Изоляция плоских кровель

Материалы, используемые на плоских кровлях

Конструкция инверсионной (перевернутой) кровли разработана в начале 50-х годов компанией DOW. В конструкциях плоских кровель используют теплоизоляционные плиты из экструдированного пенополистирола STYROFOAM 300 A, 500 А, геотекстиль, в качестве разделительного слоя, как вариант, комбинированную двухслойную систему ROOFMATE+, гидроизоляцию, полиуретановый клеевой состав INSTA-STIK.

Плиты STYROFOAM (табл.1) удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к эффективной теплоизоляции в инверсионных кровлях, благодаря своим свойствам: закрытой гомогенной структуре ячеек, высокой степени теплоизоляции, стойкости к знакопеременным перепадам температур, высокой прочности на сжатие, неподверженности гниению и биологическому разложению.

Таблица 1


В конструкции инверсионной кровли применяют различные гидроизоляционные материалы, включая модифицированный полимерами битумный кровельный материал со стеклянным ворсом, однослойные полимерные мембраны ПВХ и ТПО и мембраны из каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM) с заполнителем из стеклоткани или полиэфира (органическое волокно, бумажный заполнитель не пригодны), асфальтовую мастику.


ИНВЕРСИОННЫЕ КРОВЛИ

Описание принципа инверсионной кровли

Эксплуатационные характеристики и долговечность плоских кровель зависят от многих факторов, включая расположение гидроизоляционного и теплоизоляционного слоев. В плоских кровлях обычной утепленной конструкции, когда теплоизоляция располагается под гидроизоляционным слоем и поверх плит покрытия, гидроизоляционный слой термически изолирован от остальной части кровельной конструкции, подвержен воздействию широкого перепада температур и, соответственно, повышенному риску преждевременного выхода из строя.

Кроме того, необходим пароизолирующий слой между строительным перекрытием и теплоизоляцией во избежание конденсации влаги и вспучивания гидроизоляционной мембраны.

Концепция инверсионной кровли позволяет преодолеть эти проблемы путем размещения теплоизоляции поверх гидроизоляционной мембраны.

Теплоизоляция предохраняет гидроизоляционную мембрану от перепада температур и позволяет сохранить положительную температуру на мембране (16-18 °С) круглый год. Сравнение различных систем показывает, насколько незначительное воздействие оказывают температурные напряжения на гидроизоляционную мембрану в инверсионных кровлях (рис. 1).

Рис. 1. Среднемесячные максимальные и минимальные температуры на поверхности наружного слоя кровли: а – традиционная плоская кровля без балласта; б – традиционная плоская кровля с балластом; в – инверсионная кровля

Также слой теплоизоляции предохраняет мембрану от:
- разрушения в результате атмосферных воздействий;
- разрушающего эффекта солнечного излучения;
- механических повреждений во время строительства, эксплуатации и технического обслуживания;
- разрушений в результате пучения мембраны, поскольку она действует как паронепроницаемый слой и, находясь с теплой стороны теплоизоляционного слоя, ее температура остается выше точки росы, что устраняет риск конденсации.

Концепция инверсионной кровли имеет и некоторые дополнительные преимущества:
- значительно снижена зависимость от погодных условий: после укладки гидроизоляционной мембраны теплоизоляционные плиты STYROFOAM 300 A и последующие слои также могут укладываться при любых погодных условиях, что снижает риск задержки строительства;
- теплоизоляционные плиты обеспечивают повышенную механическую защиту мембраны в случаях, когда плоские кровли используются для какой-либо цели (в качестве террасы, автостоянки, для устройства садов) как в период строительства, так и после того, как кровля принята в эксплуатацию;
- поскольку теплоизоляционные плиты обычно укладываются свободно, без закрепления, их можно легко поднимать и заменять (использовать заново), если кровля станет использоваться для другой цели или если здание будет реконструировано или снесено.

Эксплуатационные свойства инверсионной кровли, а также ее долговечность были неоднократно проверены независимыми организациями и строительными экспертами.

