Асфальтовая черепица — это тип настенной или кровельной черепицы , в которой для гидроизоляции используется асфальт . Это одно из наиболее широко используемых кровельных покрытий в Северной Америке, поскольку оно имеет относительно невысокую начальную стоимость и довольно просто в установке. [1]
Битумная черепица — американское изобретение Генри Рейнольдса из Гранд-Рапидс, штат Мичиган. [2] Впервые она была использована в 1903 году, к 1911 году стала широко использоваться в некоторых частях Соединенных Штатов, а к 1939 году было произведено 11 миллионов квадратов (100 миллионов квадратных метров) черепицы. [3] Кампания Национального совета по страхованию пожарной безопасности США по прекращению использования деревянной черепицы на крышах стала фактором, способствовавшим росту популярности битумной черепицы в 1920-х годах. [4] Предшественник этой черепицы был впервые разработан в 1893 году и назывался асфальтовой кровлей , которая была похожа на асфальтовую рулонную кровлю без поверхностных гранул. [5] В 1897 году на поверхность были добавлены гранулы сланца, чтобы сделать материал более долговечным. Были протестированы следующие типы гранул: слюда, устричные раковины, сланец, доломит, летучая зола, кремнезем и глина. В 1901 году этот материал впервые был разрезан на полосы для использования в качестве одно- и многолепестковой черепицы.
Все гонты изначально были органическими , а базовый материал, называемый войлоком , был в основном хлопчатобумажной тряпкой до 1920-х годов, когда хлопчатобумажная тряпка стала дороже и стали использоваться альтернативные материалы. Другие органические материалы, используемые в качестве войлока, включали шерсть, джут или манильскую бумагу и древесную массу. [6] В 1926 году Институт исследований и испытаний битумной черепицы совместно с Национальным бюро стандартов протестировал 22 типа экспериментальных войлоков и не обнаружил существенных различий в эксплуатационных характеристиках. В 1950-х годах для предотвращения повреждения гонтовых крыш ветром начали использоваться самоклеящиеся и наносимые вручную клеи. Стандартом проектирования было то, что самоклеящиеся полосы клея полностью приклеивались через шестнадцать часов при температуре 140 °F (60 °C). Также в 1950-х годах было проведено тестирование по использованию скоб размером 3 ⁄ 4 дюйма (19 мм) вместо кровельных гвоздей, показавшее, что они могут работать так же хорошо, как гвозди, но с шестью скобами по сравнению с четырьмя гвоздями. [3] В 1960 году были введены в эксплуатацию основания из стекловолоконных матов, но с ограниченным успехом; более легкая и гибкая стекловолоконная черепица оказалась более восприимчивой к повреждению ветром, особенно при отрицательных температурах. Более поздние поколения черепицы, изготовленной с использованием стекловолокна вместо асбеста, обеспечивали приемлемую прочность и огнестойкость. [7] Также в 1960-х годах исследования повреждений от града показали, что это происходит, когда град достигает размера более 1,5 дюйма (38 мм).
Ассоциация производителей битумной кровли (ARMA) сформировала целевую группу по сильным ветрам в 1990 году для продолжения исследований по улучшению ветроустойчивости черепицы. [8] В 1996 году было создано партнерство между членами индустрии страхования имущества США, Институтом безопасности бизнеса и жилья и Лабораторией страховщиков (UL) для создания системы классификации ударопрочности для кровельных материалов. Система, известная как UL 2218, установила национальный стандарт ударопрочности. Впоследствии страховщики предлагали сниженные страховые премии для полисов на конструкции, использующие черепицу, которые имели самую высокую классификацию ударопрочности (класс 4). В 1998 году комиссар по страхованию Техаса Элтон Бомер постановил, что Техас должен предоставлять скидки на страховые премии страхователям, которые установили крыши класса 4. [9]
Для изготовления битумной черепицы используются два типа базовых материалов: органические и стекловолоконные . Оба изготавливаются схожим образом, с пропитанной асфальтом основой, покрытой с одной или обеих сторон асфальтом или модифицированным асфальтом, открытая поверхность пропитана сланцем, сланцем, кварцем, керамическим кирпичом, камнем [6] или керамическими гранулами, а нижняя сторона обработана песком, тальком или слюдой, чтобы предотвратить прилипание черепицы друг к другу перед использованием.
