Строительные статьи

Методика определения долговечности системы утепления наружных стен с эффективным утеплителем

В связи с повышением требова­ний к теплозащите зданий появи­лось много прехложений зарубеж­ных фирм по системам утепления стен. Одна из наиболее часто пред­лагаемых — это система, при ко­торой несгораемый утеплитель — минераловатная плита — крепится клеем и дюбелями с шайбами на на­ружной поверхности стены, а затем на утеплитель наносится защитно - отделочное покрытие, состоящее из нескольких слоев полимерных и по - лнмерцементных составов, армиро­ванных стеклосеткой.

Такая система является самоне - сущей комплексной конструкцией, которая должна гарантировать не только долговременную несущую способность, но и определенный период сохранять первоначальные теплозащитные свойства при экс­плуатационных воздействиях. Меж­ду тем методика испытаний долго­вечности отдельных элементов этой системы и системы в целом в Рос­сии не разработана. Отсутствуют также сведения о наличии такой методики у зарубежных фирм. Рек­ламная документация этих фирм использует примеры масштабного применения таких систем утепле­ния стен в разных странах, но не содержит каких-либо сведений о результатах корректного определе­ния изменений свойств теплоизо­ляционных и отделочных материа­лов и систем в целом в процессе эксплуатации.

В таблице приведены факторы, действующие на минерадоватную плиту и отделку рассматриваемых систем в процессе эксплуатации.

Сопоставление этих факторов с факторами, действие которых пред­усмотрено определять ГОСТами РФ. показывает, что российские ГОСТы не включают требования об испытании утеплителя на воздейст­вия, которым он подвергается в си­стемах утепления.

Это объясняется тем. что разра­ботка технических требований к теп­лоизоляционным материалам была оторвана от области применения этих материалов.

Можно также заметить, что пред­лагаемая система утетения является относительно новой, и при составле­нии ГОСТа на минерадоватную пли­ту не было прехложений об использо­вании ее при таком комплексе эксплуатационных воздействии, ко­торому она подвергается, работая в системе утепления под нагрузкой. Что касается зашитно-отделочных покрытий хля этих систем утепления, то хля них нет никаких ГОСТов РФ.

Отсутствие методик испытаний приводит к тому, что в настоящее время технические свидетельства о пригодности систем утепления на­ружных стен к применению в строи­тельстве на территории РФ оформ­ляются без полных испытаний их не­сущей способности и без испытаний долговечности (см.. например. Тех­ническое свидетельство № Т07- 0047-97 от 07.09.1997 г.). При этом рассматривают отдельные элементы системы в качестве самостоятельно эксплуатирующихся, как если бы была возможна работоспособность системы без взаимодействия со­ставляющих ее элементов.

Игнорируется то обстоятельство, что условием совместной работы от­дельных элементов в системе явля­ются их специфические свойства, которые не определяются при инди­видуальном использовании элемен­тов. Так. хля минераловатной плиты Сравнивают ее показатели с требова­ниями ГОСТов РФ, не учитывая, что ГОСТы РФ на плиту не предус­матривают ее испытания по стойко­сти при использовании в указанных системах утепления.

Другой элемент системы — за­щитно-отделочное покрытие. В тех­нических свидетельствах, утверж­денных Госстроем РФ. использова­на методика испытаний отделок, при оценке их стойкости по измене­нию внешнего вида и сцепления от­делки с металлической или бетон­ной похложкой.

Ниже автором изложена методи­ка, которая дает возможность оце­нить долговечность системы утеп­ления наружных стен с утеплите­лем, передающим нагрузки на ос­новной материал стены [ 1. 2. 3|.

Под долговечностью потшается срок сгужбы системы в годах эксп. гуа - тации, в течение которого при свое­временном ремонте она сохраняет свои теплозащитные свойства на уровне, предусмотренном проектом.