Приводится оценка, сделанная в своем отчете инженером немецкой строительной компании BDB HEINZ GUTZ: «Инверсионные кровли работоспособны в течение длительного времени. Срок службы больше, а риск повреждений меньше, чем у обычных плоских кровель. Защита гидроизоляционной мембраны является эффективной и постоянной. Снижения или изменения тепловых характеристик плит при правильной укладке и применении диффузионных покрытий (геотекстиль) не ожидается».

В отчете Строительного института Берна в 1977 году в общем заключении по результатам обследования 17- и 25-летних инверсионных кровель констатируется следующее: «Прогнозируемый срок службы правильно спроектированных и правильно сооруженных инверсионных плоских кровель с использованием плит STYROFOAM 300 A составляет 45-50 лет. С учетом характерного для плит STYROFOAM срока службы при их применении в инверсионных кровлях этот срок может быть оценен более чем в 50 лет».

Конструкции инверсионных кровель можно разделить на тяжеловесные и легковесные в зависимости от способа строительства здания. Если горизонтальная несущая конструкция включает в себя железобетонную плиту, то она должна быть запроектирована таким образом, чтобы выдерживать нагрузки от балластного слоя гравия толщиной 5–8 см или последующих слоев и покрытий террас, кровли с садом, автостоянок.

Стандартная конструкция инверсионной кровли с балластом состоит из следующих слоев: бетонное покрытие с уклоном, гидроизоляционная мембрана, слой теплоизоляции STYROFOAM 300 A, свободно уложенный в «шахматном порядке», разделительный слой из диффузионного полимерного геотекстильного материала, балластный слой гравия толщиной не менее 5 см


ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА STYROFOAM

Строительные характеристики инверсионной кровли

В инверсионных кровлях риск конденсации значительно снижен благодаря тому, что температура кровельной конструкции и гидроизоляционного слоя поддерживается на уровне выше точки росы, поскольку гидроизоляционная мембрана расположена с теплой стороны теплоизоляционного слоя, она также является паронепроницаемым слоем.

Рис. 2. Конструкция инверсионной кровли с графиком перепада температуры: 1 – щебень; 2 – геотекстиль; 3 – плиты STYROFOAM 300 A , уложенные с перевязкой и подогнанные впритык; 4 – гидроизоляция; 5 – несущая конструкция

Если имеется вероятность, что в здании будет наблюдаться высокий уровень влажности (плавательные бассейны, кухни торговых заведений, прачечные и т. п.), то оценка риска конденсации должна быть выполнена специалистом.

Рис. 3. Укладка утеплителя на инверсионной кровле

Кровли с высокой теплоемкостью, такие как бетонные перекрытия плотностью не менее 150–200 кг/м², не подвержены быстрому охлаждению. Кровли с тонким металлическим покрытием могут быстро охлаждаться. Это, особенно в периоды холодных дождей, может привести к некоторой конденсации с нижней стороны перекрытия. Конденсации можно избежать, если перекрытие будет иметь термическое сопротивление R, не менее 0,15 м² °С/Вт (т. е. такое, которое обеспечивает, например, 20 мм фанеры).

Рис. 4. Укладка тротуарных плит по гравийному слою

В случае строительства кровель с садом, мощеных террас и автостоянок настоятельно рекомендуется использование диффузионного слоя между теплоизоляцией и грунтом, плитами дорожного покрытия или покрытием из бетонных плит. Наличие диффузионного слоя (например, слоя гравия, щебня толщиной 3-5 см) предотвратит образование водяной пленки на верхней поверхности теплоизоляционных плит, которые будут действовать как паронепроницаемый слой.

Рис. 5. Схема устройства примыкания кровельного покрытия к парапету: 1 – плиты ROOFMATE+; 2 –тротуарная плитка; 3 – щебень; 4 – геотекстиль; 5 – STYROFOAM 300 A ; 6 – гидроизоляция; 7 – несущая конструкция

Рис. 6. Световые фонари на инверсионной кровле

В инверсионных кровлях с открытыми покрытиями (баластный слой гравия) некоторое количество дождевой воды будет стекать под теплоизоляционными плитами, и она может отводить от перекрытия тепло. С учетом климата и среднего количества дождевых осадков во время отопительного периода такими периодическими потерями тепла можно пренебречь или их компенсировать путем незначительного увеличения толщины теплоизоляции, например на 10 мм .