Гранулы верхней поверхности блокируют ультрафиолетовый свет, который приводит к порче черепицы, обеспечивают некоторую физическую защиту асфальтового сердечника и обеспечивают цвет — более светлые оттенки предпочтительны из-за их теплоотражающей способности в солнечном климате, темные в более прохладном — из-за их поглощения. Некоторые черепицы имеют медь или другие биоциды, добавленные на поверхность, чтобы помочь предотвратить рост водорослей. Самогерметизирующиеся полосы являются стандартными на нижней стороне черепицы, чтобы обеспечить устойчивость к подъему при сильном ветре. Этот материал обычно представляет собой известняк или модифицированные летучей золой смолы, или модифицированный полимером битум. Американское общество инженеров-строителей ASTM D7158 — это стандарт, который большинство норм жилищного строительства США используют в качестве своего стандарта ветроустойчивости для большинства прерывистых кровельных покрытий с крутым уклоном (включая асфальтовую черепицу) со следующими рейтингами классов: Класс D — Пройдено при базовой скорости ветра до 90 миль в час (140 км/ч) включительно; Класс G — Пройдено при базовой скорости ветра до 120 миль в час (190 км/ч) включительно; и класс H — Пройдено при базовой скорости ветра до 150 миль в час (240 км/ч) включительно. Добавка, известная как стирол-бутадиен-стирол (СБС), иногда называемая модифицированным или прорезиненным асфальтом , иногда добавляется в асфальтовую смесь, чтобы сделать черепицу более гибкой, устойчивой к термическому растрескиванию и более устойчивой к повреждениям от ударов града. Некоторые производители используют тканевую подложку, известную как сетка, на обратной стороне черепицы, чтобы сделать ее более ударопрочной. Большинство страховых компаний предлагают скидки домовладельцам за использование черепицы с ударопрочностью класса 4. [ необходима цитата ]
Органическая черепица изготавливается с использованием базового мата из органических материалов, таких как макулатура, целлюлоза, древесное волокно или другие материалы. Он пропитывается асфальтом, чтобы сделать его водонепроницаемым, затем наносится верхний слой адгезивного асфальта, покрытый твердыми гранулами. Такая черепица содержит примерно на 40% больше асфальта на единицу площади, чем стекловолоконная черепица. Их органическое ядро делает их более подверженными пожарам, что приводит к максимальному классу огнестойкости FM "B". Они также менее хрупкие, чем стекловолоконная черепица в холодную погоду.
Ранние версии на основе древесных материалов были очень прочными и трудно рвутся, что было важным качеством до того, как на нижнюю сторону черепицы стали добавлять самоуплотняющиеся материалы, чтобы скрепить ее с нижним слоем. Кроме того, некоторые органические черепицы, произведенные до начала 1980-х годов, могут содержать асбест.
Почти все основные производители битумной черепицы прекратили производство органической черепицы в середине-конце 2000-х годов, а компания Building Products of Canada была последним производителем, выпускавшим органическую черепицу, окончательно прекратив производство в 2011 году. [10]
Стекловолоконная арматура была разработана как замена асбесту в черепице из органических матов. Черепица из стекловолокна имеет базовый слой из стекловолоконного армирующего мата, изготовленного из влажных, случайно уложенных стеклянных волокон, связанных с мочевино-формальдегидной смолой . Затем мат покрывается асфальтом, содержащим минеральные наполнители, чтобы сделать его водонепроницаемым. Такая черепица лучше противостоит огню, чем черепица с органическими/бумажными матами, что делает ее подходящей для рейтинга класса «А». Плотность поверхности обычно составляет от 1,8 до 2,3 фунтов на квадратный фут (8,8–11,2 кг/м 2 ).
Стекловолоконная черепица постепенно начала заменять органическую войлочную черепицу и к 1982 году обогнала ее по использованию. Широкомасштабные разрушения от ураганов во Флориде в 1990-х годах побудили отрасль придерживаться значения разрыва в 1700 грамм для готовой асфальтовой черепицы. [ необходима цитата ]
Согласно разделам 1507.2.1 и 1507.2.2 Международного строительного кодекса 2003 года , битумная черепица должна использоваться только на скатах крыши из двух вертикальных единиц в 12 горизонтальных единицах ( уклон 17% ) или более. Битумная черепица должна крепиться к прочно обшитым настилам. Более пологие скаты требуют асфальтовой рулонной кровли или другой кровельной обработки.
