автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Стойкость штукатурных покрытий в системах фасадной теплоизоляции

На правах рукописи

Синицин Дмитрий Александрович

СТОЙКОСТЬ ШТУКАТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ В СИСТЕМАХ ФАСАДНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Специальность 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2006

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете на кафедре «Строительные конструкции».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Бабков Вадим Васильевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Коренькова Софья Федоровна;

кандидат технических наук, доцент Латыпова Татьяна Владимировна.

Ведущая организация

ГУЛ институт «БашНИИстрой», г.Уфа.

Защита состоится 13 октября 2006 года в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 3 сентября 2006 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Денисов О.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из конструктивных решений теплоэффектив-ных наружных стен, получивших в настоящее время широкое распространение в проектировании и строительстве жилых домов и зданий другого назначения в России и Республике Башкортостан, является фасадная теплоизоляция с оштукатуриванием по сетке. Данный тип теплоэффективной стены может применяться как при новом строительстве, так и при реконструкции и санации существующих зданий. Кроме того, один из элементов такой системы — тонкая многослойная армированная штукатурка — применяется для наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистиролыюй опалубке.

Система фасадной теплоизоляции с оштукатуриванием по сетке должна продолжительный период сохранять первоначальные теплозащитные и гидрозащитные свойства при эксплуатационных воздействиях на уровне, предусмотренном проектом. Большинство разработчиков систем фасадной теплоизоляции определяют безремонтный срок службы для своих систем в пределах 30-40 лет, однако в реальных условиях зачастую наблюдаются признаки отказов системы уже через несколько лет.

Ключевым моментом в обеспечении долговечности системы фасадной теплоизоляции является стойкость фасадных штукатурок в процессе эксплуатации к действию внешних факторов. Для штукатурных покрытий на цементной основе существует проблема растрескивания и потери сцепления с основанием при действии усадки штукатурного слоя и перепадов температур. Важнейшей характеристикой штукатурных покрытий, наряду с прочностью на растяжение и адгезией к основе, определяющей их трещиностойкость и влияющей на долговечность, является предельная растяжимость штукатурок, количественные значения которой не представлены в паспортных характеристиках ни одним из производителей сухих штукатурных смесей и систем фасадной теплоизоляции.

Актуальным и практически неизученным также является вопрос о влажно-стном режиме наружной стены рассматриваемого типа в цикле эксплуатации при применении пенополистирольного утеплителя, характеризующегося относительно низким коэффициентом паропроницаемости. Возможное накопление влаги в толще стены за годовой период её эксплуатации и сверхнормативное увлажнение материала с выпадением конденсата за период с отрицательными

среднемесячными температурами наружного воздуха могут привести к снижению теплоизоляционных свойств стены, попеременному замораживанию-оттаиванию в переходные периоды года и снижению долговечности ограждающей конструкции из-за утраты морозостойкости её отдельных элементов.

Таким образом, применительно к системам фасадной теплоизоляции существуют несколько актуальных вопросов, связанных с обеспечением их эксплуатационной надёжности и долговечности, требующих дополнительных исследований и решений.

Цель работы заключается в исследовании стойкости штукатурных покрытий в системах фасадной теплоизоляции в климатических условиях Республики Башкортостан при действии усадки и перепадов температур, изучении характерных дефектов и причин их возникновения, имеющих место в процессе эксплуатации таких систем, а также в разработке рекомендаций по совершенствованию технологии исполнения систем фасадной теплоизоляции с целью повышения их эксплуатационной надёжности и долговечности.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- выявление и систематизация основных факторов, воздействующих на штукатурные покрытия в процессе эксплуатации и влияющих на их долговечность;

- исследование напряжённого состояния штукатурных покрытий от действия усадки штукатурки и перепада температур на различных по жесткости основах, включая работу штукатурки в системе фасадной теплоизоляции;

экспериментальные исследования предельной растяжимости и трещино-стойкости различных вариантов штукатурных растворов под действием фактора усадки, исследование роли сеточного армирования в обеспечении трещино-стойкости штукатурных покрытий;

- исследование влажностного режима наружной стены с фасадной теплоизоляцией при применении пенополистиролыюго утеплителя;

- реализация программы мониторинга объектов, возведённых в г. Уфе и Республике Башкортостан с применение нескольких систем фасадной теплоизоляции в период 1994—2006 гг.; систематизация основных дефектов, возникающих при монтаже и эксплуатации, связанных с конструктивными ошибками и нарушениями технологии; разработка рекомендаций по предотвращению дефектов;

- разработка рекомендаций по наружной отделке стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистирольной опалубке, с использованием тонкослойных армированных гидрозащитных пггукатурок.

Научная новизна работы характеризуется следующими результатами:

1 На основе решения задачи теории упругости и результатов, полученных на ЭВМ с использованием программы «СоэтовМ», исследовано напряженное состояние в слоях штукатурных покрытий от действия двух основных факторов

- усадки штукатурки и перепада температур на различных по жесткости вариантах поверхности (основы). Установлено 5-10-кратное снижение напряжений в штукатурном слое на поверхности маложёсткого пенополистирольного утеплителя в составе теплоэффективной трёхслойной стены по сравнению со штукатуркой на жесткой основе, объясняющееся резким снижением стеснённости названных деформаций. Исследовано напряжённое состояние в углах концентраторов напряжений (оконных проёмов, отверстий), характеризующееся высокой концентрацией растягивающих напряжений, обуславливающих растрескивание пггукатурок.

2 Предложен критерий стойкости штукатурных покрытий, основанный на оценке их предельной растяжимости как одного из важнейших свойств, определяющих трещиностойкость покрытий. Экспериментально с применением авторских методик определена предельная растяжимость ряда штукатурных составов. Выявлена высокая предельная растяжимость модифицированных сухих смесей по сравнению с бездобавочным цементно-песчаным раствором. Установлено резкое повышение трещиностойкости при введении в штукатурный слой армирующей стеклотканевой сетки.

3 Исследованы возможности и обоснованы ограничения применения различных видов пенополистирола, различающихся коэффициентами паропрони-цаемости, в сочетании с различными материалами внутреннего слоя с точки зрения температурно-влажностного режима стены в годовом и зимнем циклах.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработана классификация характерных дефектов, имеющих место в системах фасадной теплоизоляции, связанных с конструктивными ошибками и нарушениями технологии, и выявлены их причины;

- разработаны рекомендации по предотвращению основных дефектов, совершенствованию конструктивных решений и технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции в новом строительстве и при реконструкции зданий;

- разработаны рекомендации по применению тонкослойных гидрозащитных штукатурок для отделки фасадов зданий, выполненных в несъёмной пенополи-стирольной опалубке.

Внедрение результатов работы заключается в следующем:

- рекомендации с анализом причин возникновения дефектов и системой мероприятий по их предотвращению и совершенствованию технологии переданы и реализованы на объектах следующих организаций в г, Уфе: ООО БНЗС (возведение зданий с применением системы фасадной теплоизоляции «Baumit»), ООО lililí «Строительные материалы и технологии» (разработчики системы фасадной изоляции «СМИТ-Полифас») и ЗАО «ЖилСтройРеконст-рукция» (возведение зданий в несъёмной пенополистирольной опалубке);

- результаты исследований по совершенствованию конструктивных решений и технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции нашли отражение в научно-техническом отчёте по бюджетной теме «Анализ существующих конструкций фасадных систем на основе опыта их эксплуатации в условиях Республики Башкортостан и разработка методических рекомендаций по проектированию и технологии их устройства», выполненной в 2005 г. по заданию Министерства строительства, архитектуры и транспорта РБ;

- результаты работы были использованы при выполнении работ по монтажу систем фасадной теплоизоляции на ряде объектов в г. Уфе и Республике Башкортостан в новом строительстве и при реконструкции.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях УГНТУ (г. Уфа, 2003-2006 гг.); 23-й межвузовской конференции СамГАСА (г. Самара, 2004 г.), VII, VIII, IX, X Международных научно-технических конференциях «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 2003-2006 гг.); 10-й Сибирской (международной) конференции по железобетону (г. Новосибирск, 2005 г.); научно-практической конференции «Реконструкция жилых домов и надстройка мансардных этажей с применением современных технологий» (г. Уфа, 2005 г.).

По основным результатам исследований опубликовано 19 статей, в том числе 2 — в центральной печати.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов, списка использованных источников, приложений. Работа изложена на 205 листах машинописного текста, содержит 42 иллюстрации, 39 таблиц и 3 приложения. Список использованных источников включает 90 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления, сформулированы цель и задачи исследований, их научная и практическая значимость.