Дренаж, гидроизоляция

Хороший дренаж необходим для обеспечения длительного срока службы плоской кровли. Минимальный уклон зависит в первую очередь от типа гидроизоляционной мембраны и должен быть устроен в соответствии с нормативными требованиями по сооружению кровли.

Дренаж кровли должен быть запроектирован таким образом, чтобы было исключено длительное нахождение под водой плит STYROFOAM. На краткосрочное нахождение под водой, например при сильных дождях, можно внимания не обращать. Нулевой уклон для инверсионных кровель не рекомендуется, предпочтителен уклон не менее 1,5–2 %. Инверсионная кровля может рассматриваться как плоская кровля при уклоне до 5 %. Указания относительно пропускной способности и расположения стоков для отвода дождевой воды и выпускных отверстий даются в нормативных документах по сооружению кровли.


Конструкция парапета

Концепция инверсионной кровли может быть реализована наиболее полно, если применять для парапетов и вертикальных составляющих элементов специально разработанные теплоизоляционные плиты ROOFMATE+ , состоящие из теплоизоляционного материала STYROFOAM и защитного слоя модифицированного строительного раствора толщиной 10 мм на лицевой поверхности. Тем самым защищается и вертикальная часть гидроизоляционной мембраны. Теплоизоляционные плиты ROOFMATE+ крепятся к парапету полиуретановым клеевым составом INSTA-STIK и (или) с помощью механических крепежных элементов.

Рис. 7. Раскрытие старой кровли при обследовании

Плиты ROOFMATE+ можно применять не только для утепления парапетов, но и для устройства эксплуатируемых площадок на кровлях, используемых в качестве: пешеходных зон; зон отдыха; спортивных площадок, летних кафе, жестких оснований под вынесенное на кровлю оборудование и т. п.


Инверсионные кровли с балластом из гравия

Стандартной конструкцией инверсионной кровли является конструкция с гравийным балластом. В общем случае балластный слой должен быть толщиной не менее 50 мм из промытого гравия фракционным составом 16/32 мм. Торцевые зоны балластного слоя на кровлях зданий, которые особенно подвержены воздействию подъемных сил, вызываемых ветром, должны быть защищены дополнительным балластным слоем или тротуарными плитками.

Рис. 8. Конструкция инверсионной кровли: 1 – гравий; 2 – геотекстиль; 3 – STYROFOAM 300 A ; 4 – гидроизоляция; 5 – бетонное основание

Между теплоизоляционными плитами и гравийным балластом укладывают разделительный слой из диффузионно-открытого геотекстильного материала с нахлестом 200 мм , обладающий низкой водопоглощающей способностью, который вместе с балластом обеспечивает достаточную поверхностную стабильность плит против поднятия ветром и подвсплытия во время сильного дождя.


Инверсионные кровли с садом

Часто одним из ключевых приоритетов ориентированной на будущее и экологию архитектуры является устройство «зеленых» зон на застроенных зданиями участках, насколько это возможно. Кровли с садом, особенно в городах, выполняют две важные функции: они обеспечивают увеличение зеленых насаждений в жилых районах и в содействуют, благодаря потреблению воды, снижению нагрузки на системы водоотвода с кровли. Инверсионные кровли, экстенсивным или интенсивным образом превращенные в природный пейзаж, являются простой, проверенной и обладающей длительным сроком службы конструкцией плоской кровли.

Рис. 9. Экстенсивная «кровля-сад» с отдельным дренажным слоем: 1 – посадочный материал (травы, мхи и т. д.); 2 – растительный слой 80– 100 мм ; 3 –разделительный слой (геотекстиль плотностью 110–140 г/м²); 4 – дренажный слой; 5 – STYROFOAM 300 A ; 6 – гидроизоляция; 7 – несущая конструкция

На кровлях с садом защитная функция теплоизоляционных плит по отношению к гидроизоляционной мембране играет особенно важную роль.

Обследование фактического состояния инверсионных кровель, прослуживших до 32 лет, подтверждает их способность в течение длительного срока выполнять свои функции. Теплоизоляционные свойства обследованных плит STYROFOAM 300 A изменились в течение длительного срока службы лишь незначительно.

