Фасады тонкие, но стойкие...

ФАСАДЫ ТОНКИЕ, НО СТОЙКИЕ...

ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ НАРУЖНОГО УТЕПЛЕНИЯ С ТОНКИМ ШТУКАТУРНЫМ СЛОЕМ К ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫМ ВОЗДЕИСТВИЯМ

Игорь БЕССОНОВ, кандидат технических наук

В последние годы при строительстве новых и реконструкции существующих зданий различного назначения активно используются фасадные системы наружного утепления «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем. В качестве утепляющего слоя в таких системах используются современные эффективные теплоизоляционные материалы с низкой теплопроводностью. При этом в нормативной документации на сегодняшний день отсутствуют данные по долговечности таких систем и сроков службы до капитального ремонта в климатических условиях России.

В лаборатории НИИСФ проведена научно-исследовательская работа, направленная на изучение изменения свойств многослойной стеновой конструкции, выполненной с теплоизоляцией из различных типов плитных материалов, при температурно-влажностных циклических воздействиях на них. Испытаны фрагменты фасадных систем наружного утепления «мокрого» типа с тонким штукатурным слоем, в качестве теплоизоляционных слоев в которых были представлены четыре вида плитных материалов: пенополистирол блочный, пенополистирол экструзионный, минераловатная плита, пеностекло «НЕОПОРМ».

В процессе исследований оценивалась способность сохранения теплозащитных, а также прочностных свойств конструкции при циклических знакопеременных воздействиях на нее.

Исследования проводили на холодильно-дождевальной установке «Термоизоляция ХДУ-0,2» (свид. пов. N 12674 ФГУ РОСТЕСТ МОСКВА), снабженной поворотной обоймой, в которую устанавливаются исследуемые элементы стеновых конструкций. Методика основана на создании условий искусственно го старения образцов в условиях циклических температyрно-влажностных воздействий с регистрацией изменения физико-технических характеристик исследуемых материалов.

Процесс подготовки фрагментов состоял из устройства кирпичной кладки, приклеивания образцов на основание закрепления образцов полиамидными дюбелями, нанесения штyкатyрного армирующего слоя с утопленной в него стеклотканевой щелочестойкой сеткой, грунтования армированного слоя глубоко проникающей грунтовкой на водной основе, нанесения декоративного покрытия в виде однородношероховатой декоративной штyкатyрки, с последующей герметизацией мест примыкания к соседним фрагментам и обойме климатокамеры. При подготовке фрагментов наружного утепления «мокрого» типа с тонким штyкатурным слоем использована система теплоизоляции, прошедшая необходимый комплекс испытаний и имеющая Техническое свидетельство Росстроя России, с привлечением аттестованных специалистов для ее устройства.

Цикл испытаний состоял из орошения водой поверхности фрагмента, заморажи вания и оттаивания при нагревании. Нагревание поверхности фрагмента конструкции посредством лучистого действия нагревательного прибора моделирует солнечное облучение инфракрасного спектра, увлажнение моделирует атмосферные осадки, а замораживание - воздействие отрицательных температур. Длительность и интенсивность воздействия температур и влаги подобрана таким образом, чтобы экспериментальное воздействие соответствовало либо было более жестким, нежели реальные атмосферные воздействия на поверхность фасадов в средней полосе России.

По результатам обработки многолетних метеорологических данных обсерватории мгу, лаборатории «НИИМосстрой» и лаборатории НИИСФ, проведенных проф. К. Ф. Фокиным, проф. В. Р. Хлевчуком, количество обобщенных циклов заморозок-оттепель для климатических условий г. Москвы в среднем равно 14.

При этом оттепель оценивалась как повышение температуры до +1, продолжительностью не менее 12 часов, а заморозок - понижение температуры ниже -3, продолжительностью не менее 12 часов, что обуславливает промерзание и оттаивание наружной поверхности фасадной системы на 20 - 25 мм. Таким образом, проведено 700 циклов попеременного замораживания-оттаивания, что соответствует 50 условным годам эксплуатации.

В ходе эксперимента оценивалось изменение внешнего вида и физико-технических качеств фрагментов конструкций с использованием приборов неразрушающего метода контроля. Текущая оценка осуществлял ась визуально (с фиксацией цифровым фотоаппаратом), а также с использованием контактного термометра ТК-50.05, влагомера ВСКМ-12У, измерителя прочности материалов ОНИКС-2.З [1] и экспресс-измерителя теплопроводности ИВТП-12.

При подготовке фрагментов после полного затвердевания декоративного 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, Т.е. были устроены так называемые «искусственная трещина и скол». Состояние «искусственных дефектов» на образцах всех четырех фрагментов, а также прилегающих зон вполне удовлетворительны. Развития трещин в зоне искусственно смоделированных сколов штукатурного слоя на исследуемых фрагментах в течение 700 циклов испытаний не произошло.

