В последнее время в скатных крышах все чаще обнаруживаются повреждения подкровельных мембран всего через несколько лет после их установки, несмотря на прохождение всех испытаний на старение продукта, требуемых стандартом UNI EN 13859-1 .
К сожалению, в этом стандарте не удалось учесть некоторые из наиболее значимых факторов, касающихся долговременного поведения мембран, по той простой причине, что на момент его введения в 2010 году они еще не были известны. Установлено, что наиболее недооцененным фактором износа мембран является движение воздуха, возникающее в вентиляционной камере под кровельной мембраной.
Стандарт UNI EN 13859-1 не только определяет наиболее важные технические характеристики подкровельных мембран, но также описывает методы испытаний, в соответствии с которыми они определяются. Это гарантирует, что технические данные, указанные в декларациях о характеристиках различных продуктов, сопоставимы друг с другом. Одним из наиболее деликатных вопросов регламентации изделий, предназначенных для сопротивления с течением времени, является определение порядка определения характеристики «долговечность после искусственного старения».
На самом деле это должно быть установлено с помощью стандартизированного, но также и конкретного метода испытаний: он должен фактически учитывать наиболее важные факторы, влияющие на старение, параметры и наиболее подходящую продолжительность для рассматриваемого продукта. Все это для имитации естественного процесса старения в кратчайшие сроки.
На момент разработки законодательства было доступно лишь несколько результатов, касающихся реального долгосрочного поведения подкровельных мембран. Испытание на искусственное старение, присутствующее в версии 2010 года и действующее по сей день, имитирует относительно короткий период перед укладкой кровельного покрытия с учетом воздействия на мембрану УФ-излучения (336 часов / 55 МДж/м²) и полного жизненного цикла под укрытием при хранении в печи (90 дней при 70°C). На сегодняшний день эти параметры не изменились.
Однако с годами выяснилось, что не все продукты, прошедшие это испытание, демонстрируют на практике достаточную долговременную устойчивость к старению. Во многих из этих случаев мембрана даже не подвергалась воздействию УФ-излучения, так как сразу закрывалась. Таким образом, УФ-излучение не может рассматриваться как основная причина деградации, но настоящая причина должна лежать под кровельным покрытием. Кроме того, очевидно, что тест на искусственное старение, задуманный законодательством, не может отразить реальный процесс деградации мембраны.
Факторы влияния под кровлей
Благодаря многолетнему опыту разработки мембран для скатных крыш компания Dörken несколько лет назад начала более подробно анализировать условия окружающей среды, возникающие под кровельными покрытиями, и их влияние на процесс старения мембран в различных кровлях производства Германии.
Помимо температуры и влажности, также контролировалось движение воздуха в вентиляционной камере чердака. Регулярно замечается, что скорость движения воздуха увеличивается при попадании солнечного излучения на поверхность кровли. Зафиксированы скорости воздуха до 1 м/с. Таким образом, одной из причин увеличения скорости воздуха может быть солнечная радиация, которая запускает тепловые потоки в вентиляционной камере.
Однако было обнаружено, что сопоставимые скорости воздуха могут быть зарегистрированы и в пасмурные дни . В этом случае воздушные потоки, которые входят непосредственно в отверстие желоба и выходят на коньке, срабатывают, создавая эффект дымохода над мембраной.
Эти результаты связаны с движением воздуха под крышами, они не новы, так как уже были описаны LIERSCH1 в 1986 году. Также HOLZFORSCHUNG AUSTRIA недавно занялась проблемой тепловых потоков, исследовав ее более подробно и связав с различными факторами влияния на наклонные крыши.
Как движение воздуха влияет на процесс старения?
После проведения кампании по мониторингу кровли различные типы подкровельных мембран подвергались хранению в печи при температуре 70°C и при различных скоростях движения воздуха. В течение почти двух лет через равные промежутки времени отбирали пробы и оценивали непроницаемость по отношению к возрастающему давлению водяного столба (динамический водяной столб).
Динамический водяной столб фактически оказался важным испытательным методом для визуализации признаков старения, поскольку прогрессирующие процессы деградации в синтетических материалах сопровождаются потерей эластичности и сопротивления разрыву, обычно известной как «хрупкость» можно распознать в пленках или мембранах благодаря уменьшению их сопротивления давлению водяного столба. В конечном счете, гидроизоляция является важной характеристикой продукта, которая должна поддерживаться в пределах определенного порога на протяжении всего срока службы крыши.
