Подходы к методологии экспериментальных исследований климатических воздействий на композиционные системы с тонкими штукатурными слоями

строительные материалы и конструкции

Подходы к методологии экспериментальных исследований климатических воздействий на композиционные системы с тонкими штукатурными слоями

С.А. Голунов, Е.В. Дудяков, А.П. Пустовгар

Современное здание — это сложный комплекс различных инженерных систем, конструкций и материалов, к которому предъявляются весьма жесткие требования как традиционные (такие как индустри-альность, устойчивость к внешним воздействиям, эстетичность и долговечность), так и новые, отвечающие современным представлениям о целях и задачах строительства. Среди них прежде всего выделяются следующие.

• Энергоэффективность — максимальное снижение энергопотребления при эксплуатации здания (минимизация затрат удельной энергии на единицу объема).

• Экологичность — безопасность эксплуатации здания, комфортности проживания в нем, с одной стороны, и экономия топливных ресурсов, снижение вредных выбросов в атмосферу — с другой.

Одним из способов решения перечисленных выше задач является технология утепления фасадов зданий с помощью композиционных систем с тонкими штукатурными слоями, в которых за счет адгезии обеспечена совместная работа наружных штукатурных слоев и утеплителя.

Композиционная система с тонкими штукатурными слоями состоит из комплекса элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию:

— клеевой состав, предназначен для крепления теплоизоляционного материала к стеновой конструкции;

— теплоизоляционный материал (минераловат-ная плита, пенополистирол), обеспечивает требуемые теплотехнические показатели конструкции в целом;

— базовый состав, предназначен для устройства основного армирующего клеевого слоя, наносящегося поверх теплоизоляционного материала и включающего в себя армирующие элементы;

— армирующие элементы (коррозиестойкие стеклосетки, армирующие и усиливающие алюминиевые и пластиковые профили и др.);

— декоративно-защитные финишные покрытия, придают архитектурную выразительность фасадам здания и защищают систему от проникновения атмосферной влаги.

Соответственно своему назначению каждый из

элементов должен обладать теми или иными физико-механическими и теплотехническими свойствами. Кроме того, в комплексе, будучи объединенными в единое целое, эти элементы должны обеспечивать максимальную долговечность системы и ее надежную безаварийную работу в период ее эксплуатации.

Это особенно важно потому, что такие системы на протяжении всего срока эксплуатации испытывают значительные природно-климатические нагрузки. Воздействия знакопеременных температур при различных влажностных показателях и другие неблагоприятные сочетания климатических условий могут привести к нарушению работы системы в целом, ее повреждению, или даже, к частичному или полному ее разрушению. По этой причине каждая система теплоизоляции с тонким штукатурным слоем должна в обязательном порядке испытываться на устойчивость к вышеупомянутым воздействиям.

На сегодняшний момент в России не существует единой методики моделирующей подобные воздействия и определяющей методологию проведения испытаний и оценки полученных результатов.

В европейских странах системы теплоизоляции фасадов с тонкими штукатурными слоями проходят обязательные испытания на соответствие требованиям норматива ЕТДО 004, разработанного европейским техническим регулятором ЕОТД. Данный стандарт описывает определенные климатические нагрузки, которые циклически создает климатическая камера, присоединенная к фрагменту системы теплоизоляции. При этом размер фрагмента (рисунок 1) должен иметь площадь не менее 6 м2, а так же предусматривать устройство оконного проема размером Ь — 60 см, Ь — 40 см. После прохождения системой определенного количества циклов климатического воздействия образец подвергается процедуре визуального и инструментального обследования. Первоначально фиксируются все выявленные дефекты (трещины, отслоения, сколы и др.). Затем проводятся испытания на адгезию и стойкость к ударным воздействиям. Одновременно при помощи тепловизионной съемки может быть проконтролирована эффективность тепловой защиты ограждающей конструкции.

608 5 2010

строительные материалы и конструкции

Рисунок 1. Фрагмент системы теплоизоляции

По ЕТЛО 004 климатический тест проходит следующим образом.

1. Летний цикл (проводится 80 циклов).

— 70°С, 10% влажность — 3 часа,

— дождевание при 15°С — 1 час (расход воды 1 л/м),

— 20°С — 3 часа.

После проводится переходный цикл, при котором в течение 48 часов поддерживается температура 15°С при 50% влажности.

2. Зимний цикл (проводится 5 циклов).

— 50°С, 15% влажность — 8 часов,

--20°С — 16 часов.

