Планирование экспериментального исследования по оценке прочностных и деформативных параметров ПВХ мембраны

В статье рассматриваются результаты планирования экспериментального исследования гидроизоляционной ПВХ мембраны. Прочностные и деформативные параметры определены как одни из основных показателей, обеспечивающих работоспособность материала при действии нагрузок, характерных для плоских совмещенных покрытий. Разработанная программа экспериментальных исследований включает стандартное испытание с определением условной прочности и повторное нагружение образцов-лопаток. Повторное нагружение соответствует условиям эксплуатации ПВХ мембран, а при реализации в лабораторных условиях позволяет установить его влияние на прочность материала и закономерность накопления неупругих деформаций.

Ключевые слова: ПВХ мембрана, гидроизоляция, покрытие, условная прочность, деформация, образец-лопатка, испытание, программа исследований

Гидроизоляционный слой совмещенных покрытий зданий и сооружений эксплуатируется в сложных условиях и подвергается многочисленным воздействиям: солнечная радиация, осадки, нагрузка от снега, отложений пыли и ветра. При этом надежная и безотказная работа гидроизоляции покрытия определяет не только комфортность пребывания людей в здании и сохранность находящихся материалов, оборудования, а также долговечность строительных конструкций и здания в целом.

В последние годы на территории Российской Федерации при проектировании и строительстве объектов различного назначения широкое распространение получили гидроизоляционные ПВХ мембраны. Материал находит применение как в конструкциях покрытия индивидуальных жилых домов с несколькими десятками или сотнями квадратных метров, так и в конструкциях производственных зданий с площадью покрытия в десятки тысяч квадратных метров. С каждым годом объемы использования данного гидроизоляционного материала возрастают.

Опыт применения ПВХ мембран показывает, что при эксплуатации на поверхности материала могут появляться неровности. Данное наблюдение относится к случаю монтажа в холодный период времени при последующем повышении температуры. При укладке в летний период и дальнейшем понижении температуры отмечается появление избыточных напряжений, что в совокупности с многократно повторяющимся действием снеговых и ветровых нагрузок (рис. 1) может приводить к значительным растягивающим напряжениям и надрывам в местах креплений, примыканий. Влияние повторных нагружений ПВХ мембраны при эксплуатации в значительной степени определяет период работоспособности материала, но остается на сегодняшний день недостаточно изученным, что подчеркивает актуальность работы.

Безусловно, основной функцией гидроизоляционного слоя покрытия является недопущение проникновения атмосферных осадков внутрь здания, а в совокупности с другими слоями совмещенного покрытия также организация водоотвода. При высокой надежности основного материала, заявляемый срок эксплуатации которого исчисляется десятилетиями, первичные признаки повреждений следует ожидать в местах сопряжения и примыкания материала, традиционно являющихся наиболее ответственными и уязвимыми элементами покрытий и крыш. Описанные силовые факторы природно-климатического характера в совокупности с возможными вынужденными деформациями, обусловленными неравномерной осадкой фундаментов, неупругими деформациями слоя утеплителя под гидроизоляцией [1] и т. д., могут приводить к значительным напряжениям, а при повторении воздействия во времени, возможно, способствовать накоплению неупругих деформаций по аналогии с другими неупругодеформируемыми строительными материалами: бетон [2], минераловатные плиты [3].

Степень влияния силового нагружения на работоспособность ПВХ мембран будет зависеть не только от прочностных параметров, регламентируемых ГОСТ [4] и контролируемых заводом-изготовителем, но в большей степени от деформативности применяемого материала. Нарушение эксплуатационных показателей в виде неровностей, нежелательных волн и складок на покрытии можно ожидать при возможном накоплении неупругих деформаций от повторных нагрузок при различных уровнях растягивающих напряжений. Численная оценка влияния подобного воздействия может быть проведена путем экспериментальных исследований на образцах ПВХ мембран.

Рис. 1. Натяжение ПВХ-мембраны при действии отрицательного ветрового давления

Согласно ГОСТ [4] испытание гидроизоляционных материалов, включая полимерные, может выполняться на образцах-лопатках с шириной рабочего участка 50 мм и шириной в местах захватов 60 мм (рис. 2). Для ПВХ мембран заявляемая прочность полосы на разрыв находится в диапазоне 900–1100 Н.

Рис. 2. Стандартный образец-лопатка для испытания на разрыв

Для оценки влияния ранее описанных воздействий на прочностные и деформативные параметры гидроизоляционной ПВХ мембраны необходимо разработать программу экспериментальных исследований, включающую испытание по нескольким сценариям нагружения (рис. 3):

1. Однократное нагружение образца с доведением до разрыва.

2. Повторное нагружение нескольких серий образцов с постоянным уровнем нагружения в каждой серии и полной разгрузкой в каждом цикле. Количество циклов повторной нагрузки — три, с разрывом при последующем растяжении.

аб

Рис. 3. Схематическое представление программы экспериментальных испытания образцов-лопаток ПВХ по первому (а) и второму (б) сценарию

Испытание серии образцов материала по первому сценарию соответствует стандартному определению условной прочности гидроизоляционного материала. Значение условной прочности на разрыв σ_р в данной серии может приниматься за 100 % в дальнейших вычислениях.

Испытания серий образцов ПВХ мембраны по второму сценарию позволяет установить величину неупругих деформаций материала, накапливаемых при каждом цикле нагрузка-разгрузка, а также прочность материала после подобного нагружения. Испытание нескольких серий образцов с различной величиной нагрузки позволит установить влияние уровня повторного нагружения на прочность материала и на закономерность накопления неупругих деформаций. Различные уровни нагружения в данном случае могут быть рассмотрены как воздействия от вынужденных деформаций сложно прогнозируемой величины, а также как ветровая нагрузка, переменная для различных ветровых районов Российской Федерации. В качестве уровней нагружения материала в сериях ПВХ мембран, планируемых для испытания по второму сценарию, назначаются величины нагрузок, соответствующих 0,4σ_р, 0,5σ_р,0,6σ_р,0,7σ_р,0,9σ_р.

Таким образом, разработанная программа экспериментальных исследований гидроизоляционных ПВХ мембран позволит оценить фактические значения контролируемого параметра условной прочности материала и влияние повторных нагрузок различного уровня на прочностные и деформативные параметры.

1. Тошин Д. С., Степанов А. А., Мисько Е. А. и др. Оценка деформативности утеплителей при однократном и повторном приложении нагрузки // Юность и Знания — Гарантия Успеха — 2015: материалы 2-й Междунар. науч.-практич. конф. 01–02 октября 2015 — Курск, 2015. — Т. 2. — С. 184–188.
2. Тошин Д. С. Нелинейный расчет деформаций изгибаемых железобетонных элементов при разгрузке с применением деформационной модели: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01. Самара, 2009.
3. Тошин Д. С., Степанов А. А. Экспериментальные исследования деформативности минераловатных утеплителей при повторном приложении нагрузки // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. — 2016. — № 2 (29). –С. 90–93.
4. ГОСТ 2678–94*. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний.