НОВОСТИ
21.06.2012Открытое письмо. Внимание !!!
08.12.2017Вышел 182-й номер газеты «Plastinfo. Полимерный бизнес»: «Индустрия 4.0» в полимерном производстве
08.12.2017PET Technologies поставила 5-й автомат выдува ПЭТ-тары для Khoramshahr
08.12.2017UMATEX Group запустила опытную линию получения углеродного волокна
далее >>
СТАТЬИ
21.09.2017Нужен ли пожарный сертификат на ППС?
13.10.2011Европейская тенденция повышения теплозащиты зданий: как она реализуется в России?
17.06.2011Научный взгляд на пенополистирол
далее >>

Контактная информация

Телефон:
(347) 233-62-05, 233-35-39

Факс:
(347) 284-15-45

Адрес: 450104, г. Уфа,
ул. Российская, 33/4

Статьи
Статьи

Вопросы эксплуатационной надежности систем фасадной теплоизоляции (часть 1)

В.В. БАБКОВ, д-р техн. наук, А.М. ГАЙСИН, канд. техн. наук, Р.С. КИЛЬДИ-БАЕВ (Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа), Г.С. КОЛЕСНИК, канд. техн. наук, Д.А. СИНИЦИН, канд. техн. наук, Р.З. КАРНАЕВА (ГУП институт БашНИИстрой, г. Уфа), А.А. АНАНЕНКО, д-р техн. наук (Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск), З. ЗАПУШЕК, Е.В.МОРОЗОВА, канд. хим. наук (ТСК Баумит, г. Санкт-Петербург).  

Фасадная теплоизоляция с оштукатуриванием по сетке применяется в странах Европы (Германия, Австрия, Швейцария и др.) уже 50 лет [1]. В России и Республике Башкортостан фасадные системы этого типа стали применяться с середины 90-х гг., а массовое распространение получили в последние годы. На настоящий момент в Республике Башкортостан с применением фасадной теплоизоляции возведено и реконструировано более 150 крупных объектов и порядка 300 коттеджей.

 

Ключевым моментом в обеспечении эксплуатационной надёжности и долговечности системы фасадной теплоизоляции является стойкость фасадной штукатурки к действию усадки и ряда атмосферных факторов.

Практика показывает, что использовать в качестве штукатурного покрытия по утеплителю бездобавочные цементно-песчаные растворы в неармированном варианте не следует, т.к. данный вид штукатурки не обеспечивает необходимой трещиностойкости. Для этой цели рекомендуется применение отделочных систем на основе тонких многослойных декоративно-защитных штукатурных покрытий толщиной 7-9 мм на минеральной или полимерной основе, армированных щёлочестойкой стеклотканевой сеткой.

В настоящее время в Республике Башкортостан фасадные системы этого типа и, в первую очередь, система «Baumit» (Австрия), получили широкое распространение в ряду других наружных теплоэффективных стен [2].

Помимо наружных стен бескаркасных зданий на основе штучных стеновых материалов, системы фасадной теплоизоляции сегодня широко применяются в каркасно-монолитных зданиях для наружной отделки самонесущей стены-заполнения, выполненной из силикатного или керамического кирпича, монолитного железобетона либо из других стеновых материалов. Благодаря небольшой массе, система утепления не создаёт значительной дополнительной нагрузки на стену-заполнение, к которой она крепится, и которая сама обычно не обладает высокой несущей способностью в силу относительной тонкостенности. Незначительна анкерная нагрузка, передаваемая через дюбели на кладку стены. Названные факторы делают фасадную теплоизоляцию одним из наиболее рациональных способов для наружной теплоизоляции и отделки каркасно-монолитных зданий.

Наряду с новым строительством, другое важное направление использования систем фасадной теплоизоляции – санация панельных и кирпичных жилых домов массовых серий постройки 50-80-х годов, начальный опыт которой имеется в г. Уфе. Реконструирован с утеплением фасадов многоподъездный 5-этажный жилой дом в районе Центрального рынка, выполнено утепление панельного 9-этажного жилого дома по ул. Российской, 169, реализована реконструкция 4-этажного общежития по ул. М. Пинского, 7, надстройка двух этажей жилого 5-этажного панельного дома по Проспекту Октября, 106/3 с утеплением фасадов по системе фасадной теплоизоляции с последующей реализацией этого проекта ещё на нескольких 5-этажных домах в этом квартале.