Рис. 10. Экстенсивная «кровля-сад» с совмещенным дренажным и растительным слоем: 1 – посадочный материал; 2 – растительный слой 80–100 мм; 3 – разделительный слой (геотекстиль плотностью 110–140 г/м²); 4 – STYROFOAM 300 A; 5 – гидроизоляция; 6 – несущая конструкция

Повышенная дополнительная защита гидроизоляционной мембраны обеспечивается плитами STYROFOAM 300 A . Уклоны кровли и отверстия для стока воды должны быть запроектированы таким образом, чтобы избегать длительного пребывания в воде теплоизоляционных плит STYROFOAM 300 A, а также постоянного скопления воды в дренирующем слое кровель с интенсивным садом.

Изделия из STYROFOAM 500 A также могут быть использованы для кровли с садом с большими нагрузками.

Диффузионный разделительный слой препятствует попаданию мелких частиц из дренирующего слоя в стыки плит. В то же время он обеспечивает механическую защиту теплоизоляционных плит. Обычно используется диффузионная, не подверженная гниению ткань (например, геотекстиль плотностью примерно 140 г/м²).

Дренажный и фильтрующий слои выполняются из промытого круглого гравия или мелкого заполнителя (30–40 мм), разрыхленной глины или различных видов специальных дренажных материалов (дренажных матов, гофрированных дренажных пластин и т. п.).

Рис. 11. Интенсивная «кровля-сад»: 1 – посадочный материал; 2 – почвенный субстрат (как правило, толщина слоя более 200 мм ); 3, 5 – разделительный слой (плотностью 110–140 г/м²); 4 – дренажный слой; 6 – STYROFOAM 300 A ; 7 – гидроизоляция; 8 – несущая конструкция

Для экстенсивной «кровли-сада» предпочтение отдается растительным слоям из смешанной подложки. Растительные слои одновременно выполняют функцию дренажа. Минимальная толщина 8 до 10 см . Корни в растительном слое действуют как фактор стабилизации против поднятия ветром. Рекомендуется, чтобы торцевые и состыковочные участки выполнялись с балластом.

Растительный слой интенсивных кровель с садом в зависимости от требований может состоять из одного или нескольких типов подложки.


Инверсионная кровля как терраса

Верхний слой покрытия подобных террас может выполняться из облицовочной плитки или из тротуарных плит. Тротуарные плиты могут быть уложены на специальные опоры, установленные на теплоизоляционный слой.

Рис. 12. Конструкции террас: А – террасы с тротуарными плитами на гравийной подушке; Б – террасы с тротуарными плитами на опорах; В – терраса с полом из керамических плиток 1 – железобетонная плита; 2 – гидроизоляция; 3 – STYROFOAM 300 A ; 4 – геотекстиль; 5 – гравий; 6 – тротуарная плитка; 7 – монолитный бетонный пол; 8 – керамическая плитка; 9 – установочные фиксаторы

Как правило, применяется многослойная конструкция. Основание выравнивают, укладывают гидроизоляционную мембрану, а поверх нее – плиты STYROFOAM 300 А. По теплоизоляционным плитам укладывают геотекстиль, осуществляющий функцию разделительного и защитного слоя. Разравнивают слой щебня (4/8 мм, толщина 3–5 см) уложенного по разделительному слою, и далее укладывают тротуарные плиты.

Если верхний слой покрытия террасы представляет собой облицовочную плитку, то ее укладывают на стяжку толщиной не менее 6 см. Стяжку укладывают по слою песчано-гравийной смеси минимальной высотой 3 см.


Настил под автостоянки

Высокая прочность на сжатие и жесткая упругость плит STYROFOAM 500 А обеспечивают длительную работоспособность конструкций инверсионных кровель, предназначенных для автостоянок.

Железобетонная плита покрытия или наклонные бетонные элементы должны проектироваться в соответствии с нормативами, касающимися сооружения крыш, при этом рекомендуется, чтобы они имели минимальный уклон 2-2,5 %.

Рис. 13. Монтаж пешеходной зоны

Гидроизоляционная мембрана должна укладываться таким образом, чтобы теплоизоляционные плиты лежали ровно (выравнивание необходимо особенно в том случае, если верхнее покрытие представляет собой бетонные плиты тротуарного или дорожного покрытия). Также рекомендуется, чтобы гидроизоляционная мембрана в инверсионных крышах, открытых для движения автотранспорта, имела сцепление со всей поверхностью бетонной плиты покрытия.

