Сравнение HDPE, PVC, TPO, EPDM и битумно-полимерных мембран

В околопрофессиональной среде нередко возникает вопрос: какая гидроизоляционная мембрана является лучшей? С инженерной точки зрения вопрос поставлен не корректно: универсального материала не существует.

Каждая полимерная композиция или мембрана создавалась для определенного режима работы, и её свойства в конструкции определяются не только химическим составом, но и механикой конструкции, способом монтажа и условиями эксплуатации.

При выборе гидроизоляции необходимо учитывать не только водонепроницаемость материала, но и его модуль упругости, устойчивость к длительным нагрузкам, химическую стойкость, технологию соединения полотен или создания покрытия, долговечность, ремонтопригодность и характер взаимодействия с конструкцией здания.

Пример: от полного сцепления с поверхностью - до скольжения, таков ассортимент средств в гидроизоляции. Мембрана может быть закреплена не полностью, а в точках крепления. Наносимое распылением гидроизоляционное покрытие не сможет выдержать широкого диапазона движений от нагрева конструкций из разных материалов. Выбирают один тип гидроизоляционного покрытия, реже сочетают несколько, например - при ремонте.

Один и тот же материал может быть оптимальным для кровли, но совершенно не подходить для заглубленного сооружения, и наоборот. Для гидроизоляции в бетоне и грунте могут подойти материалы, которым не нужна стойкость к УФ излучению Солнца.

Полиэтилен высокой плотности (HDPE, ПЭВП) отличается самым высоким модулем упругости среди большинства рулонных гидроизоляционных мембран. Благодаря высокой степени кристалличности материал обладает значительной прочностью на прокол, продавливание и истирание. Листы HDPE от 1 мм между собой соединяются сваркой, но требуется специальное оборудование и навыки монтажника. Иногда для соединения тонких мембран применяют двустороннюю бутилкаучуковую ленту.

После обратной засыпки грунтом или бетонирования мембрана работает не как гибкая пленка, а как жесткий защитный экран. Она практически не изменяет геометрию под действием гидростатического давления, хорошо распределяет локальные нагрузки и защищает гидроизоляционный слой от механических повреждений.

Второе важное преимущество HDPE - отсутствие пластификаторов. В процессе эксплуатации материал практически не меняет своих механических характеристик, поскольку внутри полимера отсутствуют низкомолекулярные компоненты, способные мигрировать наружу.

Третья особенность - HDPE полиэтилен не едят бактерии и грибки, сквозь него не прорастают корни. Толщина в 1мм непреодолима для биоразнообразия, если нет повреждений. Допустим, применили материал недостаточной толщины, и в грунте есть острые камни, или стыки листов имеют непроклеенные участки, корни могут пробиться, гидроизоляции конец. HDPE мембраны в 1-2 мм устойчивы к зубам грызунов на плоскости. Но если есть риски, мембрану засыпают песком или покрывают сеткой от грызунов в местах, где риск повреждения грызунами выше. Чтобы защитить от подвижек в грунте, требуются особые приемы - устройство складок и защита геотекстилем.

Зная условия работы мембраны и угрозы (переменная температура, подвижки грунта, оседание фундамента, наличие крупных деревьев, опасность грызунов), проектировщик может избежать ошибок в проектном решении: ошибки также отслеживает строительный контроль.

HDPE мембраны распространены не так широко, как обмазочные технологии, но имеют значительный потенциал, это один из из наиболее долговечных материалов для гидроизоляции фундаментных плит, подземных паркингов, тоннелей, очистных сооружений, резервуаров и других сооружений, где срок службы гидроизоляции должен соответствовать сроку службы самого объекта.

Поливинилхлоридные мембраны (PVC) относятся к совершенно другому классу материалов.

Сам поливинилхлорид представляет собой достаточно жесткий полимер, однако в строительных мембранах применяются специальные пластификаторы, благодаря которым материал становится мягким, эластичным и удобным при монтаже.

