ГлавнаяКлиматические условия в Республике Беларусь характеризуются частыми оттепелями и переходами температуры через ноль градусов, мокрым снегом и дождями даже в зимний период года. Изменчивость погодных условий влияет на тепловлажностное состояние ограждающих конструкций, а, следовательно, и на влажность их материалов. Оценка влажностного режима ограждений, обусловленного переменными усредненными климатическими условиями, выполняется путем проведения натурных исследований на эксплуатируемых зданиях. Экспериментальные исследования были проведены более чем на двухстах жилых зданиях типовых серий, возведенных с 1950 по 1995 годы в г. Минске и городах PB. Их результаты дополняют обширный материал, представленный в ряде работ и в других источниках.
Повышенные требования к уровню теплозащиты наружных ограждений, введенные в указанный период времени, вызвали конструктивные изменения наружных стен зданий. Однослойные стены из стеновых панелей из керамзитобетона и ячеистого бетона, из полнотелого и эффективного кирпича и других материалов были заменены многослойными ограждающими конструкциями с эффективными теплоизоляционными материалами из пенополистирола и минеральной ваты. Повышение теплозащитных качеств стен оказывает влияние и на влажностный режим конструкций, т.е. на повышение массовой влажности материалов. Причинами увлажнения ограждений могут быть как внешние дефекты самих конструкций, так и нарушения воздушного и влажностного режимов помещений, неудовлетворительная работа систем вентиляции.
Уточнение особенностей влажностного режима наружных ограждающих конструкций, расчетных коэффициентов теплопроводности их материалов, в соответствии с прогнозируемым режимом эксплуатации, является актуальной задачей. Решение ее возможно только путем определения действительных данных по влагосодержанию материалов конструкций на основании натурных исследований.
Наружные кирпичные стены жилых зданий постройки 1960-1990 годов на территории Республики Беларусь возводились из эффективного и сплошного обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной b = 510 мм с наружными и внутренними штукатурными слоями. Распределение массовой влажности по сечению наружных стен, выполненных из полнотелого кирпича, на конец отопительных периодов (по данным обследований 5-ти зданий) приведено на рис. 6.3.
Результаты натурных исследований указывают на различие массовой влажности наружного и внутреннего штукатурного слоев и самой кирпичной кладки. Диапазон величин массовой влажности материалов штукатурных слоев находится в пределах от 0,98 до 1,70 %, что меньше расчетных массовых отношений W = 2...4%, принимаемых при проектировании стен. Массовая влажность обыкновенного глиняного кирпича кладок, определенная экспериментально, лежит в пределах 0,21...0,38 %. Эти величины ниже показателей максимальной сорбционной влажности кирпича (Ws = 0,55...0,75 %) и ниже расчетных массовых отношений влаги в кирпичной кладке, принимаемых в зависимости от условий эксплуатации «А» или «Б» равными W = 1,0 и 2,0 %.
Влажность глиняного полнотелого кирпича по толщине кладки меняется незначительно с некоторым увеличением у наружной поверхности стен. Распределение влаги по сечению стен не выделяется значительным увеличением ее в слоях, примыкающих к наружной поверхности, но наблюдается повышение влагонакопления в зоне на расстоянии приблизительно 2/3 толщины стены от внутренней поверхности.
В наружных стенах на 1 м3 кладки из полнотелого керамического кирпича приходится до 0,25 м3 цементно-песчаного раствора. Максимальная величина сорбционного увлажнения раствора составляет 5...6 % и значительно превышает эту величину для кирпича. Поэтому в процессе эксплуатации в кладке осуществляется перераспределение влаги за счет обмена между керамическим кирпичом и раствором. В годовых циклах эксплуатации при внешних воздействиях в стенах происходит изменение полей влажности и, соответственно, коэффициентов теплопроводности кладки. При увеличении ее влагосодержания на 1 % коэффициент теплопроводности увеличивается на 7...9 %.
Здания с наружными стенами из керамзитобетонных панелей начали возводиться с 1960 г. Панели имеют наружный и внутренний слои из бетона, толщиной, соответственно, S= 30 и 15 мм и средний слой из керамзитобетона плотностью р = 800...900 кг/м3 и толщиной b = 250...300 мм. Начиная с 1980 г. при изготовлении панелей, для увеличения их теплозащитных качеств, в слое керамзитобетона стали размещать вкладыши из минеральной ваты на битумном связующем.
Следует отметить, что в поставляемых на строительную площадку стеновых панелях наблюдалось значительное колебание плотности керамзитобетона от 800 до 1200 кг/м3. Плотность отбираемых (при вскрытии стен) образцов керамзитобетона была близка к р = 1100 кг/м3.
По результатам определения массовой влажности проб бетонов и керамзитобетона, извлеченных при вскрытии наружных стен 13-ти жилых зданий, построено ее распределение по сечению стены (рис. 6.4). Отбор проб выполнялся в разные годы в зимний, весенний и осенний периоды. На графике приведены данные, полученные на конец годовых отопительных сезонов.
Натурные эксперименты показывают значительный разброс в величинах массовой влажности по слоям керамзитобетона наружных стен различных объектов. Средняя по сечению стен влажность керамзитобетона равна Wcp = 3,62 %, максимальная по сечению -Wмакс = 5,53 %. Массовые влажности керамзитобетона образцов значительно меньше расчетного массового отношения Wб = 10 %, приведенного в ТКП 45-2.04-43 и близки к показателю, соответствующему условиям эксплуатации материалов ограждений «А».
Массовая влажность бетонов укрывных слоев стеновых панелей в пределах W = 1,1...1,82 %, что ниже расчетных массовых отношений влаги, равных Wa = 2% при условиях эксплуатации «А».
Кривая распределения массовой влажности керамзитобетона по сечению стены показывает, что максимум массовой влажности расположен на расстоянии U2/3 от внутренней поверхности панелей.
Значительный разброс результатов исследований массовой влажности керамзитобетона в основном определен структурой материала, в частности, видом мелкого заполнителя и условиями эксплуатации помещений зданий. На обследуемых объектах были зафиксированы как «недотопы» в зимний период года, так и увеличение относительной влажности воздуха в помещениях до 70 %.
С 1960 г. в панельном домостроении стали использоваться многослойные стеновые панели толщиной S = 250 мм со средним теплоизоляционным слоем из минераловатных плит на битумном связующем. Для защиты теплоизоляции от влаги минераловатные плиты обертывали в пергамин. Наиболее используемыми были панели с толщиной наружного и внутреннего железобетонных слоев, соответственно, S = 50 и 80 мм, а среднего теплоизоляционного -S = 120 мм. Распределение массовой влажности по сечению стен из указанных панелей по результатам обследований 7 объектов показано на рис. 6.5.
Максимальные величины массовой влажности минеральной ваты определены в слоях, примыкающих к наружному железобетонному слою панелей и не превышают W = 1,5 % по массе. Средняя массовая влажность железобетонного наружного слоя составляет W = 1,7 %, внутреннего - W = 0,4 %, минераловатных плит на битумном связующем - W = 0,6%. Следует отметить, что измеренные влажности образцов минеральной ваты значительно меньше расчетных массовых отношений влаги, приведенных в ТКП 45-2.04-43-2006.
Результаты обследования показали, что влажностный режим наружных стен из многослойных панелей с минераловатным утеплителем является в условиях PB удовлетворительным. При эксплуатации зданий значительных дефектов, за исключением разрушения отдельных стыковых соединений панелей, не выявлено. Возникающие нарушения эксплуатации помещении здании, в основном, вызваны разрушением уплотнительных элементов и теплоизоляции стыков.
Стеновые панели толщиной S= 300...320 мм со слоем теплоизоляции из пенополистирольных плит поступили на строительные площадки в 1985 году. Панели изготавливали как с «ребрами» жесткости, так и на «гибких» связях. Они имели толщину слоя теплоизоляции в пределах S= 140...160 мм.