Методология проведения испытаний, предусмотренная данным стандартом может быть взята за основу при создании национального стандарта Российской Федерации, регламентирующего процесс проведения климатических испытаний систем теплоизоляции с тонким штукатурным слоями. Однако, поскольку климатические условия в России существенно отличаются от среднеевропейских, в процесс проведения испытания следует ввести поправки, учитывающие климатические особенности России и многообразие ее климатических зон.

В Научно-образовательном центре «Новых строительных технологий и материалов» Московского государственного строительного университета созда-

на экспериментальная база для проведения климатических испытаний композиционных систем с тонкими штукатурными слоями. Экспериментальная база НОЦ НСТМ МГСУ позволяет проводить испытания систем теплоизоляции как в соответствии с ЕТЛО 004 (рисунок 2), а так испытания, в которых задаются более жесткие климатические параметры (например, замораживание до температуры —40°С, более жесткие параметры увлажнения систем, увеличенное количество циклов). Уже более года ведутся исследования различных фасадных систем и конструкций. За это время в НОЦ НСТМ МГСУ проведены испытания различных систем, в том числе и тех, которые давно применяются для утепления фасадов зданий. Однако и у этих, казалось бы, хорошо зарекомендовавших себя систем после климатических тестов обнаруживались различные дефекты и повреждения.

В качестве примера рассмотрим результаты испытаний, которые проходила система теплоизоляции фасадов с тонкими штукатурными слоями с использованием минераловатного утеплителя. Полномасштабная модель системы была разбита вертикально на два равных фрагмента, теплоизоляционный слой в которых отличался друг от друга только различным расположением волокон в плитах мине-раловатного утеплителя (см. рисунок 1). В одном случае волокна были расположены вдоль, а другом поперек основания.

Климатический тест, циклы которого были заведомо ужесточены по сравнению с ЕТЛО 004, а количество их увеличено, показал следующее. После прохождения «летнего» и «переходного» циклов каких-либо дефектов конструкций не наблюдалось. Однако по прошествии восьми «зимних» циклов на фрагменте образца с утеплителем, в котором во-

Рисунок 2. Климатическая камера, МГСУ

строительные материалы и конструкции

Рисунок 3. Дефекты декоративного слоя

образования дефектов декоративного слоя наблюдалось значительное падение этого показателя. Причиной, вероятнее всего, послужило проникновение влаги в утеплитель, через возникшие дефекты.

После завершения климатических испытаний были проведены тесты на адгезию (рисунок 5) и стойкость к ударным воздействиям. Обе конструкции показали хорошие результаты при прохождении теста на адгезию базового штукатурного слоя к теплоизоляции. Все образцы имели когезионный разрыв по утеплителю, а значение адгезионной прочности равнялось 0,1 МПа. Однако ударная стойкость оказалась намного выше на том фрагменте системы, где волокна утеплителя располагались вдоль основания.

Таким образом, как показало данное исследование выбор конструктивного решения, и качествен-

локна располагались поперек основания, были выявлены дефекты в виде трещин, расходящихся от углов оконного проема (рисунок 3). По мере прохождения теста на различных участках этого образца наблюдалось появление подобных дефектов, при этом первоначальные трещины увеличили свою длину и ширину раскрытия. Другой фрагмент образца (с утеплителем, в котором волокна располагались параллельно основанию) дефектов не имел.

В момент достижения внутри климатической камеры максимальной отрицательной температуры проводилась тепловизионная съемка обратной стороны основания, несущего на себе систему теплоизоляции (рисунок 4). Съемка показала, что система имеет общую однородность термического сопротивления теплопередаче. Несмотря на это, в местах

Рисунок 4. Тепловизионная съемка

строительные материалы и конструкции

Адгезия клеевого состава к основанию, МПа

28 суток нормального твердения 0,25

28 суток нормального твердения + 2 суток в воде + 2 часа высушивания 0,08

28 суток нормального твердения + 2 суток в воде + 7 суток нормального твердения 0,25

Адгезия клеевого состава к теплоизоляционной поверхности, МПа

28 суток нормального твердения 0,08

28 суток нормального твердения + 2 суток в воде + 2 часа высушивания 0,03

28 суток нормального твердения + 2 суток в воде + 7 суток нормального твердения 0,08

Адгезия базового штукатурного слоя к теплоизоляционной поверхности, МПа

28 суток нормального твердения Не менее 0,08

Стойкость к ударным воздействиям, Дж

Категория III Категория II Категория 1

10 Дж Нет сквозного разрушения Нет повреждений

3 Дж Нет сквозного разрушения Нет трещин Нет повреждений

Требования, предъявляемые ETAG 004 к элементам и системе в целом

ное исполнение системы теплоизоляции играют огромную роль в ее надежной работе и существенно влияют на ее долговечность. Так же велико влияние на эти показатели качества элементов системы и грамотно выстроенная программа мониторинга системы в процессе ее эксплуатации. Поэтому необходимость разработки нормативной и экспериментально-технической базы, а так же проведение максимально широкого круга экспериментальных исследований в этой области не вызывает сомнения.