Рис. 14. Укладка бетонных плит дорожного покрытия

Настил под автостоянки из блоков дорожного покрытия применяют только для автотранспортных средств, имеющих общий вес не более 4 т. Между теплоизоляционными плитами и основанием дорожного покрытия автостоянки должен быть уложен диффузионный слой из полипропиленового геотекстильного материала.

Рис. 15. Настил под автостоянки из блоков дорожного покрытия: 1 – песок 0,2 мм ; 2 – тротуарная плитка; 3 – щебеночный балласт 2/8 мм, 50 мм ; 4 – геотекстиль плотностью 110–140 г/м², уложенный свободно с нахлестом 200 мм ; 5 – STYROFOAM 500 A ; 6 – гидроизоляция; 7 – железобетонное перекрытие

Плиты дорожного покрытия высотой не менее 100 мм должны укладываться на равномерно утрамбованную подушку из песчано-гравийной смеси фракционного состава 2/5–4/8 мм. Стыки между элементами должны быть не менее 3 и не более 5 мм. Стыки должны заполняться мелким песком размером 0,2 мм . Горизонтальные смещения дорожного покрытия могут быть предотвращены (ограничены) установкой по краям по периметру железобетонной рамы, а также путем разделения на части больших непрерывных частей площади автостоянки с помощью бетонных балок.

Отверстия для отвода воды и различные вертикальные строительные элементы, выступающие из дорожного покрытия, также должны иметь железобетонную раму.

Рис. 16. Настил под автостоянки с монолитной бетонной плитой: 1 – бетон; 2 – разделительный слой (п/э пленка); 3 – щебеночный балласт 4/8 мм, 30–40 мм; 4 – геотекстиль плотностью 110–140 г/м², уложенный свободно с нахлестом 200 мм ; 5 – STYROFOAM 500 A ; 6 – гидроизоляция; 7 – железобетонное перекрытие

Настилы для автостоянок с плитами дорожного покрытия требуют проведения через регулярные интервалы проверок их состояния и соответствующего ремонта.

Настил под автостоянки с монолитной бетонной плитой может применяться при всех видах нагрузок с учетом толщины и характера арматуры, распределяющей нагрузку плиты. При укладке монолитного бетона в качестве разделительного слоя, используют диффузионный полипропиленовый геотекстильный материал, укладываемый поверх плит STYROFOAM 500 А, а также между гравийной подушкой и распределительной бетонной плитой.

Рис. 17. Настил под автостоянки из сборных железобетонных плит на опорах: 1 – бетонные плиты на подкладках; 2 – STYROFOAM 500 A ; 3 – гидроизоляция; 4 – железобетонное перекрытие

Железобетонная распределительная плита укладывается на однородном слое щебня размером 4/8 мм. Толщина и арматура плиты, а также размеры температурных швов и соединений между отдельными температурными секциями должны определяться в соответствии с техническими условиями, выданными инженером-строителем.

Настил под автостоянки из сборных железобетонных плит применим только для персональных (индивидуальных) стоянок. Сборные железобетонные панели размерами 60/60, 90/90 или 100/100 см укладывают на специальные опоры большого диаметра.


Реконструкция плоских кровель

Инверсионные кровли допускают укладку по старым покрытиям без демонтажа подлежащих ремонту плоских кровель. Укладка плит STYROFOAM 300 А и STYROFOAM 500 А на существующую гидроизоляционную мембрану является экономичным решением вопроса реконструкции. Такое конструктивное решение называют «плюс-кровля».

После того как старые кровельные покрытия подготовлены к ремонту, т. е. устранены вздутия, вмятины и сгибы, сначала укладывается (в соответствии с инструкциями изготовителя) новая гидроизоляционная мембрана, например, полимерно-битумная по всей площади старой мембраны. Затем по новой гидроизоляции может быть сооружена инверсионная кровля любого типа.