PVC мембраны легко свариваются горячим воздухом, хорошо повторяют сложную геометрию поверхности и сохраняют гибкость даже при отрицательных температурах. Благодаря этому они получили широкое распространение на плоских кровлях, стилобатах и инженерных сооружениях со сложной конфигурацией.

Однако наличие пластификаторов имеет и обратную сторону. В течение десятилетий часть низкомолекулярных соединений постепенно мигрирует к поверхности материала и улетучивается. Этот процесс зависит от температуры, солнечного излучения, контакта с некоторыми веществами и условий эксплуатации. В результате мембрана постепенно становится более жесткой, что может снижать ее способность воспринимать деформации конструкции. Мембрана на кровле, открытая солнцу, постареет куда быстрее, чем запертая внутри бетона в тоннеле или цоколе здания.

Современные высококачественные PVC мембраны значительно превосходят материалы предыдущих поколений по долговечности, однако в конструкциях, где гидроизоляция должна оставаться неизменной на протяжении многих десятилетий без возможности ремонта, проектировщики нередко предпочитают материалы без пластификаторов.

Термопластичные полиолефины, из которых производят TPO мембраны появились позже HDPE и PVC мембран и фактически превзошли преимущества обоих материалов.

В отличие от PVC, TPO не содержит пластификаторов, поэтому отсутствует проблема их миграции и постепенного старения материала. Одновременно мембраны значительно более эластичны, чем классический HDPE. Но TPO значительно менее гибкие и эластичные, чем EPDM мембраны.

По химической природе TPO представляет собой композицию полипропилена, полиэтилена и специальных эластомерных компонентов, благодаря чему достигается удачный баланс между прочностью, гибкостью и атмосферостойкостью.

TPO мембраны хорошо переносят ультрафиолетовое излучение, сохраняют стабильность цвета, обладают высокой стойкостью к атмосферному старению и также соединяются термосваркой.

TPO считается одним из наиболее перспективных материалов для устройства плоских кровель крупных зданий с длительным сроком службы. Этот материал обладает преимуществами для необслуживаемой кровли.

Если HDPE это прочный инженерный пластик, то EPDM по своим механическим свойствам ближе к синтетической резине.

Этилен-пропилен-диеновый каучук EPDM обладает исключительно высокой эластичностью. Относительное удлинение материала может превышать 500 %, а после снятия нагрузки мембрана практически полностью возвращается к первоначальным размерам.

Такие свойства делают EPDM практически незаменимым при гидроизоляции конструкций, испытывающих значительные температурные деформации, вибрации или подвижки основания. Или, например, переменные ветровые нагрузки, которые упруго деформируют конструкцию. Или дно пруда, который замерзает зимой.

Кроме высокой эластичности, EPDM отличается превосходной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, озону и атмосферному старению. Именно поэтому срок службы качественных EPDM-мембран на открытых кровлях может исчисляться несколькими десятилетиями.

Классический EPDM традиционно соединяется клеевыми лентами, вулканизирующимися составами или специальными адгезивами.

Есть современные мембраны EPDM, которые можно сваривать. Lasttika производит свариваемые EPDM мембраны. Этой возможности инженеры химики добились модификацией состава мембраны. Как правило, EPDM модифицируют TPO. При определенном соотношении такой материал сочетает гибкость и эластичность EPDM, и он может плавиться, сохраняя свойства каучука. С применением автоматов для сварки кровли получается прочный надежный шов.

Битумно-полимерные рулонные материалы продолжают оставаться наиболее распространенной системой гидроизоляции, благодаря относительно невысокой стоимости, доступности оборудования и большому количеству квалифицированных для этих материалов подрядчиков.

Современные мембраны изготавливаются на основе модифицированного битума с добавлением полимеров SBS или APP, что значительно повышает их гибкость, теплостойкость и долговечность по сравнению с традиционным строительным битумом.

SBS, СБС-модифицированный, стирол-бутадиен-стирол, это каучук, придающий бОльшую эластичность битуму.

APP, АПП-модифицированный, атактический полипропилен, с беспорядочной структурой молекулы - липкий или пластичный термопласт, уменьшающий текучесть битума.