Одним из важных преимуществ систем фасадной теплоизоляции является их достаточно высокая ремонтопригодность. Теплоэффективная стена в этом случае состоит из двух разных по долговечности элементов: внутреннего несущего слоя из кирпича или железобетона и собственно системы фасадной теплоизоляции. Учитывая, что долговечность внутреннего слоя стены, эксплуатирующегося в благоприятных условиях, высокая и составляет более 100 лет, даже после возможного полного разрушения (отказа) фасадной теплоизоляции через 50-60 лет эксплуатации возможно её демонтировать и выполнить вновь. Возможен также ремонт и восстановление фасадной системы в случае отказа одного из входящих в её состав элементов (таблица 1).

 

Таблица 1.

 

№№

Наименование элемента стены

Факторы, оказывающие влияние на эксплуатационную надёжность и долговечность отдельных элементов системы

Безотказность (сохранение работоспособности) до проведения капитального ремонта

Ремонтопригодность

Степень доступности для наблюдения за состоянием и обнаружения отказов

Возможность устранения дефектов путём технического обслуживания и проведения ремонта (по 5-бальной шкале)

1

2

3

4

5

6

1

Внутренний несущий слой:

-керамический кирпич

-силикатный кирпич

-вибропрессованные бетонные блоки

-железобетон

Физическое старение и деструкция материала, растянутые во времени в силу благоприятных эксплуатационных условий

 

 

Более 100 лет

Более 80 лет

 

Более 100 лет

Более 100 лет

 

 

 

 

Высокая

 

Практически не требует ремонта в течение всего

срока службы

2

Теплоизоляционный слой на основе:

-пенополистирола беспрессового фасадного (средней плотностью около 25 кг/м3)

-базальтоволоконных плит на синтетическом связующем повышенной плотности 120-180 кг/м3

-стекловолоконных плит на синтетическом связующем повышенной плотности

 

 

Физическое старение полимеров, в т.ч. синтетических связующих в минераловатных плитах; поверхностное раз-мораживание пенополистирола при отказе гидрозащитных штукатурок.

 

 

60-80 (в зависимости от надёжности гидроизоляционной защиты)

 

60 и более

 

 

60 и более

 

 

 

Высокая

 

 

 

 

4

3

Гидрозащитное покрытие в виде штукатурного базового слоя, армированного синтетической сеткой, в сочетании с отделочным декоративным гидрофобным паропроницаемым штукатурным покрытием на силиконовой, акрилатной, силикатной основах

Повреждения в виде трещин разрыва и отрыва вследствие усадки.

Действие термомеханических напряжений в условиях перепадов температур, физическое старение синтетических сеток из-за их недостаточной щёлочестойкости.

 

 

 

30-60

 

 

 

Высокая

 

 

 

4

4

Дюбели со шляпкой из пластмассы для анкеровки теплоизоляции к внутреннему слою:

-металлические;

-базальтопластиковые;

-стеклопластиковые.

Физическое старение полимеров шляпки, пластиковых гнёзд под дюбели неметаллических дюбелей; ослабление анкеровки дюбелей в теле внутреннего слоя стены.

 

 

 

60-100

 

 

Ограниченно доступная

 

 

4

 

 

 

Опыт эксплуатации зданий с фасадной теплоизоляцией показал, что наиболее уязвимым элементом, определяющим долговечность системы, является фасадная штукатурка. Критерием отказа системы является разрушение штукатурного покрытия при сохранении в течение некоторого времени незащищённым утеплителем своих физико-механических и теплотехнических свойств. Считается, что срок эксплуатации минераловатных утеплителей на синтетических связующих высок. На основе имеющихся данных (исследования лабораторий НИИСФа, г. Москва; ряд натурных экспериментов в европейских странах, опыт применения трёхслойных панелей для жилых домов первых массовых серий в России) долговечность беспрессового пенополистирола можно оценить в пределах 60…80 лет. Уровень долговечности пенополистирола в 80 лет был принят и в рекомендациях ЦНИИЭПжилища 1984 г.

 

Актуальным является вопрос о влажностном режиме наружной стены при применении беспрессового пенополистирола ПСБ-С по ГОСТ 15588-86 с относительно низким коэффициентом паропроницаемости m = 0,05 мг/(м·ч·Па) в системе фасадной теплоизоляции.

 

Значимыми факторами, влияющими на эксплуатационную надёжность и долговечность штукатурного покрытия, являются следующие:

1) Стеснённые деформации штукатурного покрытия, возникающие в условиях его усадки и перепада температур;

2) Накопление влаги в толще стены за годовой период её эксплуатации и её сверхнормативное увлажнение с выпадением конденсата в зимний период;

3) Замачивание стены при действии осадков в переходные периоды «зима-весна» и «осень-зима», опасное с точки зрения сочетания значительного увлажнения штукатурного покрытия с циклическим замораживанием-оттаиванием.