Прехлагаемая методика базиру­ется на следующих основных поло­жениях:

— теплофизические свойства систе­мы могут изменяться от разруше­ния утеплителя и отслоения вслед­ствие эгого зашитно-отдедочного покрытия или от увлажнения
утеплителя атмосферной платой, проникающей в него через защит­но-отделочное покрытие;

— при отсутствии увлажнения утеп­лителя сцепление его с зашитно - отделочным слоем может изме­няться лишь вследствие старения связующего при длительных тем­пературных воздействиях и оас - шатывания адгезионных связей отделочного слоя и утеплителя от перепадов температур, совме­щенных с силовыми воздействи­ями (масса отделочного слоя, влияние ветра); момент, в кото­рый сцепление отделочного слоя с утеплителем уменьшится ниже допускаемого уровня, является моментом отказа для всей систе­мы утепления;

— при попадании влаги в утепли­тель через зашитно-отделочное покрытие теплофизические свой­ства утеплителя снижаются, и си­стема выходит из строя независи­мо от того, нарушалось или нет сцепление утеплителя с отделоч­ным слоем, поэтому момент, в который водопроницаемость за­щитно-отделочного покрытия увеличится сверх допускаемого значения, является моментом от­каза хля всей системы в целом. Анализ работы системы утепле­ния и характера развития в ней дес­труктивных процессов позволяет разделить испытание долговечно­сти системы на испытание водо­непроницаемости зашитно-отде - л оч но го покрытия и испытание сцепления утеплителя с зашитно - отдел очным покрытием при экс­плуатационных воздействиях.

Для того чтобы учесть при испы­таниях возможное взаимное влия­ние в эксплуатационных условиях процесса увлажнения утеплителя и процесса его отслоения от отделоч­ного слоя, допускаемые величины изменения свойств утеплителя и за­шитно-отдел очного слоя приняты численно характерными хля на­чальных стадий развития деструк­тивных процессов в утеплителе и в отделочном слое.

Действие ряда факторов на эле­менты системы утепления в эксплу­атационных условиях (карбониза­ция. увлажнение конденсационной и атмосферной влагой, температур­ные и усадочные воздействия на от­делочный слой, действие щелочной среды на минераловатные изделия) должно нейтрализоваться за счет проектных решений, например уст­ройства при необходимости паро - изоляции. услройства температур­ных и усадочных швов, изменения состава защитно-отдел очного по­крытия в плоскости соприкоснове­ния с минераловатной плитой и др.

Цикл испытаний, имитирую­щий годовые эксплуатационные воздействия, назначается с учетом климатических условий района строительства.

При испытании долговечности минераловатной плиты:

— чередующееся замораживание и оттаивание;

— температурные перепады;

— хлительное действие повышен­ных температур;

— механическое нагружение мас­сой отделочного слоя и ветровой нагрузкой.

При испытании водопроницае­мости защитно-отделочного по­крытия:

— чередующееся замораживание и оттаивание:

— чередующееся увлажнение и вы­сушивание:

— солнечная радиация. Ветровая нагрузка принимается

По СНиП 2.01.07—85 «Нагрузки и воздействия», а нагрузка от массы защитно-отделочного покрытия - поданным проекта."

В результате моделирования экс­плуатационных факторов установлен годовой цикл агрессивных воздейст­вий хля Среднего Урала, который включает 10 замораживаний и оттаи­ваний. 20 увлажнений и высушива­ний, 20—SO ч, в зависимости от типа лампы, ультрафиолетового облуче­ния. 40—60 ч, в зависимости от вида нагревателя, действия температур­ных перепадов.

При непрерывной трехсменной работе за месяц имитируется срок эксплуатации хля Среднего Урала по количеству перехода от 0°С. рав­ный 12 годам. Однако при этом об­щее количество температурных воз­действий в градусо-сутках оказыва­ется меньше того, которое наблюда­ется в эксплуатационных условиях.

