К.М.ГРОАРТИ, Т.Д.ТЕЙЛОР ( GAF, НЬЮ-ЙОРК...

Кристофер МАКГРОАРТИ, др Томас Дж. ТЕЙЛОР, GAF (НьюЙорк, США) Хотя при использовании данного материала не возникало системных проблем, производители видели спорадические проблемы мембранных кровель. Общая оценка С 2000 года проводились исследования с целью изучения долговечности ТПОмембран. Например, Ассоциация кровельных подрядчиков западных штатов (WSRCA) провела на натурные испытания и исследования ТПОмембран толщиной 60 mil (1 mil = 0,001 дюйма) четырех производителей. В соответствии с программой испытаний, в 2000 2001 гг. было проведено тестирование кровельных систем в четырех климатических регионах западной части Северной Америки. Регулярный отбор проб и тестирование свидетельствуют, что все испытанные кровельные системы показали хорошие результаты. Не было никаких проблем с целостностью шва, увеличением жесткости мембран или общей водонепроницаемостью. На одной из мембран в ЛасВегасе отмечено небольшое растрескивание, которое было связано с особенностями исходной укладки материала. В той же мембране так же выявлено наличие некоторого числа микротрещин и трещин на ограниченном участке. Можно сделать вывод, что к этому привели высокий уровень солнечного излучения (тепла и света), возможно, в сочетании с меньшей прочностью материала. В европейском исследовании были изучены три кровельных системы с ТПОмембранами, находившиеся в эксплуатации пять и десять лет. Как и в исследовании WSRCA, по существу никакого изменения толщины мембраны не наблюдалось. Кроме того, исследование показало, что все изученные кровельные системы находились в полностью работоспособном состоянии. Карим Аллана, генеральный директор компании Allana, Buick & Bers Inc. (архитектурной и инженерноконсалтинговой фирмы в ПалоАльто, штат Калифорния), изучил более 20 кровельных систем в районе ЛасВегаса и выявил на некоторых ТПОмембранах трещины и другие дефекты. Однако некоторые из этих дефектов были обусловлены негативным взаимодействием между определенным клеем и ТПОмембраной в условиях воздействия высоких температур. Вопросы долговечности и развития систем однослойных мембранных кровель обсуждались ранее Элен Харди Пирс, вицепрезидентом по техническому сервису, кодексам и отраслевым отношениям GAF, и доктором Томасом Дж. Тейлором, исполнительным директором GAF, которые пришли к выводу, что некоторые клеевые соединения разлагаются при эксплуатации в условиях длительного воздействия высоких температур. Разлагающиеся клеевые продукты атаковали мембраны, вызывая их преждевременное разрушение. Для устранения этого явления было предложено изменить состав некоторых клеевых композиций. Тем не менее, Пирс и Тейлор рекомендовали при выборе ТПОмембран сделать упор на испытаниях при высоких температурах. Хотя опубликованные исследования показали, что ТПОмембраны обычно хорошо выполняют свои функции, а отдельные случаи низкой долговечности имеют вполне конкретные причины, не связанные с самим материалом, остались свидетельства того, что высокая температура была причиной преждевременного разрушения ТПОмембраны. История Кровельные TPOмембраны появились в продаже в США в начале 1990х гг., а к концу 1990х гг. объемы их продаж значительно выросли. В 2003 г. были опубликованы ASTM D6878 «Стандартные спецификации для кровельных материалов на основе термопластичных полиолефинов». Спецификации охватывают физические свойства, размеры и долговечность свойств, включая сопротивление воздействию озона, тепловому старению и атмосферным воздействиям. Испытания на сопротивление тепловому старению проводятся при 240 F и продолжаются 28 дней. Тест на сопротивление атмосферным воздействиям осуществляется с использованием ксенонового аппарата; начальное воздействие было повышено в два раза в 2006 году до 10 080 кДж/м2 в ответ на высказываемую некоторыми респондентами озабоченность по поводу сопротивления УФизлучению. Во время прошедшего в декабре 2009 года целевого собрания ASTM International обсуждались вопросы преждевременного выхода из строя кровельных систем с ТПОмембранами. Один из производителей проанализировал неудачи, связанные с примением ТПОмембран, и показал, что большинство из них связано с непредвиденными тепловыми нагрузками. В условиях эксплуатации ТПОмембраны были подвергнуты воздействию более высоких температур, чем обычно, включая такие причины, как отражение света от близлежащих поверхностей. В связи с этим было предложено проводить ускоренный тест на тепловое старение при 275 F в течение 56 дней, что означало повышении температуры (от 240 F ранее) и удвоение времени экспозиции. В начале 2010 года техническим и научноисследовательским комитетами Ассоциации кровельных подрядчиков Среднего Запада (MRCA) был опубликован консультативный бюллетень о ТПОмембранах. В нем ассоциация MRCA отметила: «В отрасли распространяется информация о том, что высокая солнечная нагрузка и повышенная температура приводят к преждевременному истощению антивозрастных компонентов в составе ТПО, таких как антиоксиданты, УФпоглотители, и теплои светостабилизаторы. Это может привести к разрушению кровельных покрытий в соответствующих районах». Бюллетень советуют: «Если существуют ситуации, которые могут поднять температуру более 160 градусов или увеличивают солнечную нагрузку более «нормальной», следует ставить вопрос перед производителем относительно пригодности его продукции для данной конкретной ситуации ...». Двухчасовая панельная дискуссия о долговечности ТПОмембран состоялась во время ежегодной встречи MRCA в 2010 году. В ней участвовали три производителя ТПОмембран: GAF; Carlisle SynTec Inc., Carlise, Pa. («Карлайл СинТек Инк.»); Firestone Building Products Ко («Файрстоун», Индианаполис). Др Тейлор, представляющий GAF, отметил, что имеется несколько причин чрезмерного теплообразования на кровлях с ТПОмембранами. К ним относятся наличие вблизи поверхностей с высоким коэффициентом отражения, образующаяся грязь и непосредственно связанные с кровельным покрытием гибкие солнечные батареи. Он привел данные, подтверждающие устойчивость ТПОмембран при температурах около 190 F. Он также привел данные, показывающие ускоренное тепловое старение при 240 F и 280 F с сильной корреляцией показателей при указанных двух температурах. Тейлор и Рэнди Обер, менеджер Carlisle Syntec по разработке продукции из термопластов, отметили, что тестирование показало существенные различия в исполнении ТПОмембран различных производителей. Очевидным выводом из дискуссии являлось, что УФстарение, видимо, не должно являться проблемой для ТПОмембран. В противоположность этому показано, что долговечность мембран снижается под воздействием высоких температур, а образование дефектов происходит, в том числе, там, где ультрафиолетовое облучение ограничено значительными грунтовыми наслоениями (загрязнением). Целевая группа специалистов по ТРО решила поднять при испытаниях уровень экспозиции при 240 F до 224 дней, или 32 недель, вместо 28 дней. Это показывает, что промышленность была подготовлена для решения проблем конечных пользователей. Недавно были представлены результаты исследования по сравнению методов прогнозирования долговечности ТПОмембран, проведенного Ким Дайтон, менеджером по продукции ТПО Johns Manville (Денвер) и Нэт Мартин, портфельным менеджером Johns Manville. Они обнаружили, что потеря веса во время теплового старения хорошо коррелирует с возникновением трещин и других дефектов при температурах испытаний 240 F и 275 F. Тем самым, потеря веса может быть жизнеспособным методом испытаний для оценки сопротивления ТРО тепловому старению. Температура на крыше Существует значительное количество опубликованных данных и неофициальной информации, которые свидетельствуют о том, что, при нормальных условиях эксплуатации температура поверхности кровельных TPOмембран не превышает 130 F. Эта температура соответствует условиям эксплуатации кровель, на которых не наблюдается высоких темпов загрязнения, отсутствует дополнительный нагрев от расположенных поблизости отражающих поверхностей, не имелось солнечных батарей, непосредственно примыкающих к кровельному покрытию. Это