 

В качестве теплоизоляции необходимо применять плотные жёсткие утеплители, по которым возможна установка системы штукатурных слоёв, при этом паропроницаемость теплоизоляционного материала должна иметь значения, исключающие накопление влаги при эксплуатации за годичный и зимний периоды. Основные утеплители, применяемые в настоящее время в системах фасадной теплоизоляции, – это беспрессовый пенополистирол ПСБ-С плотностью 20-25 кг/м3, базальтоволоконные и стекловолоконные плиты повышенной жесткости плотностью 80-150 кг/м3, выпускаемые фирмами «Rockwool» (Россия, Дания), «Paroc» (Финляндия), «URSA» (Россия), «Isover» (Австрия).

 

Для механического крепления плит утеплителя к основанию применяются металлические, стеклопластиковые и базальтопластиковые дюбели. Более предпочтительны стеклопластиковые и базальтопластиковые дюбели, которые по сравнению с металлическими безопасны в коррозионном отношении и не снижают коэффициент теплотехнической однородности стены.

 

В качестве декоративно-защитного слоя в системах фасадной теплоизоляции применяются штукатурные составы на основе сухих смесей или готовых к применению пастообразных штукатурок. В их состав входят минеральное вяжущее (портландцемент), наполнители и заполнители, а также модифицирующие полимерные добавки, придающие штукатурному покрытию требуемые свойства. Штукатурные составы должны обладать совокупностью обязательных качеств: высокой адгезией к основе, водостойкостью, морозостойкостью, высокой предельной растяжимостью, гидрофобностью, по возможности малой усадкой, и при этом обеспечивать паропроницаемость. Эти требования предопределены условиями эксплуатации фасадной теплоизоляции и характером напряженного состояния штукатурного слоя от действия усадки и перепада температур.

 

Одним из главных факторов, приводящих к образованию трещин в штукатурном покрытии, является усадка раствора на цементной основе. Усадка реализуется в условиях стеснённости деформаций, что приводит к развитию напряжений растяжения. Величина свободной (нестеснённой) усадки штукатурного раствора составляет 30…60·10-5. Помимо деформаций усадки, штукатурное покрытие подвергается также температурным деформациям. При коэффициенте линейного расширения раствора α = 1∙10-5 °С-1 и сезонном изменении температуры окружающей среды около 50 ºС относительная свободная температурная деформация раствора составляет порядка 50·10-5, при этом в штукатурке также развиваются термомеханические напряжения растяжения. Температурные напряжения и деформации суммируются с усадочными, и в том случае, когда суммарные напряжения растяжения превзойдут показатели прочности штукатурного раствора, развивается процесс трещинообразования.

 

Применительно к эксплуатационному состоянию систем фасадной теплоизоляции практический интерес представляет задача о напряжённом состоянии штукатурного покрытия, решение которой представлено ниже.

фасадная теплоизоляция

 

Рисунок 1 – Штукатурное покрытие и основа в координатах XYZ

Рассмотрим случай однослойной штукатурки (покрытия) толщиной δ, нанесенной на абсолютно жесткую основу. Штукатурка работает совместно с основой за счет сцепления по границе двух фаз. Учитывая, что δ << lx, ly, где lx, ly – линейные размеры штукатурного покрытия в направлениях 0х, 0у, можно полагать, что штукатурный слой находится в условиях плоского напряженного состояния.

Для случая плоского напряженного состояния связь между нормальными напряжениями и деформациями в направлении 0х описывается уравнением

формула 1

 

В зоне, достаточно удаленной от края элемента (на расстоянии > 4…5 δ), когда σх = σу, для напряжений растяжения в покрытии при разнице свободных деформаций покрытия и основы Δεх в стадии работы штукатурного покрытия перед образованием трещин будем иметь

формула 2

 

где Е и μ – значения модуля упругости и коэффициента Пуассона материала покрытия, νt < 1 – коэффициент упругопластических деформаций раствора при растяжении.

Для штукатурного слоя на основе бездобавочного цементно-песчаного раствора марки 50 (Е ≈ 6·103 МПа, полная деформация усадки Δεх ≈ 40·10-5, μ ≈ 0,3, νt ≈ 0,5) величина растягивающих усадочных напряжений согласно (2) составляет σx = σy = 1,41 МПа, а для высокопрочного раствора марки 150 (Е ≈ 14·103 МПа) σx = σy = 4,0 МПа, что в обоих случаях существенно выше расчетных сопротивлений на растяжение для расчета по образованию трещин согласно СНиП (Rbt,ser ≈ 0,3 – 0,8 МПа) и разрушающих напряжений растяжения σubt ≈ 0,5-1,2 МПа. Эти оценки соответствуют реально наблюдаемой картине усадочного растрескивания, характерной для бездобавочных цементно-песчаных растворов, используемых в качестве штукатурок.

Отметим, что полученные уровни напряжений относятся к штукатурным слоям, нанесённым на абсолютно жесткую основу, что предполагает их завышенные значения по отношению к реальным условиям основы конечной жесткости (кирпичная кладка и др.).

 

Вышеприведённые результаты были подтверждены расчётами, выполненными на ЭВМ с использованием программы «COSMOSM 2.8» (256 Version) с учётом упругопластического поведения материала штукатурных слоёв. Расчёты выполнялись для полной усадки раствора, принятой равной 40·10-5, и температурной деформации при прямом ходе температуры от лета в зиму от +20ºС до -35ºС, значение которой было принято 55·10-5. В качестве основания под штукатурное покрытие были рассмотрены следующие варианты: абсолютно жесткая основа; несколько вариантов однослойной стены конечной жесткости (кирпичная кладка разной толщины), маложёсткий пенополистирольный утеплитель в составе трёхслойной стены. Предполагалось, что к моменту исполнения штукатурных работ основа (кладка) реализовала собственную усадку.

Анализ напряженного состояния включал получение информации по нормальным напряжениям в штукатурном слое σх, σy на поверхности покрытия и в уровне склейки, касательным напряжениям по склейке, нормальным напряжениям отрыва σz, а также главным растягивающим напряжениям.

По результатам расчётов были построены графики распределения напряжёний в штукатурных слоях, примеры которых представлены на рисунках 2а-г. Анализ полученных результатов приводит к следующим выводам:

 

- при нанесении штукатурного покрытия на основу конечной жесткости (кирпичная кладка в силикатном или керамическом кирпиче толщиной 380-640мм) растягивающие усадочные напряжения в штукатурном слое для раствора марки 50 составляют 0,8 – 1,2 МПа, для раствора марки 150 – 1,6 – 2,7 МПа. Полученные уровни напряжений примерно в 1,5-1,8 раза ниже тех же напряжений в штукатурке на абсолютно жесткой основе. Температурные напряжения в слоях штукатурного покрытия даже при более высоком деформационном потенциале численно существенно ниже усадочных напряжений, что объясняется тем обстоятельством, что в условиях изменения наружной температуры в приблизительно одинаковых температурных условиях оказывается как штукатурный слой, так и поверхностный слой основы, имеющие примерно одинаковые коэффициенты линейного расширения, однако температурные деформации в покрытии также оказываются стеснёнными, что и обуславливает развитие термомеханических напряжений.

Анализ данных расчётов на ЭВМ и уравнения (2) показывает, что повышению трещиностойкости штукатурок на цементной основе по отношению к усадочным и термомеханическим напряжениям будет содействовать повышение упругопластических характеристик раствора и его предельной растяжимости (снижение параметров νt и Е), повышение прочности на растяжение и снижение усадки раствора, что обеспечивает в значительной степени модифицирование сухих строительных штукатурных составов комплексом химических добавок.

Установлено снижение в 5-10 раз (до 0,1-0,4 МПа) напряжений растяжения в штукатурке на поверхности маложёсткого пенополистирольного утеплителя (Е ≈ 10МПа) в составе трёхслойной стены по сравнению со штукатуркой на основе большой жесткости (кирпичной кладки), поэтому растрескивания штукатурного покрытия в этих условиях не происходит. Это предопределяется значительным снижением степени стеснённости деформаций штукатурного слоя на маложёсткой основе. При увеличении толщины слоя пенополистирольного утеплителя наблюдается снижение напряжений в штукатурном покрытии. Так, при увеличении толщины пенополистирола с 5 до 10 см напряжения растяжения в штукатурке σx и σy снижаются в 2 раза, а при дополнительном увеличении толщины пенополистирола с 10 до 15 см – еще в 1,5 раза.

 

В углах концентраторов напряжений (отверстия, оконные проемы) главные растягивающие напряжения в штукатурных покрытиях возрастают в 2…2,5 раза. В связи с этим необходимо дополнительное армирование углов оконных проёмов диагональными армирующими сетками, что обычно рекомендуется технологическими регламентами во всех системах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

каталог
заявка
КАТАЛОГ
ЗАЯВКА
утепление зданий пенополистирол пеноплст



Ассоциация производителей поставщиков пенополистирола

О компании Наши партнеры Новости Контакты Вакансии Вопрос-ответ Регистрация Каталог Заявка
Разработка сайта 2007-2017 АртМакс
продвижение сайта Nova Group