НОЦ НСТМ МГСУ сегодня является одним из немногих научно-технических центров, которые обладают широкими техническими возможностями для поведения исследований в области эффективной теплоизоляции и энергосбережения, и приглашает всех к сотрудничеству в борьбе за качество и долговечность энергоэффективных материалов и конструкций.

Литература

1. Абарыков В.П. Современные фасадные системы: Виды, преимущества, перспективы: Сб. докл. научно-техн. конф. «Современные фасадные системы: Эффективность и долговечность». М.: МГСУ, 2008. С. 20-22.

2. Глушков А.А. Системы скрепленной теплоизоляции: Европейские нормативы и требования по испытаниям: Сб. докл. научно-техн. конф. «Современные фасадные системы: Эффективность и долговечность». М.: МГСУ, 2008. С. 48-52.

3. Голунов С.А. Анализ опыта применения фасадных систем в российской строительной практике / / Технологии строительства 2008. № 6, вып. 61.

4. ETAG 004, Edition March 2000. Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with Rendering.

Подходы к методологии экспериментальных исследований климатических воздействий на композиционные системы с тонкими штукатурными слоями

Композиционная система теплоизоляции с тонкими штукатурными слоями очень часто работает в условиях экстремального воздействия внешних климатических факторов таких, как увлажнение-высушивание и замораживание-оттаивание. Эти воздействия носят ярко выраженный циклический характер, и они могут быть взяты за основу при лабораторных испытаниях теплоизоляционных систем в качестве метода определения их надежности и долговечности. Такой метод ETAG 004 был разработан европейской организацией ЕОТА и одобрен к применению во всех странах Европейского союза.

В России в настоящее время еще не приняты общие методы испытания композиционных систем теплоизоляции с тонкими штукатурными слоями, однако в качестве методологии проведения климатических испытаний ETAG 004 может быть

строительные материалы и конструкции

принят и в России. При этом необходимо учитывать особенности российского климата и его отличия от европейского.

В статье дается обзор одного из возможных испытательных климатических циклов, который был использован при испытании системы теплоизоляции с помощью испытательного стенда (аналогичного описанному в ETAG 004) в Научно-образовательном Центре «Новые строительные технологии и материалы» Московского Государственного Строительного Университета. Полученные результаты еще раз показывают важность проведения испытания большеразмерных образцов теплоизоляционных систем для получения данных о их надежности и долговечности.

В качестве темы для дальнейшего обсуждения в статье приводится циклы климатического воздействия, которые были применены при проведении испытания. Такая дискуссия необходима для определения испытательных климатических воздействий (циклов) наиболее полно соответствующих российскому климату и для последующей разработки национальных стандартов в области испытаний композиционная система теплоизоляции с тонкими штукатурными слоями.

Approaches to the methodology of experimental searching of ETICS's climatic influences

by S.A. Golunov, E.V.Dudiakov , A.P.Pustovgar External thermo insulation composite system at the time of usage very often works under the influence

of extreme weathering factors as drying-wetting and freezing-thawing. These factors coming as cycles had been put as a base for complex of laboratory tests and research of durability of ETICS. European Organisation for Technical Approvals (EOTA) has adopted testing procedure ETAG 004 for approval of ETICS in EU countries.

This document would be accepted for Russia too but it needs some additional search to determinate a proper weathering cycling according with Russian climate conditions.

Article gives an overview of ETICS's test made with usage of freeze-thaw EOTA camber (EOTA standard) which was provided at The Center of Research and Education of Moscow University of Civil Engineers. Experiment results shows importance of full scale testing of ETICS for determination of system resistance and durability.

As the discussion point the article spots weathering cycling which would be more close to the Russian climate condition and could be put to the new national standard as a part of ETICS investigation.

Ключевые слова: Композиционная система с тонкими штукатурными слоями, климатические испытания, климатическая камера по стандарту EOTA, нормативно-техническая документация, циклы климатических воздействий.

Key words: ETICS, ETAG 004, freeze-thaw weathering cycles, national standard, EOTA chamber.

612 5 2010