Искусственные дефекты не явились центром разрушения.

По завершении циклов воздействий определены показатели влажности и теплопроводности теплоизоляционных слоев фрагментов конструкции и проведен сравнительный анализ изменения свойств материалов по отношению к контрольным образцам.

Основные характеристики фрагментов фасадных систем с различными видами теплоизоляции по исследуемым параметрам представлены в таблице 1.

Изменение теплопроводности в сухом состоянии по отношению к контрольным образцам составило для экструзионного пенополистирола - 2,6%, блочного пенополистирола - 2,6%, минераловатных плит - 4,5%, пеностекла «НЕОПОРМ» - 1,8%.

Приращение теплопроводности на 1% влажности по объему составило для:

- экструзионного пенополистирола - 0,0075 Вт/(моС%),

- блочного пенополистирола - 0,018 Вт/(моС%),

- минераловатных плит - 0,011 Вт/(моС%),

- пеностекла «НЕОПОРМ» - 0.0038 Вт/(моС%).

Увеличение теплопроводности образца ~2 (незакрепленного дюбелем, покрытого декоративно-защитной штукатуркой) каждого из фрагментов через 700 циклов (снижение теплозащиты) составило соответственно для:

- экструзионного пенополистирола - 31%,

- блочного пенополистирола - 51%,

- минераловатных плит - 443%,

- пеностекла «НЕОПОРМ» - 37%.

Поверхностная прочность на 700 циклов для фрагментов с теплоизоляцией:

- из экструзионного пенополистирола - декоративнозащитный слой разрушен на 40%, данных нет;

- блочного пенополистирола - 1,0 МПа;

- минераловатных плит - штукатурка «бухтит», данных нет;

- пеностекла «Н ЕОПОРМ» - 3,1 МПа.

После 700 циклов фрагмент с пеностеклом «НЕОПОРМ» обладает наилучшей адгезией штукатурки с утеплителем. Система (декоративное покрытие - наружный армированный слой - стеклотканевая армирующая сетка - армированный слой - поверхность утеплителя) сохранилась единой, не расслоившись. Образцы дюбельной техники, установленной на испытуемых образцах, а также герметизирующий состав, используемый для герметизации соединений, сохранились в хорошем состоянии и не были подвергнуты каким-либо значительным разрушениям.

Условия про ведения эксперимента не позволяли учитывать масштабные факторы (площадь стены с наружным утеплением), ориентацию стен по сторонам света, влияние ультрафиолетового облучения на органические утеплители, ветровую нагрузку, возможные подвижки фундамента, осадку здания с наружным утеплением и другие натурные явления, снижающие срок службы фасадной системы до капитального ремонта. Обоснование коэффициентов, учитывающих перечисленные факторы, не входит в рамки данной работы, это предстоит сделать в дальнейшем при подготовке Рекомендаций по использованию систем наружного утепления. Однако в итоговой таблице 2 представляется целесообразным внесение корректировки прогнозируемых сроков эксплуатации исследуемых фасадных систем с учетом вышеназванных натурных факторов.

Необходимо отметить, что в настоящее время, ведутся интенсивные поиски решения оптимального сочетания свойств экструзионного пенополистирола и тонких штукатурных слоев на особых сухих смесях; усилия направлены на повышение адгезии и приближения коэффициентов термического расширения слоев системы.

Как показали экспериментальные исследования, состояние щелочестойкой стеклосетки (в части сохранения ее основных функциональных качеств) при прочих равных условиях зависит от вида теплоизоляционного материала, применяемого в системе. В системах с полимерными теплоизоляционными материалами армирующая сетка быстрее теряет свои прочностные свойства по отношению к системам с минеральными утеплителями.

Производителям армирующих стеклосеток необходимо продолжать поиски в области составов стеклянных нитей, полимерных пропиток и т.д., вводить дополнительные требования к физико-техническим параметрам готовых сеток. Вероятно, следует рекомендовать для систем наружного утепления разными видами утеплителя различные виды сеток и отразить их в рекомендациях по их применению.

В лаборатории теплофизических характеристик и долговечности строительных материалов и конструкций НИИСФ РААСН продолжаются работы по комплексным исследованиям эксплуатационных свойств фасадных систем наружного утепления с тонким штукатурным слоем, включая нaтypные обследования. Полный объем данных по физико-техническим характеристикам каждого из слоев конструкции позволит более точно оценивать наиболее оптимальное их сочетание, а также прогнозировать сроки службы фасадных систем «мокрого» типа в климатических условиях России.Основные характеристики фрагментов фасадных систем с различными видами теплоизоляции по исследуемым параметрам.

Табл.1

Табл.2

Результаты эксперементальных определений и прогнозируемый срок службы фасадных систем «мокрого» типа с различными видами теплоизоляционных материалов (на основании обработки метеорологических данных