CC BY
13Влияние физико-технических и геометрических характеристик штукатурных покрытий на влажностный режим однородных стен из
газобетонных блоков
Д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Н.И. Ватин,
ГОУ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет;
проект-менеджер А.В. Глумов, ООО «Н+Н»; к.т.н., докторант А.С. Горшков*,
ГОУ Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна
Ключевые слова: паропроницаемость; ограждающие конструкции; штукатурные покрытия; влажностный режим; газобетон; тепловая защита.
Однородная однослойная конструкция наружной стены здания из газобетонных блоков марок по плотности Р400 и Р500 обеспечивает современные требования по тепловой защите [1, 2] для большинства регионов Российской Федерации и может быть схематично реализована в двух вариантах конструктивного исполнения:
• без наружной отделки (рисунок 1а);
• с наружным штукатурным покрытием по газобетонному основанию (рисунок 1б).
а} кладка стены без наружной б) кладка стены с наружным-
отделки штукатурным покрытием
Примечание
1 - Газобетонный блок:
2 - Клей для блоков;
3 - Внутренняя отделка;
4 - Наружное штукатурное покрытие.
Рисунок 1. Схемы однородной кладки стен из газобетонных блоков
Существуют и иные конструктивные исполнения стен с применением газобетонных изделий, например, кладка стен из газобетона с кирпичным облицовочным слоем, с тонким штукатурным покрытием по слою утеплителя, навесная конструкция вентилируемого фасада [3], облицовка стен сайдингом, но в каждом из
перечисленных выше случаев кладку стен следует отнести к разряду многослойных (двух- или трехслойных) ограждающих конструкций.
В рамках данной работы будут рассмотрены только однослойные однородные конструкции наружных стеновых ограждений. Влажностный режим для других конструктивных решений ограждающих конструкций рассматривается в публикациях [4, 5].
Согласно п. 9.3 СНиП 23-02 [1] не требуется выполнять расчет сопротивления паропроницанию для следующих типов ограждающих конструкций:
1) однородных (однослойных) наружных стен помещений с сухим и нормальным режимами;
2) двухслойных наружных стен помещений с сухим и нормальным режимами, если внутренний слой
стены имеет сопротивление паропроницанию более 1,6 м2чПа/мг.
Из вышеозначенного, в частности, следует, что для однородных конструкций стен не требуется проведение расчетов на паропроницаемость. Однако, в реальных условиях эксплуатации оштукатуренных снаружи стен из газобетонных блоков в ряде случаев наблюдается частичное разрушение штукатурного покрытия, проявляющееся в виде отслоений или сетки из мелких волосяных трещин. Одной из вероятных причин возникновения данных видов дефектов может быть конденсация влаги на границе раздела: газобетонная кладка-штукатурное покрытие, и последующее разрушение покрытия при замерзании влаги вследствие морозного пучения (увеличения объема воды в порах материала при переходе из жидкого агрегатного состояния в твердое). На практике чаще подобные случаи возникают при использовании штукатурных покрытий с высокими значениями сопротивления паропроницанию, т.е. паронепроницаемых. В рамках данной работы проведен анализ влияния штукатурных составов и их характеристик на параметры паропроницания стен из газобетонных блоков.
В настоящей работе рассмотрены следующие типы ограждающих конструкций, выполненных из газобетонных блоков:
1) конструкция неоштукатуренной снаружи стены из газобетонных блоков;
2) конструкция однородной стены из газобетонных блоков с наружным цементно-песчаным штукатурным покрытием толщиной 10 мм и плотностью 1800 кг/м3;
3) конструкция однородной стены из газобетонных блоков с наружным покрытием из полимерной композиции толщиной 3,5 мм и плотностью 1870 кг/м3;
4) конструкция однородной стены из газобетонных блоков с наружным поризованным покрытием толщиной 10 мм и плотностью 1200 кг/м3.
В рассмотренных примерах блоки из газобетона автоклавного твердения имеют следующие физико-технические и геометрические характеристики:
• толщина 5гб=375 мм;
• плотность рГБ=400 кг/м ;
• теплопроводность ЛБ=0,117 Вт/мК;
• коэффициент паропроницаемости мшт=0,23 мг/(мчПа);
• кладка на клею (коэффициент теплотехнической однородности кладки r=0,93 [6]). Введением коэффициента теплотехнической однородности учитывается влияние швов газобетонной кладки на приведенное сопротивление теплопередаче рассмотренных типов стеновых конструкций.
Параметры внутренней штукатурки во всех рассмотренных примерах приняты следующими:
• толщина 5шт=5 мм;
• плотность ршт=1100 кг/м ;
• теплопроводность ЛБ=0,41 Вт/мК;
• коэффициент паропроницаемости мшт=0,11 мг/(мчПа).
Расчетная температура tint [°С] и относительная влажность ф|П [%] внутреннего воздуха приняты в соответствии с требованиями ГОСТ 30494 [7] и СНиП 23-02 [1], а именно:
• ^=20°С;
• ф^=55°%.
Расчетные параметры наружного воздуха (температура - text [°С] и относительная влажность - фext [%]) для климатических условий Санкт-Петербурга приняты согласно СНиП 23-01 [8]:
• text=-7.8 °С для наиболее холодного месяца (по табл. 3* [8]);
• фе^=86 % (по табл. 1* [8]).
Влажностный режим помещений - нормальный; зона влажности для Санкт-Петербурга - влажная, тогда условия эксплуатации определяются по параметру «Б» [1]. Расчетные теплотехнические показатели для блоков из автоклавного газобетона для условий эксплуатации «Б» приняты по табл. А.1 ГОСТ 31359 [9].
Расчет нормируемого сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции производят по СНиП 23-02 [1] с учетом следующего требования (п.9.1):
сопротивление паропроницанию [м2чПа/мг] ограждающей конструкции (в пределах от
внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации, - далее по тексту ПВК) должно быть не менее наибольшего из следующих нормируемых сопротивлений паропроницанию:
игеЧ 2
а) нормируемого сопротивления паропроницанию [м чПа/мг] (из условия недопустимости
накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации), определяемого по формуле:
(eint - E )' Kp .
R req = v-mi "/ - -vp . (1)
P (e - eext)
г)Гец 2
б) нормируемого сопротивления паропроницанию Кур2 [м ч Па/мг] (из условия ограничения влаги в
ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха), определяемого по формуле:
}req
= 0,0024zo (eint - Eo )
PwöwAw a v +П
пгец _ ---"и/
П\р 2 с* а . (2)
Т.е. должно выполняться следующее основное условие:
кр > шах«р<;,(3)
Следует отметить, что условие (3) выполняется для всех рассмотренных в настоящей работе типов однородных стен. Подробные расчеты приведены в работе [10]. Поэтому более интересным представляется анализ графических зависимостей, показывающих распределение максимального и действительного значений парциальных давлений водяного пара по толщине однородных ограждающих конструкций.
Результаты расчета применительно к климатическим условиям Санкт-Петербурга для наиболее холодного месяца графически представлены на рис. 2 красным цветом. Сплошной линией показано распределение максимального парциального давления Е| водяного пара по толщине стены, пунктирной линией - действительного е|.
Однако, если в качестве расчетного периода принять более жесткие климатические условия, например, рассмотреть распределение парциальных давлений водяного пара в толще стены за период наиболее холодной пятидневки (,ех,=-26°С), условия эксплуатации стеновой конструкции могут существенно измениться.
Для проверки данного предположения примем следующие начальные условия:
• 1|п1=20°С; ф|п1=55%; соответственно еИ11=(55/100)-2338=1286 (Па);
• ,ех,=-26°С; фех,=83%; соответственно еех,=(83/100) 57=47 (Па).
Результаты расчета для наиболее холодной пятидневки в выбранном климатическом регионе (Санкт-Петербург) с обеспеченностью 0,92 для удобства восприятия графической информации также представлены на рис. 2, но выделены синим цветом.
Е , Па.
Е , Па
Кладка стен из
газобетонных
блоков
250
Е , Па
Кладка стен из газобетонных ' блоков
Наружная /штукатурка полимерная композиция ,1870 кг/м1
Кладка стен из
газобетонных
блоков
Е , Па
поризованная / штукатурка 1200 кг/мэ
Рисунок 2. Распределение парциального давления водяного пара в различных типах ограждающих конструкций из газобетонных блоков.
На рисунке 2
приняты следующие обозначения: - красным цветом представлен расчет для наиболее холодного месяца; - синим цветом представлен расчет для наиболее холодной
пятидневки (с обеспеченностью 0,92); - сплошной линией показано распределение максимального парциального давления водяного пара по толщине ограждения
(Е| и Е/); - пунктирной линией показано распределение действительного парциального давления водяного пара по толщине ограждения (е| и е/)
Проанализируем представленные на рис. 2 графические зависимости. Из графиков, в частности следует, что для стеновой конструкции без наружного штукатурного покрытия кривые распределения действительного и максимального парциальных давлений водяного пара не пересекаются ни для наиболее холодного месяца, ни для наиболее холодной пятидневки. Это не означает, что влага в виде конденсата не может образоваться в толще представленного на рис. 2а ограждения, а свидетельствует лишь о низкой вероятности его появления в наружных слоях неоштукатуренной стеновой конструкции [10]. Уже есть примеры, когда здания, построенные из газобетонных блоков автоклавного твердения без наружной отделки, эксплуатируются в странах северной Европы и Балтии более 50 лет и находятся в исправном техническом состоянии.
Однако, например, в публикации [11] вполне аргументировано обосновывается необходимость применения штукатурных покрытий стен на основе газобетонных блоков. В этом случае во избежание негативных последствий необходимо понимать, как поведет себя стеновая конструкция в период влагонакопления, а это в немаловажной степени зависит от толщины и параметров паропроницаемости штукатурного покрытия. При значительном сопротивлении паропроницанию наружная отделка будет препятствовать выходу влаги из толщи стенового ограждения, что может отрицательно сказаться на долговечности стены и ее теплозащитных свойствах.