В первой главе представлен обзор и анализ литературных данных по системам фасадной теплоизоляции.

Фасадная теплоизоляция с оштукатуриванием по сетке в последние десятилетия получила распространение в странах Европы (Австрия, Германия и др.), а также в Канаде и США. В России и Республике Башкортостан фасадные системы этого типа стали применяться в середине 90-х гг., а массовое распространение получили с 2000 г. На настоящий момент в Башкортостане с применением фасадной теплоизоляции возведено и реконструировано уже более 150 крупных объектов (и порядка 300 коттеджей).

- Практика показывает, что использовать в качестве штукатурного покрытия по утеплителю бездобавочные цементно-песчаные растворы, неармированные или по металлической сетке, не следует, т.к. данный вид штукатурки недолговечен. Для этой цели рекомендуется применение отделочных систем на основе тонких многослойных декоративно-защитных штукатурных покрытий толщиной 6-9 мм на минеральной или полимерной основе, армированных щёлоче-стойкой стеклотканевой сеткой, имеющих Технические свидетельства Госстроя России. В настоящее время в Республике Башкортостан наибольшее распространение получили следующие фасадные системы этого типа: «Ваитк» (Австрия) (около 50 объектов); «ЛАЭС» (г. Самара) (около 40 объектов); «Сэнард-жи» (Московская область) (около 40 объектов), а также местные отделочные системы «СМИТ-Полифас» и «Пластолит» (г. Уфа).

Помимо несущих стен, системы фасадной теплоизоляции также применяются в каркасно-монолитных зданиях для наружной отделки стены-заполпепия,

выполненной из силикатного или керамического кирпича либо из легкобетонных блоков. Благодаря небольшой массе, система не создаёт значительной дополнительной нагрузки на стену-заполнение, к которой она крепится и которая сама обычно не обладает ни высокой прочностью, ни хорошим качеством исполнения/Незначительна также анкерная нагрузка, передаваемая через дюбели на кладку стены. Названные факторы делают фасадную теплоизоляцию наиболее удобным способом для наружной 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 по системе «Сэнарджи» 5-этажный жилой дом около Центрального рынка. Выполнено утепление торца панельного 9-этажного жилого дома по ул. Российской, 169. Реализована реконструкция 4-этажного общежития по ул. М. Пинского, 7 с утеплением фасадов по системе «ЛЛЭС». Ведётся надстройка мансардного этажа жилого 5-этажного панельного дома по Пр. Октября, 106/3 с утеплением фасадов по системе «БТОХПХ».

Одним из важных преимуществ систем фасадной теплоизоляции является доступность для наблюдения и ремонтопригодность. Теплоэффективная стена в этом случае состоит из 2-х 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, после полного разрушения (отказа) фасадной теплоизоляции через 30-40 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.

Опыт эксплуатации зданий с фасадной теплоизоляцией показал, что наиболее уязвимым элементом, определяющим долговечность системы, является стойкость фасадной штукатурки. Критерием отказа системы является разрушение штукатурного покрытия при сохранении в течение некоторого времени незащищённым утеплителем своих физико-механических и теплотехнических свойств. Долговечность теплоизоляционного материала можно считать заведо-

мо более высокой, чем у штукатурного слоя. Считается, что срок эксплуатации минераловатных утеплителей практически не ограничен. 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) долговечность беспрессового пенополи-стирола можно оценить в пределах 40...80 лет. Уровень долговечности в 80 лет был принят и в рекомендациях ЦНИИЭПжилища 1984 г.

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

- стеснённые деформации штукатурного покрытия, возникающие в условиях его усадки и перепадов температур;

- накопление влаги в толще стены за годовой период её эксплуатации и её сверхнормативное увлажнение с выпадением конденсата в зимний период;

- 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.

Актуальным является вопрос о влажностном режиме наружной стены при применении беспрессового пенополистирола ПСБ-С по ГОСТ 15588-86 с относительно низким коэффициентом паропроницаемости ц = 0,05 мг/(м-ч-Па) в системе фасадной теплоизоляции. Что касается действия третьего фактора, то на время кратковременного замачивания фасада в результате косого дождевания с последующим осушением штукатурное покрытие защищено гидрофоби-затором, содержащимся в его составе. Таким образом, ключевым фактором, определяющим долговечность системы теплоизоляции, является стойкость фасадной штукатурки к растрескиванию под действием усадочных и термомеханических напряжений, возникающих в условиях стеснённой усадки и стеснённых температурных деформаций.

Во второй главе приведены данные по материалам и технологиям, применяемым в системах фасадной теплоизоляции.

В качестве теплоизоляции необходимо применять плотные жёсткие угеп-лители, по которым возможна установка системы штукатурных слоёв, при этом паропроницаемость теплоизоляционного материала должна иметь значения, исключающие накопление влаги при эксплуатации за годичный и зимний пе-

риоды. Основные утеплители, применяемые в настоящее время в системах фасадной теплоизоляции, — это беспрессовый пенополистирол ГТСБ-С плотностью 20-30 кг/м3 и базальтоволоконные и стекловолоконные плиты повышенной жесткости плотностью 80-150 кг/м3, выпускаемые фирмами «Rockwool» (Дания), «Рагос» (Финляндия), «Isover» (Австрия), «URSA» (Россия).

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.

В качестве декоративно-защитного слоя в системах фасадной теплоизоляции применяются штукатурные составы на основе сухих смесей. В их состав входят минеральное вяжущее (портландцемент), наполнители и заполнители, а также модифицирующие полимерные добавки, придающие штукатурному покрытию требуемые свойства. Штукатурные составы на цементно-акриловой основе должны обладать совокупностью обязательных качеств: высокой адгезией к основе, водостойкостью, морозостойкостью, высокой предельной растяжимостью, гидрофобностью и при этом обеспечивать паропроницаемость. Эти требования предопределены условиями эксплуатации фасадной теплоизоляции и характером напряженного состояния штукатурного слоя от усадки и перепада температур. Основными модификаторами, определяющими свойства штукатурного покрытия, являются порошкообразные растворимые дисперсионные (ДПП) или редисперсионные (РПП) полимерные порошки. Полимерное связующее образует эластичные контактные плёнки между частицами заполнителей, наполнителей и минерального вяжущего и в несколько раз повышает прочность при растяжении, предельную деформативность и трещиностойкость штукатурного покрытия. Кроме того, снижается водопоглощение материала, повышая при этом его морозостойкость и водонепроницаемость.

Одним из факторов, приводящих к образованию трещин в штукатурном покрытии, является усадка раствора на цементной основе. Вместе с высыханием штукатурного покрытия и уменьшением его объёма в нём развиваются объёмные и линейные деформации, сопровождающиеся напряжениями в материале, которые становятся иногда выше предела его прочности при растяжении и

вызывают образование микро- и макротрещин на поверхности штукатурки. Величина усадки штукатурного раствора составляет 0,3 — 0,6 мм/м. Помимо деформаций усадки, штукатурное покрытие подвергается также температурным деформациям. При коэффициенте линейного расширения раствора а = 1*10"5 и сезонном изменении температуры окружающей среды на 50 °С относительная температурная деформация раствора достигает 0,5-10'3, т.е. 0,5 мм/м, при этом в штукатурке развиваются температурные напряжения. Температурные напряжения и деформации суммируются с усадочными, и в том случае, когда суммарные деформации растяжения в штукатурном покрытии по своей интенсивности превзойдут показатели предельной растяжимости раствора (значение которой для бездобавочного цементно-песчаного раствора составляет 10... 18-10"5), в нём возникают трещины.

Анализ напряжённо-деформированного состояния в штукатурном покрытии на абсолютно жесткой основе под действием стеснённой усадки выполнен в работе В.В.Козлова. В реальности штукатурное покрытие наносится на стену (основу) с определёнными конечными значениями толщины и жесткости. Таким образом, практический интерес представляет задача о напряжёшгом состоянии штукатурного покрытия в составе одно- или двухслойной стены, которая будет рассмотрена и решена в данной работе.

В третьей главе выполнен анализ напряжённого состояния в штукатурных покрытиях по однослойной стене и в системах фасадной теплоизоляции при усадочных и термомеханических воздействиях.

