Публикации »

Исследование долговечности фасадных систем «мокрого» типа

Системы теплоизоляции «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем в последние годы получили большое распространение на территории России. При строительстве новых зданий и сооружений, а также при реконструкции используется большое количество систем, которые прошли необходимые лабораторные испытания, оценку пригодности, получили Техническое свидетельство Росстроя России.

Такие системы являются сложными комплексными инженерными конструкциями. В своем составе они содержат большое количество различных компонентов, согласованная работа которых и определяет их долговечность и длительность безаварийной работы.

Комплексная работа материалов с определенными заданными свойствами является решающим звеном при формировании технических и технологических решений. Обязательным условием применения таких систем является наличие правильной технической документации, жесткое соблюдение заложенных требований в процессе монтажа, правильная привязка разработанных узлов к конструкциям и элементам здания.

Основным элементом таких систем, отвечающим за теплозащиту здания, является теплоизоляционный слой. В существующей практике на территории России в качестве теплоизоляционного материала с низкой теплопроводностью получили широкое распространение минераловатные плиты на основе базальтового связующего, а также плиты на основе вспененных полистиролов. В отдельных частях здания, таких как цоколи и места с постоянным скоплением и удержанием воды, используются плиты из полистиролов, полученные методом экструзии.

На данный момент существующая нормативная документация не отражает всех нюансов применения и производства таких материалов. Например, в ней полностью отсутствуют нормативы по долговечности таких изделий, срокам службы и эксплуатационным требованиям в различных климатических условиях России.

В лаборатории НИИСФ проведена научно-исследовательская работа, направленная на изучение свойств многослойной конструкции с использованием теплоизоляционных материалов различных типов. Фрагменты теплоизоляционных систем «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем, в которых в качестве теплоизоляционной плиты были представлены четыре различных типа материала, подвергались циклическим температурно-влажностным воздействиям. В качестве теплоизоляционных материалов испытывались минераловатная плита на основе базальтового волокна, экструдированный полистирол, блочный пенополистирол (ПСБС) и пеностекло.

В процессе исследований оценивалась способность сохранения теплозащитных и прочностных свойств конструкции при знакопеременных циклических воздействиях, а также способность согласованной работы с нанесенным армированным слоем, интегрированной стеклотканевой щелочестойкой сеткой и декоративным покрытием. Также при проведении исследования оценивалась совместная работа с установленным дюбельным креплением и герметизирующими материалами.

Необходимо отметить, что результаты данного исследования не подменяют существующие требования и разработанные нормативные документы как по отдельным видам материалов, так и по системам теплоизоляции «мокрого» типа. Данная работа направлена, как уже отмечалось выше, на прогнозирование эксплуатационных характеристик и параметров различных типов теплоизоляционных материалов, а также на оценку их долговечности.

Используемая методика основана на со-здании условий искусственного старения образцов в условиях циклических температурно-влажностных воздействий с регистрацией физико-технических характеристик исследуемых материалов. Исследования проводились на холодильно-дождевальной установке «Термоизоляция ХДУ-0,2» (свид. пов. №12674 ФГУ РОСТЕСТ-МОСКВА), снабженной поворотной обоймой, в которую были установлены исследуемые элементы стеновых конструкций.

Процесс подготовки фрагментов состоял из устройства кирпичной кладки, приклеивания образцов на основание, закрепления теплоизоляционных материалов тарельчатыми дюбелями, нанесения штукатурного армированного слоя с утопленной в него стеклотканевой щелочестойкой сеткой, грунтовочного слоя (грунтовка на водной основе), декоративного покрытия в виде однородно-шероховатой минеральной декоративной штукатурки с последующейгерметизацией мест примыкания к строительным конструкциям. При подготовке фрагментов наружного утепления «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем были использованы материалы системы теплоизоляции, прошедшей необходимый комплекс испытаний и имеющей Техническое свидетельство Росстроя России с привлечением аттестованных специалистов для ее устройства.

Цикл испытаний состоял из орошения водой поверхности смонтированных фрагментов, замораживания и оттаивания во время нагревания. Нагревание поверхности производилось посредством лучистого действия нагревательного прибора, моделирующего солнечное облучение инфракрасного спектра. Увлажнение моделировало атмосферные осадки, а замораживание — воздействие отрицательных температур. Длительность и интенсивность воздействия переменных температур и увлажнения была подобрана таким образом, чтобы экспериментальное воздействие на поверхность фасадов соответствовало либо было более жестким, нежели реальные атмосферные воздействия в средней полосе России.

Параметры климатических воздействий на образцы были подобраны по результатам обработки многолетних метеорологических данных обсерватории МГУ, лабора-тории НИИМосстрой и лаборатории НИИ-СФ, проведенных проф. Фокиным К. Ф.и проф. Хлевчуком В. Р. По обработанным данным, количество обобщенных циклов заморозок-оттепель для климатических условий Москвы в среднем равно 14. При этом оттепель оценивалась как повышение температуры до +1 0С продолжительностью не менее 12 часов, а заморозок — понижение температуры ниже –3 0С продолжительностью не менее 12 часов, что обусловливает промерзание и оттаивание наружной поверхности фасадной системы на 20–25 мм. Таким образом, было проведено 700 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

В ходе эксперимента оценивалось изменение внешнего вида и физико-технических качеств фрагментов конструкций с использованием приборов неразрушающего метода контроля. Текущая оценка осуществлялась визуально (с фиксацией цифровым фотоаппаратом), а также с использованием контактного термометра ТК–50.05, влагомера ВСКМ-12У, измерителя прочности материалов ОНИКС-2.3 и экспресс-измерителя теплопроводности ИВТП-12.