Для стеновой конструкции из газобетонных блоков, оштукатуренной снаружи цементно-песчаным покрытием толщиной 10 мм и плотностью 1800 кг/м3 (рис. 2 б) кривые распределения максимального Б| и действительного е| давлений водяного пара пересекаются между собой как при расчете по наиболее холодному месяцу, так и при расчете по наиболее холодной пятидневке. Точка пересечения кривых распределения максимального Б| и действительного е| давлений водяного пара при расчете по наиболее холодному месяцу находится на расстоянии 1,6 мм от наружной поверхности газобетонной кладки и на расстоянии 26 мм от наружной поверхности при расчете по наиболее холодной пятидневке
Более значительное по глубине расчетное увлажнение наблюдается для стеновой конструкции из газобетонных блоков, оштукатуренной снаружи полимерным декоративным покрытием плотностью 1870 кг/м3 толщиной 3,5 мм (рис. 2 в). Зона возможной конденсации влаги (точка пересечения кривых распределения максимального Б| и действительного е| давлений водяного пара) при расчете по наиболее холодному месяцу находится на расстоянии 41 мм от наружной поверхности газобетонной кладки и на расстоянии 70 мм при расчете по наиболее холодной пятидневке. Наличие значительной по толщине зоны конденсации влаги препятствует эффективному удалению влаги из толщи стеновой конструкции из-за влияния на механизм массопереноса процессов обратной диффузии и обратного капиллярного переноса, подробно описанных в монографии [12].
Для стеновой конструкции из газобетонных блоков, оштукатуренной снаружи цементно-песчаным поризованным покрытием плотностью 1200 кг/м3 при расчете по наиболее холодному месяцу кривые распределения максимального Б| и действительного е| давлений водяного пара не пересекаются между собой, при расчете по наиболее холодной пятидневке кривые пересекаются на расстоянии 14,5 мм от наружной поверхности газобетонной кладки, что в совокупности свидетельствует о низкой вероятности конденсации влаги в толще данного типа ограждения.
На основании полученных результатов можно сформулировать следующие основные выводы.
1. Все рассмотренные в настоящей работе варианты стеновых конструкций вне зависимости от типа штукатурного покрытия удовлетворяют требованиям СНиП 23-02 (раздел 9) [1] в отношении сопротивления паропроницанию: для всех типов конструкций однородных стен из газобетонных блоков сопротивление
паропроницанию Кур ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости
Ягед
_________________„_____________ .._г.....Г}________ ч.,______________,_____________________,_______....... у р1 (из
условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации) и
-о гед .
— у р 2 (из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха).
2. Чем выше сопротивление паропроницанию наружного штукатурного покрытия, тем глубже по отношению к наружной поверхности стены располагается расчетная плоскость возможной конденсации (точка пересечения кривых распределения максимального и действительного парциальных давлений водяного пара), поэтому наиболее рациональным способом уменьшения зоны возможной конденсации влаги в толще однородной ограждающей конструкции из газобетонных блоков является применение штукатурных составов с более высоким значением коэффициента паропроницаемости р [мг/мчПа].
3. Целесообразным (рекомендуемым) решением представляется оштукатуривание стен из газобетонных блоков на следующий сезон после строительства, когда стены достигнут или практически достигнут нормируемых значений [9] равновесной весовой влажности; особенно актуальным данное требование представляется в отношении полимерно-декоративных штукатурных покрытий, обладающих наиболее низким значением коэффициента паропроницаемости р [мг/мчПа].
Литература:
1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
2. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий.
3. Горшков А. С., Попов Д. Ю., Глумов А. В. Конструктивное исполнение вентилируемого фасада повышенной надежности // Инженерно-строительный журнал. 2010. №8 (18). С. 5-8.
4. Солощенко С. С. Влажностный режим конструкции вентилируемого штукатурного фасада // Инженерно-строительный журнал. 2010. №8(18). С. 10-15.
5. Куприянов В.Н., Сафин И.Ш., Хабибулина А.Г. К вопросу о паропроницаемости ограждающих конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2009. №5. С. 504-507.
6. ГОСТ 30494-1996. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
7. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.
8. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.
9. Горшков А. С., Гладких А. А. Влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетона // Инженерно-строительный журнал. 2010. №3. С. 39-42.
10. Горшков А. С., Глумов А. В. Защита от переувлажнения однослойных стен из газобетонных блоков // Штукатурные составы для наружной отделки стен из газобетона: материалы семинара / под ред. Н.И. Ватина. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2010. С. 15-28.
11. Бабков В. В., Кузнецов Д. В., Гайсин А. М., Резвов О. А., Самофеев Н. С., Морозова Е. В. Проблемы эксплуатационной надежности наружных стен зданий на основе автоклавных газобетонных блоков и возможности их защиты от увлажнения // Инженерно-строительный журнал. 2010. №8. С. 28-31.
12. Гоманн М. Поробетон: руководство / пер. с нем. под ред. А. С. Коломацкого. Белгород : Изд-во ЛитКараВан, 2010. 272 с.
*Александр Сергеевич Горшков, Санкт-Петербург, Россия Тел. моб.: +7(921) 388-43-15; эл. почта: alsgor@yandex.ru