Главным преимуществом битумных систем является простота локального ремонта. При механическом повреждении дефект можно устранить без замены значительной площади покрытия.

Однако следует учитывать, что битум представляет собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов, постепенно подвергающуюся окислению. Со временем материал теряет пластичность, увеличивается его хрупкость, а многократные температурные циклы ускоряют процессы старения. Кроме того, битумные покрытия более чувствительны к воздействию некоторых микроорганизмов и прорастанию корневых систем деревьев при наличии дефектов.

А дефекты в битумных и битум-полимерных материалах инициируются циклами замерзания-размораживания воды в трещинках и порах материала. Полиэтилен, TPO, PVC и EPDM мембраны лишены этих пор и трещинок, с которых начинается деградация битум-содержащих гидроизоляционных материалов.

Битумные материалы обладают свойством залечивания трещин при нагреве кровли. Но эти свойства ограничены: на поверхности материала трещины затягиваются плохо из-за запыления и окисления. APP-модифицированный хуже самозалечивается, нагрев кровли обычно недостаточен. Это свойство битумного покрытия позволяет залечить кровлю локальным контролируемым нагревом, но эта работа достаточно затратная.

При строительстве сооружений, где ремонт гидроизоляции возможен без значительных затрат, битумно-полимерные системы остаются рациональным решением. Если же доступ к гидроизоляции после завершения строительства будет практически невозможен, проектировщики все чаще выбирают полимерные мембраны с прогнозируемым сроком службы, сопоставимым с ресурсом самого сооружения. Даже несмотря на более высокую стоимость и материала, и монтажа.

Особняком стоит выделить полимерные мембраны, получаемые «на поверхности» - мембрана создается путем распыления полимеризующегося материала на подготовленное основание кровли. В этом случае мембрана получается жестко соединенной с основанием. Основание при этом должно быть однородным, так как любые подвижки и смещения могут привести к образованию трещин.

Для упрочнения слоя применяют слой геоматериала, который пропитывается жидкой резиной, фактический результат - это армированная мембрана. Как правило, жидкая резина - это составы на основе полиуретана и битум-полиуретановые составы.

Полимочевина образует более прочное и жесткое покрытие.

Нанесение мембран из жидкой полимеризующейся резины применяют на плоских ж/б кровлях, которые работают как единое целое, не содержат движущихся элементов - отдельных металлических ферм или плит из сборного железобетона. Невероятно высокая скорость и эффективность выполнения работ - неоспоримое преимущество кровли на основе жидкой резины
Вторая область применения мембран, наносимых распылением - ремонт кровли и частное малоэтажное строительство.

Какой материал выбрать?

Если сравнивать материалы не по стоимости, а по их инженерному назначению, становится очевидно, что каждый из них занимает собственную область применения.

HDPE обеспечивает максимальную механическую защиту, высокую химическую стойкость и долговечность в подземных конструкциях. Это один из лучших вариантов для фундаментных плит, тоннелей, резервуаров, подземных паркингов и сооружений, где гидроизоляция должна прослужить без ремонта весь жизненный цикл здания.

PVC отличается высокой технологичностью, хорошей свариваемостью и способностью повторять сложную геометрию, благодаря чему широко применяется на кровлях и инженерных сооружениях.

TPO сочетает преимущества полиолефинов и эластомеров, обеспечивая хорошую атмосферостойкость, отсутствие мигрирующих пластификаторов и высокую долговечность при эксплуатации на открытом воздухе и Солнце.

EPDM остается одним из лучших материалов для объектов с большими температурными и деформационными перемещениями конструкций, благодаря исключительной эластичности и устойчивости к ультрафиолету.

Битумно-полимерные мембраны сохраняют свои позиции благодаря доступности, простоте ремонта и отработанной технологии монтажа, однако по ожидаемому сроку службы и стабильности свойств в наиболее ответственных подземных конструкциях современные полимерные мембраны во многих случаях имеют неоспоримое преимущество.

Жидкие резины на основе полиуретана применяют по плоским железобетонным кровлям, работающим как единое целое. В любом случае, решение за закачиками и проектировщиками.

