Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Представления о характере процесса разрушения рулонных кровель и их анализ 9
1.2. Способы ремонта рулонных кровель и их оценка 22
Выводы по главе 31
Глава 2. Определение возможности и закономерностей регенерации битумных материалов в рулонной кровле 33
2.1. Аналогии с процессом регенерации асфальтобетона в дорожных покрытиях 33
2.2. Методы проведения теплофизических экспериментов и определения свойств битумных кровельных материалов ,.. 37
2.3. Результаты исследования физика-механических свойств битумных кровельных материалов, подвергнутых тепловой обработке 46
Выводы по главе 52
Глава 3. Выявление технологических особенностей термомеханической обработки поврежденногоковра 55
3.1. Выбор способа прогрева водоизоляционного ковра 55
3.2. Исследование режимов термомеханической обработки водоизоляционного ковра 68
3.3. Установление требований к параметрам оборудования для термомеханической обработки водоизоляционного ковра 84
Выводы по главе 87
Глава 4. Разработка способа устранения вздутий водоизоляционного ковра 88
4.1. Методика наблюдения за изменением параметров вздутий водоизоляционного ковра 88
4.2. Результаты исследования механизма роста вздутий водоизоляционного ковра 92
4.3. Способ защиты водоизоляционного ковра от вздутий Выводы по главе 101
Глава 5. Осуществление проверки предлагаемой технологии в производственных условиях 106
5.1. Производственная проверка работоспособности и полезности предлагаемой технологии 108
5.2. Технико-экономический анализ эффективности предлагаемой технологии 114
Выводы по главе 117
Основнье положения 119
Список литературы
- Способы ремонта рулонных кровель и их оценка
- Результаты исследования физика-механических свойств битумных кровельных материалов, подвергнутых тепловой обработке
- Исследование режимов термомеханической обработки водоизоляционного ковра
- Результаты исследования механизма роста вздутий водоизоляционного ковра
Введение к работе
Актуальность тем;.. При строительстве злати и сооружения наибольшее распространение получили кровли из битумных рулонных материалов. Однако эти кровли на являются долговечными - нормативный срок их службы не ігрйвіааот 10 лет. Затраты на реноігг рулонній кровель значительно вілз затрат иа их устройство, так как технологией ремонта предусматривается удалешіе и замена поврежденных слоев кровли.
Таким образом, тема исследования, направленного иа совершенствование технологии ремонта кровель из битуюгых рулонных материалов, является актуальной, представляющая научный и практический интерес.
Цель и задачи работы. Целья диссертационной работы является совершенствование технологии ремонта кровель из битумных рулонных материалов, обеспечнвашее использовании материалов ремоіггируекой кровли, повьа'е.чие долговечности еодоизоляшюн-кого ковра, сішиние трудозатрат и продолжительности ремонта и реконструкции объектов, улучшение условий труда кровзлыци-ков.
достижение указанной цели потребовало ре пиния следущих ссюеннх задач:
установления характера процесса разрушения рулонных klj-вель, обобщения и анализа способов юс ремонта;
определения возможности и закономерностей Регенерации битуинкх материалов в рулонной кровле;
выявления технологических особенностей терксмехаычес-кой обработка; поврежденного шдоучоляшюнного ковра;
исследования механизма роста и разработки способа устранения вздутия водоизоляшюнного ковра;
осуществления производственной проверки работоспособнос-ти, пог ізности и эМюктивности предлагаемых рекомендации по совершенствовании технологии ремонта рулонних кровель.
Научная новизна работы заютошется б тон, что:
определены закономерности влияния ренинов прогрева и уплотнения водоизоляционного ковра кровли на йизико-моханичес-кие свойства материалов, из которых он изготовлен, выявлена возможность и целесообразность терморогенараики битумных материалов непосредственно в еодоиэоляциошюн ковое;
обосновано применение контакгного способа прогрева водо-изолнциошюго коЕРа поверхностнынк нагревателями;
разработан нет^д и выявлены рациональные режимы тормоме-ханической обработки водоизоляционного ковра, заклшащзнея в размягчении, разравнивании и уплотнении ссдер..лтнхся в нем битумных материалов;
установлены факторы, влияшне на рост вздутий водоизоляционного кевра кровли Св тон числе наличие и качество стяг.:-:)', температура размягчешш битума, эластичность основы, воздухо-н паропрошщасмость рулонных материалов еодоизоляционного мэтра, влажность теплоизоляции, уклон кровли и ко.) и характер их влияния С зависимости}. Предложен способ защиты водо-изоляциошюго ковра от воздействия указанных Факторов перфорированием стяжки.
Практическая значимость и реализация работы'. Практическая значимость работы заключается е том, что:
разработаны безотходная технология и оборудование для ремонта рулонных кровель, обеспачквахвде выподшш'дз эеконтно-восстагавительных работ без использования новых материалов;
результаты исследования доведены до возможности их практической реализации.
Предложенные рекомендации прошли производственную про
верку на семнадцати объектах капремонта в Ростове-на-Дону,
где бшо отремонтировано по усовершенствовашюй технологии
с использованием опытных образцов оборудования различной
производительности более 11000 м2 рулонной кровли. При этой
бшо получено значительное сгаивние себестоушости (в 6,1 ра
за) и трудоемкости Св 3,7 раза) ремонта по сравнению с из
вестными методами ремонта .рулошшх кровель. Результаты про
водившихся в течение полутора лет наблюдений за состоянием
отремонтированных кровель показывают, что они по-
прежнему сохраняет хорошие эксплуатациошшз качества и надежно защищают здания от атмосферішх осадков. Тем самым подтверждается целесообразность принятых в диссертации конструктив-ш-технологических решений и высокая эффективность применения опытных образцов оборудования.
Публикация результатов и апробация. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в ww* печатных работах, получен 1 патент и 1 положительное решение о выдаче патента Российской Федерации.
Основные положения диссертации были доложеїш на научно-технических конференциях в Ростоеской-іш-Дону лосударствешюй академии строительства С1992. 1993. 1994 и 1935 r.rj. на ке-ждунаро; юн симпозиуме "Реконструкция Санкт-Петэ^ург - 2005" ССанкт-Петеибург, 1992 и 1994 r.rj. на научно-практическом Сйнинаре "Совершенствование конструкций и технологии устройства кровельных и изоляционных покрытий" ССанкт-Петербург, 1993 rj. на международной конференции "Эффективность технологии и материалы для стеноглк и ограждающих конструкций" (Ростов-на-Дону, 1994 г.;. на 52 научіюй конференции в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном уни-
верситете (.1395 г J.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложении. В работе представлено 34 рисунка и 13 таблщ. Список литературы содержит 114 наименования. Общий объем диссертации 146 страниц машинописного текста.
Способы ремонта рулонных кровель и их оценка
Существенное влияние на качество и долговечность отремонтированных конструкций оказывает выбранный способ производства ремонтных работ и правильно подобранные для этого материалы.
В нашей стране, как и за рубежом, в целом накоплен достаточный опыт по ремонту и реконструкции рулонных кровель, имеодих различные виды дефектов и повреждений. При капитальном ремонте зданий ремонт кровель в основном сводится к удалению поврежденного водоизоляционного ковра и устройству нового с723. Причинами этого чаще всего являются: отсутствие достаточно эффективных методов производства ремонтных работ, позволяющих восстанавливать не только водонепроницаемость, но и монолитность Са значит и долговечность; водоизоляционного ковра; невозможность осуществления известными методами защиты старого водоизоляционного ковра от вздутий, не прибегая к его частичной или полной разборке; трудность выявления скрытых дефектов и повреждений в кровле и нижерасположенных слоях покрытия, что отражается на снижении качества проектной документации на реконструкцию здания С513; высокая себестоимость ремонта старой рулонной кровли -в несколько раз выше, чем устройство новой кровли 833 и др. При реконструкции зданий совмещенные кровли, как правило, переоборудуют в вентилируемые с663.
Ремонт рулонных кровель обычно производят, пользуясь традиционными материалами, технологиями, приспособлениями и инструментом, применяемыми в новом строительстве при производстве кровельных работ.
Самый старый и очень простой способ ремонта рулонных кровель заключается в нанесении на место повреждения кровли слоя органического вяжущего Сбитума или каменноугольного пека) с413. Позже стали применять битумную или дегтевую мастику с633, однако и это не обеспечило продление срока службы отремонтированной таким образом кровли более, чем на 1 год, из-за быстрого растрескивания нанесенного на поверхность кровли органического вяжущего или мастики.
Более надежный способ, применяемый при устранении мелких повреждений рулонной кровли, состоит в наклейке заплат из рулонного материала Саналогичного материалу водоизоляционного ковра) на битумной или дегтевой мастике с943. Недостатком способа является то, что он не обеспечивает восстановление монолитности водоизоляционного ковра.
Дальнейшее развитие методов восстановления и ремонта рулонных кровель происходило по мере разработки и выпуска новых кровельных материалов и совершенствования технологии кровельных работ. Так, например, начиная с 60-х годов при ремонте рулонных кровель стали применять наплавляемый рубероид 43з, в последующие десятилетия на объектах ремонта и реконструкции зданий прошли проверку и начали применять битумнополимерные мастики и эмульсии с45, 5СР, перфорированный рубероид сз?э, армогидробутил С67 и другие кровельные материалы. Технология применения этих материалов, заимствованная из нового строительства, при этом не претерпела существенных изменений.
К настоящему времени разработаны и применятся при строительстве, реконструкции и ремонте зданий три способа наклейки наплавляемого рубероида - огневой, электроконтактный и безогневой С беспламенный) 43J0J5h При огневом способе, имеющийся на наплавляемом рубероиде утолщенный нижний покровный слой мастики подгаавляэаг пламенем специальных горелок по мере раскатывания и наклейки рулона. Наряду с неоспоримыми достоинствами способа, он имеет ряд существенных недостатков Снизкое качество приклейки, повышение температуры хрупкости битумной мастики, ее неравномерное распределение в клеевом шве, пожароопасность способа;, которые снижают долговечность водоизоляционного ковра и ограничивают возможность применения способа. Наличие указанных недостатков связано не только с несовершенством конструкции применяемых горелок, но и тем, что покровные приклеивающие слои толщиной 0,6 и 1,0 мм явно недостаточны 593. При таких толщинах подплавляемых слоев не обеспечивается заполнение неровностей основания, которыми особенно характеризуются ремонтируемые кровли.
Некоторым преимуществом перед огневым способом наклейки наплавляемого рубероида обладает электроконтактный способ с использованием специального наклеечного устройства, позволяющего производить расплавление мастики покровного слоя рубероида электронагревателями, установленными на раме устройства, что исключает возможность выгорания покровного слоя, как это происходит при воздействии открытого пламени, и понижает пожароопасность способа. Однако электроконтактный способ наклейки наплавляемого рубероида уступает огневому способу в производительности, а также в возможности его применения при наклейке рубероида в местах примыканий кровли.
Результаты исследования физика-механических свойств битумных кровельных материалов, подвергнутых тепловой обработке
Установка инфракрасного излучения состоит из штатива и высокотемпературного инфракрасного излучателя (t-ISOO0 :;, максимум излучения у которого располагается в диапазоне длин волн от 0,78 до 1,8 мкм. В качестве такого излучателя использована инфракрасная зеркальная лампа ИКЗ-220-500 мощностью 500 Вт Е89З со спектральной интенсивностью излучения, показанной на рис. 2.1.
Тепловой инфракрасный поток, направленный на испытываемый образец материала, можно изменять перемещением лампы по высоте, а диапазон длин волн можно смещать в ту или иную стороны путем повышения или понижения напряжения, подаваемого на лампу-излучатель.
Основным узлом лабораторной электротермической установки с конвективным теплообменом, схематично показанной на рис. 2.2, является керамический нагревательный элемент Сс ни-хромовой спиралью; мощностью 1 кВт, расположенный в трубе воздуховода установки. Воздух от малогабаритного компрессора поступает в зону его нагрева и далее в рабочую камеру, где происходит конвективный теплообмен между горячим воздухом и поверхностью прогреваемого материала. Для определения расхода воздуха использован термоанемометр.
Отверстия для удаления отработанного воздуха расположены в корпусе рабочей камеры таким образом, чтобы обеспечивалось турбулентное движение горячего воздуха, что, по мнению Т.Се-биси и П.Бредшоу с?8з, существенно интенсифицирует процессы переноса тепла. Температура горячего воздуха, поступающего в рабочую камеру, регулируется за счет изменения напряжения питания электронагревателя и расхода воздуха, поступающего от компрессора Сс помощью вентиля;. Повторный нагрев отработанного воздуха в данной установке не предусмотрен из-за высокой степени загрязнения его легковоспламеняющимися продуктами разложения битума, происходящего в поверхностном слое образцов рулонных материалов или водоизоляционного ковра.
Лабораторная электротермическая установка с кондуктивным теплопереносом Срис. 2.3; состоит из плоского электронагревателя мощностью 1 кВт, защитного кожуха, теплопроводного включения из алюминиевого листа, а также тепло- и электроизоляции. С помощью автотрансформатора, имеющего плавную регулировку вторичного напряжения, можно повышать температуру рабочей поверхности установки до + 600С.
Для измерения температурных полей в конструкцию рулонной кровли или в образцы исследуемых битумных материалов вводились датчики термопар типа ХК. Датчики подключали к регистрирующему прибору, в качестве которого использовали автоматический потенциометр КСП-4. Таким образом, температуру измеряли на верхних и нижних поверхностях и в середине сечения ковра и образцов через равные промежутки времени Свремя обегания; 15 с.
Определение физико-механических свойств материалов рулонных кровель проведено в соответствии со стандартными методиками. Пенетрацию битума определяли по ГОСТ 11501-78 t7э, температуру его размягчения - по ГОСТ 11506-73 с8з, а температуру хрупкости - по ГОСТ 11507-78 сдз. в соответствии с ГОСТ 2878-81 U83 определяли физико-механические свойства рубероида в том числе: гибкость, водопоглощение, водонепроницаемость, потеря массы при нагревании; величина разрывной нагрузки при растяжении в продольном и поперечном направлениях и снижение разрывной нагрузки при растяжении водонасыщенных образцов; температура размягчения покровного состава и сцепление крупнозернистой посыпки с покровным слоем.
Характер изменения прочности сцепления битумной мастики с бетонным основанием при повышении температуры материалов изучался в соответствии с ГОСТ 26589-85 с4Бз. В качестве подложки был использован бетон класса В25. На подложку наносили слой битумной кровельной мастики толщиной 1,5 мм.
Для изучения влияния сжимающего давления на прочность сцепления битумной мастики с бетоном и асфальтобетоном были использованы специально сконструированные и изготовленные быстроразъзмные захваты, устанавливаемые на стандартной испытательной машине МИИИ100, развивающей растягивающее усилие до 425 кг Срис 2.4 и 2.5).
Дрлговечность адгезионного соединения битума и кровельного картона проверялась по усталости при статическом нагружении при двойном отслаивании материалов под углом 90 с использованием методики, предложенной американским стандартом ASTM D 1876 и рекомендованной Э.Кинлоком с24э. Сравнивались результаты, полученные при испытании образцов до прогрева и после прогрева.
Исследование режимов термомеханической обработки водоизоляционного ковра
Технологические операции по разравниванию на поверхности прогретого водоизоляционного ковра размягченных материалов и его уплотнению могут выполняться при вязкости битума или битумной мастики в пределах 1-Ю2... 1-Ю4 сСт, то есть при их температуре 135...220С 25 . Поэтому определенное влияние на качество восстановления рулонной кровли оказывает продолжительность остывания водоизоляционного ковра после прогрева до температуры 135С, то есть промежуток времени, в течение которого сохраняются требуемые технологические и реологические свойства битума и битумной мастики и ковер можно уплотнять. Темп остывания ковра изучался аналогично темпу прогрева - с помощью тех же приборов и оборудования Ссразу после удаления электротермической установки с прогретого участка ковра). Таким образом, был установлен промежуток времени между окончанием прогрева ковра и завершением его уплотнения - 50 с в безветренную погоду и 40 с - при скорости ветра 5 м/с (рис. 3.11).
Минимально и максимально допустимое давление, в пределах которого можно уплотнять водоизоляционный ковер после прогрева, определялось по специально разработанной методике, описанной в главе 2.
Прогрев образцов осуществляли со стороны нанесенной на бетонную подложку битумной мастики с помощью лабораторной электротермической установки, показанной на рис. 2.3, в течение 360...480 с (6...8 мин) до заданной температуры. Сразу после снятия электротермической установки с образца на него укладывали подогретый до температуры 100С верхний испытательный диск и прижимали в течение Зек мастике с усилием a)
Построенные по результатам испытаний на нормальный отрыв образца кривые Срис.3.12) позволили установить следующие закономерности: при увеличении давления, с которым уплотняют водоизоля-ционный ковер, повышается адгезия битума к бетону. Наибольшее влияние давления на адгезию происходит в пределах температуры от 90 до 140С; при повышении температуры более 180С наблюдается незначительное снижение адгезии, которое объясняется пониженной вязкостью битума при такой температуре и частичным его вытеканием из прослойки, а также тем, что на склеиваемых поверхностях покрытых битумом в результате длительного прогрева может образоваться пленка из битума с пониженным содержанием легких летучих фракций; адгезионная прочность соединения достигает максимальных значений при кратковременном прогреве образцов до температуры 165...175С и остывании в естественных условиях до некоторой постоянной температуры С в опыте до 20О.
Необходимым условием для применения предлагаемого способа восстановления водонепроницаемости и монолитности рулонных кровель является наличие определенного количества свободного битума в прослойке смежных листов кровельного картона. Опытным путем определено минимально допустимое количество битума в такой прослойке С 0,8 кг.--м23, обеспечивающее при его расплавлении заполнение всего объема пустот, трещин и свищей, имеющихся в конструкции кровли. В тех редких случаях, когда отсутствует такое количество битума или битумной мастики между полотнищами кровельного картона, было предложено и опробовано в реальных условиях применение битумной катионной эмуль а,МПа
Влияние температуры Т битумной мастики и создаваемого давления прижатия материалов друг к другу на величину адгезии 1, 2, 3 - адгезия битумной мастики к бетонной подложке при давлении прижатия соответственно 0,005, 0,05 и 0,5 МПа сии, которую перед термомеханической обработкой водоизоляци-онного ковра наносили на склеиваемые поверхности кистью или инъецированием в полость (через специально устраиваемые отверстия в ковре) из расчета 1 rav-м2 В процессе прогрева ковра вода, входящая в состав битумной эмульсии, постепенно испаряется, вспенивая остающийся от распада эмульсии битум. При вспенивании битума уменьшается его вязкость, повышается смачивающая и адгезионная способности, что обеспечивает надежное соединение склеиваемых материалов ковра.
Экспериментально установлено, что наибольший эффект достигается при использовании битумной эмульсии при устранении расслоений в ковре, происшедших по кровельному картону, например, в местах, где не полностью обепесчен отвод воды с кровли и кровельный картон часто находится в водонасыщенном состоянии. Поэтому, обладая способностью хорошо сцеплятья с увлажненными материалами, битумная эмульсия в этом случае становится почти незаменимой.
В целом, необходимые условия для применения каждой из трех основных технологических операций, выполняемых при термомеханической обработке водоизоляционного ковра, а также достигаемая при этом цель и возможные побочные отрицательные явления, установленные и выявленные в результате исследования, указаны в табл. 3.3.
Результаты исследования механизма роста вздутий водоизоляционного ковра
Приведенное в разделе 4.2. диссертации объяснение механизма роста вздутий водоизоляционного ковра позволило разработать новый способ его защиты от такого рода повреждений,
Рост парциального давления паровоздушной смеси в полости вздутия Возникновение растя- І гивахщих усилий в во- доизоляционном ковре І по месту вздутия І Разрыв водоизоляцион-j ного ковра по месту І вздутия I Возникновение нормальных растягивавдих I усилий в зоне контак-! та водоизоляционного I ковра и стяжки по ne-j риметру полости взду- тия исключающий возможность попадания осадков в покрытие через водоизоляционный ковер и не увеличивающий воздухопроницаемость покрытия. Так, для удаления скопления паровоздушной смеси и воды, проникающих под ковер из нижерасположенных слоев покрытия, было предложено в ковре и стяжке последовательно устраивать сквозные отверстия (одно под другим}, после чего отверстия в ковре герметизировать.