Обследования стен выявили наличие в панелях дефектов, связанных как с технологией их изготовления, так и с эксплуатацией зданий. Наиболее часто встречающиеся дефекты вызваны затеканием тяжелого бетона в местах стыков плит теплоизоляции и расположения «гибких» связей. По результатам отбора проб на 12 объектах на рис. 6.6 показано распределение массовой влажности материалов по сечению стен из трехслойных стеновых панелей.
Экспериментальные исследования выявили разброс точек, характеризующих массовую влажность в наружном слое железобетона и в слое теплоизоляции, примыкающем к бетону. По сечению слоя пенополистирола характерно увеличение массовой влажности на границе с наружным железобетонным слоем. Это вызвано наличием на данном участке стены зоны конденсации водяного пара. Максимальная величина массовой влажности пенополистирола равна U W = 2 %, а средняя - Wср = 0,88 % по массе, что намного меньше расчетного массового отношения для условий эксплуатации «Б», приведенного в ТКП 45-2.04-43. Максимальная сорбционная влажность пенополистирола Ws = 1,82 %.
Тяжелый бетон наружного слоя панелей имеет среднюю массовую влажность Wср = 2,4 %, что близко к нормативным показателям расчетных массовых отношений влаги для условий эксплуатации «А» и «Б». Максимальная сорбционная влажность железобетона Ws = 1,2%.
Широкий диапазон изменения массовой влажности бетона и пенополистирола связан с условиями эксплуатации объектов и состоянием поверхностного слоя железобетона, подвергающегося атмосферным воздействиям.
Эксплуатационные качества стен из указанных панелей определяются состоянием стыковых соединений. Разрушение швов приводит к охлаждению внутренней поверхности стен и конденсации на ней водяного пара.
Анализ распределения массовой влажности по сечению трехслойных панелей, представленных на рис. 6.6, аналогичен кривым массовой влажности, полученным расчетным путем и представленным в работах В.В. Козлова. Аналитические расчеты проведены по методикам последовательного увлажнения и стационарного увлажнения. На поверхностях рассматриваемых стеновых конструкций приняты граничные условия влагообмена III рода, при стационарных среднемесячных значениях температуры и относительной влажности воздуха (для января месяца) tн = -10,2°С и фв = 55 %.
Результаты расчетов показаны на рис. 6.7 в виде ломаных линий.
Сравнение линий распределения массовой влажности по сечению стен на рис. 6.6 и 6.7 указывает на их идентичность.
Максимальная массовая влажность материалов определена в зоне контакта наружного слоя железобетона и пенополистирола. В плоскости контакта внутреннего слоя железобетона и пенополистирола на обоих графиках указаны минимальные величины массовой влажности. Значительная часть стены на обоих графиках находится при сверхсорбционной влажности материалов.
Основное отличие в сравниваемых графиках в абсолютных величинах массовой влажности материалов. Это связано с различными задачами и условиями проведения исследований. Кроме того, аналитические методы дают различные величины массовой влажности в одних и тех же плоскостях стены.
Строительство и эксплуатация зданий с наружными стенами из газобетонных блоков в Республике Беларусь интенсивно началось с 1997 г. Газобетонные блоки плотностью р = 300...500 кг/м3 изготавливают по технологии с использованием автоклавного твердения. Вследствие особенности капиллярно-пористой структуры материала, наружные стены из газобетона могут подвергаться неблагоприятным воздействиям окружающей среды и увлажняться. Накопление влаги и последующее размораживание бетона снижает долговечность конструкций и часто приводит к их разрушению.
Натурные исследования зданий, стены которых выполнены из газобетонных блоков, показали, что наиболее распространенным их дефектом является образование трещин и микротрещин на участках фасадов. А причиной их появления служит высокая массовая влажность материала, приобретенная в процессе строительства или эксплуатации объектов.
На рис. 6.8 представлены результаты экспериментального определения массовой влажности газобетона полученные на пробах, взятых на объектах наружный слой стен которых подвергался разрушению.