Изменились не материалы, изменились сами здания

Было бы неправильно утверждать, что полимерные мембраны пришли на смену битумной гидроизоляции потому, что битум оказался «плохим» материалом. На протяжении десятилетий битумные и битумно-полимерные системы успешно защищали миллионы зданий и продолжают широко применяться сегодня.

Битум очищают и модифицируют полимерами для улучшения качества, формируя линейку материалов от эконом- до премиум-, с самым высоким содержанием добавок. То есть битум жив и развивается.

Но неконтролируемый нагрев при монтаже с применением открытого огня ухудшает как пожарную безопасность работ, так и результат. Перегретый материал теряет свои свойства. При монтаже мембран PVC TPO EPDM и HDPE используются автоматы с контролируемым нагревом, для битум-полимерных материалов традиционно используется нагрев пропановой горелкой, она в 2 раза, если считать в градусах Цельсия, "горячее" строительного фена. Битум легче перегреть, что приводит к образованию пор и пузырей - это резко ускорят старение покрытия в целом. На кровле такие места впоследствии обнаруживаются и ремонтируются, это не дорого, но сейчас изменились строительные объекты и требования к их эксплуатации. Современные здания стали значительно сложнее и дороже.

Подземные этажи и этажи под кровлей перестали быть исключительно техническими помещениями, в них располагаются многоуровневые паркинги, торговые пространства, серверные, инженерные центры, архивы, медицинские учреждения и помещения с дорогостоящим оборудованием. Требования к кровле становятся жестче.

Одновременно возросла стоимость земельных участков, плотность городской застройки, и требуется больше этажей вглубь, значит больше глубина котлованов, что приводит к увеличению гидростатического давления на подземные конструкции.

Еще одно принципиальное изменение связано с жизненным циклом сооружений. Если раньше капитальный ремонт здания через несколько десятилетий считался естественной частью его эксплуатации, то современные объекты проектируются с расчетным сроком службы 50, 75 и даже 100 лет. HDPE мембраны Lasttika для подземной части легко выдерживают такой срок при условии правильного проектирования и монтажа. EPDM и TPO - также обеспечивают длительные сроки службы на кровле, до 50-ти лет.

Отметим, наружная гидроизоляция подземной части здания после завершения строительства становится практически недоступной: чтобы добраться до нее с целью ремонта, необходимо демонтировать благоустройство, вскрыть дорожные покрытия, разрабатывать грунт, а иногда временно выводить из эксплуатации часть здания. В результате стоимость устранения небольшой протечки в подземной части может оказаться на порядок выше стоимости первоначального устройства гидроизоляции.

Технологии ремонта протечек туннелей, подвалов, парковок под землей - инъектирование полиуретановых и эпоксидных материалов. Но ремонт гидроизоляции подземного сооружения с применением инъектирования, это не 100% надежность, технология очень требовательная и не всегда реализуема.
Со временем изменился сам подход к проектированию. Если раньше главным критерием часто являлась стоимость материалов и работ на этапе строительства, то сегодня инженеры все чаще оценивают полную стоимость жизненного цикла конструкции.

Предпочтение получают решения, которые позволяют максимально снизить вероятность отказа гидроизоляции, даже если их первоначальная стоимость выше. Именно этим объясняется растущий интерес к полимерным мембранам, не как к замене битума любой ценой, а как к материалам, лучше соответствующим требованиям современного строительства, где надежность и долговечность приобретают решающее значение.

Эволюция гидроизоляции очень похожа на эволюцию трубопроводов. Когда-то стальные трубы были стандартом, затем их постепенно заменили полимерные (PEX, PE100, PP-R). Не потому, что сталь перестала выполнять свою функцию, а потому, что новые материалы обеспечивали более длительный ресурс, меньшие эксплуатационные затраты и лучшую прогнозируемость свойств. С гидроизоляцией происходит похожий процесс: меняется не столько материал, сколько инженерная философия, от ремонта после отказа к проектированию системы, рассчитанной на весь срок службы сооружения.