– пиковая температура в летние месяцы для кровель с нормальными условиями эксплуатации при воздействии прямых солнечных лучей. В противоположность этому установлено, что температура кровельных ТПОмембран, на которые непосредственно уложены панели солнечных батарей, может достигать 190 F на протяжении примерно шести часов в день. Выявлен преждевременный выход из строя кровельных ТПОмембран по причине эрозии мембран вплоть до холста, связанный с температурой нагрева мембран при эксплуатации до 190 F, что было вызвано чрезмерным загрязнением черной копотью. В ходе дискуссий целевой группы по ТПО в ASTM International были обсуждены системные дефекты кровель, связанные с повышением температуры при эксплуатации до 200 F. Важно отметить, что было приведено много данных о возникновении дефектов и преждевременном выходе из строя TPOмембран, температура которых при этом не измерялась. Полагается, что эти неудачи, как правило, были связаны с наличием вблизи отражающих поверхностей, в результате чего тепловые нагрузки на кровлю были увеличены. Несмотря на углубленное изучение в кровельной индустрии вопросов воздействия высоких температур, подходы производителей различаются. Многие из них включают в устойчивость при температуре 160 F как гарантированный температурный верхний предел, что зафиксировано в приложениях и руководствах. Изза высокой температуры, возникающей при установках на кровельное покрытие панелей солнечных батарей, некоторые производители требуют, чтобы в этом случае на верхней части мембраны был установлен «жертвенный» лист. Хотя производитель может утверждать, что мембрана выдерживает высокие температуры, использование жертвенного листа, повидимому, указывают на иное. Оценка долговечности при различных температурах эксплуатации Как уже говорилось, требования ASTM D6878 несколько раз повышались для решения проблем отрасли. Важно отметить, что в настоящее время в эксплуатации продолжают находиться кровли с ТПОмембранами, которые соответствовали при их укладке более ранним требованиям, либо являлись продукцией поставщиков, которые вышли из бизнеса. Поскольку единая база данных по претензиям (выявленным дефектам, выходу кровель из строя) отсутствует, количество их не известно. Хотя преждевременный выход каждой кровли из строя, очевидно, имеет большое значение для всех участников рынка, есть более 4 млрд. квадратных футов смонтированных кровельных ТПОмембран. На этом фоне неудачи составляют лишь небольшую часть. Фактом является то, что подавляющее большинство смонтированных кровельных ТПОмембран доказало свою долговечность. Это означает гарантию жизнеспособности данного сектора индустрии. Тем не менее, не было хорошего руководства, чтобы оценивать долговечность кровель при различных температурах эксплуатации. Отправной точкой для оценки долговечности считается то, какую температурную нагрузку TPOмембраны способны выдержать. Линлин Син, менеджер ГАФ по научным исследованиям и разработкам, и Тейлор изучали время до выхода из строя широкого круга коммерческих ТПОмембран различной толщины при 240 F и 280 F. Выход из строя был определен как визуальное наличие поверхностных трещин после изгиба кровельного материала на трехдюймовом диаметре оправки, когда оператор рассматривает материал с окуляром 7X. Полученные результаты были проанализированы и использованы для прогнозирования возможности возникновения дефектов (выхода кровельных покрытий из строя) при 160 F , 180 F и 200 F и расчетном времени экспозиции при указанных температурах 8 часов в день. Результаты приведены в табл. 1. Отличная корреляция между двумя наборами данных наводит на мысль, что механизм разрушения при всех температурах аналогичен. Можно предполагать, что это справедливо для всех типов стабилизаторов, используемых в настоящее время. Таким образом, в