Традиционная плоская кровля

Повсеместное повышение требований к тепловой защите зданий, снижение весовых нагрузок несущей конструкции, возможность проведения работ при любых погодных условиях требуют применения современного высокоэффективного теплоизоляционного материала. Использование теплоизоляции STYROFOAM полностью решает данные проблемы.

Рис. 18. «Плюс-кровля» с гравийным балластом: 1 – гравий; 2 – разделительный слой (геотекстиль плотностью 110–140 г/м²); 3 – STYROFOAM 300 A ; 4 – новая или отремонтированная гидроизоляция; 5 – существующая конструкция

Высокие прочностные показатели и группа горючести Г1 позволяют использовать плиты STYROFOAM 300 A в качестве жесткого основания для укладки гидроизоляционного ковра. Малое водопоглощение теплоизоляционных плит, уложенных в сочетании с паропроницаемой гидроизоляционной мембраной, позволяет обойтись без пароизоляционного слоя.

Рис. 19. «Плюс-кровля» в виде одинарного слоя экстенсивной кровли с садом: 1 – посадочный материал; 2 – растительный и дренажный слой 80–100 мм; 3 – разделительный слой (геотек-стиль плотностью 110–140 г/м²), уложенный свободно с нахлестом 200 мм ; 4 – STYROFOAM 300 A ; 5 – новая или отремонтированная гидроизоляция; 6 – существующая конструкция

Теплоизоляционные плиты STYROFOAM 300 A применяют в кровельных конструкциях по профилированному металлическому листу. В сочетании с гидроизоляционными мембранами, имеющими группу горючести Г1–2, распространением пламени РП 1–2, возможно укладывать плиты STYROFOAM 300 A без ограничения по площади поверхности кровли и противопожарных рассечек.

Рис. 20. «Плюс-кровля» как экстенсивная кровля с садом и отдельным дренажом: 1 – посадочный материал; 2 – растительный слой; 3 – разделительный слой; 4 – дренажный слой 80–100 мм; 5 – разделительный слой (геотек-стиль плотностью 110–140 г/м²), уложенный свободно с нахлестом 200 мм ; 6 – STYROFOAM 300 A ; 7 – новая или отремонтированная гидроизоляция; 8 – существующая конструкция

Плиты STYROFOAM 300 A крепят к основанию с помощью полиуретанового клеевого состава INSTA-STIK. Данное решение позволяет избежать устройства множества отверстий в основании кровли, возникающих от применения дюбелей, саморезов и других видов крепежных элементов. Клей INSTA-STIK подходит и для крепления гидроизоляционного ковра к утеплителю.

Для устройства кровли по профилированному листу рекомендуется:
- нанести полоски клея INSTA-STIK;
- разложить плиты STYROFOAM 300 A в «шахматном порядке»;
- плотно прижать их к основанию (походить по ним);
- нанести полоски клея INSTA-STIK (в случае клеевой системы крепления гидроизоляции);
- уложить гидроизоляционную мембрану и плотно прижать ее в местах клеевого соединения;
- уложить балластный слой (в случае балластной системы кровли).


Огнестойкость плоских кровель

Пределы огнестойкости покрытий кровли определяются в основном пределом огнестойкости основания. Класс пожарной опасности конструкции (КПО) зависит от группы горючести и теплофизических характеристик STYROFOAM.

Инверсионная эксплуатируемая кровля со STYROFOAM на встроенно-пристроенной части должна иметь предел огнестойкости не менее REI 120 и класс пожарной опасности К0. В случае необходимости, на эксплуатируемых инверсионных кровлях противопожарные пояса следует выполнять шириной не менее 600 мм .

Таблица 2
Пределы огнестойкости и классы пожарной опасности конструкций кровли с применением STYROFOAM


Противопожарный пояс, выполненный из материала FOAMGLAS, должен рассекать плиты STYROFOAM по всей толщине теплоизоляции. Места пересечения кровель противопожарными стенами допускается рассматривать как противопожарный пояс.

В покрытиях зданий с металлическим профилированным настилом и теплоизоляционным слоем STYROFOAM необходимо предусматривать заполнение пустот ребер настилов материалом группы НГ на расстояние 250 мм в местах примыканий настила к стенам, деформационным швам, стенкам фонарей, а также с каждой стороны конька кровли и ендовы.