При подготовке фрагментов после полного затвердевания декоративно-защитного слоя на поверхности штукатурки в зоне одного из образцов каждого фрагмента произвели разрез с переменным углублением от декоративного покрытия до плиты утеплителя в виде линии и выборку в виде треугольника до плиты утеплителя. Таким образом, были смоделированы искусственная трещина и скол.

По результатам проведенного эксперимента необходимо сказать, что состояние искусственных дефектов на образцах всех четырех фрагментов, а также прилегающих зон вполне удовлетворительно. Развития трещин в зоне искусственно смоделированных сколов штукатурного слоя на исследуемых фрагментах в течение 700 циклов испытаний не произошло. Искусственные дефекты не стали центром разрушения.

По завершении циклов воздействий были оценены внешний вид смонтированных фрагментов и состояние элементов, определены показатели влажности, прочности и теплопроводности теплоизоляционных слоев. По результатам исследований был проведен сравнительный анализ изменения свойств материалов по отношению к контрольным образцам.

После 500 циклов испытаний на поверхности декоративно-штукатурного слоя образца с минераловатной плитой образовалось фрагментарное отслоение декоративного покрытия. В некоторых местах произошло «выпирание» армированного слоя и было обнаружено бухтение штукатурки. На образце с блочным пенополистиролом после 100 циклов было отмечено появление зон с вышелушиванием декоративной штукатурки. Далее развития видимых дефектов нет.
На фрагменте с пеностеклом после 75 циклов произошло появление звездооборазной трещины в зоне установки тарельчатого дюбеля. Дальнейшего развития и видимых дефектов нет.

Образец с экструдированным полистиролом претерпел самые значительные изменения. После 300 циклов на нем появились трещины на штукатурном слое. После 400 цикла произошло разрушение декоративного покрытия, осыпание штукатурки, а в последующем — отслоение армированного слоя от поверхности плиты и его обрушение.

После 700 циклов фрагмент с пеностек-лом представлял собой единую систему. На нем выявлена наилучшая адгезия между декоративно-защитным покрытием и утеплителем. Система «декоративное покрытие — наружный армированный слой — стеклотканевая армирующая сетка — базовый армированный слой — поверхность утеплителя» сохранилась единой, не расслоившись. На образце с минераловатной плитой произошло фрагментарное расслоение декоративного и армирующего слоев по интегрированной сетке. На образцах с блочным и экструзионным полистиролами обнаружено видимое разрушение тканой сетки как по основе, так и по утку.

Поверхностная прочность фрагментов с теплоизоляцией после 700 циклов испытаний составила: для экструзионного пенополистирола — декоративно-защитный слой разрушен на 40%, данных нет; для блочного пенополистирола — 1,0 МПа; для минераловатных плит — штукатурка «бухтит», данных нет; для пеностекла  — 3,1 МПа.

Важность декоративно-защитного слоя после 700 циклов испытаний составила: экструзионный полистирол — 11%, пеностекло — 12%, блочный полистирол — 15%, минераловатная плита — 25%.

Изменение теплопроводности в сухом состоянии по отношению к контрольным образцам составило: пеностекло — 1,8%, экструзионный полистирол — 2,6%, блочный пенополистирол — 2,6%, минераловатная плита — 4,5%.

Приращение теплопроводности на 1% влажности по объему составило: для пеностекла — 0,0038 Вт/(м0 С) %, экструзионного полистирола — 0,0075 Вт/(м0 С) %, минераловатных плит — 0,011 Вт/(м0 С) %, блочного пенополистирола — 0,018 Вт/(м0 С) %.

Увеличение теплопроводности образца №2 (он находился в открытом, не защищенном декоративно-армированным слоем, состоянии) через 700 циклов составило: для экструзионного полистирола — 31%, пеностекла — 37%, блочного пенополистирола — 51%, минераловатных плит — 443%.

Образцы дюбельной техники, установленной на испытуемых образцах, а также герметизирующий состав, использованный для герметизации соединений, сохранились в очень хорошем состоянии и не были подвергнуты каким-либо значительным разрушениям.

Условия проведения эксперимента не позволяли учитывать различные масштабные факторы, такие, как объемная площадь стен с наружным утеплением, ориентация фасада по сторонам света, влияние ультрафиолетового облучения на органические утеплители и компоненты системы, ветровая нагрузка. Также не учитывались возможные подвижки фундамента, осадка здания с наружным утеплением и другие натурные явления, снижающие срок службы фасадной системы до капитального ремонта.

Обоснование коэффициентов, учитывающих перечисленные факторы, не входило в рамки данной работы. Мероприятия по анализу и разработке вышеперечисленных факторов, а также оценка всех нюансов применения как отдельных компонентов, так и систем в целом, должны лечь в основу работ, направленных на всестороннее изучение и прогнозирование эксплуатационных сроков фасадов с системами теплоизоляции «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем. При этом такие исследования должны быть дополнены и сопоставлены с натурными испытаниями и обследованиями фасадных систем. Полный объем данных по комплексным исследованиям эксплуатационных свойств фасадных систем «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем позволит не только боле точно определять сроки их службы, а также поможет правильно оценить и доработать существующие технические требования и решения, позволит разработать новые решения с учетом климатических параметров России и разработать требования по эксплуатации.

Автор: И. В. Бессонов, С. В. Алехин
Дата: 02.10.2006
Журнал Стройпрофиль 6-06
Рубрика: фасадные системы. фасады




«« назад