Основные виды современных многослойных стен
Стены являются одним из главных конструктивных элементов зданий и сооружений. Они не только изолируют помещения от внешней среды, передают тепло, воздух, влагу, но и подвергаются сложному комплексу внутренних воздействий в зависимости от характера технологического процесса производства. Поэтому современные стеновые конструкции должны обладать необходимой прочностью, стойкостью против атмосферных воздействий и коррозии, иметь требующиеся тепло-, водо-, воздухо- и звукоизоляционные качества, быть достаточно долговечными и огнестойкими, обеспечивать индустриаль- ность и экономическую эффективность строительства Кроме того, выбор конструкции стен является одним из главных вопросов проектирования, так как их стоимость составляет значительную часть стоимости всего здания.
По виду материала различают каменные, деревянные, бетонные и комбинированные стены, а по роду применяемых для вЬзведения стен конструктивных материалов - стены из крупных блоков, из панелей и штучных (мелкоразмерных) каменных материалов. С теплотехнической точки зрения условно различают три основных вида наружных стен по числу основных слоев: однослойные, двухслойные и трехслойные.
Однослойные стены наиболее привычны российским проектировщикам и строителям и наиболее просты в исполнении и эксплуатации. Однослойные стены, как правило, изготавливаются из однородного материала. Характерной их особенностью является то, что данный материал выполняет как несущие, так и теплотехнические функции.
Для изготовления однослойных ограждающих конструкций в отечественной и зарубежной строительной практике нашли широкое применение различные виды кирпича, керамзито-, шлако-, газозолобетонов, бетонов ячеистой структуры. Особенностью современных однослойных ограждающих конструкций является то, что их возведение возможно в основном из бетонов плотностью не более 600-700 кг/м3 или из глиняного пустотелого кирпича, обладающих достаточными теплотехническими характеристиками.
Однако, как показала практика строительства, однослойным стенам из различных материалов присущи такие недостатки, как неоднородность материала по средней плотности и, следовательно, неравномерность теплозащитных свойств; повышенная влажность материала в первые годы эксплуатации, обусловливающая пониженное против проектного значение сопротивления теплопередаче стен и повышенную влажность внутреннего воздуха; недостаточное сопротивление теплопередаче при относительно большой толщине стен, что ведет к повышенному расходу материалов на 1 м3 изделия. Поэтому с точки зрения получения эффективных ограждающих конструкций, отвечающих современным требованиям в плане теплотехнических свойств, оптимальным является применение слоистых систем - двух- и трехслойных.
Двухслойные стены состоят из несущего и теплоизоляционного слоев, при этом теплоизоляция может быть расположена как снаружи, так и изнутри.
Внутренняя теплоизоляция требует специального теплотехнического расчета на предмет защиты ее от увлажнения и накопления влаги в толще утеплителя и тщательного изготовления Системы с наружной теплоизоляцией имеют ряд существенных преимуществ (высокая теплотехническая однородность, разно образие архитектурных решений фасада, предпочтительность при реконструкции теплозащиты стен) и нашли широкое применение в строительной практике В настоящее время применяют два варианта таких систем первый вариант - системы с наружным штукатурным слоем; второй - системы с воздушным зазором.
Способ наружной теплоизоляции стен с оштукатуриванием утеплителя состоит в приклеивании или механическом креплении к стенам теплоизоляционных плит и нанесении на них полимерцементного покрытия или цементной штукатурки армированных сетками из стекловолокна или стали. Для усиления и выравнивания краев плитной облицовки используют профили из коррозионно стоиких материалов поливинилхлорида, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали. Впервые данный способ был применен в скандинавских странах в 40-х годах, где были использовань стекловолокнистые плиты и цементная штукатурка медленного схватывания, и в Германии в 1959 г фирмой «Drivit», разработавшей систему теплоизоляции с использованием пенополистирольных плит и полимерного покрытия.
Из теплоизоляционных материалов наиболее подходящим для данного способа и часто применяемым является плитный пенополистирол. Помимо обычных теплоизоляционных плит ряд зарубежных фирм выпускает специальные - для теплозащиты наружных стен Например в Германии производят теплоизоляционные плигы «Styrodur» из экструзивного пенополиетирола, покрытого с обеих сторон раствором, усиленным стеклотканью. Для возможности монтажа на их поверхность точечно наносят раствор и через день в эти места устанавливают дюбели диаметром 8 мм.
