При применении диффузионных мембран, даже если они сертифицированы по EN (или ГОСТ), часто возникают ситуации, при которых подкровельная изоляция неожиданно теряет водоизоляционные свойства, растрескивается и крыша в целом начинает протекать. Это становится обидной неожиданностью для домовладельцев и заставляет их идти на значительные дополнительные расходы по восстановлению кровли.
Причина этого в том, что существующие тесты на искусственное старение диффузионных мембран безнадежно устарели. Иностранный тест EN 13859:2010 в соответствии с которым сертифицируются импортные мембраны не может спрогнозировать герметичность и прочность пленок дольше чем на 3-5 лет. Аналогичная ситуация ситуация с российским ГОСТ 58913-2020, так как он полностью повторяет методику EN. И, в итоге, заявленная гарантия производителя в10-20 лет в реальной жизни сокращается в 3-5 раз.
В итоге проникающая в слои крыши влага в виде конденсата, снега или дождевой воды приводит к следующим последствиям:
- Снижению теплоизоляционных характеристик утеплителя, и, как следствие, увеличение потребления энергии и стоимости эксплуатации дома.
- Разрушению отделки помещений, порче мебели и бытовой техники.
- Поражению теплоизоляции плесенью с негативным воздействием на качество воздуха в помещении и возможными последствиями для здоровья жильцов.
- Поражение теплоизоляции плесенью, снижению качества воздуха в помещении и негативным последствиям для здоровья жильцов.
На какие характеристики следует опираться при выборе материалов кровельного пирога, чтобы он служил так же долго, как и сама кровля?
У специалистов возникли предположения, что помимо УФ излучения и температуры существуют другие атмосферные факторы, разрушающие подкровельные пленки.
Систематические исследования значения отдельных атмосферных факторов старения, проводившиеся последние 10 лет, в итоге привели к разработке новой методики теста на искусственное старение. Она позволяет отличить мембраны со сроком службы более 25 лет от тех, которые выходят из строя всего через несколько лет.
Факторы старения мембран
Срок службы подкровельных мембран условно можно разделить на два этапа: до и после укладки кровельного покрытия, во время которых на мембраны с определенной интенсивностью воздействуют различные атмосферные разрушающие факторы старения.
До момента монтажа кровельного покрытия мембрана защищает конструкцию крыши от атмосферных осадков. В этот период УФ-излучение является основным фактором старения.
В закрытом состоянии меняется значение отдельных факторов. Кровельное покрытие предотвращает дальнейшее воздействие УФ-излучения. Другие факторы также ослабевают. Однако, поскольку фаза закрытого состояния во много раз длиннее периода пребывания мембраны на открытом воздухе, тепло и движение воздуха, или их комбинация, становятся более весомыми. Суточные колебания температуры, усиленные солнечным излучением днем, приводят к большим колебаниям температуры конструкций кровли. То же относится и к движению воздуха в вентиляционном зазоре, которое инициируется разницей давлений, нагревом кровли и ветром.
Существующая методика испытаний мембран
Действующий стандарт EN 13859-1:2010, «Гидроизоляционные пленки. Определения и характеристики. Часть 1: Пленки для кровли», содержит требования к подкровельным диффузионным мембранам и методы их испытаний, в том числе метод искусственного старения. В соответствии с ним образцы мембраны сначала подвергают воздействию УФ-излучения при температуре от 50-53°С в течение 336 часов (14 дней), а затем хранят при температуре 70°С (±2°С) в течение 90 дней. После этого испытывают стойкость к проникновению воды, воздействуя на образец водяным столбом с давлением, эквивалентным 200 мм в течение 2 часов. Мембраны, которые не пропустили воду после процедуры старения, получают наивысший класс водонепроницаемости W1. Мембраны, которые пропустили воду, получают классы W2 или W3 в зависимости от количества пропущенной воды.
Такая процедура искусственного старения фокусируется на факторе УФ излучения, как основной причине разрушения мембран в открытом состоянии, и на температуре – как основной причине разрушения мембраны в закрытом состоянии под кровлей.
Определение дополнительных факторов старения и их влияние на полимерные мембраны
На практике в течение срока службы подкровельные мембраны подвергаются воздействию следующих факторов:
- УФ-излучение (нагружает мембрану только в открытом состоянии)
- Тепло (редко достигает значений выше 60°C)
- Влажность (проблема только для некоторых полимеров)
- Движение воздуха (кислорода) по поверхности мембраны
В ходе исследований образцы материалов подвергаются исключительно исследуемым воздействиям. Через определенные промежутки времени образцы нагружают постоянно растущим водяным столбом (динамическим водяным столбом). Этот тест используется для проверки основного свойства мембраны, водонепроницаемости, а также косвенно - потери эластичности и прочности на разрыв (охрупчивания).
Результаты экспериментов легли в основу диаграмм ниже. На вертикальной оси указывается относительная высота водяного столба, при этом начальное значение не состаренного полотна принимается за 100 %. Длительность теста в неделях отложена по горизонтальной оси. Сильная потеря высоты водяного столба указывает на явное влияние исследуемого фактора старения. Сравнивались два образца, реальный срок службы первого составляет около 3х лет (красная кривая — образец «A»), второго образца - 10-15 лет (синяя кривая — образец «B»).
УФ-излучение
Именно УФ-излучение считается основной причиной преждевременного старения мембран. Воздействие УФ в испытательном устройстве (термошкафу) по стандартной методике EN приводит к значительной потере высоты водяного столба в мембране «А» через 12 недель по сравнению с более стабилизированной к УФ излучению мембраной «В». Однако критерию стандарта EN по сопротивлению давления статического водяного столба высотой 200 мм. в течение 2 ч. обе мембраны соответствуют даже после 24 недель испытания и им может быть присвоен наивысший класс водонепроницаемости W1.
В реальных условиях мембраны закрываются кровлей в течении нескольких дней, однако часто все равно начинают протекать всего лишь после нескольких лет применения в готовой крыше. Очевидно, что и другие атмосферные факторы имеют большее влияние на преждевременную потерю мембранами водоизоляционных свойств.
Движение воздуха
Стандартный тест по EN ограничивает движение воздуха до 0,05 м/с во время испытания образцов температурой. При тестировании мембраны «А» увеличение скорости движения воздуха до 0,3 м/с и 5 м/с приводит к резкому уменьшению способности мембраны удерживать давление водяного столба.
Можно назвать три основные причины сильного влияния движения воздуха на уменьшение высоты удерживаемого мембранами водяного столба:
1. Чем интенсивнее движение воздуха, тем больше кислорода для окисления полимеров транспортируется к поверхности мембраны.
2. Плохо закрепленные в структуре полимера стабилизаторы, которые должны препятствовать процессам окислительного старения, уносятся потоком воздуха с поверхности мембраны или ее функционального слоя. Впоследствии стабилизаторы из более глубоких слоев полимера мигрируют на поверхность и также уносятся потоком воздуха. Когда все стабилизаторы выходят из полимера, защита от процесса окислительного старения пропадает.
3. Рост температуры воздуха и\или нагрев мембраны ускоряют процесс окисления согласно уравнению Аррениуса: увеличение температуры на 10° ускоряет скорость химической реакции в 2 раза.
Такие отдельные атмосферные факторы как тепло и влажность не оказали серьезного влияния на испытуемые образцы мембран «А» и «В». Более подробно о результатах тестов на эти воздействия можно узнать в полном отчете об исследовании.
Сопоставление данных лабораторных и натурных испытаний по влиянию движения воздуха
Чтобы определить параметры теста на искусственное старение с учетом движения воздуха, который мог бы моделировать длительную работу мембраны в реальных условиях, одновременно проводился ряд лабораторных тестов и натурных испытаний, результаты которых впоследствии сопоставлялись.
На карте ветровых районов России видно, что средняя скорость ветра в наиболее населенных районах составляет от 4 до 5 м/с. На побережье и в некоторых высокогорных районах - более 6 м/с. Аналогичная скорость ветра наблюдается и на территории Германии, где осуществлялись тесты в реальных условиях.
Натурные испытания проводились на односкатной крыше, расположенной в г. Хаген, Северный Рейн-Вестфалия, со следующими параметрами:
1. Поверхность крыши ориентирована на юг
2. Уклон ската 45°, длина - 5,40 м.
3. Межстропильное утепление
4. Контробрешетка и обрешетка сечением 30/50 мм
5. Кровельное покрытие из темной керамической черепицы
При скорости ветра около 4 м/с между подкровельной мембраной и кровельным покрытием фиксировалась скорость воздуха до 1 м/с.
Методика теста на искусственное старение с учетом движения воздуха как основа прогнозирования срока службы
Рассмотрение движения воздуха как реального фактора разрушения привело к разработке новой процедуры искусственного старения, при которой мембраны хранятся в термошкафу в течение 64 недель (почти полтора года) при скорости движения воздуха 5 м/с (± 2 м/с) и температуре 70°C. Как и в действующей процедуре старения по EN, далее определяется сопротивление образца мембраны проникновению воды. Продолжительность хранения образцов в термошкафу соответствует ожидаемому сроку службы в реальных условиях около 30 лет, который был определен путем сравнения результатов испытаний мембран, трестировавшихся в условиях искусственного старения с мембранами той же марки, работавшими в реальных условиях.
На основании описанной процедуры европейский аттестационный документ для мембран (EAD 030218-01-0402) был дополнен Приложением «С». Если после проведения искусственного старения с движением воздуха мембрана удовлетворяет описанным там требованиям, ее заявленный прогнозируемый срок службы может быть не менее 25 лет.
Вывод
В действующих тестах на искусственное старение совершенно не учитывалось движение воздуха. Если помимо существующего теста по EN, мембрана дополнительно хранится в термошкафу при скорости движения воздуха 5 м/с (± 2 м/с) и температуре 70°C в течение 64-х недель, а затем соответствует критерию W1, можно с уверенностью сказать, что срок ее службы составит не менее 25 лет. Подтверждение таких характеристик возможно через получение Европейской технической оценки, сертификата ETA для подкровельных мембран.
Новое поколение мембран DELTA® с гарантией 30 лет имеет сертификат ETA на искусственное старение с учетом движения воздуха в подкровельном пространстве. Эти мембраны способны прослужить срок, эквивалентный сроку службы качественного кровельного покрытия.