Рисунок 1 — Штукатурное покрытие и основа в координатах ХУ2 Рассмотрим случай однослойной штукатурки толщиной 5, нанесенной на жёсткую основу в виде стеновой кладки или бетонной конструкции (рисунок 1). Штукатурка работает совместно с основой за счет сцепления по границе двух фаз. Учитывая, что 5 « 1х, 1у, где 1х, 1у — линейные размеры штукатурного

покрытия в иаправлспиях Ох, Оу, можно полагать, что штукатурный слой находится в условиях плоского напряженного состояния.

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

(1)

'ЕЕ

В зоне, достаточно удаленной от края элемента (на расстоянии > 4...5 6) ох = Оу, для напряжений растяжения в покрытии при любой разнице свободных деформаций покрытия и основы Асх с учетом упругопластического поведения материала штукатурки в стадии ее работы перед образованием трещин имеем

СТ,=<7 =--, (2)

где Е и (1 - значения модуля упругости и коэффициента Пуассона материала покрытия, v, < 1 - коэффициент упругопластических деформаций раствора при растяжении.

Для штукатурного слоя на основе бездобавочного цементно-песчаного раствора марки 50 (при Е ~ 6-103 МПа, Дех = eSh,Hm ~ 40-10"5 (полная усадка штукатурного раствора), ц ~ 0,3, vt ~ 0,5) величина растягивающих усадочных напряжений составляет ах = ау = 1,41 МПа, а для высокопрочного раствора марки 150 (при Е ~ 14-Ю3 МПа) ах - сту = 4,0 МПа, что существенно выше расчетного сопротивления па растяжение для расчета по образованию трещин согласно СНиП (Rbucr ~ 0.3 — 0,35 МПа) и разрушающего напряжения растяжения cub[ ~ 0,5 МПа, Это соответствует реально наблюдаемой картине усадочного растрескивания, характерной для бездобавочных цемеитпо-песчаных растворов, используемых в качестве штукатурок. Принятые марки растворов соответствуют паспортным данным, указываемым производителями сухих смесей.

Анализ уравнения (2) показывает, что повышению трсщиностойкости штукатурок на цементной основе по отношению к усадочным и термомеханическим напряжениям будет содействовать повышение упругопластических характеристик раствора и его предельной дсформативности (снижение параметров v, и Е), повышение прочности на растяжение и снижение усадки раствора.

Вышеперечисленные результаты, получешше с применением формул теории упругости, были подтверждены расчётами, выполненными на ЭВМ с ис-

пользованием программы «COSMOSM 2.8» (256 Version). Расчёты выполнялись на два вида основных воздействий, которым штукатурное покрытие подвергается в процессе эксплуатации: полная усадка раствора, принимаемая равной 40-10'5 и температурная деформация при прямом ходе температуры из лета в зиму от +20°С до -35°С, значение которой составляет 55-Ю"5. В качестве основания под штукатурное покрытие были рассмотрены следующие варианты: абсолютно жесткая основа; однослойная стена большой жесткости (кирпичная кладка, ячеистый бетон), маложёсткий пенополистирольный утеплитель в составе трёхслойной стены.

По результатам расчётов были построены графики распределения напряжений в штукатурном слое, часть из которых представлена на рисунках 2,а-2,г. На основе анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы:

- при наиссснии штукатурного покрытия на основу большой жесткости (кирпичная кладка) растягивающие усадочные напряжения в нём для раствора марки 50 составляют 1,2 — 1,5 МПа, для раствора марки 150 они составляют 2,8 -3,3 МПа, что выше расчетного сопротивления на растяжение согласно СПиП (R^uer ~ 0,3 - 0,35 МПа) и разрушающего напряжения растяжения oubt ~ 0,5 МПа и приводит к температурно-усадочному растрескиванию штукатурных покрытий. С увеличением марки и прочности раствора напряжения в штукатурном слое возрастают пропорционально увеличению его модуля упругости. Температурные напряжения в слоях штукатурного покрытия равны или несколько меньше усадочных напряжений.

- установлено снижение в 5-10 раз (до 0,1-0,4 МПа) напряжений в штукатурке па поверхности маложёсткого пенополистирольного утеплителя в составе трёхслойной стены по сравнению со штукатуркой на основе большой жесткости (кирпичной кладки), поэтому растрескивания штукатурного покрытия не происходит. Это предопределяется значительным снижением степени стеснённости деформаций штукатурного слоя на маложёстком утеплителе. При увеличении толщины слоя пенополистирольного утеплителя наблюдается снижение напряжений в штукатурном покрытии. Так, при увеличении толщины пенопо-листирола с 5 до 10 см напряжения в штукатурке снижаются в 2 раза, а при увеличении толщины пенополистирола с 10 до 15 см - еще в 1,5 раза.

Расстояние от центра «додели, см

-3> аьсклайка ~9.S1,acna*ca

- 7 • ц овободн« попршМь • —В - ts, свободна поиртов»

•■> 2 склейка —4-txz, склейка —в • вас, вободнш поверхность -(•и, свободная поваржооь

а) Штукатурное покрытие на абсолютно жесткой основе под действием усадки

Расстояние от центра модели, ем

ах, оклейка -I-ta, «лайка —в- «у свободная поверхность

-2-в* склейка

-4- «х, свободная поверхность

Расстояние от центра модели, см

-1. «.склейка —Д-н, схлейсв

—S • пс, свободная повержопь -7- к, свободная поеержооь

- 2 • склейка —4-txz, склейка -в- ву свободная поверхность

б) Штукатурное покрытие на поверхности стены из силикатного кирпича толщиной 640 мм под действием усадки

Расстояние от центра модели, см

-1. ах, склейка

- } • te, «лайка

- Ь- а* свободная поверхность

-2-«лай** -4-ая, свободная поверхность

в) Штукатурное покрытие на поверхности г) Штукатурное покрытие в структуре теплоэффек-

стены из силикатного кирпича толщиной тивной трёхслойной стены по системе фасадной

640 мм при температурном воздействии теплоизоляции под действием усадки

Штукатурка: цементно-песчаный раствор М150 толщиной 1 см; модуль упругопластичности раствора - 0,7'IО4 МПа; величина усадки Вув - 40-10'5; величина температурного перепада - 55° С; sx, sy, sz - нормальные напряжения; si, з2-главные напряжения;

txz, tyz-касательные напряжения; — растягивающие напряжения; - сжимающие напряжения Рисунок 2 — Напряжённое состояние в плоскостях xOz и yOz штукатурного слоя

- в углах концентраторов напряжений (отверстия, оконные проемы) главные растягивающие напряжения в штукатурных покрытиях возрастают в 1,2... 1,8 раза. В связи с этим необходимо выполнять дополнительное армирование углов оконных проёмов диагональными сетками.

В четвёртой главе представлены разработанные автором методики и результаты экспериментального исследования предельной растяжимости и тре-щиностойкости различных вариантов штукатурных растворов (бездобавочных цементно-песчаных и на основе модифицированных сухих смесей, в т.ч. армированных) под действием фактора усадки при различных условиях твердения (100% влажность и атмосферные условия). Было реализовано две методики:

1 Определение предельной растяжимости штукатурного покрытия (рисунок За). Раствор наносится на стальные пластины размером 400x100 мм и выдерживается в течение 28 суток при комнатной температуре (+18...+23°С) в двух вариантах относительной влажности воздуха: атмосферной (45...60%) и 100%-ной. Испытание пластин выполняется на осевое растяжение с использованием машины испытательной Р100. В момент образования трещины в штукатурном слое фиксируется значение приложенной к пластине нагрузки, затем расчётным путём определяется растягивающее напряжение и предельная де-формативность штукатурного раствора.

Рисунок За - Схема испытаний по опре- Рисунок 36 - Схема испытаний штука-делению предельной деформативпости турного раствора на трещиностойкость штукатурного раствора П°Д действием усадки

Рисунок Зв — Схема испытаний армированного штукатурного раствора на трещиностойкость под действием усадки

2 Определение трещиностойкости армированной и неармированной штукатурки при твердении в атмосферных условиях и при 100% влажности под действием усадочных напряжений (рисунки 36, Зв). Штукатурный раствор наносится на стальную пластину. В средней части пластины под штукатурным слоем укладывается прокладка из полиэтилена, по краям пластины штукатурный слой наносится непосредственно на её поверхность. За штукатуркой выполняется визуальное наблюдение. В момент образования трещины измеряют ширину её раскрытия, по которой определяют значение относительной усадочной деформации штукатурного раствора.

По результатам экспериментов установлено, что:

- предельная растяжимость бездобавочных цементно-песчаных растворов составляет 15...20-10'5, что ниже деформаций усадки, которые составляют около 40-10"3, и приводит к образованию трещин в штукатурном покрытии. Предельная растяжимость модифицированных штукатурных растворов за счёт введения в их состав полимерных добавок возрастает в несколько раз и составляет 40...50-10"5, что выше значения деформаций усадки, и это делает их пригодными к использованию с точки зрения стойкости к усадочному растрескиванию;

- предельная растяжимость штукатурного покрытия в значительной степени зависит от условий твердения раствора. Наиболее благоприятным условием является 100% влажность, при которой отсутствует усадка раствора. В атмосферных условиях имеет место быстрая потеря воды затворения в первые сутки твердения, сопровождающаяся значительной пластической усадкой. Недостаток влаги приводит к недонабору штукатурным раствором прочности и снижает его предельную растяжимость до 50-80% от предельной растяжимости раствора, выдержанного при 100% влажности;

- в бездобавочных цементно-песчаных растворах при твердении в условиях атмосферной влажности в первые сутки проявляется пластическая усадка величиной 100...400-Ю"5 или 1...4 мм/м, в результате которой возникают усадочные трещины с шириной раскрытия до нескольких миллиметров. В штукатурных растворах на основе модифицированных сухих смесей либо образуются волосяные трещины, либо трещины отсутствуют, что свидетельствует о низкой пластической усадке раствора, которая связана с его высокой водоудерживающей способностью, и его высокой предельной растяжимости;

- трещиностойкость штукатурных растворов резко возрастает с армированием их стеклотканевой сеткой.

В пятой главе представлены результаты исследования влажностного режима наружных стен при применении пенополистиролыюго утеплителя в системах фасадной теплоизоляции.

На первом этапе был выполнен расчёт в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» сопротивления паропропицаиию теплоэффективной наружной стены жилого дома, возведёшюго в г. Уфе с применением фасадной теплоизоляции. Рассмотрены три варианта стены: несущая стена из сплошного силикатного кирпича толщиной 380 мм (рисунок 4); стена-заполнение каркас-но-монолитного здания из сплошного силикатного кирпича толщиной 250 мм; облегчённая стена-заполнение из пустотного силикатного кирпича толщиной 250 мм. Результаты расчёта для несущей стены обобщены в таблице 1.

Таблица 1 - 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 _ ■__

Элемент стены Толщина элементов стены 5, мм Расчетный коэффициент теплопроводности ХА, Вт/м°С Приведенное термическое сопротивление стены, м2оС/Вт Коэффициент паропро-ницаемо-сти ц, мг/ (м-ч-Па) Сопротивление паро-проницанию стены, м2-ч-Па/мг

Ко 1 Я"4 Кур По СНиП

Л» £ и™4

I Штукатурка внутренняя це-ментно-песчаная 20 0,76 0,026 3,33 0,09 6,08 0,24 5,0

2 Кладка из сплошного силикатного кирпича 380 0,76 0,5 0,11

3 Пенополисти-рол ПСБС-25 120 0,041 2,927 0,05

4 Фасадная акриловая нпукатурка 8 0,76 0,011 0,05

ВСЕГО 528 •- 3,45 Влага в годовом цикле и в зимний период не накапливается

На втором этапе выполнялись расчёты по определению возможности образования конденсата для названных вариантов стен за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха, результаты приведены в таблице 2. По полученным данным строились графики распределения максимального парциального давления .Е, водяного пара и график изменения действительного парциального давления е,- водяного пара по толще стены для наибо-

лее холодного месяца (января) (рисунок 4), по которым определялась возможность образования конденсата в ограждающей конструкции в зимний период.

Таблица 2 - Распределение влажности в стене за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха для наружной несушей стены, выполненной с использованием системы фасадной теплоизоляции_

г. Уфа Месяцы

ноябрь декабрь январь февраль март

-5,1 -11,2 -14,9 -13,7 -6,7

и«, °с 21,0 21,0 21,0 21,0 21,0

т,°С -4,74 -10,74 -14,36 -13,21 -6,31

Ф,% 81 81 81 81 81

Па 346 215 163 178 306

Ег, Па 412 241 175 195 359

ст < Е„ конденсат не выпадает

Толщина стена, мы

Рисунок 4 — Графики распределения температуры и парциального давления по толщине наружной несущей стены для наиболее холодного месяца (января)

для климатических условий г. Уфы По результатам расчётов установлено, что в климатических условиях Республики Башкортостан при применении систем фасадной теплоизоляции на основе пенополистирола ПСБ-С по ГОСТ 15588-86 толщиной 100...150 мм как с несущими стенами толщиной 380...510 мм, так и со стеной-заполнением толщиной 250 мм в каркасно-монолитных зданиях накопления влаги в толще стены за годовой период эксплуатации и избыточного увлажнения степы (выпадения конденсата) в зимний период не происходит. Применять в качестве утеплителя в системах фасадной теплоизоляции беспрессовый пенополистирол с более низким коэффициентом паропроницания ц = 0,02 - 0,03 мг/(м-ч-Па), а также облегчённый вариант стены-заполнения с внутренним слоем из пустотного кирпича не рекомендуется, т.к. в этом случае в зимний период происходит избыточное увлажнение стены и в слое утеплителя образуется конденсат.

В шестой главе представлены результаты мониторинга объектов, возведённых с применением нескольких систем фасадной теплоизоляции в г. Уфе и

Республике Башкортостан. Систематизированы основные дефекты, возникающие при монтаже и эксплуатации таких систем, с анализом причин их возникновения. Разработаны рекомендации по предотвращению дефектов и совершенствованию технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции.

В августе - октябре 2005 г. и апреле - мае 2006 г. выполнено обследование порядка 100 объектов, фасадная теплоизоляция которых была выполнена по системам «Baumit», «Лаэс», «Сэнарджи» и др. Особый интерес представляют объекты, возведённые 4-6 лет назад, такие как развлекательный центр «Огни Уфы», Центральная налоговая инспекция, два корпуса санатория «Юматово» (система «Баумит»), санация 5-этажного жилого дома по ул. 50-летия Октября, санация 9-этажного панельного жилого дома по ул. Российской, 169 (система «Сэнарджи»), фасадная теплоизоляция которых находится во вполне удовлетворительном состоянии. Выявленные на объектах со значительным сроком эксплуатации дефекты являются следствием неудачных проектных решений (в частности, неудачной конструкции системы отвода воды с кровли) либо несоблюдения технологии при выполнении работ. Фасадная теплоизоляция плохо совмещается с архитектурными деталями на фасаде, на горизонтальных площадках которых задерживается вода, талый лед, снег, что приводит к повреждениям штукатурки вследствие ее постоянного замачивания и замораживания. Фасад при таком решении теплоэффективной стены должен быть предельно простым, плоским, допускающим кратковременное замачивание штукатурки с последующим её осушением. На это время штукатурка защищена гидрофобиза-тором, содержащимся в её составе. С точки зрения долговечности перспективной представляется система «Baumit», которая используется в Европе (Австрия, Германия) уже более 30 лет. Отечественным системам не более 10-12 лет, и судить об их долговечности пока сложно.

Тонкие многослойные .армированные штукатурки применяется также для наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пепополистироль-ной опалубке. В г. Уфе строительство с применением этой технологии началось в 2001г. В настоящее время введён в эксплуатацию 5-ти этажный жилой дом по Пр.Октября, 162/1, наружная отделка которого выполнена по системе «ЛАЭС»

и через два года после завершения работ находится в хорошем состоянии, возводятся два многоэтажных жилых комплекса «Седьмое небо» и «Каскад». С применением этой технологии ведётся коттеджная застройка посёлка Баланово.

Актуальным является вопрос о сроках нанесения фасадной штукатурки на стену, выполненную в несъемной пенополистирольной опалубке. В этом случае для бетонирования применяются литые бетонные смеси с В/Ц = 0,6...0,8, тогда как для гидратации цемента требуется В/Ц = 0,15...0,2. Излишек воды удаляется из бетонного сердечника стены в течение определённого времени. Слишком раннее нанесение штукатурки, до завершения осушения стены, может привести к . её замачиванию, в результате чего произойдёт нарушение адгезии между штукатурным покрытием и пенополистирольной основой и его последующее разрушение и отслоение. С целью определения динамики осушения такой стены был поставлен эксперимент, по результатам которого были построены графики изменения весовой влажности бетона стены в несъёмной опалубке (рисунок 5). Результат эксперимента показал, что наносить штукатурное покрытие (когда произойдёт полное осушение стены) в летних условиях (температура наружного воздуха 20-25 °С, влажность 65...75%) рекомендуется не ранее чем через 25-30 дней, в зимних условиях (температура наружного воздуха около +5°С) - не ранее чем через 50 дней после завершения бетонирования стены.

