Лаборатория кровельных технологий
научно-информационный сайт о кровле

Технология приклеивания битумных материалов горелочными устройствами

Применение горелок при работе на кровле самый распространенный метод наклейки битумных материалов. И причина самой распространенной беды плоских кровель – их ранний выход из строя.
Очень часто всю вину кровельщики стараются переложить на применяемые материалы. Производители битумных рулонных материалов в настоящее время обеспечивают высокое качество своей продукции и очень редкий случай, когда кровля выходит из строя по вине материала. Хотя и существует вариант преднамеренного выбора материала, который сам по себе имеет высокое качество, но из практики гарантированно быстро выйдет из строя. Это материалы на стеклохолсте, имеющего невысокую прочность. Во многих кровельных покрытиях они за пару лет рвутся (растрескиваются) прямо на кровле из-за низкой прочности основы материала – стеклохолста. Но это частный случай выбора материала. В европейских нормах эти материалы относятся к группе вспомогательных материалов, максимум для дополнительных слоев кровельного ковра.
А что же происходит с остальными материалами с прочной основой из полиэстера и стеклоткани?
Ответ прост, но неприятен строителям – применение горелочных устройств с открытым пламенем (обычных кровельных горелок).
Их применение и порождает постоянные конфликты между заказчиком и подрядчиком. Заказчик хочет получить долговечную кровлю, оплачивая значительные суммы за кровельный материал и выполняемые кровельные работы. Подрядчик зарабатывает на кровельных работах, применяя дешевую технологию, но при этом сжигая дорогой кровельный материал, резко снижая заявленный срок его службы на кровле.
Многие зададут вопрос, почему сжигают? Ответ очевиден, если рассмотреть свойства материалов и физику процессов. Кровельные нефтяные битумы являются горючими веществами с температурой вспышки 240—300 град.С. Минимальная температура самовоспламенения — 300 град.С. Битуминозные материалы при температуре, превышающей 300 град.С, разлагаются, превращаясь в асфальтены. И самый важный момент – температура пламени горелочных устройств. В различных источниках приводится температура пламени 600-800 град.С, а верно ли это? Проведем простой эксперимент: внесем в пламя горелки стальную проволоку и по цвету нагрева определим температуру нагрева, т.е. опосредованно определим температуру пламени. Не сложно нагреть метал до красного и даже желтого свечения, а это по таблице нагрева металлов это уже близко к 1000 град.С и даже выше. На рис. 3 приведены изотермы теплового потока до 1250 град.С. Итог: применение горелочных устройств приводит к выгоранию и разрушению полотнища кровельного материала со стороны склеиваемого слоя, что значительно снижает долговечность службы кровельного покрытия.
Соответственно, если заказчик кровельных работ допускает на свое здание строителей, использующих кровельные горелки, то он заранее закладывает в свою кровлю преждевременный выход из строя.
Ниже приводится техническое описание особенностей данного метода.
С появлением первых кровельных рулонных материалов с заранее нанесенным слоем клеящей мастики, возник вопрос о рациональном способе приклеивания этих материалов. Наиболее простым и доступным выглядел способ подплавления клеящего слоя, используя открытый огонь горелочных устройств.
Первые материалы имели небольшую толщину покровного слоя мастики – 0,7 мм (материал «Маструм»), которая под воздействием открытого пламени горелочных устройств очень быстро разрушалась. Срок службы этих материалов после наклейки огневым способом составлял около года. (Для сравнения: при наклейке этих же материалов растворителями, срок службы кровельного ковра увеличивался до 5 лет и более.) В 70-х – 80-х годах ХХ века воздействие открытого огня на наплавляемые материалы было тщательно изучено, и описаны все процессы, происходящие в наклеиваемом рулонном материале. Так были определены факторы, оказывающие влияние на качество приклеивания материалов: температура разогрева поверхности материала и температура основания; глубина разогрева поверхностного слоя материала; температура материала и температура воздуха; равномерность разогрева поверхности основания; подготовка склеиваемых поверхностей; удельное давление прикатки; максимальное время между окончанием нагрева поверхностей и их прижатием (прикаткой); время нагрева поверхностей; температура пламени.
В общих чертах, при условии контакта открытого огня с наклеиваемым материалом, процесс нагрева поверхности наплавляемого материала изображен на рис. 1.
Более детальные исследования распределения температур внутри материала не описывают характера процессов, происходящих на их поверхности (рис. 2). Построение графика начинается с глубины покровного слоя 0,3 мм. До этой глубины материал выгорает.
Наиболее распространенной однорожковой газовой горелкой сложно добиться равномерного нагрева поверхности наклеиваемого материала. В зависимости от типа горелки, на поверхности материала на расстоянии 10 см от оси открытого пламени разность температур подплавляемого слоя может составлять 60-100 град.С (рис. 3).
Лабораторные исследования физико-механических показателей наплавляемых материалов до и после наклеивания горелочными устройствами показали, что характеристики этих материалов ухудшаются до 2-3 раз. Следовательно, уменьшается и срок службы этих материалов, а слой материала, подвергшийся воздействию высоких температур, является в дальнейшем катализатором процессов разрушения материалов. При этом следует отметить, что разрушается в первую очередь приклеиваемый слой рулонного материала.
При использовании горелочных устройств, качество наклейки также зависит и от квалификации кровельщиков и их внимания. В течение дня на это оказывает влияние усталость рабочих. При работе горелочными устройствами в подавляющем большинстве случаев не выполняется прикатка материалов. Это в значительной мере ухудшает качество работ. По определенным в процессе исследований требованиям, прикатка не должна отставать от процесса окончания нагрева материалов более чем на 5 сек., удельное давление прикатки должно составлять 0,05 МН/м2. Качество выполнения работ особенно при низких значениях температуры воздуха (работа зимой) ухудшается из-за неравномерности нагрева поверхности материалов однорожковыми горелочными устройствами (что исключено при использовании электрического оборудования инфракрасного излучения).
Из вышесказанного следует, что воздействие открытого огня оказывает отрицательное влияние на свойства наклеиваемых материалов и уменьшает срок службы этих материалов на кровле в 2-3 раза. По этой причине постоянно велись поиски альтернативных способов приклеивания наплавляемых материалов. Был разработан «холодный» способ наклейки с использованием растворителей, велись поиски использования инфракрасного излучения и др. методы.
При использовании горелочных устройств было выработаны меры, снижающие разрушающий характер воздействия открытого огня:
- применение дорогих материалов с высоким содержанием полимерных добавок и общей толщиной полотнища материала не менее 4,5-5 мм;
- использование многорожковых горелочных устройств;
- разработка горелочных устройств, подающих в зону горения сжатый воздух (что снизило температуру пламени и увеличило процент конвекционного нагрева поверхности материалов горячим воздухом).
Многолетние практические обследования плоских рулонных кровель лабораторией кровельных работ ЦНИИОМТП привели к выводу, что отступление от целого ряда факторов, технологических приемов, незнание свойств рулонных материалов и технологий выполнения отдельных конструктивных элементов кровли приводит к тому, что через 3-5 лет 70-80% кровель, выполненных с применением горелочных устройств, выходят из строя, а применение других технологий резко повышает долговечность выполненной кровли.

Некоторые особенности работы горелкой

На многих учебных видео можно увидеть приемы работы с горелочными устройствами. В большинстве случаев пламя горелки направляется непосредственно на наплавляемый материал.
Рассмотрим физику процесса наплавления битумного материала. Начнем с небольшого отступления, что в немецком учебнике "Изоляция плоских кровель" Ханс Петер Айзерло имеется указание на то, что горелочными устройствами с открытым пламенем допускается наклеивать материалы толщиной 4 мм и более. Причины таких указаний можно найти в статье выше.
Итак, при наплавлении полотнища битумного материала участвуют две поверхности: основание и кровельный материал. Теплоемкость их отличается значительно. Теплоемкость основания кровли всегда превосходит теплоемкость кровельного материала, а следовательно, для более равномерного нагрева обеих поверхностей необходимо пламя горелки направлять на основание перед рулоном. Наплавляемый материал желательно прогревать отраженным от основания пламенем, перемешанным с воздухом. Это позволяет снизить возможный пережог и разрушение кровельных материалов. При такой методике температуры склеиваемых поверхностей максимально уравниваются, а на качество склеивания, кроме прочих факторов, оказывают значительное влияние температура нагрева основания и наплавляемого материала.
В противном случае, при нагреве непосредственно наплавляемого битумного материала, основание кровли недостаточно прогревается. Наплавляемый материал с нагретым наплавляемым слоем укладывается на относительно холодное основание, и разогретый битумный слой материала быстро застывает пленкой на поверхности основания, не успевая пропитать ее. Это значительно ухудшает адгезию кровельных материалов, но увеличивает скорость наклеивания кровельных материалов. 
Дальнейшим развитием горелочных устройств стало появление двухконтурных пропановых горелок с принудительной подачей сжатого воздуха (рис. 4). При такой конструкции горелки пламя смешивается со сжатым воздухом, и его температура уменьшается, что значительно уменьшает пережог битумных материалов и увеличивает срок службы кровли. Дополнительным достоинством этой горелки является сокращение расхода пропана до 7 раз на единицу площади кровли.