Размораживание ячеистого бетона массовой влажности W > 40 % объясняется значительным превышением ее над величиной максимальной сорбционной влажности Ws = 20 %. Накопление же влаги в слоях газобетона, прилегающих к наружному штукатурному полимерцементному слою вызвано ее перераспределением по сечению стены вследствие наличия перепада температур в зимний период эксплуатации.
Повышенная влажность материала в процессе эксплуатации объясняется применением плотных (с низкими коэффициентами паропроницаемости) наружных отделочных слоев, способствующих накоплению влаги и, как следствие, преждевременному разрушению стен. Такими слоями могут быть не только штукатурные и окрасочные, но и облицовочные слои из кирпича, декоративных блоков, плиток и т.п. Например, если коэффициент паропроницаемости газобетона р = 500 кг/м3 равен u = 0,23 мг/(м*ч*Па), то укрывного полимерцементного слоя - в десять раз меньше и равен u = 0,022 мг/(м*ч*Па).
Следует подчеркнуть, что особенностью газобетона и его разновидностей, как высокопористых материалов является высокая паропроницаемость (u = 0,12...0,26 мг/(м*ч*Па)) и значительное водопоглощение ~ 40 % по массе за 24 часа.
Приведенные ниже результаты обследований получены на объекте, имеющем дефекты ограждающих конструкций и нарушение микроклимата помещений. В нормальных условиях эксплуатации однослойные стены из газобетона хорошо поддаются сушке.
Защиту стен из газобетона от увлажнения и накопления влаги следует обеспечивать применением для наружной отделки материалов с паропроницаемостью выше u = 0,1 мг/(мч*Па) или пароизоляцией внутренней поверхности стен со стороны помещений.
Результаты натурных исследований распределения массовой влажности по сечению стены из газобетона сравнивались с данными, полученными аналитическими методами. На рис. 6.9 показаны кривые распределения массовой влажности газобетона, полученные по разным расчетным методикам. Однослойная стена из газобетона р = 450 кг/м3 и толщиной 400 мм оштукатурена с наружной и внутренней стороны цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм. Анализ влажностного состояния стены по результатам расчёта по методике последовательного увлажения показал, что область максимального увлажнения в ней находится у наружной поверхности, так как и на графике рис. 6.8. По результатам расчета стационарным методом (линия 1) основная часть стены находится в области сверхсорбционной влажности газобетона. Метод последовательного увлажнения дал распределение влажности заметно отличающееся от линии 1. Только максимум влажности близок по расположению и величине.
Сравнение хода линий массовой влажности на рисунках 6.8 и 6.9 показывает идентичность линии, полученной по методу последовательного увлажнения с кривой, построенной по результатам натурных исследований.
Результаты натурных исследований по определению массовой влажности материалов наружных стен эксплуатируемых зданий сведены в табл. 6.1.
В табл. 6,1 сведены результаты исследований, как представленные на рисунках 6.3...6.9, так и не представленные графически.
Из таблицы видно, что массовая влажность бетона многослойных наружных стен зависит от места их расположения. Так, бетонные слои стеновых панелей, расположенные у внутренней поверхности стен, имеют массовую влажность в области их сорбционного увлажнения, и на их величины главным образом влияют условия микроклимата в помещениях квартир. Наружные бетонные слои увлажняются как при воздействии атмосферных осадков, так и за счет процессов диффузии влаги. Разброс в значениях массовой влажности также связан с воздействием на них ветра и солнца.
Средние влажности материалов однослойных стен и теплоизоляционных слоев в конструкциях наружных стеновых панелей получены значительно ниже расчетных массовых отношений для условий эксплуатации «Б». Исключение составляют характеристики газобетона.
Обследование влажностного состояния наружных стен из штучных изделий и стеновых панелей производства 1950...1995 гг. показало их удовлетворительное влажностное состояние за исключением однослойных стен из газобетона р = 400...500 кг/м3.
В то же время следует отметить наличие в эксплуатации жилых зданий с нарушениями микроклимата помещений и дефектами наружных стен, вызванными увлажнением.