Этот недостаток в области поло­жительных темпера гур частично Устраняется увеличением предель­ной положительной температуры до 75—80°С. а в области отрицательных

— увеличением, в разумных пре­делах. длительности испытаний. Влияние повышенных температур определяется с учетом данных об увеличении скорости химических реакций при повышении темпе­ратуры. Образец для испытания минераловатной плиты (рис. 1) со­стоит из двух параллелепипедов 7, вырезанных из испытуемой мине­раловатной плиты, опорной плиты 2 с выступами 3, равномерно рас­пределенной нагрузки 4 и теплоизо­ляции 5.

Размеры параллелепипедов при­няты в плане равными 200x200 мм при толщине 50 мм. Это позволяет сравнивать полученные данные о

Ватной плиты

Долговечности с результатами ис­пытаний отдельных свойств утепли­теля. проведенными по ГОСТ 17177-94 Толщина 50—75 мм пре­дусмотрена стандартами РФ на ми­нерал о ватную плиту и позволяет использовать испытательное обору­дование минимальных размеров.

Опорная плита 2 выполняется керамической или асбестоцемент - ной. Прикрепление параллелепипе­дов к опорной плите осуществляет­ся клеем, указанным в проекте утепления. Равномерно распреде­ленной нагрузкой служит пред­усмотренное проектом утепления защитно-отделочное покрытие.

В качестве теплоизоляции ис­пользуется любой эффективный утеплитель, выдерживающий повы­шенную температуру. Назначение теплоизоляции обеспечивать од­ностороннее температурное воздей­ствие на ми нерало ватный паралле­лепипед.

Предлагаемый образец выступа­ми 3 опорной плиты 2 опирают на опоры опорного устройства, разме­щаемого поочередно в испытатель­ной камере (условно не показана) с положительной и отрицательной температурой. При этом ми нерало - ватный параллелепипед, находя­щийся над опорной плитой, будет подвергаться этим воздействиям при действии сжимающих усилий, а параллелепипед, находящийся под плитой, — при действии растягива­ющих усилий. После того как об­разец пройдет воздействие задан­ным числом циклов, определяют изменение характеристик сжатого и растянутого параллелепипедов и. таким образом, одновременно оп­ределяют долговечность минерало­ватной плиты при действии на нее эксплуатационных факторов.

Для испытания водопроницае­мости защитно-отдел очного по­крытия используется минераловат - ный образец — параллелепипед раз­мером 200x200x50 мм, по периметру одной из лицевых поверхностей ко­торого нанесен валик, а зашитно - отдел очное покрытие образует не­прерывный слой на этой лицевой
поверхности образца (рис. 2). Ват и к выполнен из пластичных матери­алов, например из эпоксидной шпаклевки, затвердевающей после ее нанесения на поверхность, или сформирован из жесткого каркаса, например из арматурной стали, по­крытого испытуемым защитно-от­делочным составом.

Устройство для испытания теп­лоизоляции, передающей силовые нагрузки на основной материал сте­ны, показано на рис. 3.

Угол а наклона опорной пласти­ны к горизонту определяют по урав­нению (I)

[N

И U

Где [P^l ~ модуль горизонтальной нагрузки: [Р,| - модуль вертикаль­ной нагрузки.

Нагрузка Рт имитирует нагрузки от ветра, а Р, — нагрузки от массы защитно-отделочного покрытия

После выдерживания образца при заданных режимах с помощью проушины б на параллелепипед 2 Передается испытательная нагрузка и определяется изменение свойств теп­лоизоляции вследствие воздействий.

Параллелепипед 2 прикрепля­ют к опорной пластине 3 клеем, указанным в проекте конструкции, для которой ислытывается тепло­изоляция. Опорная пластина вы­полняется из керамики или асбес­тоцемента. Требуемая масса равно­мерно распределенной нагрузки обеспечивается изменением толщи­ны слоя защитно-отделочного по­крытия и дополнительной керами­ческой плиткой, прикрепленной к параллелепипеду составом защит­но-отделочного покрытия, приня­того в конструкции.

В качестве главных эксплуатаци­онных показателей используются:

А) сцепление защитно-отделочно­го покрытия с утеплителем:

Б) влажность утеплителя, мае. ^с.

