Кровля является составной частью крыши здания, размещаемой на ее верхней наружной поверхности и воспринимающей непосредственно все атмосферные воздействия: жидкие и твердые осадки, инсоляция, ветер, температура воздуха и др. С другой стороны, кровля испытывает определенные воздействия от остальных частей крыши, расположенных под кровлей: несущие конструкции, теплоизоляция, пароизоляция, вентилирующие устройства и другое, вплоть до фундамента. В ряде случаев эксплуатации крыши внутренние деструктивные усилия крыши оказывают влияние на кровлю, сопоставимое с внешними атмосферными воздействиями. Поэтому, при устройстве любых новых кровель и, особенно, при ремонте старых, необходимо знать, как конструкция, материалы и состав крыши будут влиять на состояние кровли и какие ее дефекты возникают под влиянием указанных внутренних причин.

Рассмотрение сложных процессов, воздействий и усилий, возникающих в крыше при ее сооружении и эксплуатации, следует начать с краткого ознакомления с существующими видами крыш, как строящихся в настоящее время, так и построенных за последние 40-50 лет. При этом в рассмотрение не включены скатные крыши с жесткой наборной кровлей, что обосновано и обусловлено техническим анализом, изложенным в разделе II.2

Конструктивные виды крыш с мягкой кровлей и малыми уклонами (до 20%) образуют два основных типа: крыши раздельной конструкции и совмещенные крыши, называемые покрытиями. Крыши раздельной конструкции состоят из двух частей: верхняя кровельная конструкция и нижнее перекрытие с теплоизоляцией, - разделенные, как правило, вентилируемым воздушным пространством. Если это пространство имеет габариты, обеспечивающие свободный доступ в него человека (высота не менее 1,6 м), оно называется чердаком, а крыша - чердачной крышей. Чердачная крыша может быть с холодным или теплым чердаком. Холодный чердак вентилируется наружным воздухом, поэтому теплоизоляция в нем укладывается на нижнее чердачное перекрытие (схема I, поз.1). Через теплый чердак пропускается нагретый воздух вытяжной вентиляции здания, а теплоизоляция размещается в верхнем чердачном покрытии (схема I, поз.2) Если габариты воздушного пространства недостаточны для свободного перемещения в нем человека, оно называется просто воздушной полостью, а крыша - бесчердачной вентилируемой крышей. Крыша раздельной конструкции, соответственно, и собирается при строительстве из упомянутых отдельных конструктивных элементов.

Совмещенные крыши или покрытия, наоборот, представляют собой сплошной конструктивный единый элемент, совмещающий в себе различные конструктивные и изолирующие слои с соответствующими функциями (схема II). Если слои покрытия укладываются последовательно на месте строительства, то оно называется крышей построечного изготовления (схема II, поз.1). Если элемент покрытия изготавливается целиком на специализированном заводе в виде готового монтажного элемента (плиты), то оно называется сборным покрытием (схема II, поз.2).

Также и конструкции раздельных крыш: чердачное покрытие и чердачное перекрытие могут быть построечного изготовления и сборными. Различие в способах изготовления конструкций крыш имеет важное значение для их нормального функционирования в эксплуатационных условиях. Как правило, качественные характеристики крыш построечного изготовления заметно уступают аналогичным показателям сборных конструкций. Влияние качества выполнения ограждающих конструкций крыш на их эксплуатационные свойства рассматриваются ниже, здесь достаточно указать, что увлажнение утеплителя при построечной его укладке под открытым небом приводит к значительной потере теплозащитных свойств и ускоренному разрушению кровельного слоя.

Для удаления излишней влаги из конструкции крыши и сохранения в ней нормального температурно-влажностного режима решающее значение имеет вентилирование наружным воздухом внутренних слоев (прежде всего, теплоизоляции) крыши. Если в крышах раздельной конструкции вентилирование воздушного пространства обеспечивается самим конструктивным решением, то в совмещенных крышах, как правило, отсутствует вентилирование внутренних слоев. Устройство такой вентиляции через щели и каналы малых размеров внутри конструкции, предусмотренное в отдельных решениях покрытий, недостаточно эффективно, но значительно усложняет и удорожает конструкции. Невентилируемые крыши построечного изготовления всегда имеют пониженные эксплуатационные свойства относительно вентилируемых.

