоляционными называют строительные материалы, которые обладают водонепроницаемостью и удовлетворяют другим техническим требованиям – по прочности, деформативности, теплостойкости и т. д.
Необходимость защиты строительных конструкций от воздействия воды в условиях эксплуатации обусловлена ее высоким агрессивным воздействием, как в чистом виде, так и в виде растворов солей, щелочей либо кислот. Под ее воздействием наблюдается снижение прочностных характеристик материалов, развитие коррозионных процессов в бетонах и металлах, загнивание древесины, обрушение штукатурки.
Гидроизоляционные материалы используют для наружной и внутренней защиты подземных сооружений (котлованов, фундаментов, труб под насыпями, коллекторов, туннелей, сводов траншей) от воздействия грунтовых вод; для изоляции водохранилищ, бассейнов, водоемов; для защиты мостов (опоры, проезжая часть);
для защиты междуэтажных перекрытий в производственных помещениях; при устройстве плоской и малоскатной кровель; для заделки стыков в крупнопанельном домостроении и при сооружении трубопроводов и пр.
Гидроизоляционные материалы при эксплуатации подвержены различным воздействиям: температурным, атмосферным (переменная температура, ультрафиолет, кислород, осадки); химически активных реагентов.
Несмотря на значительную абсолютную стоимость гидроизоляции (материалы, работы по нанесению гидроизоляционного покрытия), затраты на ее проведение значительно ниже в сравнении со стоимостью последующих ремонтновосстановительных работ при ее отсутствии.
Использование гидроизоляционных материалов отмечалось уже в глубокой древности (от 4,5 до 5 тыс. лет тому назад). Использовали битум и асфальт (смесь битума с минеральным порошком). В настоящее время наряду с широким использованием битума отмечается использование гидроизоляционных материалов и изделий как на его основе, так и на основе дегтей, полимеров, минеральных веществ.
Герметизирующие материалы используют для герметизации стыков между конструкционными элементами. Особенно широко герметизирующие материалы используют в крупнопанельном строительстве зданий для заделки стыков между панелями. Использование для этой цели цементных растворов неэффективно, так как при твердении они уменьшаются в размере и не обеспечивают надежной герметизации.
Кровельные материалы используют при сооружении кровель жилых, общественных и промышленных зданий. Многообразие типов кровель обусловливает широкий спектр кровельных материалов – от рулонных до штучных.
В данном пособии рассматриваются различные виды гидроизоляционных, герметизирующих и кровельных материалов, их свойства и технология производства. Поскольку свойства материалов зависят не только от состава компонентов, используемых при их изготовлении, но в значительной степени и от технологии, то в пособии значительное внимание уделяется именно вопросам технологии, конструкции используемого оборудования и особенностям его эксплуатации.
Пособие предназначено для студентов, изучающих технологию кровельных и гидроизоляционных материалов, а также будет полезно для лиц, производящих строительно-монтажные работы с использованием этих материалов.
1 Классификация гидроизоляционных материалов
Классификация гидроизоляционных материалов осуществляется по ряду признаков [6].
По функциональному назначению в гидроизолирующем слое различают следующие гидроизоляционные материалы:
– грунтовочные;
– подмазочные;
– шпаклевочные;
– изоляционные;
– покровные.
Структура гидроизоляционного покрытия приведена на рисунке 1.
1 – покровный слой; 2 – слой изоляционного материала; 3 – шпа клевка; 4 – грунтовка; 5 – подмазка или затирка; 6 – основание
Рисунок 1 – Гидроизоляционное покрытие
Грунтовочные – материалы, наносимые первым слоем на обрабатываемую поверхность с целью заполнения пор и дефектов, для повышения сцепления последующего слоя с основанием.
Подмазочные – предназначены для выравнивания углублений и других местных дефектов на поверхности конструкции.
Шпаклевочные – используют для окончательного выравнивая поверхности перед нанесением на нее изолирующего слоя.
Изоляционные – обеспечивают изоляцию конструкции от контакта с пароводяной средой.
Покровные – наносят для защиты основной гидроизоляции от воздействия внешней среды или придания наружной поверхности дополнительной гидрофобности, глянцевитости или зеркального блеска.