Допустимым пределом измене­ния величины сцепления защитно - отделочного покрытия с утеплите­лем предлагается считать 0,75 от среднеарифметического значения предела прочности на отрыв слоев минераловатных плит по лабора­торным данным изготовителя (ис­пытания проводятся по ГОСТ 17177-94 Приложение Е).

Допустимым пределом повыше­ния влажности утеплителя, вследст­вие просачивания влаги сквозь за­щитно-отделочное покрытие, пред­лагается считать 5 мае. %.

Показателем долговечности сис­темы является худший из двух пока­зателей. полученных при контроле величины сцепления утеплителя с отделочным слоем или контроле ув­лажнения утеплителя.

Все испытания проводятся на образцах в естествен но-влажном состоянии.

Перед испытаниями долговеч­ности определяются свойства мине­рал оватных плит по методикам ГОСТ 17177-94.

При определении долговечности утеплителя осуществляется следую­щая последовательность операций:

— приклеивание образца к опор­ной плите:

— нагружение образца зашитно - отделочным слоем и распреде­лительной плитой с проушиной;

— установка образца в кассету;

— периодическое перемещение кас­сеты с образцами из морозильной камеры с температурой -15 — (-20)1С в камеру с положитель­ной температурой - г75 - (+80)°С: периодическое нагревание и ох­лаждение образца со стороны за - шитно-отделочного слоя;

— определение прочности на отрыв распределительной плиты с за - шитно-отделочным слоем от ми­нераловатной плиты после задан­ного числа циклов воздействий. При определении испытаний по

Определению долговечности защит­но-отделочного покрытия осуще­ствляется следующая последова­тельность операций:

— взвешивание образца;

— нанесение защитно-отделочно­го покрытия на образец;

— взвешивание образца с покрытием:

— установка образца в кассету:

— периодическое смачивание по­верхности покрытия с после­дующей установкой кассеты в морозильную камеру с темпера­турой -15°С:

— периодическое перемещение кассеты с образцами из моро­зильной камеры в камеру с дей­ствием солнечной радиации it повышенной температурой:

— периодическое увлажнение по­верхности покрытия при нахож­дении образца в камере с повы­шенной температурой;

— определение водопроницаемо­сти покрытия после прохожде­ния образцом заданного числа циклов воздействий.

Предел прочности на отрыв при испытании долговечности утепли­теля определяется с помощью ры­чажной разрывной машины или при загружении образца сосудом с равно­мерно увеличивающейся массой дро­би или песка. Во всех случаях должны обеспечиваться растяжение образца со скоростью 9-11 мм/мин и по­грешность измерений не более 1 %.

Водопроницаемость зашитно - отделочного покрытия при испыта­нии долговечности покрытия опре­деляется следующим образом.

Образец после заданного цикла воздействий выдерживается 48 ч при температуре +(70-80)°С. Посте этого образец выдерживают при температре +20±2°С и относитель­ной влажности воздуха 95 % в тече­ние 72 ч. Затем образец взвешива­ют. заполняют поверхность покры­тия дпетиллировнной водой слоем 3 мм и помешают на 24 ч в камеру с относительной влажностью воздуха 95 % и температурой 20±2°С. Затем удаляют марлевым тампоном влагу с поверхности покрытия и взвеши­вают образец.

В предлагаемой методике ис­пользуется широко распростра­ненное отечественное эксплуата­ционное оборудование. Поэтому освоение методики не требует су­щественных затрат.

Слисок литературы

1. Сальникова М Е., Силаенков Е. С. Образец для испытания минера­ловатной аилы. П. М. № 99106453 с приоритетом от 30 марта 1999 г.

2. Сальникова М. Е., Силоенков Е. С. Устройство для испытания теп­лоизоляции. передающей сило­вые нагрузки на основной мате­риал стены. П. М. № 99106452 с приоритетом от 30 марта 1999 г.