На диаграмме показано падение сопротивления водяного столба с течением времени при трех различных скоростях воздуха. В качестве образца было выбрано стандартное изделие, которое в реальных условиях площадки уже через три года утратило свою гидроизоляционную функцию (W1, высота водяного столба 200 мм в течение 2 ч). Красная кривая показывает воздействие тепла на мембрану без движения воздуха, в соответствии с условиями стандарта UNI EN 13859-1 (2010), а именно при незначительной скорости воздуха (<0,05 м/с).
Последствия процесса старения становятся еще более очевидными после 70 недель. Продукт больше не может выдерживать давление водяного столба, как это было, когда он был новым, сопротивляясь все более низким давлениям из-за начала процесса старения. Примерно через два года искусственного старения, протестированного в соответствии с действующими стандартами, продукт полностью испортился. Установленный на месте, он имеет эффективную продолжительность только три года.
Скорость старения при 70°C и различных скоростях воздуха
Продолжительность старения [недели]
Когда во время периода искусственного старения скорость воздуха увеличивается всего до 0,3 м/с (максимальная скорость воздуха, доступная в печах для испытаний на старение), сразу становится очевидным огромное влияние движения воздуха на функциональность продукта (зеленая кривая).
Ухудшение качества начинается уже через шесть месяцев пребывания в камере старения и приводит к потере герметичности продукта примерно через год. Отсюда очевидны ограничения теста на искусственное старение: годичный тест для демонстрации реальной продолжительности в три года, что, экстраполируя на продолжительность крыши в 25 лет, привело бы к продолжительности теста не менее восьми лет, что недопустимый период.
Воссоздание бури в испытательной камере
Для решения этой проблемы в сотрудничестве с ведущим производителем промышленных печей была разработана испытательная печь на старение со средней скоростью воздуха 5 м/с, создавая значительно более быстрое движение воздуха, чем стандартные коммерческие печи.
После периода старения от шести до восьми недель выбранный образец уже демонстрирует признаки процесса старения (синяя кривая на диаграмме). Ухудшение качества продукта, который разлагается после трех лет использования на месте, становится очевидным уже после этого короткого периода. Такого же результата можно было добиться только через два года после проведения испытаний, предусмотренных действующим законодательством.
Но что сказать о продуктах, которые не соответствуют требованиям через 10 или 15 лет? Сколько времени должно длиться испытание на устойчивость к старению в этом случае? Правило трех может помочь: если три года срока службы соответствуют шести-восьми неделям искусственного старения, требуется 64-недельный тест на старение для имитации реального поведения через 25 лет с отличным запасом прочности. Это все еще значительный срок, но приемлемый.
Это испытание на долговременную прочность, связанное с движением воздуха в вентиляционных камерах крыши, теперь включено Dörken в европейский валидационный документ (EAD) в качестве дополнительного параметра «долговечности после искусственного старения». Тест уже доступен в независимой испытательной лаборатории, чтобы предложить всем производителям мембран возможность продемонстрировать своим клиентам устойчивость своей продукции к старению.
Желательно, чтобы в будущем пересмотре законодательства движение воздуха, которое до сих пор совершенно недооценивалось, было учтено как существенный фактор, влияющий на процесс старения подкровельных мембран, став, таким образом, обязательным элементом для « испытание на долговечность после искусственного старения.
Факты и перспективы
Как движение воздуха влияет на процесс старения?
Полимеры, из которых состоят материалы в виде листов или плит, подвергаются процессу окисления различной интенсивности. Обычный процесс окисления. Например, это образование ржавчины на железных деталях. Даже выражение «сжигание калорий» в организме человека — это процесс окисления с участием вдыхаемого кислорода. Во время занятий спортом более быстрое дыхание еще больше ускоряет процесс окисления, способствуя расщеплению жировых клеток. Даже в печах древесина окисляется более или менее быстро в зависимости от количества присутствующего воздуха, которое можно регулировать с помощью клапана. Чем больше вводится воздуха, тем быстрее будет происходить процесс окисления. Этот простой принцип применим и к кровельным мембранам.
Что все это означает для использования и разработки подкладочных мембран?
Устранение принципа вентиляции скатной кровли путем закрытия проемов в карнизе и на коньке может показаться логичным выбором. Однако это было бы худшим решением, так как привело бы к еще более серьезным проблемам. Однако в будущем производители подкровельных мембран должны будут серьезно учитывать движение воздуха в вентиляционной камере как решающий влияющий фактор для разработки устойчивых к старению продуктов. Благодаря новым научным знаниям о взаимодействии с воздухом, подбору подходящего сырья и добавок, таких как стабилизаторы, можно предлагать продукты, способные длительное время выдерживать реальные условия. Эти продукты уже доступны на рынке сегодня.