Проверка эффективности описанного способа первоначально была осуществлена с использованием физической модели вздутия водоизоляционного ковра СРИС. 4.2} по методике, описанной в разд. 4.1 диссертации. Каждый из шести изготовленных образцов модели вздутия использовался в ходе эксперимента дважды. Первый раз - сразу после изготовления образца Спри выращивании вздутия} и второй раз - после устройства в нем защиты от вздутий и термомеханической обработки фрагмента водоизоляционного ковра (для проверки эффективности способа}. Эксперимент показал, что во втором случае рост вздутия не происходит.
Эффективность способа защиты водоизоляционного ковра также проверялась в течение полутора лет в реальных условиях Снепосредственно на кровле эксплуатируемого здания}. Практически все вздутия на участках рулонной кровли, подвергнутой только термомеханической обработке с удалением из полостей паровоздушной смеси, примерно через полгода появились на прежнем месте. Новые вздутия в местах, где перед термомеханической обработкой ковра были проделаны отверстия в стяжке, вновь не появились.
В процессе эксплуатации покрытия отверстия в стяжке обеспечивают протекание изобарного процесса при изменении параметров паровоздушной смеси в полости за счет свободного влаго- и воздухообмена между полостью и объемом пор и пустот в теплоизоляции. Тогда при солнечном облучении с повышением температуры рост давления не происходит, так как дополнительный объем паровоздушной смеси, получающийся в результате ее расширения и испарения конденсата, свободно выходит через сквозные отверстия в стяжке - в слой теплоизоляции.
При прекращении солнечного облучения с понижением температуры паровоздушной смеси и конденсацией пара в полости возникает слабое разрежение, которое сразу же устраняется в результате проникновения паровоздушной смеси из области более высокого давления Сиз теплоизоляции) в область с низким давлением Св полость). Таким образом, объем полости остается постоянным и рост вздутия не происходит.
Герметизация отверстий в водоизоляционном ковре необходима для предотвращения попадания через них атмосферных осадков в покрытие и для уменьшения воздухопроницаемости покрытия. Последнее способствует уменьшению количества водяного пара, конденсирующегося в покрытии из воздуха, особенно при отсутствии в покрытии пароизоляции. В итоге, герметизация отверстий в ковре обеспечивает защиту материалов теплоизоляции и стяжки от увлажнения, а при отрицательных температурах наружного воздуха, кроме того, от промерзания покрытия.
Экспериментальным путем были установлены предельные значения параметров отверстий в стяжке. Так, площадь сечения отверстий не должна быть менее 0,2 и более 4,0 см2. Указанные отверстия следует располагать друг от друга на расстоянии 20...80 см. Обоснованием установленных пределов является следующее. При площади одного отверстия в стяжке менее 0,2 см2 может произойти случайное его закупоривание.
При площади одного отверстия в стяжке более 4,0 см2 возможны продавливание и разрыв кровельного ковра от временных нагрузок, воспринимаемых кровлей.
Расположение отверстий в стяжке на расстоянии менее 20 см друг от друга уменьшает площадь поперечного сечения стяжки и создает опасность ее раскалывания даже при незначительных напряжениях, возникающих в стяжке.
Рассредоточение отверстий в стяжке на расстоянии свыше 80 см друг от друга может привести к появлению и росту вздутий в промежутках между отверстиями.
В результате проведенных экспериментов была выявлена необходимость предотвращения затекания в отверстия в стяжке размягченных битумных материалов, в результате которого нарушается свободный влаго- и воздухообмен между полостью вздутия и объемом пор, пусТОТ в теплоизоляции. Чтобы исключить указанное явление., автором, совместно с сотрудниками Санкт-Петербургского НИИ АО А. И. Кострицем и В.Я.Ротанем предложено перед прогревом кровли заполнять отверстия в стяжке сыпучим или рыхлым материалом.