3. Сальникова М. Е., Силаенков Е. С. Образцы для испытания водоне­проницаемости зашнтпо-отде - лочного покрытия утеплителя. П. М. № 99106451 с приоритетом от 30 марта 1999 г.

Новая технология и установка непрерывного приготовления пено­бетона пол давлением [ 11 дает воз­можность получения однородной массы пенобетона с мин идеально возможными размерами замкнутых пор для необходимой средней плот­ности пенобетонной смеси, при использовании любого доступного пенообразователя.

Оборудование для реализации этой технологии доступно и срав­нительно недорого Научно-произ­водственное предприятие «Помош - ник-Д». авторы и разработчики технологии и основного ее агрегата < Супермиксер СТ-10» в настоящее время внедряют на предприятиях строй индустрии России.

Опыт внедрения показал, что эта технология позволяет получать одно­родную пенобетонную смесь со ста­бильной средней плотностью в диа­пазоне 360-1500 кг/м3. Так, ис­пользование «Супермиксера СТ-Ю» вместе с героторным растворонасо - сом Тюменской домостроительной компанией позволило отказаться от дорогостоящего пенообразователя Неопор» и получить пенобетон с использованием отечественного пе­нообразователя «Пеностром». Коэф­фициент теплопроводности полу­ченного пенобетона при этом умень­шился на 15%.

Внедренная на Новороссийском заводе ЖБИ технологическая линия позволяет выпускать пенобетонные конструкции по ТУ 5741-002- 31820565—97 на синтетическом мо­ющем средстве -«Прогресс» в каче­стве пенообразователя.

Кроме того, технология с исполь­зованием «Супермиксера СТ-10» и героторным насосом для подачи ис­ходной растворной смеси в стержне­вой смеситель внедрена в инвести­ционно-строительной компании «Архитектор» (г. Тольятти Самар­ской обл.). ПСФ «Спецстройбетон» (Уфа), ООО «ДСК и К» (Тюмень).

НПП «Помощник-Д» организо­вало экспериментальный легкопе - ремешаемый мобильный участок по производству стеновых и перегоро­дочных блоков непосредственно на объектах строительства (рис. I). В перечне оборудования:

— бетоносмеситель СБ-169 со ски­повым подъемником, смонтиро­ванным на сборно-разборной эстакаде, имеющей площадку обслуживания:

— героторный растворонасос с приемным бункером;

— «Супермиксер СТ-10»;

— ком прессор прои зводител ьностью 12 м-Уч и давлением 0.8 МПа;

— комплект легко монтируемых гребенчатых форм стеновых и перегородочных блоков. Пенобетонная смесь по рукаву

Транспортируется к месту укладки в ячейки форм и периодически контролируется ее средняя плот­ность (рис. 2).

При организации производства пенобетонных конструкций непо­средственно на объекте строитель­ства транспортные расходы снижа­ются на 20—30% в зависимости от удаленности объекта от производ­ственных баз стройиндустрии.

Капитальные затраты на органи­зацию такого мобильного участка со­ставляют 465 тыс. руб*. Если учесть, что себестоимость возведения само - несуших стен из пенобетонных кон­струкций по сравнению с кирпичной кладкой ниже на 115—125 руб. на I м2 стены при равном сопротивлении теплопередаче, то при строительстве двух пятиэтажных домов (18x48 м) или восьми двухэтажных коттеджей (10x12 м) капитальные затраты на организацию мобильного участка по производству пенобетонных конст­рукций окупятся.

Список литературы

1. Сухое В. Г., Трифонов Ю. П. Но - вы'е технологии и установка не­прерывного приготовления пе­нобетона под давлением // Строит, материалы 1999. N° 7.8.

2. Сухов В. Г., Трифтов Ю. П. Уста­новка и технология приготовления пенобетонной Смеси под давлени­ем // Тезисы докладов конферен­ции «Пенобетоны 3-го тысячеле­тия». Санкт-Петербург. 1999.

В. Г. КУХТИН, главный инженер ЗАО «МосФлоулайн» (Москва)