Система водостока дождевых и талых вод с поверхности кровли также оказывает большое влияние на сохранность конструкций и кровли. Существуют две системы водоотвода с крыш: наружный водосток, организованный (по системе желобов, лотков и труб, закрепленных на карнизе и стенах) или неорганизованный (со свободным сбросом по свесам карниза); внутренний водосток - по системе воронок на крыше и стояков внутри здания. Наружный водосток устраивается, как правило, на скатных крышах малоэтажных зданий (до 5 этажей) и выполняется чаще в варианте организованного водоотвода. В зимнее время, в районах со снежным покровом, наружный водосток (особенно организованный) неизбежно сопровождается обмерзанием карниза и всех водоотводящих устройств, что приводит к ускоренному разрушению карниза с прилегающими участками кровли, а также участков стен у водосточных труб. При этом существенно усложняется техническое обслуживание крыши с наружным водостоком, когда требуется усиленное вентилирование холодного чердака, постоянная очистка кровли от снега с неизбежными повреждениями или стаивание снега с помощью специальных электронагревающих кабелей или других специальных приемов.

Физическое несоответствие наружного водостока и российских зимних условий подтверждено вековым опытом его применения и обусловило появление системы внутреннего водостока, практически лишенного недостатков наружного водостока. Внутренний водосток (особенно на совмещенных крышах или теплых чердаках) работает с естественной регулировкой процесса таяния снега и удаления воды, не допуская накопления снега и обмерзания крыши. При внутреннем водостоке, надежной кровле и нормальной нагрузке, нет необходимости в очистке крыши от снега или подогрева водоотводящих устройств. Преимущества внутреннего водостока позволяют предусматривать его исключительное применение во всех возможных случаях (кроме неотапливаемых зданий), при условии недопущения засоров воронок и стояков водостока.

Уклоны кровельных скатов зависят от вида кровельных материалов и для сплошных мягких кровель обычно не превышают 20%, хотя в отдельных случаях некоторые виды мастик позволяют увеличивать уклоны до вертикальной плоскости. Уклоны кровель 7% и более при сплошном кровельном ковре из рулонных или мастичных материалов практически не влияют на водонепроницаемость слоя кровли и условия сброса воды с поверхности ската. Поэтому, на таких кровлях изменение уклона скатов в указанных пределах не оказывает заметного влияния на их эксплуатационное состояние. При уклонах менее 5% водонепроницаемость кровли обеспечивается соответствующим увеличением слойности (толщины) кровельного ковра.

Теперь, имея представление об основных конструктивных решениях крыш большинства сооружаемых зданий, следует конкретно рассмотреть и проанализировать те главные воздействия, которые испытывает кровля со стороны основания и несущих конструкций крыши, а также, какое влияние оказывают эти воздействия на функциональные свойства кровли.

Первое место среди воздействий на кровлю занимают деформации: температурные, усадочные, осадочные, влажностные, сейсмические и другие. Наиболее распространены в крышах температурные и усадочные деформации, в результате которых в конструкциях возникают и раскрываются трещины различных размеров и форм, чаще всего, сквозные. Самые крупные трещины (до 5 мм) возникают на стыках сборных плит покрытия при сезонных колебаниях наружных температур в большом диапазоне (до 80 ^оС). Относительно мелкие (менее 2 мм), но многочисленные трещины возникают при усадке цементно-песчаного раствора выравнивающей стяжки основания в совмещенных крышах. Поскольку, в большинстве случаев начальный размер трещины (база растяжения) почти равен нулю, относительное удлинение материала кровли над трещиной, с учетом релаксации, достигает сотен процентов (теоретически, бесконечно). Такое растяжение могут выдержать только высокоэластичные материалы с относительным удлинением 200-1000%. Такой эластичностью обладают только полимербитумные и полимерные кровельные материалы в виде неармированных мастик и безосновных рулонов, - что делает их предпочтительными для применения.