Битумная черепица поставляется в двух стандартных вариантах дизайна: архитектурная (также известная как объемная) черепица и трехлепестковая черепица. Трехлепестковая черепица по сути является плоской простой черепицей с однородной формой и размером. Она использует меньше материала и тоньше архитектурной черепицы, поэтому легче и дешевле как по материалу, так и по установке. Она также не служит так долго и не предлагает гарантий производителя, как хорошая архитектурная битумная черепица. Трехлепестковая черепица по-прежнему чаще всего устанавливается в домах с низкой стоимостью, например, в тех, которые используются в качестве арендной недвижимости. Однако ее популярность снижается в пользу архитектурного стиля. Объемная или архитектурная черепица толще и прочнее, различается по форме и размеру и предлагает большую эстетическую привлекательность; отбрасывая более четкие, случайные линии тени, лучше имитирует внешний вид традиционных кровельных материалов, таких как деревянная черепица. [7] Результатом является более естественный, традиционный вид. Хотя они и дороже в установке, они поставляются с более длительной гарантией производителя, иногда до 50 лет - как правило, пропорционально, поскольку практически все крыши из битумной черепицы заменяются до того, как может наступить такой срок годности. В то время как трехлепестковая черепица обычно требует замены через 15–18 лет, Dimensional обычно служит 24–30 лет.
Битумная черепица обладает различными свойствами, которые помогают ей выдерживать повреждения и обесцвечивание, вызванные ветром, градом или пожаром.
Черепица, как правило, служит дольше, если погода остается постоянной, либо постоянно теплой, либо постоянно прохладной. Тепловой шок может повредить черепицу, когда температура окружающей среды резко меняется в течение очень короткого периода времени. [ необходима ссылка ] «Эксперименты... отметили, что основной причиной старения битумной черепицы является тепловая нагрузка». [5] Со временем асфальт окисляется и становится хрупким. Ориентация крыши и вентиляция могут продлить срок службы крыши за счет снижения температуры. [13] Черепицу не следует укладывать, когда температура ниже 10 °C (50 °F), так как каждая черепица должна герметизировать слой под ней, чтобы сформировать монолитную структуру. Нижележащий открытый асфальт должен быть размягчен солнечным светом и теплом, чтобы сформировать надлежащее сцепление.
Защитные свойства битумной черепицы в первую очередь обусловлены длинноцепочечными углеводородами, пропитывающими бумагу. Со временем под палящим солнцем углеводороды размягчаются, а когда идет дождь, углеводороды постепенно вымываются из черепицы и попадают на землю [ требуется ссылка ] . Вдоль карнизов и сложных линий крыш направляется больше воды, поэтому в этих областях потери происходят быстрее. В конечном итоге потеря тяжелых масел приводит к усадке волокон, обнажая шляпки гвоздей под клапанами черепицы. Усадка также разрушает поверхностное покрытие из песка, прилипшего к поверхности бумаги, и в конечном итоге заставляет бумагу рваться. Как только шляпки гвоздей обнажаются, вода, стекающая по крыше, может просочиться в здание вокруг стержня гвоздя, что приводит к гниению строительных материалов крыши и повреждению влагой потолков и краски внутри.
Циклы влажных и сухих условий окружающей среды, а также органические наросты, такие как водоросли и листоватые лишайники , а также древесный мусор, который остается на черепице, вызовут преждевременное ухудшение состояния в результате как химических, так и физических процессов. [4] [14] Регулярно проводимое физическое удаление мусора и физическое или химическое удаление органического нароста (например, с помощью сульфата меди, хлорида цинка или другого раствора, аккуратно нанесенного и тщательно промытого), может продлить срок службы битумных кровельных материалов. [4] Рост водорослей и мха можно предотвратить, установив цинковые или медные полосы или проволоку на коньке и каждые четыре-шесть футов вниз по крыше; рост черных водорослей можно удалить с помощью отбеливающего раствора. [4] [15]
Согласно исследованию, проведенному в 2007 году для Агентства по охране окружающей среды США (EPA), в Соединенных Штатах ежегодно образуется около 11 миллионов коротких тонн (10,0 Мт) отходов битумной черепицы, при этом наиболее распространенным методом утилизации является захоронение на свалках . [16] Однако отходы битумной черепицы можно перерабатывать.