Некоторые фирмы предлагают производить утепление стен напылением теплоизоляционного материал Фирма АОЗТ «ТЕРКОМ» производит эковату, представляющую собой рыхлый, очень легкий материал состоящий из обрабо танной целлюлозы и специальных добавок Фирма «Истрокон» предлагает напыляемый пенополиуретан закрытоячеистой структуры, наносимый механизированным методом В системе «Родипор» предлагается в качестве теплоизолирующего слоя использовать теплоизолирующую штукатурку «Родипор».
Устройство защитного слоя теплоизоляции может осуществляться при помощи нанесения по ее поверхности полимерного покрытия или штукатурки, армированных стекловолокнисть ми или стальными сетками.
Системы, в которых используются полимерные покрытия, разрабатываются фирмами - производителями красок («Zolpan», «Senergy» и т д.) Штукатурные растворы на основе синтетических вяжущих, выпускаемых в Германии, состоят из полимерных дисперсий и минеральных наполнителей - кварцевой муки, слюды каолина, барита, талька, диоксида титана и имеют несколько модификаций для нанесения с помощью кельмы, шпателя, кисти или набрызгом. Дисперсионная штукатурка быстро схватывается, обладает высокой прочностью и мало подвержена растрескиванию.
Цементные штукатурки имеют недостаточно высокую трещиностойкость. Однако они ударопрочны, повышают огнестойкость теплоизоляции, могут применяться в сочетании с более огнестойкими плитами из стекловолокна, фибролита и т.д. Благодаря значительной толщине слоя (1,5-2,0 мм) они сглаживают неровности основания и позволяют не предъявлять высоких требований к качеству работ.
Клеевое крепление пенополистирольных плит к стенам является более простым в исполнении по сравнению с механическим, но менее надежным Поэтому область его применения ограничивается фенами с ровной поверхностью Клеящий состав наносят на поверхность плит пятнами или по контуру В системе «Неск» (Германия) клеевое крепление с применением цементного раствора выполняется сплошным и дополняется механическим пазогребневым, которое образуется при заполнении раствором горизонтальных пазов, фрезерованных на поверхностях пенополистирольных плит.
В качестве примера использования способа теплоизоляции с применением клеевого крепления пенополистирольных плит к стенам можно привести систему Ispo, разработанную в Германии, которая включает в себя слой пенополистирольных плит толщиной до 10 см и полимерцементное покрытие толщиной 3-6 мм, армированное стеклосетками. При ее изготовлении приклеивание пенополистирольной облицовки к стенам, стеклосеток к пенополистиролу и создание защитного покрытия осуществляются фирменным полимерцементным раствором, получаемым путем затворения водой сухой смеси, состоящей из минерального наполнителя, гидравлического вяжущего, сополимера винил-хлорида и добавок Для повышения надежности клеевого крепления используют дюбели из нержавеющей стали Из отечественных систем получила распространение система «Теплый дом», созданная в 90-х годах ОАО «Опытный завод сухих смесей» и адаптированная к условиям российского климата. Как и в других системах подобного типа, в ней используются два типа утеплителя: пенополистирол и жесткая минераловатная плита, толщина которых составляет 100-160 мм На поверхности стены плитный утеплитель крепится вразбежку по швам посредством специального клеевого состава. По закрепленному и выверенному в плоскости утеплителю укладывают армирующий слой, представляющий собой клеевой состав толщиной 3-4 мм, в наружную треть которого утапливают щелочестойкую стекловолокнистую сетку. Особое место в данной системе занимают декоративно-отделочные материалы и краски, которые специально разработаны для нее. Их особенность заключается в том, что они обладают высокими показателями паропроницаемости, благодаря чему из внутренних слоев активно выводится влага. Механический способ кренления более универсален. Его надежность определяется главным образом прочностными свойствами материала несущей части стены и крепежного элемента Существуют два принципиальных типа механического крепления: с применением пристенной обрешетки из металлических или пластмассовых профилей и с применением специальных соединительных элементов (дюбелей, анкеров и т.д.).
Примером механического профильного крепления может служить система «Mecafix-Rocarmur 1000», предлагаемая французской фирмой «Cegecol Casco Nobel France», в которой применяют экструдированные поливинилхлоридные или алюминиевые профили. Система разработана в двух вариантах В первом варианте пенополистирольные плиты размером 50x50 см с помощью пазов в торцовых гранях вдвигают в заанкеренные горизонтальные профили и укрепляют вдвигаемыми в пазы незаанкеренными профилями Во втором случае плиты размером 83x60 см и 100x60 см вдвигают в заанкеренные горизонтальные профили и укрепляют заанкеренными вертикальными профилями.
Установка утеплителя на анкеры применена в системе утепления «Рагmiterm», разработанной в Финляндии. Технологическая последовательность при утеплении состоит из следующих операций. В стены устанавливают крепежные детали не менее 4 на 1 м2. На них надевают плиты, прижимаемые к стене сеткой из оцинкованной стали и запорными пластинами Затем по сетке наносят три слоя штукатурки.
В системах «Epsiwall Isext L» и «Epsiwall Isext S», разработанных французской фирмой «Novembal», механическое крепление пенополистирольных плит размером 1,2x0,45 м осуществляется с помощью соединительных элементов, представляющих собой овальные пластмассовые прокладки, которые вставляют в прорези плит с перекрытием прорезей смежных горизонтальных рядов.
Для стен из пеносиликатных блоков, ячеистых бетонов и других подобных материалов с невысокими прочностными показателями ОАО «ЦНИИ промзданий» разработана конструкция многослойной стены системы «Термофасад». В данной системе плиты крепятся к несущей части стены подвижными кронштейнами, которые устанавливаются с шагом 600x600 мм и обеспечивают свободные температурные деформации штукатурного слоя в его плоскости при шаге деформационных швов до 15 м.
Системы с воздушным зазором отличаются от систем с наружным штукатурным слоем отсутствием ограничений на толщину применяемого утеплителя, закрепляемого на стене дюбелями, а также тем, что теплоизоляционный слой защищают фасадными плитами из различных материалов. Дополнительно между фасадными плитами и утеплителем предусмотрен воздушный зазор толщиной не менее 60 мм. Данные системы классифицируют по следующим параметрам.
- по виду металлического каркаса подконструкции системы;
- по виду облицовки или защитно-декоративного экрана;
- по виду крепления;
- по типу кронштейна;
- по виду кронштейна.
Металлические каркасы системы могут быть алюминиевыми, оцинкованными с антикоррозионным покрытием, из нержавеющей стали. Алюминиевые подконструкции навесных фасадов характеризуются большим линейным удлинением. Так как рабочая температура колеблется от -30 до +80°С, большое значение для долговечности данных подконструкций имеет создание температурно-деформационных швов и узлов.
Оцинкованные металлоконструкции характеризуются низкой стоимостью и малой долговечностью в связи с неоднородностью цинкового и антикоррозионного покрытия, а также по причине электрокоррозии металла.
Наиболее высокой долговечностью обладают металлоконструкции из нержавеющей стали, однако они имеют повышенную стоимость, сравнимую с импортными алюминиевыми системами.
Материалом утеплителя могут служить пенополистирольные и пенополиуретановые плиты, пенопласты на основе мочевиноформальдегидных смол, пенофенопласты, минераловолокнистые, растительноволокнистые и стекловолокнистые жесткие и полужесткие пробковые, а также комбинированные плиты с применением вышеперечисленных материалов.
Защитно-декоративная облицовка может быть разнообразной: из листовых и плиточных материалов - фиброцементные и цементные плиты («Волна», «Краспан», «Декопан», «Симстоун»), композитные плиты («Альполик» ФР, «Алюмокобонд» А-2), бумажнослоистый пластик, сэндвич-панели из натурального камня цветные алюминиевые листы («Алкан»), керамический гранит, стеклофибробетон, навесныс штучно-наборные плиты («Марморок»), металлокассеты; в виде штукатурного покрытия по натянутой сетке; в виде слоя кирпичной кладки. Вид защитно-декоративной облицовки определяет и вид ее крепления.
Облицовки из асбестоцементной плитки и черепицы крепятся к второстепенным элементам деревянного каркаса на гвоздях и на стальных крюках.
В системе «Vinylit» облицовка из экструдированных поливинилхоридных полос соединяется с деревянным каркасом, состоящим из одного ряда вертикальных или горизонтальных реек, посредством потайного крепления на винтах или на гвоздях.
Немецкая фирма «Bundesverband der Ziegelindustrie ev,» разработала способ крепления керамических панелей, который заключается в закреплении их на металлической сетке, расположенной на относе от утеплителя с помощью пружинных шпонок.
При открытом креплении применяют кляммеры, которые являются основным видом крепления для мелко- и крупноразмерных плит. Закрытое крепление при помощи распорных втулок используется для монтажа керамического гранита и стеклофибробетона.
Фирма «Вагнер-Систем» предлагает для крепления облицовки вентилируемых фасадов клеевой состав ВС ПикТек, представляющий собой двухкомпонентный полимерный клей. Клей образует сплошное соединение между профилем и облицовкой, исключая точечную нагрузку и ослабление профиля за счет шурупов и заклепок, оставаясь при этом стабильным против вибрации, старения влияния погоды и ультрафиолетовых лучей. Благодаря эластичной шовной клеевой накладке поглощаются шум и вибрация.
По технологии утепления стен плитами «URSA» сначала возводится внутренняя - несущая стена из обычного строительного кирпича, затем к ней крепятся теплоизоляционные плиты с помощью крепежных элементов (анкеров, дюбелей, шурупов), потом возводится наружная стена из облицовочного кирпича. Для обеспечения вентиляции утеплителя (удаления из него влаги в виде пара, который может проникать из внутренних помещений) между теплоизоляционными плитами и наружной стеной дотжен быть обеспечен воздушный зазор.
Основное преимущество конструкций с воздушным зазором - наличие естественно вентилируемого воздушного промежутка, что обеспечивает вывод из конструкции конденсационной и построечной влаги и защиту теплоизоляционного материала от атмосферных осадков, поддержание утеплителя в сухом состоянии, а это позволяет применять в работе полужесткие минераловатные и стекловолокнистые плиты, в возможность широкого выбора материала облицовки, заключающаяся в снижении требований по паропроницаемости и совместимости с материалом утеплитепя. Недостатком такого конструктивного решения является относительно высокая стоимость его устройства.
При строительстве производственных сельскохозяйственных зданий наибольшее распространение получили двухслойные конструкции стен, решенные в ленточной разрезке, в виде панелей повышенной заводской готовности на высоту этажа. Двухслойные стеновые панели состоят из внутреннего защитного слоя из тяжелого или легкого бетона класса В15 толщиной 50 мм, теплоизоляционно конструкционного слоя из легкого бетона класса В3,5 и наружного фактурного слоя из цементобетонного раствора класса В7,5.
В качестве легкого бетона применяют керамзитобетон, керамзитопенобетон, керамзитоперлитобетон, аглопоротобетон, шлакопемзобетон с маркой по средней плотности D800-D1200. Армируют панели объемными каркасами толщиной 200, 250, 300 и 400 мм В качестве теплоизоляционного слоя также может быть использован крупнопористый бетон.
Т.И. Барановой с сотрудниками предложена технология изготовления двухслойных элементов для утепления существующих зданий. Утеплителем в них служит пенополистирол. Элементы навешиваются на наклонные анкеры в стенах. Такая конструкция позволяет разнообразить архитектурную выразительность зданий.
Трехслойные конструкции состоят из двух внешних слоев, выполняющих ограждающие и несущие функции, и среднего слоя обеспечивающего тепло- и звукоизолирующие свойства изделий. Средний слой может быть сплошным при полном заполнении пространства между слоями (например, пенозаполнитель) и дискретным, заполняющим часть рабочего объема (например, засыпка пористым заполнителем). В зависимости от материала несущих слоев трехслойные конструкции могут быть бетонными, кирпичными, пластмассовыми, металлическими, комбинированными. Комбинированными изготавливаются конструкции, крайние слои которых должны наиболее полно отвечать эксплуатационным требованиям (например, в животноводческих зданиях ограждающие конструкции внутри и снаружи подвержены воздействию различных сред).
По структуре сечения трехслойные конструкции делятся на симметричные, когда крайние слои изготовлены с равной толщиной и из одного материала, и несимметричные, несущие слои которых имеют неодинаковую толщину и изготовлены из разных материалов Сочетания материалов крайних и среднего слоев могут быть самыми разнообразными. Специалисты отечественной строительной отрасли предлагают широкую номенклатуру материалов для изготовления трехслойных конструкций.
Трехслойные стены, возводимые на строительной площадке с применением в качестве наружных слоев различных видов мелкоштучных изделий и расположенного между ними утеплителя, применяются на протяжении многих лет. Впервые такая конструкция была предложена русским инженером А.И. Герардом в 1829 году, и на ее основе в дальнейшем были разработаны варианты слоистых систем.
Стены системы Н.С. Попова и Н.И. Орлянкина состоят из двух стенок толщиной в Уг кирпича, образующих между собой пространство, засыпаемое шлаком. Через каждые четыре ряда кладки шлаковый слой перекрывают двумя рядами кирпича, связывающими между собой кладку стенок и препятствующими осадке шлака. Те же авторы предложили конструкцию стены, в которой вместо шлака применен легкий бетон, не дающий свойственных шлаку осадок.
В стенах системы П.A. Серна и С. А. Власова «колодцы» заполняют шлаком или другим легким заполнителем (в двухэтажных зданиях) или легким бетоном. В настоящее время этот тип кладки в России используют с теплоизоляционными плитами.
В западно-европейских странах и США в качестве теплоизоляторов для кирпичных стен широко применяют минераловатные материалы в виде ваты, волокна, матов и плит. Вату в рыхлом состоянии как засыпку используют также в Канаде и Великобритании.
В некоторых странах успешно освоены и применяются на практике кирпичные стены с воздушными прослойками. Примером такой конструкции может служить пустотелая стена общей толщиной 280 мм, состоящая из двух слоев кладки в 1/2 кирпича каждый и воздушной полости между ними шириной 50 мм, которая является традиционной в Великобритании. Наружный слой выполняется из лицевого кирпича прочностью 360 кг/см2, а внутренний - из кирпича прочностью от 250 до 375 кг/см2. Слои кладки соединяются металлическими скобами через 900 мм по горизонтали и 450 мм по вертикали. Воздушная полость служит для повышения теплоизоляции, а также защиты внутренней стенки при косом дожде.
Помимо стен из штучного кирпича в зарубежных странах нашли достаточно широкое применение кирпичные панели, появлению которых способствовал ряд технических и экономических факторов, в том числе изобретение высокопрочного раствора, большое разнообразие лицевого кирпича, освоение выпуска керамических камней На сегодняшний день западными фирмами предлагаются кирпичные панели из различных материалов и разнообразных типоразмеров.
Широко продолжают применяться, прежде всего в промышленном строительстве, трехслойные легкие панели типа «сэндвич», которые включают стальные толщиной 0,6-0,7 мм или алюминиевые толщиной 0,8-l,0 мм облицовки соединенные между собой теплоизоляцией через клеевые швы. Панели изготавливают как на непрерывных линиях, так и стендовым способом. Вертикальные панели крепят к промежуточным ригелям сквозными болтами за обе обшивки Соединение панелей между собой осуществляется кулачковым или шпунтовым стыком, который уплотняют эластичной прокладкой. Наряду с металлическими обшивками возможно применение асбестоцементных листов толщиной 8 мм или цементно-стружечных плит толщиной 10 мм.
При широкой номенклатуре различных видов материалов для Российской Федерации основными материалами при строительстве здании различного назначения все же остаются бетон и железобетон, на основе которых было разработано и разрабатывается по сегодняшний день большое количество конструктивных решений трехслойных стеновых панелей.
Отличительной особенностью трехслоиных стеновых панелей с железобетонными внешними слоями является то, что утеплитель защищен от механических и атмосферных воздействий и поэтому к материалу утеплителя предъявляются в основном высокие теплотехнические требования и невысокие требования в отношении его прочности и деформативности.
В отечественном строительном комплексе в первые годы использования трехслойных стеновых панелей в качестве теплоизоляционного материала применялись цементный фибролит и минераловатные плиты на фенольной или битумнои основе. Однако, как показал опыт производства данных конструкций, средняя влажность минераловатного утеплителя при термообработке панелей возрастала примерно на 2-3%, а средняя плотность - на 12-26%, следствием чего являлось снижение теплозащитных качеств утеплителя. Коэффициент теплопроводности минераловатных плит на фенольной связке с учетом совместного воздействия уплотнения и увлажнения увеличивался на 28-30%, что снижало сопротивление теплопередаче трехслойной стеновой панели с таким утеплителем на 26%.
Непременными конструктивными элементами трехслойных панелей в традиционных вариантах являются связи, объединяющие внешние железобе тонные слои. Наибольшее применение в массовом строительстве для этого нашли ребра, которые вначале изготовляли из железобетона, но вскоре с целью уменьшения теплопотерь и конденсации влаги на поверхности панелей в местах расположения ребер их стали делать из керамзитобетона или из раствора, причем ребра из раствора были меньшей ширины. Применение легкого бетона вместо тяжелого для изготовления ребер способствовало повышению теплозащитных качеств трехслойных панелей, однако опыт эксплуатации показал, что случаи образования конденсата на внутренней поверхности панелей в местах расположения теплопроводных включений (соединительных ребер, обвязок панелей) являются нередкими. Отрицательное влияние теплопроводных включений в трехслойных панелях усугублялось еще и тем, что проектную толщину соединительных ребер практически невозможнее было обеспечить, так как опалубкой для ребер при изготовлении панелей служили мягкие минераловатные плиты, имеющие неправильную геометрическую форму. Толщина ребер из керамзитобетона нередко достигала 6-8 см вместо проектной 4 см, а ребер из раствора - 4- 6 см вместо 2 см по проекту. После того как выявились главные преимущества и недостатки трехслойных панелей, наметились направления по кардинальному совершенствованию этих конструкций.
На сегодняшний день в практике строительства используются различные виды трехслойных наружных стеновых панелей жилых, общественных про мышленных и сельскохозяйственных здании с наружными слоями из легкого или тяжелого бетона В качестве утеплителя применяются теплоизоляционные материалы {минераловатные, стекловолокнистые и полимерные), перечень которых приведен в приложении к СНиП II 3-79 «Строительная теплотехника», а также легкие бетоны низкой средней плотности (табл 1.1) Наружные и внутренние слои трехслойных панелей соединяются между собой с помощью связей, обеспечивающих независимую или совместную их работу Применяю ся различные типы связей К ним относятся связи сдвига в виде стальных стержней и железобетонных брусьев; комбинированные, предусматривающие подвеску наружного ограждающего слоя к внутреннему несущему и установку распорок, связи в виде стальных вертикальных ферм с треугольной решеткой, пояса которых располагаются в наружных слоях. С использованием последних вертикальные деформации слоев от нагрузки, ползучести и температуры влияют друг на друга. Во всех перечисленных конструкциях вертикальная нагрузка воспринимается одним внутренним (со стороны помещения) несущим слоем. Рассмотренные выше решения стен с утеплителями из полимерных материалов недолговечны из-за деструкции утеплителя при эксплуатации. При гарантированной долговечности утеплителя не менее 25 лет фактическое его разрушение происходит раньше Так, например обследование ряда зданий в Москве показало, что после 15 лет эксплуатации теплозащитные свойства стен снизились на треть, а влагонасыщение утеплителя в зимний период существенно превышало нормируемое. Поэтому за время эксплуатации зданий существует необходимость неоднократного ремонта стен.
Другим недостатком трехслойных конструкций с гибкими связями является повышенная трудоемкость изготовления из-за раскладки утеплителя вручную и необходимости защиты по периметру полимерного материала негорючим минераловатным слоем с целью обеспечения пожарной безопасности. При этом достаточно сложно обеспечить проектное качество из-за протечек бетона в местах установки связей, между смежными плитами утеплителя, а также бортами форм.
Использование тяжелого бетона в наружных слоях стеновых панелей жилых зданий, обладающего низкой паропроницаемостью и высоким сопротивлением воздухопроницанию, существенно ухудшает комфортность жилья. Поэтому в них целесообразно применять конструкционные бетоны на пористых заполнителях.
Для общественных зданий на современном этапе применяются трехслойные панели из легкого бетона с вкладышами утеплителя, между которыми устраиваются армированные ребра, обеспечивающие совместную работу слоев. В их наружных слоях также предпочтительно использование бетонов на пористых заполнителях, что положительно влияет на повышение сопротивления теплопередаче при имеющей место высокой термической неоднородности этих конструкций.
При использовании в качестве утеплителя легкого бетона низкой средней плотности трехслойные панели выполняются монолитного сечения, а связь между слоями обеспечивается за счет сцепления бетонов при изготовлении. В таких конструкциях нагрузка воспринимается полным сечением.
Трехслойные панели с эффективным утеплителем и связями сдвига в виде стальных стержней разработаны и применяются для навесных и самонесущих стен горизонтальной разрезки производственных и общественных зданий. В их наружных слоях их используют преимущественно тяжелый бетон. В этих панелях все вертикальные нагрузки воспринимаются внутренним несущим слоем, а наружный ограждающий соединяется с внутренним с помощью гибких связей в виде стальных шпилек, защищенных от коррозии.
К преимуществам таких панелей можно отнести простоту конструкции связей и их установки. В процессе изготовления панелей после бетонирования внутреннего несущего слоя толщиной 10 см и раскладки утеплителя связи забиваются в свежеуложенный бетон, Верхняя изогнутая часть шпильки-связи заанкеривается в 5 сантиметровом см наружном ограждающем слое. Проведенные исследования подтвердили надежность такого соединения слоев между собой.
Недостатком принятой конструкции являются большие теплопотери, осуществляемые через стальные связи. Например, для трехслойных панелей размером 1,2x6 м с утеплителем из пенополистирола (ХБ= 0,05 Вт/(м °С) при двухрядном размещении шпилек по высоте из арматуры периодического про филя диаметром 10 мм из стали класса A-II с шагом по длине 0,8 м коэффициент термической однородности составляет 0,6.