В то же время, малодеформативные материалы: армированные мастики и рулоны с прочной основой, с относительным удлинением менее 5% и не превышающим 40% у лучших образцов, - не могут выдержать такого большого растяжения. Они либо разрываются над стыками покрытия (схема III, поз.1), либо расслаиваются в швах (на хлесте) рулонного ковра (поз. 2), либо отрываются от конструкции или разрываются в местах примыкания к вертикальным стенкам или стойкам (поз.3).От общего числа наблюдаемых дефектов случаи разрыва по поз. 1 составляют 5-10%; расслоения по поз. 2 - около 15-25 %; а число разрывов по поз. 3 достигают 65-80%. При прочных материалах (типа Изопласт) может происходить отрыв участков кровельного ковра от деформированного основания, что будет способствовать образованию вздутий кровельного ковра.

Следовательно, и при устройстве новой кровли на крыше, и при ремонте (замене) старой кровли нужно сначала внимательно ознакомиться с деформативными свойствами конструкции, проектируемой или существующей. Если в новой крыше возможно большое раскрытие стыков или появление усадочных трещин в стяжке, нужно применить меры по предотвращению разрыва кровли. Для этого либо используют высокоэластичные материалы (см. выше), либо увеличивают базу растяжения над трещиной (стыком), например: оставляют полосу непроклейки шириной 200-300 мм над стыком. Воздействие усадочных трещин в основании кровли нейтрализуются также устройством кровельного ковра с частичной приклейкой, так называемой <дышащей> кровли (см. ниже).

Также нужно подготовиться и к ремонту старой кровли из мягких материалов, дефектное состояние которой часто имеет причиной различные деформации конструкций, помимо долговечности кровельного материала.

Широко распространенным дефектом крыш с мягкой кровлей являются вздутия кровельного ковра на значительных участках покрытия (от 10 до 60% площади). Вздутия кровельного ковра высотой 50-300 мм, площадью до 2 м² , возникают при отрыве кровли от основания под давлением паровоздушной смеси, образующейся под ковром или между его слоями при разрыве нижних слоев в условиях повышенных температур и влажности конструкций покрытия. Повышенные температуры покрытия создаются, преимущественно, в летнее время при длительной и интенсивной инсоляции кровли, которая максимально нагревается в средней полосе России до 80 ^оС (при черном цвете). При этом наибольшая температура кровли будет на покрытии с теплоизоляцией (совмещенная крыша), которая препятствует отводу тепла с наружной поверхности. Интенсивное развитие вздутий наблюдается обычно весной, когда верхние слои покрытия максимально увлажнены.

Увлажнение конструкции крыши (утеплитель, железобетонные конструкции, выравнивающая стяжка) сверх величины равновесной сорбиционной влажности (свойственной каждому строительному материалу) происходит различными путями. Самое большое, опасное и непредсказуемое увлажнение может происходить в процессе производства работ по сооружению совмещенной крыши построечного изготовления, когда слои покрытия, особенно утеплителя, укладываются на место под открытым небом и в любую погоду. Особенно опасен случай, если покрытие выполняется в невентилируемом варианте и попавшая в утеплитель избыточная влага запечатывается в нем на десятилетия. Другим источником увлажнения является накопление парообразной влаги, проникающей из отапливаемого помещения внутрь конструкции и под кровлю. Этот процесс происходит в условиях эксплуатации и преимущественно в отопительный период. Но его интенсивность определяется расположением и соотношением пароизолирующих и теплоизоляционных слоев. При правильном устройстве пароизоляции поступление влаги в конструкцию может быть сведено к приемлемому минимуму, но только в случае, когда начальное увлажнение будет исключено.

Во всех случаях, в результате сезонной миграции влаги в конструкции крыши (в том числе чердачной), к началу летнего периода под кровельным ковром влажность поверхностных слоев конструкции значительно превышает предельную сорбиционную для этих материалов и может находиться в свободном состоянии (вода, лед). Нагрев через кровлю водонасыщенных слоев конструкции до температур 40-60 ^оС вызывает образование под кровлей паровоздушной смеси, обладающей избыточным давлением, значительно превышающим атмосферное. В результате происходит отрыв кровельного ковра от основания, начиная с отдельных слабых мест. Отрыв продолжается до выравнивания давления под кровлей с атмосферным и приводит к образованию отдельных выпуклых вздутий кровли высотой до 300 мм и площадью до 1-2 м2 . Общая площадь вздутий может достигать 50-60% всей поверхности кровли. После спада избыточного давления под кровлей до атмосферного и ниже кровельный ковер может вернуться в прежнее положение, но происходит это по-разному у разных материалов. Эластичные упругие материалы (с остаточным относительным удлинением при растяжении не более 5%) практически полностью занимают прежнюю площадь, без образования складок или разрывов. Прочные армированные материалы, даже незначительно вытянутые, не могут вернуться в прежнее положение и образуют складки, острые кромки которых постепенно ломаются и разрываются, что приводит к нарушению водонепроницаемости кровли.