По физическому состоянию и внешнему виду в период использования материала различают:
– жидкие;
– пластичновязкие;
– упруговязкие;
– твердые.
Жидкие и пластичновязкие материалы характеризуются отсутствием определенной формы их массы; представляют собой эмульсии, пасты, растворы, мастики.
Упруговязкие и твердые характеризуются вполне определенной формой – полотно, пленка, плита и т.п.
По применяемому сырью:
– органические;
– неорганические;
– смешанные (комбинированные).
По назначению (производственному):
– пропиточные;
– иньекционные;
– обмазочные;
– оклеечные;
– уплотняющие;
– монтажные;
– насыпные.
Наиболее полной является комбинированная классификация, приведенная на рисунке 2
Рисунок 2 – Комбинированная классификация гидроизоляционных материалов
2 Структура и свойства гидроизоляционных материалов
2.1 Структура гидроизоляционных материалов
Структура (внутреннее строение) физических тел отражает определенный характер связей и порядок расположения частиц, из которых образованы тела.
У ГИМ (гидроизоляционных материалов) структура характеризуется химическими и физико-химическими связями между контактируемыми частицами разной степени дисперсности.
Структура может быть однородной и смешанной. Однородные – кристаллизационные, коагуляционные и конденсационные структуры. Твердые вещества, не обладающие кристаллизационной структурой, являются аморфными.
Кристаллизационные – структуры, сформировавшиеся путем выкристаллизовывания твердой фазы и последующего срастания кристаллов в прочный моноили поликристаллический агрегат.
Для кристаллических структур характерно упорядоченное строение кристаллической решетки на всем ее протяжении (дальний порядок). Каждому типу связи соответствует свой тип кристаллической решетки: ионной, молекулярной, атомной, с водородными связями.
Реальные кристаллы существенно отличаются по строению от идеальных кристаллов вследствие дефектности кристаллической решетки (вакансии, межузлия, дислокации, примеси и т.п.), что влияет на их свойства.
Коагуляционные – структуры, в образовании которых участвуют сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия между частицами – ван–дер– ваальсовые силы сцепления, действующие через прослойки жидкой фазы. Ван-дерваальсовые силы появляются между молекулами с насыщенными связями (инертные газы, H
, N
, CH
). Силы взаимодействия между ними крайне малы: теплота сублимации Cl
около 5 ккал/моль. В то время как энергия связи Cl-Cl равна 57 ккал/моль.
Среда образует в структуре своеобразную подвижную пространственную сетку, отличную от жесткой сетки каркаса в кристаллических структурах. За счет подвижных прослоек материалы с коагуляционной структурой обладают тиксотропией, т.е. способностью разжижаться под влиянием механических воздействий с обратимым восстановлением структуры и свойств в последующий период покоя. Тиксотропия, пониженная прочность, ярко выраженная ползучесть наиболее характерные свойства коагуляционной структуры.
Конденсационные – структуры, возникшие при непосредственном взаимодействии частиц или под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью контактирующих атомов или под влиянием ионных ковалентных связей.
Но чаще всего встречается смешанный тип структур, причем преобладание того либо иного типа структуры обуславливает различие свойств.
Подвижную пространственную сетку структур ГИМ образуют органические вяжущие вещества – битумы, дегти, термопластичные синтетические смолы и др., обладающие обычно однородной структурой – коагуляционной, аморфной. В эксплуатационных условиях структура материалов может претерпевать изменения: при пониженных температурах наблюдается кристаллизация с образованием полидисперсных органических кристаллов; при повышении – переходит в вязко-текучее состояние с аморфной структурой. К кристаллизации приводит также и старение структур.
Твердые вещества, не обладающие кристаллизационной структурой, относят к аморфным. Для аморфной структуры характерно отсутствие дальнего порядка в расположении атомов и молекул, но, тем не менее, прослеживается ближний порядок. Такую структуру имеют каучуки, целлюлоза, ряд других полимеров. С течением времени аморфная структура может перейти в кристаллизационную.
Достаточно значительный объем в структуре занимают замкнутые или сообщающиеся поры. Они могут иметь разное происхождение и размеры. Поры нежелательны, т.к. понижают водонепроницаемость ГИМ. Поры и другие виды дефектов структуры являются концентраторами напряжений и аккумуляторами агрессивной среды.
Анализ структуры рубероида – наиболее массового ГИМ и кровельного материала, – показывает наличие в нем пор, незаполненных битумом. В покровном слое пористость достигает величины от 8 % до 10 %, а в картоне от 10 % до 25 %. Увеличение же объема свободных пор на 25 % ускоряет разрушение рубероида в 2,7 раза.
Оптимальная структура такая, в которой частицы, в том числе поры, распределены по объему равномерно; отсутствуют или содержатся в незначительном количестве дефекты; имеется непрерывная прослойка вяжущего вещества в виде жесткой или подвижной пространственной сетки минимальной толщины.
Неоптимальная структура такая, которая не удовлетворяет хотя бы одному из указанных обязательных признаков оптимальности.
Оптимальные структуры обеспечивают высокое качество ГИМ.
Из оптимальных структур выбирается рациональная, при которой ГИМ обладает комплексом заданных показателей качества.
Наряду со структурой ГИМ обладает и определенной текстурой (сложением), т.е. ориентацией главных структурных составляющих. Типичные текстуры – слоистая, волокнистая, зернисто-цементированная, зернисто-рыхлая, неупорядоченная и комбинированная.
2.2 Основные свойства гидроизоляционных материалов
Качество ГИМ определяются их техническими свойствами. Технические свойства объединяются в 4 группы.
1 группа – свойства, непосредственно отражающие отношение материала к водной и паровой средам. Таким образом, они характеризуют гидроизолирующую способность материала: водонепроницаемость, водопоглощаемость, водонасыщение, гидрофобность и гидрофильность.
2 группа – механические свойства материалов: прочность, пластичность, упругость, вязкость. Они определяют как способность ГИМ противостоять механическим воздействиям без нарушения сплошности структуры, так и технологичность их обработки.
3 группа – качественные характеристики, показывающие отношение материала к длительному воздействию внешней среды и геофизических факторов, стабильность основных показателей свойств гидроизоляции во времени. Показатели стабильности: набухаемость, водостойкость, морозостойкость, химическая и биохимическая стойкость, погодоустойчивость, долговечность.
4 группа – адгезионные свойства. Показывают способность ГИМ к сцеплению с поверхностью защищаемой конструкции или с промежуточным клеевым слоем.
При комплексной оценке качества ГИМ наряду с рассмотренными свойствами необходимо учитывать и ряд других свойств: теплоемкость, теплопроводность, звукопроводность, газопроводность, огнестойкость, горючесть, диссипативность.
2.2.1 Свойства, отражающие отношение материала к водной и паровой средам
Пористость – степень заполнения объема материала порами. Рассчитывается по формуле
где ?
– средняя плотность (масса единицы объема материала в естественном состоянии), г/см
.
? – истинная плотность (масса единицы объема абсолютно плотного материала), г/см
.
Пористость оказывает негативное влияние на свойства ГИМ.
Водонепроницаемость – способность материала не пропускать воду при постоянном гидростатическом давлении. Измеряется количеством воды, прошедшей в течение 1 часа через 1 см
поверхности материала при заданном давлении воды. Также водонепроницаемость может характеризоваться периодом времени, по истечении которого появляются первые признаки просачивания воды при определенном гидростатическом давлении через образец испытуемого материала.
Устройство для определения водонепроницаемости кровельных и гидроизоляционных материалов представлено на рисунке 3.
1 – рабочая камера; 2 – резиновые прокладки; 3 – обра зец; 4 – контактная сетка; 5 – прижимная плита; 6 – зажимные винты; 7 – краны; 8 – резиновая трубка, соединяющая с водопроводом; 9 – манометр
Рисунок 3 – Устройство для определения водонепроницаемости кровельных и гидроизоляционных материалов
Водопоглощаемость – способность материала впитывать и удерживать воду
(процесс впитывания воды – водопоглощение). Характеризуется количеством воды, которую впитывает и удерживает сухой образец после погружения на 24 часа в воду при температуре 20 °С
