Архітектура та будівництво

Сучасні архітектурні рішення

Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утеплення

Зниження енергоспоживання при експлуатації будівель в умовах постійного зростання цін на паливно-енергетичні ресурси - завдання надактуальною. Для посилення теплозахисту зовнішніх стін будинків використовуються спеціально розроблені конструкції - системи утеплення. Найбільшого поширення набула конструкція легкої штукатурної системи утеплення (рис. 1), що пов'язано в першу чергу з її високою технологічністю і відносною дешевизною. Разом з тим це досить складна багатошарова система, що вимагає суворого дотримання всіх технічних рішень і технології виробництва робіт.

Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утепленняКонструкція легкої штукатурної системи зовнішньої теплоізоляції являє собою теплоізоляційний матеріал, який закріплюється на підоснові за допомогою полімермінеральних клею і анкерів. Поверхня теплоізоляційного шару захищають армований та штукатурний шари.

Основним несучим елементом легкої штукатурної системи утеплення служить матеріал теплоізоляційного шару, що передає навантаження від зовнішніх шарів на стіну будівлі, що вимагає від мінеральної вати або пінополістиролу певної міцності. Анкерні пристрої в основному служать для запобігання розшарування мінераловатного утеплювача. Особливістю легких штукатурних систем утеплення також є використання малопаропроніцаемих зовнішніх полімермінеральних шарів. Отже, при проектуванні необхідно враховувати пароізоляційні властивості утеплюються підоснов і застосовуваного утеплювача, вимоги щодо обмеження товщин зовнішніх шарів системи.

З кожним роком обсяги робіт з теплової ізоляції будівель та споруд постійно збільшуються. На жаль, якість виконання робіт і матеріалів, використовуваних при утепленні, почало знижуватися.

Останнім часом почастішали випадки руйнування систем утеплення у вигляді тріщин, здуття штукатурного шару, лущення і відшарування фарбувального шару (рис. 2-6). Утворені дефекти в значній мірі впливають на естетичні характеристики будівлі, перетворюючи його з нового і гарного в непривабливе. Однак, якщо б проблеми обмежувалися тільки естетикою, було б півбіди. Якщо не усунути причину виникнення дефектів, то в кращому випадку вони будуть з'являтися знову і знову (як би не ремонтували), а в гіршому - приведуть до зміни теплозахисних властивостей системи, і вона вже не буде виконувати теплоізоляційні і енергозберігаючі функції.

Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утепленняДля того щоб виявити причини, що викликали ті чи інші порушення теплової ізоляції, на всіх дефектних об'єктах вироблено детальне обстеження з розтином конструкцій систем утеплення та дослідженням в лабораторних умовах характеристик як матеріалів, що входять в конструкцію, так і самих конструкцій систем. Даний підхід дозволив детально вивчити проблему, класифікувати і систематизувати причини виникнення дефектів (рис. 7).Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утеплення

Як видно, 55% складають порушення технології виконання робіт і вимог проекту; 28% - використання неякісних матеріалів та матеріалів-аналогів, що не відповідають даній системі утеплення; 10% - неправильні проектні рішення; 5% - порушення правил експлуатації; 2% - інші причини.

Таким чином, аналіз показує, що основними причинами, що викликають руйнування систем теплової ізоляції, є порушення правил виконання робіт та використання на будівельних майданчиках неякісних матеріалів або матеріалів невідомого походження (найчастіше штукатурок і фарб), несумісних з матеріалами, рекомендованими для застосування в даних системах.

Недотримання технології пов'язано, як правило, з бажанням виробника прискорити виконання робіт і заощадити на більш дешевому і, як наслідок, малокваліфікованих робітників персоналі. Типові порушення, що виникають на об'єктах при виробництві робіт з теплової ізоляції, можна розділити на дві частини: порушення при підготовці поверхні утеплюваної підоснови і порушення при влаштуванні самих систем утеплення.

При підготовці утеплюваної підоснови найчастіше не дотримуються нормативні вимоги щодо вирівнювання поверхонь, що мають відхилення понад нормованих значень; по підготовці підоснов, облицьованих керамічними плитками або оброблених декоративною крихтою; по перевірці несучої здатності анкерних пристроїв на виривання з підоснови і адгезії клею до підоснові, у тому числі при тепловій ізоляції елементів залізобетонних каркасів.

При влаштуванні систем утеплення виявлені наступні характерні порушення:Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утеплення

- Недостатня площа приклеювання теплоізоляційних плит, відсутність необхідної площі контакту клею з підосновою;

- Зниження адгезії клею до підоснові внаслідок його розморожування при частковому утепленні (основних елементів каркасу) через помилкове проектного рішення;

- Відсутність подвійного армування поверхонь теплоізоляційних плит на ділянках, схильних до механічних впливів при експлуатації;

- Відсутність накладок з армуючого матеріалу по кутах віконних і дверних прорізів;

Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утеплення- Необгрунтоване збільшення товщини армованого шару;

- Невиконання грунтування поверхні після тривалих перерв у роботі (від місяця до півроку) при влаштуванні декоративно-захисного шару, а також недотримання товщини декоративно-захисного шару.

Використання матеріалів, які відрізняються від встановлених нормативними документами для кожної з систем утеплення, призводить до того, що в перший рік експлуатації декоративно-захисний шар системи утеплення покривається мережею тріщин, спучується і руйнується.

До останнього часу легкі штукатурні системи утеплення були "закритими" і заміна матеріалів в їх складі не дозволялася. Однак зараз стали з'являтися "відкриті" системи утеплення, що допускають використання в своєму складі не обумовлених матеріалів конкретного постачальника, а практично будь-яких, що відповідають вимогам певних властивостей [2]. Даний підхід виправданий з точки зору здешевлення теплової ізоляції, але викликає додаткові труднощі при проектуванні і контролі якості робіт. Задача може бути вирішена при зміні методів випробувань систем утеплення.

Аналіз нормативно-технічної бази з розробки та випробувань систем утеплення показує, що на сьогоднішній день вона грунтується на визначенні фізико-механічних характеристик матеріалів, що входять до складу тієї чи іншої системи утеплення, - теплоізоляційного матеріалу, клейових, штукатурних складів, анкерних пристроїв і армуючого матеріалу, з урахуванням яких робиться висновок про якість всієї системи в цілому. Безумовно, це є правильним, і контроль якості всіх матеріалів, що входять в конструкцію системи утеплення, важливий при створенні якісної системи теплової ізоляції. Адже всім зрозуміло, що з "поганих" матеріалів неможливо створити хорошу, надійну конструкцію, навіть якщо це будуть робити висококласні фахівці. Однак якщо враховувати тільки цей підхід при оцінці якості систем утеплення, при всій його правомірності слід зазначити, що він не бере до уваги ряд технічних і експлуатаційних показників, таких, як ударостійкість, паропроникність, атмосферостійкість, морозостійкість, характерних тільки для конструкції системи в основному її зовнішніх шарів на різних Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утепленняутеплювачах та ін

Такі характеристики, як коефіцієнт паропроникності та ударостійкість, для окремих матеріалів визначити неможливо. Наприклад, випробування клейових складів показали, що коефіцієнт паропроникності армованих складів на 10-15% нижче, ніж у таких же неармованих зразків. Різниця в значеннях можна пояснити тим, що площа армуючого матеріалу в зразках становила від 30 до 40% від площі самого зразка. Різниця в значеннях коефіцієнтів паропроницаемости в даний момент не враховується жодним нормативним документом.

Визначення ударостійкості можливо тільки при випробуванні зразків системи утеплення, так як даний показник залежить від виду і товщини утеплювача, структури штукатурного покриття.

І це далеко не повний список характеристик, при визначенні яких необхідно випробовувати елементи конструкцій, а не окремі матеріали.

Найближчим часом буде поставлено завдання значного збільшення товщини утеплювача (з 50-80 до 130-160 мм). Це викличе необхідність аналізу міцнісних і деформаційних характеристик елементів системи утеплення з застосуванням при розрахунках методу кінцевих різниць, реалізованого в програмному забезпеченні типу "Ліра".

Використання при проектуванні конструкцій нових інженерно-обчислювальних комплексів ставить перед випробувальними лабораторіями ряд завдань по визначенню таких характеристик матеріалів, які не наводяться сьогодні в літературних і технічних джерелах. Для цього буде потрібно розробка нових методів випробувань, а часто і нового унікального для нашої країни випробувального обладнання.

При створенні комп'ютерних моделей конструкцій систем утеплення одних тільки показників міцності недостатньо. Знадобляться такі характеристики, як модулі пружності, коефіцієнти Пуассона, податливість матеріалу під навантаженням. Визначити їх з використанням наявного сьогодні в більшості лабораторій обладнання - досить складна і трудомістка задача.

Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утепленняНа підставі проведених досліджень, випробувань та контролю якості систем теплової ізоляції можна зробити висновок, що сьогоднішній підхід до випробувань матеріалів, що входять до складу систем утеплення, не дозволяє повною мірою визначити всі технічні характеристики її елементів, необхідні для достовірної оцінки якості системи як конструкції. Рішення даної проблеми бачиться в розробці комплексу випробувань конструкцій систем утеплення, що охоплює визначення всього спектру необхідних на сьогоднішній момент технічних характеристик. Комплексний підхід дозволить більш точно визначити дійсні технічні характеристики теплової ізоляції зовнішніх стін будинків і виносити судження про область застосування тієї чи іншої системи.

На початковому етапі підготовки роботи по створенню комплексу методів випробувань конструкції теплової ізоляції вивчені умови, в яких експлуатуються системи теплової ізоляції, і фактори зовнішнього впливу на неї. Оскільки система утеплення є багатошаровою конструкцією, розглянуті можливі негативні впливи на окремі її шари.

На підставі проведених робіт встановлено умови, в яких знаходяться шари системи теплової ізоляції. При оцінці умов враховувалися такі показники, як температура в шарі, вологість матеріалу, вплив на нього прямих сонячних променів, атмосферної вологи і водяної пари.

З таблиці видно, що в найбільш несприятливих експлуатаційних умовах перебувають декоративно-захисний, армований шари і примикає до них частину теплоізоляційного шару. Клейовий шар конструкції знаходиться у відносно сприятливих умовах і захищений від низьких температур, прямих сонячних променів і атмосферної вологи.

Низькі температури впливають на теплоізоляційний шар, але поширюються не по всій товщині матеріалу. Розподіл температури в зовнішній огороджувальної конструкції житлового будинку при товщині утеплювача 50 мм показано на рис. 8.

Як видно, область негативних температур починається приблизно в центрі теплоізоляційного шару і розповсюджується на зовнішні захисні шари.

Впливу атмосферної вологи на теплоізоляційний шар не відбувається. Однак у зимовий період в ньому може з'явитися волога, внаслідок чого дана область матеріалу змінює свої теплотехнічні властивості, а в процесі заморожування-відтавання зазнають змін міцнісні властивості. Проведені натурні дослідження показують, що міцність зчеплення зовнішніх шарів з теплоізоляційним матеріалом після 5 років експлуатації може знижуватися на 15-20%, а теплозахисні властивості в кінці опалювального періоду при максимальному влагонасищенних - до 25%.

В лабораторії ДП "Інститут НІПТІС ім. Атаєва С. С. "протягом останніх років накопичено досвід випробування конструкцій систем утеплення, оцінки їх якості. Розроблено нове та модернізовано існуюче обладнання для проведення фізико-механічних та кліматичних випробувань.

В даний час опрацьовується методика визначення терміну експлуатації систем утеплення. На даному етапі здійснюється збір статистичної інформації про зіставленні результатів лабораторних випробувань і змін фактичних властивостей елементів конструкції при її експлуатації.

Проведені роботи вже на початковому етапі підтверджують правомірність судження автора про необхідність розгляду при випробуваннях системи теплової ізоляції як самостійної конструкції.

Переобладнання лабораторії дозволяє розробити нові методи випробування систем утеплення, зокрема визначення:

- Ударостійкості;

- Межі міцності при стисненні і побудова умовної діаграми стиску;

- Межі міцності при розтягуванні і побудова умовної діаграми розтягування;

- Межі міцності при зсуві і побудова діаграми зсуву;

- Межі міцності на відрив від підоснови;

- Деформацій повзучості при стисненні;

- Деформацій повзучості при зсуві;

- Водопоглинання при капілярному підсосі;

- Морозостійкості;

- Атмосферостійкості.

Завдання і проблеми дослідження штукатурних систем утепленняОтримані при випробуваннях технічні характеристики, значно впливають на якість та енергоефективність теплового захисту конструкцій, дозволять також використовувати сучасні технології при розрахунку і проектуванні систем утеплення.

На думку автора, впровадження в практику нових методів випробування конструкцій систем утеплення дозволить не допустити використання на будівельних об'єктах неякісних систем утеплення з низькими експлуатаційними характеристиками, забезпечить високий рівень якості робіт з теплової ізоляції при значно збільшуються обсягах і буде сприяти зниженню її вартості при можливості застосування нових "відкритих" систем утеплення.

Для широкого розповсюдження розроблених методів випробувань і контролю якості виконання робіт необхідно внести доповнення в нормативну базу, що регламентує їх проектування і виробництво.

Література

1. Соколовський, Л. В., Кузьмічов, Р. В. Сучасні огороджувальні конструкції. - Мн.: РУП "Мінсктіппроект", 2004. - 277 с.

2. Рекомендації з розрахунку і проектування зовнішніх огороджувальних конструкцій будівель і споруд із застосуванням теплоізоляційних матеріалів "Стіроформ". Система "Стіротерм", Р1.04.045.08. - Мн., 2008.

3. Урецкая, Е. А. Будівельні суміші: матеріали та технології: Наук.-практ. посібник / Урецкая Е. А., Батяновскій Е. І.; під заг. ред. Е. А. Урецкой. - Мн.: НВТОВ "Стрінко", 2001. - 208 с.

Таблиця

Шари системи утеплення

Вплив низьких негативних і високих позитивних температур

Механічні дії і навантаження

Вплив прямих сонячних променів

Вплив атмосферної вологи

Вплив водяної пари

Декоративно-захисний шар

+

+

+

+

+

Армований шар

+

+

-

-

+

Теплоізоляційний шар

+ -

+

-

-

+

Клейовий шар

-

+

-

-

+