Особенно быстро разрушаются пластичные материалы, растяжение которых приводит к необратимым деформациям и разрывам кровельного слоя.

Чтобы устранить или уменьшить возможность появления описанных вздутий кровли, необходимо перед устройством новой кровли и, особенно, перед ремонтом старой кровли внимательно проверить влажностное состояние конструкций крыши, в первую очередь, влажность утеплителя и поверхностных слоев. И если влажность конструкции окажется повышенной, кровля на такой конструкции, из качественных материалов и качественно выполненная, через короткое время станет дефектной. Кардинальным способом устранить вздутия и разрушения малоэластичной и прочной кровли является устройство кровли с частичной приклейкой к основанию, так называемой <дышащей> кровли. Суть ее состоит в том, что кровельный ковер приклеивается к основанию не сплошь, а лишь частично, на площади 25-35% общей площади. Приклеивание осуществляется отдельными точками, пятнами, полосами, между которыми остаются неприклеенные участки, служащие для выхода паровоздушной смеси наружу у краев кровли.

Дышащая кровля эффективна не только для устранения вздутий кровельного ковра, она оказывает влияние на весь температурно-влажностный режим покрытия, в том числе утеплителя. Так, в климатических условиях средней полосы России дышащая кровля удаляет из конструкций покрытия до 1,5 кг/м2 влаги, что приблизительно соответствует уменьшению массовой влажности легкобетонных плит на 1,5-2,0% за сезон. В свою очередь, уменьшение влажности конструкций и утеплителя повышает теплозащитные свойства крыши в целом и комфортность проживания на верхнем этаже.

Кроме того, дышащая кровля целесообразна и эффективна для устранения воздействий деформаций покрытия на кровельный ковер. В этом случае, возникающие в конструкциях трещины при раскрытии стыков или усадке стяжки основания, не вызывают разрыва кровли, так как основание и кровля деформируются раздельно. Однако, устройство дышащей кровли не везде целесообразно (наружный водосток, большие площади и др.) поэтому возможны ее комбинации с другими решениями. Например, применить для осуществления конструкции и выпуска пара установку на покрытии вентиляторов низкого давления ( т.н. <флюгарки>). В этом случае, кровельный слой предпочтительно выполнять из высокоэластичных материалов (см. выше), в результате чего деформации основания будут компенсироваться упругостью кровли, а вздутия устраняться осушающим действием вентиляторов.

Из других видов взаимодействия кровли и конструкции крыши отметим различие в температурах кровельного ковра на совмещенных и раздельных крышах. В чердачных вентилируемых крышах большие объемы проходящего через чердак наружного воздуха выносят значительное количество тепла, поступающего либо из отапливаемых помещений здания (в зимнее время), либо от нагреваемых солнцем кровельных конструкций (в летнее время), в результате чего температура кровли будет заметно ниже (на 5-20 ^оС), чем на совмещенных крышах. На последних температура кровли несколько повышается за счет достаточно больших теплопотерь покрытия в зимнее время и ограниченного отвода тепла от нагретой солнцем кровли в летнее время через слой теплоизоляции в покрытии. Поэтому, в зимнее время снег обычно слабо тает на раздельных крышах и интенсивно тает на совмещенных, а в летнее время теплостойкость кровли должна быть выше на совмещенных крышах, чем на раздельных. Поэтому, в частности, температура кровли на любой крыше зимой будет на 10-20 ^оС выше температуры наружного воздуха, а при снежном покрове может повышаться до нуля. Это означает, что в России нигде температура кровли не может быть ниже минус 40 ^оС, даже при расчетной зимней температуре воздуха минус 60 ^оС (г. Оймякон в Якутии). Поэтому, смягчающее влияние снежного покрова на тепловой режим крыши и кровли целесообразно учитывать в большинстве районов России.

Наверх