Эвенент (фраеыем/п) наружной откна б пенополистирольной опалубке паооизолоцщ

■10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Длительность эксперимента, сут.

1 - кривая осушения для «летних» условий, 2 — для «зимних» условий Рисунок 5 •» Изменение содержания воды в бетоне стены в несъёмной пенополистирольной опалубке при осушепнн, %

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Опыт эксплуатации зданий с фасадной теплоизоляцией показал, что наиболее уязвимым элементом данной системы является штукатурное покрытие. Его эксплуатационная надёжность и долговечность определяется воздействием трёх основных факторов: 1 - стеснённые деформации штукатурного покрытия, возникающие в условиях его усадки и перепадов температур; 2 - накопление влаги в толще стены за годовой период её эксплуатации и сверхнормативное увлажнение стены с выпадением конденсата в зимний период; 3 - замачивание стены при действии осадков в переходные периоды «зима-весна» и «осень-зима». Ключевым фактором, определяющим долговечность штукатурного покрытия, является стойкость фасадной штукатурки к растрескиванию под действием усадочных и термомеханических напряжений.

2 Исследовано напряжённое состояние штукатурных покрытий от действия усадки и перепадов температур на различных по жесткости вариантах основы, включая работу штукатурок в системе фасадной теплоизоляции. Установлено 5-10-кратное снижение напряжений в штукатурном слое на поверхности маложёсткого пенополистирольного утеплителя в составе трёхслойной стены по сравнению со штукатуркой на жесткой основе (кирпичной кладке), что предопределяется значительным снижением степени стеснённости деформаций штукатурного слоя на маложёстком утеплителе.

3 Предложен критерий трещиностойкости штукатурного покрытия при действии усадочных и термомеханических напряжений, основанный на оценке его предельной растяжимости. Разработана методика и экспериментально определена предельная растяжимость для ряда штукатурных составов. Установлено, что предельная растяжимость бездобавочных цементно-песчаных растворов составляет 15,..20-Ю"5, что ниже деформаций усадки, которые составляют около 40-10"3 и приводит к их усадочному растрескиванию. Предельная растяжимость модифицированных штукатурных растворов составляет 40-60-10"5, что в сочетании с низкой пластической усадкой, высокой водоудерживающей способностью и хорошей адгезией этих штукатурок делает их пригодными к использованию в системах фасадной теплоизоляции с точки зрения стойкости к усадочному растрескиванию. Трещиностойкость растворов резко повышается при введении в штукатурный слой армирующей стеклотканевой сетки.

4 Расчётами установлено, что в климатических условиях Республики Башкортостан применение систем фасадной теплоизоляции с беспрессовым пено-полистиролом при возведении как несущих стен, так и стены-заполнения в кар-касно-монолитных зданиях обеспечивает благоприятный влажностный режим стены, не приводит к избыточному увлажнению и образованию конденсата в толще стены и не снижает долговечность ограждающей конструкции с точки зрения морозостойкости. Применять в качестве утеплителя в системах фасадной теплоизоляции беспрессовый пенополистирол с более низким коэффициентом паропроницания ц = 0,02...0,03 мг/(м-ч-Па) и экструдированный пенополистирол с р, = 0,013 мг/(м-ч-Па) не рекомендуется.

5 Реализована программа мониторинга объектов, возведённых в г. Уфе и Республике Башкортостан с применением фасадной теплоизоляции в период с 1994 по 2006 гг. Выполнена классификация дефектов фасадной теплоизоляции с анализом причин их возникновения. Разработаны рекомендации по предотвращению основных дефектов и совершенствованию конструктивных решений и технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции. В целом, основываясь на опыте применения и наблюдениях за уже возведёнными объектами, можно считать, что данная конструкция теплоэффективных наружных стен при применении сертифицированных систем, при тщательной проработке проектных решений и соблюдении технологических регламентов по монтажу вполне работоспособна в климатических условиях Республики Башкортостан.

6 Разработаны рекомендации по технологии наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистирольной опалубке, с использованием тонкослойных штукатурок. Установлено, что наносить штукатурное покрытие в летних условиях следует не ранее, чем через 25 дней после завершения бетонирования, в весеннс-осенних условиях - не ранее чем через 50 дней.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих научных трудах, из них №1 и 2 — опубликованы в журналах, включённых в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ:

1 Мамлеев Р.Ф., Сагитов Р.Ш., Бабков В.В., Синицин Д.А. и др. Опыт реализации новых российских нормативов по теплозащите ограждающих конструкций

зданий в Республике Башкортостан // Строительные материалы. - М. - 2003. -№10. — С.6-9.

2 Бабков В.В., Колесник Г.С., Синицин Д.А. и др. Теплоэффективные конструкции наружных стен зданий, применяемые в практике проектирования и строительства Республики Башкортостан // Строительные материалы. - М. -2006.-№5.- С. 43-46.

3 Бабков В.В., Синицин Д.А., Кузнецов Д.В. и др. Напряжённое состояние в слоях штукатурных покрытий и проблема их температурно-усадочного растрескивания // Сборник трудов секции «Строительство» РИА. — М., 2004, -Вып. 5; ч. 2. - С.9-13.

4 Бабков В.В., Гайсин A.M., Синицин Д.А. и др. Восстановление эксплуатационной надёжности наружных стен жилого панельного дома в г. Уфе // Сборник трудов секции «Строительство» РИА. - М., 2004. - Вып. 5; ч. 2. - С.198-201.

5 Бабков В.В., Синицин Д.А., Кузнецов Д.В. и др. Проблема температурно-усадочного растрескивания штукатурных покрытий // Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения: восьмые академические чтения отделения строительных наук РААСН / СамГАСУ. - Самара, 2004. -С. 623-625.

6 Бабков В.В., Синицин Д.А., Кузнецов Д.В., Гайсин A.M. Проблема температурно-усадочного растрескивания штукатурных покрытий // Научные труды общества железобетонщиков Сибири и Урала: материалы 10-й Сибирской (международной) конференции по железобетону / НГАСУ. — Новосибирск, 2005. — Вып. 8.-С. 25-29.

7 Бабков В.В., Синицин Д.А., Кузнецов Д.В. и др. Напряжённое состояние штукатурных покрытий в системах фасадной теплоизоляции // Проблемы строительного комплекса России: материалы IX международной научно-технической конференции при IX Международной специальной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство-2005». - Уфа: УГНТУ, 2005. - С.36-38.

8 Бабков В.В., Синицин Д.А., Кузнецов Д.В. и др. Напряжённое состояние штукатурных покрытий в системах фасадной теплоизоляции // Строительный вестник РИА: труды секции «Строительство». - М., 2005. - Вып. 6. - С. 92-93.

9 Бабков В.В., Синицин Д.А., Гайсин A.M. Стойкость штукатурных покрытий в системе фасадной теплоизоляции «Baumit» // Строительный вестник РИА: труды секции «Строительство». — М., 2005. - Вып. 6. — С.96.

10 Бабков В.В., Колесник Г.С., Синицин Д.А. и др. Системы фасадной теплоизоляции в новом строительстве и при реконструкции жилья в г. Уфе. Опыт санации жилого фонда // Реконструкция жилых домов и надстройка мансардных этажей с применением современных технологий: материалы научно-практической конференции. - Уфа, 2005. - С. 13-17.

И Синицин Д.А., Бабков В.В. Результаты наблюдений за объектами, выполненными с применением фасадной теплоизоляции в Республике Башкортостан // Проблемы строительного комплекса России: материалы X Международной научно-технической конференции при X Международной специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2006». - Уфа: УГНТУ, 2006.-С. 27-29.

12 Синицин Д.А., Бабков В.В. Отделочный цикл фасада здания, выполненного в несъёмной пенополистирольной опалубке // Проблемы строительного комплекса России: материалы X Международной научно-технической конференции при X Международной специальной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2006». - Уфа: УГНТУ, 2006. - С.30-31. 13. Бабков В.В., Колесник Г.С., Синицин Д.А. и др. Теплоэффективные конструкции наружных стен в практике проектирования и строительства зданий в Республике Башкортостан, опыт эксплуатации и существующие проблемы // Юбилейный сборник трудов / БашНИИстрой. - Вып. 73; 4.1: Строительные конструкции. - Уфа, 2006. - С. 15-27.

14 Синицин Д.А., Колесник Г.С., Бабков В.В. Результаты наблюдений за объектами, выполненными с применением фасадной теплоизоляции в Республике Башкортостан // Юбилейный сборник трудов / БашНИИстрой. - Вып. 73; 4.1: Строительные конструкции. - Уфа, 2006. - С. 87-91.

Подписано в печать 05.09.06. Бумага офсетная. Формат 60x80 1/16. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 163.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета. Адрес типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Фасадная теплоизоляция как одно из конструктивных решений теплоэффективных наружных стен в практике проектирования и строительства зданий в России и Республике Башкортостан.

1.2 Конструктивные решения систем фасадной теплоизоляции.

1.3 Применение систем фасадной теплоизоляции для санации жилых домов первых массовых серий.

1.4 Критерии долговечности систем фасадной теплоизоляции.

1.5 Долговечность утеплителей в системах фасадной изоляции.

1.6 Постановка цели и задач исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ, ПРИМЯНЕМЫЕ

В СИСТЕМАХ ФАСАДНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ.

2.1 Требования к утеплителям для систем фасадной теплоизоляции.

2.2 Сухие строительные смеси для гидрозащитных и декоративных штукатурок.

2.2.1 Вяжущие вещества.

2.2.2 Заполнители.

2.2.3 Наполнители.

2.2.4 Модифицирующие добавки для сухих строительных смесей.

2.2.5 Технические требования к сухим строительным смесям.

2.2.6 Штукатурные смеси для отделочных работ.

2.3 Технологические требования при выполнении работ по монтажу систем фасадной теплоизоляции.

2.4 Усадка и трещиностойкость штукатурного раствора на цементной основе.

2.4.1 Упругопластические свойства цементно-песчаного раствора.

2.4.2 Усадка штукатурного раствора на цементной основе.

2.4.3 Температурные деформации раствора и бетона.

2.4.4 Трещиностойкость и предельная растяжимость цементного раствора

2.4.5 Напряжённо-деформированное состояние штукатурного покрытия в эксплуатационный период. 3. АНАЛИЗ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ В ШТУКАТУРНЫХ ПОКРЫТИЯХ ПО ОДНОСЛОЙНОЙ СТЕНЕ И В СИСТЕМАХ ФАСАДНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПРИ УСАДОЧНЫХ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ.

3.1 Расчётно-аналитическая оценка напряжённо-деформированного состояния в штукатурном слое в условиях стеснённой усадки и перепадов температур.

3.2 Анализ усадочных и термомеханических напряжений в слоях штукатурных покрытий с применением программного комплекса «Соб-шобМ 2.8».

3.2.1 Свойства материалов, использованные при расчётах.

3.2.2 Факторы, воздействующие на штукатурное покрытие, исследуемые при расчётах в программном комплексе «СозглобМ 2.8».

3.2.3 Расчётные модели для анализа напряжений в слоях штукатурного покрытия.

3.2.4 Анализ напряжённо-деформированного состояния в слое штукатурного покрытия на площади стены (в поле) и на краю стены.

3.2.5 Анализ напряжённо-деформированного состояния в слое штукатурного покрытия в местах концентрации напряжений (жесткие включения, отверстия, углы).

3.3 Выводы по разделу.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕЩИНОСТОЙ

КОСТИ ШТУКАТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ ОТ ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРА УСАДКИ.

4.1 Требования, предъявляемые к штукатурным растворам на цементной основе.

4.2 Существующие экспериментальные методики определения усадки, трещиностойкости и деформативности цементного раствора.

4.3 Экспериментальное определение предельной растяжимости штукатурных растворов.

4.4 Определение трещиностойкости армированного и неармированного штукатурного покрытия в атмосферных условиях и при 100% влажности под действием усадочных напряжений.

4.5 Выводы по разделу.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА НАРУЖНОЙ СТЕНЫ, ВЫПОЛНЕННОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФАСАДНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ.

6. ОБСЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМ ФАСАДНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ В Г. УФЕ И РЕСПУБЛИКЕ БАШКОРТОСТАН

6.1 Дефекты систем фасадной теплоизоляции и причины их возникновения.

6.2 Проблемы и дефекты, выявленные по опыту применения систем фасадной теплоизоляции в Республике Башкортостан.

6.3 Рекомендации по совершенствованию технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции в целях повышения их надёжности и долговечности.

6.4 Применение тонких многослойных армированных штукатурок для наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистирольной опалубке.

Одним из конструктивных решений теплоэффективных наружных стен, получивших в настоящее время широкое распространение в проектировании и строительстве жилых домов и зданий другого назначения в России и Республике Башкортостан, является фасадная теплоизоляция с оштукатуриванием по сетке. Данный тип теплоэффективной стены может применяться как при новом строительстве, так и при реконструкции и санации существующих зданий. Кроме того, один из элементов такой системы - тонкая многослойная армированная штукатурка применяется для наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистирольной опалубке.

Система фасадной теплоизоляции с оштукатуриванием по сетке должна продолжительный период сохранять первоначальные теплозащитные и гидрозащитные свойства при эксплуатационных воздействиях на уровне, предусмотренном проектом. Большинство разработчиков систем фасадной теплоизоляции определяют безремонтный срок службы для своих систем в пределах 30-40 лет, однако в реальных условиях зачастую наблюдаются признаки отказов системы уже через несколько лет.

Между тем, методики испытаний долговечности отдельных элементов фасадной теплоизоляции и системы в целом в России не разработаны. Отсутствуют сведения о наличии таких методик у зарубежных фирм. Рекламная документация этих фирм использует примеры масштабного применения таких систем утепления 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. 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 эксплуатационных характеристик и без испытаний долговечности.

Ключевым моментом в обеспечении долговечности системы фасадной теплоизоляции является стойкость фасадных штукатурок в процессе эксплуатации к действию внешних факторов. Для штукатурных покрытий на цементной основе существует проблема растрескивания и потери сцепления с основанием при действии усадки штукатурного слоя и перепадов температур. Важнейшей характеристикой штукатурных покрытий, наряду с прочностью на растяжение и адгезией к основе, определяющей их трещиностойкость и влияющей на долговечность, является предельная растяжимость штукатурок, количественные значения которой не представлены в паспортных характеристиках ни одним производителем сухих штукатурных смесей и систем фасадной теплоизоляции.

Актуальным также является вопрос о влажностном режиме наружной стены при применении пенополистирольного утеплителя с относительно низким коэффициентом паропроницаемости в системе фасадной теплоизоляции. Возможное накопление влаги в толще стены за годовой период её эксплуатации и сверхнормативное увлажнение стены с выпадением конденсата за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха могут привести к снижению теплоизоляционных свойств стены, попеременному замораживанию-оттаиванию в весенне-осенний период и снижению долговечности ограждающей конструкции с точки зрения морозостойкости.

Таким образом, применительно к системам фасадной теплоизоляции существуют несколько актуальных вопросов, связанных с обеспечением их эксплуатационной надёжности и долговечности, требующих дополнительных исследований и решений.

Настоящая работа посвящена исследованию стойкости штукатурных покрытий на цементной основе в системах фасадной теплоизоляции при действии усадки и перепадов температур, изучению влажностного режима наружной стены при применении пенополистирольного утеплителя в системе фасадной теплоизоляции, анализу характерных дефектов и причин их возникновения, имеющих место в процессе эксплуатации таких систем, а также разработке рекомендаций по совершенствованию технологии исполнения систем фасадной теплоизоляции с целью повышения их эксплуатационной надёжности и долговечности.

На защиту выносятся: результаты исследований напряжённо-деформированного состояния штукатурных покрытий на поверхности однослойной стены и в системе фасадной теплоизоляции при действии усадки штукатурных растворов и перепадов температур;

- экспериментальная методика и результаты определения предельной растяжимости и трещиностойкости штукатурных покрытий на основе бездобавочных цементно-песчаных и модифицированных растворов под действием фактора усадки;

- результаты исследования влажностного режима наружных стен при применении пенополистирольного утеплителя в системе фасадной теплоизоляции; классификация основных дефектов, связанных с конструктивными ошибками и нарушениями технологии, имеющих место в процессе эксплуатации систем фасадной теплоизоляции в Республике Башкортостан, и анализ причин их возникновения;

- рекомендации по предотвращению основных типов дефектов и совершенствованию технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции;

- рекомендации по технологии наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистирольной опалубке с использованием тонких армированных штукатурок.

Общие выводы

1 Опыт эксплуатации зданий с фасадной теплоизоляцией показал, что наиболее уязвимым элементом данной системы является штукатурное покрытие. Его эксплуатационная надёжность и долговечность определяется воздействием трёх основных факторов: 1 - стеснённые деформации штукатурного покрытия, возникающие в условиях его усадки и перепадов температур; 2 - накопление влаги в толще стены за годовой период её эксплуатации и сверхнормативное увлажнение стены с выпадением конденсата в зимний период; 3 - замачивание стены при действии осадков в переходные периоды «зима-весна» и «осень-зима». Ключевым фактором, определяющим долговечность штукатурного покрытия, является стойкость фасадной штукатурки к растрескиванию под действием усадочных и термомеханических напряжений, возникающих в условиях стеснённой усадки и стеснённых температурных деформаций.

2 Исследовано напряжённое состояние штукатурных покрытий от действия усадки и перепадов температур на различных по жесткости вариантах основы, включая работу штукатурок в системе фасадной теплоизоляции. Установлено 5-10-кратное снижение напряжений в штукатурном слое на поверхности маложёсткого пенополистирольного утеплителя в составе трёхслойной стены по сравнению со штукатуркой на жесткой основе (кирпичной кладке). Исследовано напряжённое состояние в углах концентраторов напряжений (оконных проёмов, отверстий), характеризующееся высокой концентрацией растягивающих напряжений, обуславливающих растрескивание штукатурок.

3 Предложен критерий трещиностойкости штукатурного покрытия при действии усадочных и термомеханических напряжений, основанный на оценке его предельной растяжимости. Разработана методика и экспериментально определена предельная растяжимость для ряда штукатурных составов. Установлено, что предельная растяжимость бездобавочных цементно-песчаных растворов составляет 15.20-10"5, что ниже деформаций усадки, которые составляют около 40-10"5 и приводит к их усадочному растрескиванию. Предельная растяжимость модифицированных штукатурных растворов составляет 40-60-10'5, это превышает величину гидравлической усадки штукатурного раствора, что в сочетании с низкой пластической усадкой, высокой водоудерживающей способностью и хорошей адгезией этих штукатурок делает их пригодными к использованию в системах фасадной теплоизоляции с точки зрения стойкости к усадочному растрескиванию. Трещиностойкость растворов резко повышается при введении в штукатурный слой армирующей стеклотканевой сетки.

4 Расчётами установлено, что в климатических условиях Республики Башкортостан применение систем фасадной теплоизоляции с беспрессовым пено-полистиролом ПСБ-С по ГОСТ 15588-86 с коэффициентом паропроницаемости ц = 0,05 мг/(м-ч-Па) при возведении как несущих стен, так и стены-заполнения в каркасно-монолитных зданиях обеспечивает благоприятный влажностный режим стены, не приводит к избыточному увлажнению и образованию конденсата в толще стены и не снижает долговечность ограждающей конструкции в целом с точки зрения морозостойкости. Применять в качестве утеплителя в системах фасадной теплоизоляции беспрессовый пенополистирол с более низким коэффициентом паропроницаемости ц = 0,02 - 0,03 мг/(м-ч-Па), а и экстру-дированный пенополистирол с ц = 0,013 мг/(м-ч-Па) не рекомендуется.

4, 5 Реализована программа мониторинга объектов, возведённых в г. Уфе и

Республике Башкортостан с применением фасадной теплоизоляции в период с 1994 по 2006 гг. Разработана классификация основных дефектов, возникающих при монтаже и эксплуатации систем фасадной теплоизоляции, связанных с конструктивными ошибками и с нарушениями технологии, и выполнен анализ причин их возникновения. Установлено, что имеющие место на объектах со значительным сроком эксплуатации дефекты являются следствием неудачных проектных решений (в частности, неудачной конструкции системы отвода воды с кровли) либо несоблюдения технологии при выполнении работ. Разработаны рекомендации по предотвращению основных дефектов и совершенствованию конструктивных решений и технологии монтажа систем фасадной теплоизоляции. В целом, основываясь на опыте применения и наблюдениях за состоянием фасадной теплоизоляции на уже возведённых объектах, можно считать, что данная конструкция теплоэффективных наружных стен при применении сертифицированных систем, при тщательной проработке проектных решений и соблюдении технологических регламентов по монтажу, вполне работоспособна в климатических условиях Республики Башкортостан.

6 Разработаны рекомендации по технологии наружной отделки стен зданий, выполненных в несъёмной пенополистирольной опалубке, с использованием тонкослойных штукатурок. Установлено, что наносить штукатурное покрытие в летних условиях рекомендуется не ранее, чем через 25 дней после завершения бетонирования стен, в весенне-осенних условиях - не ранее чем через 50 дней.

1. Александровский C.B. Долговечность наружных ограждающих конструкций. M.: НИИСФ РААСН, 2004. - 332 с.

2. Ананьев А.И., Лобов О.И., Можаев В.П., Вязовиченко П.А. Влияние различных факторов на долговечность конструкций, утеплённых пенополистиролом. // Жилищное строительство. 2003. - №3. - с. 5-10.

3. Аникин В.А., Гурьев В.В. Проблемы реконструкции и санации жилых домов первого и второго периодов массового индустриального домостроения. // Промышленное и гражданское строительство. 2003. - №11. - с. 10-13.

4. Арусова Л.Б. Влияние пластической усадки на прочность бетона в условиях жаркого климата. // Жилищное строительство. 2005. - №7. - с. 19-20.

5. Бабков В.В., Колесник Г.С., Гайсин A.M. и др. Пенополистирол как утеплитель для многослойных ограждающих конструкций зданий. // Бюллетень строительного комплекса Республики Башкорстотан. Уфа: Минстрой РБ. -2002.

6. Бабков В.В., Колесник Г.С., Гайсин A.M. и др. Несущие наружные трёхслойные стены зданий с повышенной теплозащитой. // Строительные материалы. 1998. - №6. - с 16-18.

7. Безбородов В.А., Белан В.И. и др. Сухие смеси в современном строительстве. Новосибирск, 1998.

8. Бутовский И.Н., Матросов А.Ю. Теплозащита зданий: Обзорный доклад о мировом уровне и тенденциях развития строительной науки и техники. М.: ВНИИНТПИ, 1990.-48 с.

9. Бутовский И.Н., Матросов П.Ю. Наружная теплоизоляция эффективное средство повышения теплозащиты стен зданий. // Жилищное строительство.1. У, 1996.-№9.-с. 7-10.

10. Василик П.Г., Голубев И.В. Трещины в штукатурках. // Строительные материалы. 2003. - №4. - с. 14-16.

11. Василик П.Г., Голубев И.В. Применение волокон в сухих строительных смесях. // Строительные материалы. 2002. - №9. - с.26-27.

12. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве. М.: Стройиздат, 1980. -415 с.

13. Внимание: Трещины на фасаде. // СтройПРОФИль. 2004. - № 4, №5.

14. Волженский A.B. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1986.-464 с.

15. Галашов Ю.Ф. Теплоизоляционные изделия «URSA» в конструкциях наружного утепления со штукатурным покрытием. // Строительные материалы. -2001.- №3.- с.38-39.

16. V 21. Голунов С.А. Системы скреплённой теплоизоляции эффективная технология энергосбережения. // Строительные материалы. - 2005. - №9. -с. 11-13.

17. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат, 1986.-688 с.

18. ГОСТ 15588-86. Плиты пенополистирольные. Технические условия. М.: Стройиздат, 1986.

19. Граник Ю.Г. Теплоэффективные ограждающие конструкции- жилых и гражданских зданий. // Строительные материалы. 1999. - №2. - с.4-6.

20. Деменцов В.Н. Практическое применение высокоэффективного теплоизоляционного материала STYROFOUM // Строительные материалы. -1996.-№6.-С.18.

21. Дюльдин Ю.В., Юхневич В.М. Системы утепления фасадов «ЛАЭС». // Строительные материалы. 2001. - №12. - с.ЗО.

22. Заключение об испытании адгезионного клеевого состава ООО «Пластолит». Уфа: ГУП БашНИИстрой, 2005.

23. Зубарев В.В. Системы наружного утепления зданий. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2003. - №4. - с.24-25.

24. Изменение № 3 к СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» М.: Стройиздат, 1995.

25. Козлов В.В. Сухие строительные смеси. М.: Издательство АСВ, 2000-96с.

26. Козлов В.В., Чумаченко А.Н. Гидроизоляция в современном строительстве. М.: Издательство АСВ, 2003 - 120 с.

27. Ковнат В.В. Высококачественные минераловатные изоляционные материалы современному строительству. // Строительные материалы. - 1996. -№6. -с.14-15.

28. Корнеев В.И., Зозуля П.В. Словарь «Что» есть «что» в сухих строительных смесях. С-Петербург.: НП «Союз производителей сухих строительных смесей».-2004.-312 с.

29. Лобов О.И., Ананьев А.И., Можаев В.П., Вязовченко П.А. Фактическая и прогнозируемая долговечность пенополистирольных плит в наружных ограждающих конструкциях зданий. // Промышленное и гражданское строительство. 2003. - №4. - с.54-56.

30. Лутц Г. Системы наружной теплоизоляции с сухими смесями. // Строительные материалы. 1999. - №3. - с. 36-38.

31. Многослойные теплоизоляционные системы "FASSOLIT-MINERAL" и "FASSOLIT EPS" для утепления наружных стен зданий и сооружений различного назначения. Приложение к техническому свидетельству Госстроя России № ТС-07-0319-2001 от 31 января 2001 г. М., 2001.

32. Научно-технический отчёт по результатам анализа конструкций монолитных бетонных и железобетонных стен с использованием неудаляемой изолирующей опалубки «Строительной системы «ААБ» и заключение о возможности их применения в России. М.: НИИЖБ, 1998.

33. Невилль A.M. Свойства бетона. М.: Стройиздат, 1972. - 344 с.

34. Овчинников E.H. Теплоизоляционная фасадная система «Шуба плюс». // Строительные материалы. 1999. - №2. - с.26.

35. Палиев А.И. Утепление строящихся и реконструируемых зданий пенополистиролом производства ОАО СП «ТИГИ Кнауф». // Строительныематериалы. 1996. - №9. - с. 18-19.

36. Палиев А.И., Лукоянов А.П. Модифицированные сухие смеси КНАУФ: качество и долговечность. // Строительные материалы. 2005. - №9. - с.20-23.

37. Перечень систем наружной теплоизоляции фасадов зданий с негорючими и горючими утеплителями, прошедших огневые испытания и разрешённых (в части пожарной безопасности) к применению в строительстве на территории России.-М., 2002.

38. Пономарёв О.И., Маслов A.B., Мартынов О.М. О техническом состоянии наружных стеновых панелей. // Жилищное строительство. 2004.-№1-с.10-12.

39. Рамачадран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне: Пер. с англ. / Под ред. В.Б.Ратинова. М.: Стройиздат, 1986. - 278 с.

40. Резниченко Ю.Ю. Наружная теплоизоляция фасадов с применением пенополистирола и тонкослойных штукатурок «Синтеко» и «Драйвит». //

41. Строительные материалы. 2003. - №3. - с. 13.

42. Результаты испытаний пенополистирола производства НПО «Полимер». Протокол №03-19 от 9.04.2003 г. Уфа: БашНИИстрой, 2003.

43. Рекомендации по применению эффективных теплоизоляционных материалов в жилищно-гражданском строительстве. М.: ЦНИИЭП жилища, 1984.-31 с.

44. Рекомендации по проектированию и монтажу многослойных систем утепления фасадов зданий. М.: Госстрой России, 2001.

45. Савилова Г.Н. Штукатурные смеси общего и специального назначения. // Строительные материалы. 1999. -№11.- с.22-23.

46. Савин В.К. Долговечность и эффективность зданий. // Стены и фасады. -2004.- №3-4.- с.21-26.

47. Силаенков Е.С., Сальникова М.Е. Методика определения долговечности системы утепления наружных стен с эффективным утеплителем. // Строительные материалы. 2001. - № 1. - с. 15-17.

48. Системы наружного утепления: Проблемы выбора и критерии оценки. // СтройПРОФИль. 2005. - №4. - с.19-20.

49. Системы наружной теплоизоляции фасадов зданий «ЛАЭС-М» и «ЛАЭС-П». Альбом технических решений для массового применения. -Самара, 2004.

50. Системы утепления и отделки фасадов. // Застройщик. 2003. - №5. -с.10-134.

51. Системы утепления наружных стен «Тех-Со1ог». Инструкция по монтажу систем утепления наружных стен «ТЕКС-КОЛОР А2 и В1». М., 2002.

52. Системы «Минерикс» наружной теплоизоляции фасадов зданий. Альбом технических решений для массового применения. М., 2004.

53. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1989.

54. СНиП 2.08.01-85 «Жилые здания». М.: Стройиздат, 1986.

55. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». М.: Госстрой России, 1999.

56. СНиП И-3-79** «Строительная теплотехника». М.: Стройиздат, 1986.

57. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». М.: Стройиздат, 1987.

58. СНиП 21-07-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений». М.: Госстрой России, 2002.

59. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». М.: Госстрой России, 2003.

60. Современное фасадостроение: работа над ошибками. // Технологии строительства. 2004. - №4. - с. 18-23.

61. Сокова С.Д., Штейман Б.И. Об утеплении наружных стен. // Жилищное строительство. 2002. - №11. - с. 12-15.

62. Соколовский Л.В., Урецкая Е.А. Современное состояние и перспективы развития производства сухих смесей в Республике Беларусь. // Строительные материалы. 2001. - № 11. - с.2-4.

63. СП 23-101-2000 «Проектирование тепловой защиты зданий». М.: Госстрой России, 2000.

64. СП 12-101-98. «Технические правила производства наружной теплоизоляции зданий с тонкой штукатуркой по утеплителю». М.: Госстрой России, 1998.

65. Стандарт организаций. Строительная теплофизика. Нормы проектирования ограждающих конструкций зданий и сооружений. М.: Российское общество инженеров строительства, 2006.

66. Стеновая система «ААБ» компании «AAB Building Sistem, Inc.». Справочник КАНСтрой Груп.75. «Стиропор». Техническая информация фирмы «BASF». 1992.

67. Стольников В.В., Литвинова P.E. Трещиностойкость бетона. М.: Издательство «Энергия», 1972. - 113 с.

68. Строительная система «ИЗОДОМ-2000» для наружных и внутренних стен зданий и сооружений различного назначения, в том числе жилых домов. Приложение к техническому свидетельству Госстроя России № ТС-07-0230-2000 от 31 марта 2000 г. М., 2000.

69. Теплоизоляция строительных конструкций материалами фирмы «NESTLE Chemicals» // Строительные материалы. 1996. - №6. - с. 19-20.

70. Типология дефектов систем теплоизоляции «мокрого» типа. • // СтройПРОФИль. 2004. - №4-7; 2005. - № 1-4.

71. ТСН 23-318-2000 РБ «Тепловая защита зданий». Уфа.: Министерство строительства и жилищной политики РБ, 2001. - 59 с.

72. Усатова Т.А., Ларин O.A. О некоторых проблемах вентилируемых фасадов. // «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века». -2005. №7. - с.52-53.

73. Фасады «ЛАЭС» качество и долговечность. // «Технологии строительства». - 2004. - №5. - с.24.

74. Хайлов Б.А. Палиев А.И. Технология производства и опыт применения в строительстве пенополистирольных комплексных систем «ТИГИ-Кнауф». // Строительные материалы. 1995. - №3. - с.24-29.

75. Хихлуха Л.В. Ресурсосбережение при строительстве и реконструкции жилья. // Строительные материалы. 1995. - №5. - с.2-5.

76. Черных Т.Н., Трофимов Б.Я., Крамар Л.Я. Влияние эфиров целлюлозы на свойства растворных смесей и растворов. // Строительные материалы. 2004. -№4. - с.42-43.

77. Шентяпин A.A. Сухие смеси для отделочных и общестроительных работ. -Самара.: СамГАСУ, 2004. 119 с.

78. Baumit Verarbeitungsrichtlinien / www.baumit.com.

79. Baumit. Каталог продукции 2006-2007.

80. Rockwool. Система наружного утепления фасадов. Альбом технических решений.

81. WTA-Merkblatt 2-4-94/D. Beurteilung und Instandsetzung gerissener Putze an Fassaden. 1995.