Переработанные асфальтовые черепицы (RAS) можно разбить и включить в асфальтобетонные смеси, которые используются для формирования тротуаров и дорожных покрытий. RAS являются привлекательным компонентом в переработанных асфальтобетонных смесях, в первую очередь из-за их относительно высокого содержания асфальтового цемента, [17] который действует как связующий элемент в асфальтобетоне. [18]
Существует два вида RAS: черепица после производства, которая утилизируется из заводских отходов, и черепица после потребления, которая утилизируется по окончании срока службы (также называемая «отрывной частью»). [19] Большая часть отходов битумной черепицы является отходы потребления. [16] RAS после потребления имеют меньше привлекательных свойств для переработки, в первую очередь потому, что компонент асфальтового цемента в черепице естественным образом затвердевает в течение срока службы, что приводит к более высокой жесткости, температуре плавления и восприимчивости к усталостному растрескиванию. [17] [19] RAS после потребления также требуют дополнительной обработки, такой как удаление гвоздей и других металлических отходов с помощью магнитного сита. [19]
Переработанные асфальтобетонные смеси могут содержать постпроизводственные и/или постпотребительские RAS, при условии, что качество асфальтобетонного связующего доступно и учтено. Старые связующие обычно объединяются с мягким первичным асфальтобетонным связующим и/или восстанавливающими добавками для получения связующего, которое является пригодным для обработки и устойчивым к усталостному растрескиванию. [17] [19] Стандартная практика для оценки качества связующего в RAS и смешивания его с первичным связующим была установлена Американской ассоциацией государственных должностных лиц автомагистралей и транспорта (AASHTO). [20] Было показано, что при объединении RAS связующего с низкосортным первичным связующим оно обеспечивает некоторые полезные свойства, такие как повышенная устойчивость к образованию колеи. [16] [17]
В 2019 году асфальтобетонные заводы приняли около 1,1 млн тонн RAS . Из них около 423 тыс. тонн были предварительно обработаны, 334 тыс. тонн были необработанной черепицей после производства и 277 тыс. тонн были необработанной черепицей после потребления. [21]
Использование RAS в переработанных асфальтобетонных смесях полностью запрещено в 10 штатах, и большинство штатов, которые разрешают использование RAS, ограничивают его определенными секторами и типами дорожного покрытия. [21] Основной причиной ограничений на использование RAS является редкое присутствие асбеста в битумной черепице, произведенной до начала 1980-х годов. [16] Хотя срок службы типичной битумной черепицы составляет приблизительно 25 лет, [19] сохраняются опасения из-за практики укладки слоев новой установленной черепицы поверх старой. [16]
Помимо черепицы, асбест также был обнаружен в войлочной бумаге, рулонной кровле, кровельных красках/покрытиях, замазках и мастике, все из которых могут присутствовать в отходах потребительской черепицы, принимаемых асфальтобетонными заводами. [16] Тем не менее, испытания показали, что процент асбестсодержащей пост-потребительской черепицы низок. Исследование 2007 года более 27 000 образцов, протестированных на 9 различных предприятиях, обнаружило асбест менее чем в 1,6% образцов. [16]
Национальная ассоциация асфальтовых покрытий продолжает рекомендовать проводить проверку всех отходов, использованных потребителем, на предмет содержания асбеста, а также наличие плана управления асбестом на всех предприятиях по переработке. [22]
Асфальт также естественным образом содержит полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые могут вымываться из запасов RAS или выделяться при нагревании RAS. [16] Некоторые ПАУ являются канцерогенными и могут представлять опасность для рабочих. Переработка RAS может привести к выбросам ПАУ, однако нет никаких доказательств того, что выбросы ПАУ ниже, когда вместо RAS используется первичный асфальт. [16]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )доступ 12/20/2013{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )