Вопросы эксплуатационной надежности систем фасадной теплоизоляции (часть 2)

в) Штукатурное покрытие на поверхности стены из силикатного кирпича толщиной 640мм при температурном воздействии

г) Штукатурное покрытие в структуре теплоэффективной трехслойной стены по системе фасадной теплоизоляции под действием усадки, толщина слоя пенополистирола 10см

Штукатурка: цементно-песчаный раствор М150 толщиной 1 см; модуль упругопластичности раствора - 7∙10³ МПа; модуль упругости кладки – 2250МПа, величина усадки ε_ус – 40∙10^-5; величина температурного перепада – 55º С; sx, sy, sz - нормальные напряжения; s1, s2-главные напряжения; txz, tyz-касательные напряжения; “+” – растягивающие напряжения; “-” – сжимающие напряжения; размер модели в плане для варианта 2а - 10×10см, для вариантов 2б-2г - 100×100см.

Рисунок 2 – Напряжённое состояние в плоскостях x0z, y0z и x0y штукатурного слоя от действия усадки раствора и температурного перепада

Для экспериментального исследования трещиностойкости и предельной растяжимости штукатурок были разработаны методики и с их использованием проведены исследования предельной растяжимости и трещиностойкости различных вариантов штукатурных растворов (бездобавочных цементно-песчаных и фирменных составов на основе модифицированных сухих смесей, в т.ч. армированных) под действием фактора усадки при различных условиях твердения. Было реализовано две методики:

1. Определение предельной растяжимости штукатурного покрытия (рисунок 3а). Раствор наносится на стальные пластины размером 400×100×10 мм и выдерживается в течение 28 суток при комнатной температуре (+18…+23ºС) в двух вариантах хранения по относительной влажности воздуха: воздушные условия (45…60%) и 100%-ная влажность. Пластины подверглись осевому растяжению на разрывной машине Р100. В момент образования трещины в штукатурном слое фиксировалось значение нагрузки, затем определялись растягивающие напряжения, деформации и предельная деформативность штукатурного раствора.

Схема испытаний штукатурного раствора: а) определение предельной растяжимости раствора б) исследование неармированного раствора на трещинностойкость в) то же армированного раствора

2. Определение трещиностойкости армированной и неармированной штукатурки при твердении в атмосферных условиях и в условиях 100% влажности под действием усадочных напряжений (рисунки 3б, 3в). Штукатурный раствор наносился на стальную пластину, в средней части пластины под штукатурным слоем укладывалась антиадгезионная прокладка из полиэтилена. За состоянием штукатурки выполнялось визуальное наблюдение. В момент образования трещины измеряли ширину её раскрытия, по которой рассчитывали значение относительной усадочной деформации.

По результатам экспериментов установлено, что предельная растяжимость бездобавочных цементно-песчаных растворов составляет 10…15∙10^-5, что ниже деформаций усадки, которые составляют до 40∙10^-5 и являются причиной усадочного растрескивания штукатурного покрытия. Предельная растяжимость модифицированных штукатурных растворов за счёт введения в их состав комплекса добавок, включая метилцеллюлозу, возрастает в несколько раз и составляет 50…60∙10^-5, что выше значения деформаций усадки, и делает их существенно более стойкими к усадочному растрескиванию.

Получены результаты по влиянию условий твердения (влажности и температуры) штукатурного раствора на его предельную растяжимость, усадку и усадочное растрескивание. Так, в бездобавочных цементно-песчаных растворах при твердении в условиях атмосферной влажности в первые сутки проявляется пластическая усадка величиной 100…400∙10^-5, в результате которой возникают усадочные трещины с шириной раскрытия до нескольких миллиметров. В модифицированных штукатурных растворах трещины отсутствуют или образуются волосяные трещины, что свидетельствует о низкой пластической усадке раствора и его высокой предельной растяжимости. Трещиностойкость штукатурных растворов резко возрастает с армированием их стеклотканевой сеткой.

Расчёты влажностного режима наружных стен при применении пенополистирольного утеплителя в системах фасадной теплоизоляции совершенно необходимы в силу невысоких характеристик этого вида утеплителя по паропроницаемости. Ниже приведены данные такого расчёта, выполненного в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» для условий г.Уфы. Рассмотрены три варианта стены: несущая стена из сплошного силикатного кирпича толщиной 380 мм (рисунок 4); стена-заполнение каркасно-монолитного здания из сплошного силикатного кирпича толщиной 250 мм; облегчённая стена-заполнение из пустотного силикатного кирпича толщиной 250 мм. Результаты расчётов обобщены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчетные данные по образованию и накоплению влаги в годовом цикле эксплуатации и в зимний период для наружной несущей стены, выполненной с использованием системы фасадной теплоизоляции

На втором этапе выполнялись расчёты по определению возможности образования конденсата для названных вариантов стен за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха, результаты которых приведены в таблице 3. По полученным данным строились графики распределения максимального парциального давления E_i водяного пара и изменения действительного парциального давления е_i водяного пара по толще стены для наиболее холодного месяца (января) (рисунок 4), по которым определялась возможность образования конденсата в ограждающей конструкции в зимний период.

Таблица 3 - Распределение влажности в стене за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха для наружной стены, выполненной с использованием системы фасадной теплоизоляции

Рисунок 4 – Графики распределения температуры и парциального давления по толщине наружной стены для наиболее холодного месяца (января) для климатических условий г. Уфы