пределах составов, используемых производителями, выбор температуры испытания просто сводится к условиям тестирования, но не позволяет прогнозировать конкретную долговечность. Прогнозируемое число лет до выхода кровельных ТПОмембран из строя, в условиях воздействия температур от 160 F до 200 F в течение 8 часов в сутки, представлено графически на рис. 1. Рис. 1 показывает уровень требований, предложенный для ASTM D687811a, плюс общую область, которой должны соответствовать образцы мембран. Следует отметить, что материалы с наихудшими реТаблица 1. зультатами больше не производятся. Изучив сопротивление ТПОмембран тепловому старению, используя полученные данные для прогнозирования числа лет до выхода мембран из строя, мы можем оценить конечную долговечность. На рисунке 1 видно, что мембрана, расчетная долговечность которой при температуре 160 F, воздействующей в течение восьми часов в день, составляет 25 лет при 160 F, будет при температуре 200 F, воздействующей в течение тех же восьми часов в день, иметь долговечность только около 12 лет. Как уже говорилось ранее, есть много примеров неудач применения ТПОмембран при повышенных температурах эксплуатации. Это означает, что хотя использование восьмичасовой экспозиции в сутки при заданной температуре в качестве основы для расчетов может показаться чрезмерным, полученная расчетная долговечность соответствует фактическим результатам. Это, в свою очередь, может быть результатом дополнительных факторов, таких как механический износ, разрывы, воздействие света и ультрафиолетового излучения. Предлагаемые принципы классификации и требования На основании данных, приведенных на рис. 1, мы предлагаем следующие основные категории ТПОмембран и требования к ним:
• Утилитарные ТПОмембраны. Используется, когда краткосрочные соображения экономии перевешивают долгосрочные показатели. Будет иметь прогнозируемый (расчетный) срок службы 15 лет при обычных условиях. Требования
– устойчивость к воздействию температуры 160 F.
• Стандартные ТПОмембраны. Используются для кровельных систем с прогнозируемым (расчетным) сроком службы 25 лет. Должны быть устойчивы к воздействию температуры 180 F. Используются так же для кровельных систем с расчетной Рис. 1. Прогнозируемое число лет до выхода из строя кровельных ТПОмембран, подвергающихся продолжительному воздействию высоких температур Таблица 2. Требования испытаний для категорий ТПОмембран Класс Тепловое старение, колво дней до разрушения при температуре испытаний Устойчивость к атмосферным воздействиям (интенсивность UVизлучения) 240 F 275 F kj/(m2 ·nm) на 340 мм 1 224 27 10,080 2 490 90 20,160 3 750 150 40,320 долговечностью 30 лет в нормальных условиях эксплуатации.
• ТПОмембраны для повышенных требований к кровле. Должны обладать устойчивостью к воздействию температуры около 200 F и долговечностью более 35 лет в любых условиях эксплуатации. Требования испытаний для этих категорий ТПОмембран приведены в табл. 2. Разнообразная продукция Общая площадь смонтированных и успешно эксплуатируемых ТПОмембран превышает 4 млрд. квадратных футов. Тем не менее, существуют явные свидетельства того, что при эксплуатации в ТПОмембранах могут возникать дефекты, сокращающие долговечность кровельных покрытий. Возникновение дефектов связано с высокими температурами в ситуациях, когда накопление тепла в кровельном покрытии выходит за пределы нормальных ожиданий. Эти ситуации включают крыши, которые имеют соседние более высокие отражающие поверхности, крыши с накоплением загрязнений, преимущественно
– крыши зданий, локализованных в югозападных штатах. ТПОмембраны при испытаниях на устойчивость к тепловому старению в диапазоне температур 240 275 F показывают широкий спектр числа дней до разрушения. Этот диапазон переводится как существенные различия в прогнозируемой долговечности мембран (расчетных лет службы). Очевидно, что TPOмембраны не эквивалентны: некоторые выполняют свои функции гораздо лучше, чем другие. Пер. с англ