Расчеты показывают, что при толщине утеплителя 15 см прогиб наружного ограждающего слоя от собственного веса относительно несущего внутреннего не превышает 1,5 мм, что менее допускаемого для наружных стен жилых зданий (2 мм). Поэтому при меньшей толщине утеплителя повышение термической однородности панелей возможно за счет уменьшения диаметра связей-шпилек до 8...6 мм.
В нормативных документах на трехслойные конструкции с гибкими связями указано, что работа панелей обеспечивается гибкими металлическими связями с защитным покрытием, имеющими длительный срок эксплуатации (свыше 100 лет). Как известно, вначале предполагалось применять для гибких связей нержавеющую арматуру «Картен». Однако впоследствии выяснилось, что в темноте такая арматура корродирует, поэтому было принято решение о замене ее на обычную арматуру класса А-I с цинковым покрытием толщиной 120 мкм. Практика показывает, что оцинковка гибких арматурных связей - сложный процесс, выполняемый вручную, что приводит к тому, что часть стержня не покрывается предохранительным слоем, а слишком большой слой оцинковки приводит к его отслоению. Все это является причиной коррозии металла во времени и, как следствие обрушения наружной скорлупы трехслойной панели.
Увеличение толщины утеплителя приводит к увеличению диаметра связей или их количества и соответственно большим теплопотерям. Поэтому на втором этапе теплозащиты зданий область применения рассмотренных конструкций будет ограничена При толщине утеплителя из пенополистирола 15 см для производственных зданий с сухим и нормальным режимами наибольшая величина градусо-суток отопительного периода составляет 5000 (табл 16, Изменения № 3 СНиП П-3-79). Для стен жилых зданий, лечебно-профилактических и детских учреждений, школ и интернатов, а также многих других общественных зданий рассмотренные конструкции со стальными связями не рациональны из-за увеличения их толщины и, как следствие, диаметра или количества связей.
Трехслойные панели со связями сдвига в виде железобетонных брусьев появились сравнительно недавно, и опыт применения их ограничен Основным назначением железобетонных связей является защита арматуры от коррозии, что позволяет использовать обычную арматуру.
Экспериментально-теоретические исследования этих конструкции немногочисленны. Связи проверены лишь на действие нагрузки от веса наружного ограждающего слоя. Проведенные испытания фрагментов панелей показали, что при этом трещины в железобетонных связях не образуются. Однако деформации, вызываемые различной температурой наружного ограждающего и внутреннего несущего слоев и приводящие к их взаимному смещению, могут быть существенно больше, чем деформации от нагрузки, что является причиной не только образования трещин в связях, но и значительного их раскрытия. Поскольку разница температуры слоев зависит от времени года, трещины будут сквозными. С появлением трещин возможно нарушение анкеровки арматуры связей из-за недостаточной ее заделки в тонком наружном ограждающем слое Проведенные МНИИТЭП расчеты указывают на возможность образования трещин в связях от температурных деформации и прогнозируют их раскрытие до 04 мм. Это обусловливает необходимость усиления армирования наружного ограждающего слоя в местах связей. При значительном раскрытии трещин в условиях повышенной влажности в период эксплуатации панелей возможны коррозия арматуры связей и разрушение бетона, а в конечном счете - панелей в целом.
Исследования трехслоиных панелей с эффективным утеплителем и связями наружного и внутреннего слоев в виде железобетонных брусьев продолжаются, включая наблюдение в построенных и эксплуатируемых зданиях. Эти работы должны предшествовать массовому применению таких конструкций.
Трехслойные панели с эффективным утеплителем и стальными комбинированными связями являются наиболее распространенной трехслойной конструкцией и широко применяются в крупнопанельном домостроении. Это решение проверено экспериментально и рекомендуется «Пособием по проектированию жилых зданий, вып 3 Конструкции жилых зданий (к СНиП 2 08,01 85)».
В таких панелях передачу усилий от наружного ограждающего слоя на внутренний несущий обеспечивают металлические связи, а конструкция связей и их расположение не создают препятствий для свободных температурных деформации наружного ограждающего слоя. Связи выполняются в виде подвесок и распорок. Подвески предназначаются для передачи вертикальной нагрузки от наружного ограждающего слоя на внутренний несущий без учасгия других связей Для этого они имеют растянутый и сжатый подкосы. Распорки предназначены для передачи горизонтальных нагрузок от ветра и других воздействий от наружного ограждающего слоя на внутренний несущий. Связи рекомендуется выполнять из коррозионностойких сортов стали, а при использовании арматурной стали классов А-I и A-II - применять антикоррозионные покрытия
В разработанных технических решениях толщина утеплителя принята от 70 до 280 мм. Наружные бетонные слои - 70...80 мм, внутренние - от 100 до 150 мм. Панели с внутренним слоем толщиной 150 мм применяются в качестве несущих, толщиной 120 мм - несущих и самонесущих, толщиной 100 мм - несущих в зданиях до 5 этажей или навесных в зданиях любой этажности. Для наружного и внутреннего слоев может использоваться тяжелый бетон класса В20 средней плотностью р = 2400 кг/м и керамзитобетон класса В - 12,5 и р = 1600 кг/м3.
Принятая толщина бетонных слоев удовлетворяет требованиям огнестойкости и надежной защиты арматуры от коррозии. Однако для обеспечения эксплуатационной надежности по периметру наружных панелей укладывается несгораемый утеплитель, что значительно увеличивает трудоемкость их изготовления.
Проведенные исследования показали, что утеплитель из пенополистирольных плит принимает участие в работе трехслойных панелей с гибкими связями, вовлекая в совместную работу их наружные слои. С переходом ко второму этапу теплозащиты зданий увеличивается толщина утеплителя. Поэтому его укладывают в несколько слоев, не соединенных между собой. Средний слой в таких конструкциях является относительно гигроскопичным материалом, а его увлажнение значительно снижает термическое сопротивление конструкции в целом. Удаление влаги в случае попадания в средний слой панелей практически невозможно. Это приводит к старению и разрушению утеплителя. При этом в эксплуатирующихся зданиях совершенно исключается визуальный осмотр теплоизоляционных материалов как в стенах, так и в местах сопряжения их между собой и перекрытиями, а также восстановление их работоспособности, что делает трехслойные стеновые панели неремонтопригодными. В этой связи вопросы участия утеплителя в работе трехслойных панелей, а также сохранности его сцепления с бетоном наружных слоев при эксплуатации здания нуждаются в экспериментальном обосновании. Знание данных вопросов необходимо для совершенствования конструкций панелей в целом, а также связей между слоями с целью уменьшения теплопотерь.
Трехслойные панели с минераловатным утеплителем и связями в виде стальных ферм с параллельными поясами и треугольной решеткой из нержавеющей стали разработаны фирмой «Партек» (Финляндия). Фермы устанавливаются на всю высоту панели в местах стыков утеплителя, а пояса ферм располагаются в бетоне наружных слоев панели Такая конструкция обеспечивает надежную анкеровку связей-подвесок и передачу вертикальной нагрузки и других воздействий от наружного ограждающего слоя при минимальной его толщине и небольшом диаметре элементов решетки. В целом конструкцию рассматриваемой панели можно оценить как оригинальную и экономичную.
При принятой конструкции связей наружные слои панели в вертикальном направлении работают совместно, поэтому деформации от нагрузки, ползучести бетона и температуры влияют друг на друга, что необходимо учиты вать при проектировании.
Достоинствами панелей с вкладышами из эффективного утеплителя и реб рами из легкого бетона являются работа полным сечением, надежная защита утеплитепя от возгорания, отсутствие гибких металлических связей.
Основной их недостаток - низкая эффективность использования утеплителя. Проведенные расчеты для строящегося жилого 24-этажного здания в Москве показали, что при использовании в наружных слоях и ребрах керамзитобетона средней плотности 900 кг/м3 на шлакопортландцементе и вкладышей из утеплителя коэффициент теплотехнической однородности панелей с проемами при толщине ребер 5 см составляет 0,5, без проемов - 0,59. Для обычно используемого керамзитобетона 1100 кг/м3 коэффициент теплотехнической однородности снизится соответственно до 0,39 и 0,48. Такие панели сложны и трудоемки в изготовлении, что связано с раскладкой и фиксированием в проектном положении утеплителя и бетонированием тонких армированных ребер.
Опыт эксплуатации показывает, что в наружном ограждающем слое панелей между ребрами возможно образование сквозных трещин, вызванных усадкой и высушиванием бетона и температурными деформациями. Через трещины возможно увлажнение утеплителя и бетона, что ухудшает их эксплуатационные качества и снижает долговечность стеновых панелей.
Таким образом, в большинстве современных трехслойных конструкций не соблюдаются все требования по надежности - отказам, долговечности и ремонтопригодности и на втором этапе повышения теплозащиты зданий в массовом строительстве необходима разработка более эффективных конструкций Одним из перспективных направлений в данном случае можно считать изготовление трехслойных п анелей с теплоизоляционным слоем из низкотеплопроводных бетонов, формуемых в едином технологическом цикле.
