Монтажные швы. Системы монтажа. Сертификация в оконной индустрии РФ

Глава 9. Почему нельзя говорить о сопротивлении паропроницанию герметика? Еще раз

Давайте еще раз поговорим о разнице между понятиями «паропроницаемость» и «сопротивление паропроницанию», используя простую аналогию. Рассмотрим некую газовую скважину и некий город – потребитель этого газа. Между ними есть труба, по которой течет газ. Представим, что скважина вырыта вплотную к городу – на расстоянии 1 метр. Длина трубы, разумеется, абсурдна, но так будет проще понять. Чтобы газ потек по трубе, необходимо создать движущую силу разницу давлений. Для длины трубы в 1 м достаточно будет совсем небольшой разницы давлений¹⁶ – скажем, 10 Па.

Теперь представим, что скважина удалена от города на 1000 км. В этом случае давления в 10 Па определенно не хватит. Почему? Потому что молекулы газа трутся о стенки трубы. То есть возникает трение, а значит и сопротивление. Назовем его «сопротивлением газопротеканию». Перепад давления для течения газа по такой длинной трубе должен составить какое-то ощутимое значение, скажем 100 атмосфер. Понятно, что чем длиннее труба, тем больше площадь поверхности трения¹⁷ газа о трубу, а значит, тем больший перепад давления необходим. Также обратим внимание, что говорить о сопротивлении газопротеканию можно только в отношении какой-то конкретной трубы.

Какие выводы можно сделать из этого примера?

Во-первых, необходимый перепад давления ΔP для течения газа прямо пропорционален длине трубы L.

Во-вторых, и сопротивление газопротеканию СГ трубы прямо пропорционально длине этой трубы L:

Введем для трубы понятие «трубной газопроницаемости» Г – свойства, которое показывает насколько легко течет газ по трубе из определенного материала при заданном давлении газа. То есть трубная газопроницаемость не будет свойством какой-то конкретной трубы (в отличие от сопротивления газопротеканию) – она не зависит от длины трубы, например. При этом если взять две трубы с одинаковыми размерами, но из разных материалов, то сопротивление газопротеканию будет больше у той трубы, которая сделана из материала с меньшей трубной газопроницаемостью. Таким образом, мы получаем, что сопротивление газопротеканию трубы СГ обратно пропорционально трубной газопроницаемости Г:

Теперь поговорим о герметиках. Из-за особенности отверждения акриловых герметиков внутри них присутствуют микропоры, которые и обеспечивают основной путь для диффундирующих сквозь герметик молекул водяного пара¹⁸. Эти микропоры представляют собой по сути трубки малого размера, поэтому наши рассуждения применимы и для герметика (только вместо сопротивления газопротеканию СГ трубы мы будем говорить о сопротивлении паропроницанию СП слоя герметика, вместо газопроницаемости Г – о паропроницаемости П герметика, а вместо длины трубки L – о толщине герметика Т):

Соответственно, формулы приобретают уже знакомый вид:

То есть сопротивление паропроницанию слоя герметика тем меньше, чем меньше толщина слоя или чем больше паропроницаемость герметика.

Важно отметить, что как сопротивление газопротеканию относится к конкретной трубе, а не к материалу трубы, так и сопротивление паропроницанию – к конкретному слою герметика, а не к материалу герметика. Также и паропроницаемость – это свойство герметика (аналогично трубная газопроницаемость – свойство материала трубы).

Другими словами, нельзя говорить о сопротивлении газопротеканию какого-нибудь сплава, из которого делают газовую трубу. И, аналогично, нельзя говорить о сопротивлении паропроницанию герметика. Казалось бы, логично. И все же до сих пор появляются протоколы, в которых фигурирует именно «сопротивление паро- проницанию герметика»! Пример из недавно найденного представлен на рис. 26. Как можно увидеть, в протоколе испытаний герметика, предлагаемого для монтажа оконных блоков, указания по толщине отсутствуют. И исходя из того, о чем мы говорили в предыдущей главе, дело здесь не только в том, что показатель «сопротивление паропроницанию герметика» не имеет смысла. Здесь еще, возможно, есть скрытые мотивы недобросовестного производителя.

Рисунок 26. Пример некорректного протокола

Глава 10. Не прямо пропорциональная зависимость сопротивления паропроницанию от толщины для акриловых монтажных герметиков

В предыдущих главах мы говорили о паропроницаемости, сопро- тивлении паропроницанию и о связи последней с толщиной и вспомнили формулы из ГОСТ 25898, исходя из которых сопротивление паропроницанию слоя материала рассчитывается как толщина слоя, поделенная на паропроницаемость материала:

Всегда ли применима эта формула? Нет, не всегда.

Вспомним всем известную формулу для вычисления объема тела как отношение массы тела к его плотности:

Как ее применяют? Например, есть самородок чистейшего золота массой в 500 грамм и требуется вычислить объем этого самородка. Вычисляется объем следующим образом:

где 19,32 г/см³ – это плотность золота.

Если бы самородок имел массу в 5 тонн, формула применялась бы так же. А если бы речь шла о нескольких атомах золота (микрослучай), то расчет по формуле дал бы неверный результат: вычисленный объем был бы в несколько раз занижен. Потому что в формуле предполагается, что тело однородно, а в случае нескольких атомов однородности нет: между атомами есть большие промежутки межатомного пространства.

Итак, получается, что плотность материала зависит от размеров тела. А вот это уже странно: привычно считать, что плотность зависит только от материала, из которого сделан измеряемый образец (из алюминия, дерева, золота и т.д.), но никак не от размеров тела. При этом мы знаем, что плотность золота одинакова для случая самородка массой 500 грамм или 5 тонн, ведь однородность материала сохраняется. Но однородность материала сохраняется только начиная с некоего (впрочем, достаточно малого) объема, а при объеме меньшем этой величины плотность будет меньше.

Теперь поговорим о паропроницаемости герметиков для наружного слоя монтажного шва. Как показал нам опыт (табл. 4), паропроницаемость тоже на самом деле зависит от размеров тела (в нашем случае, от толщины слоя нанесения), а не только от материала (марки герметика). При уменьшении толщины слоя паропроницаемость в какой-то момент начинает резко уменьшаться. Почему так происходит?

Таблица 4. Результаты испытаний герметиков на разных толщинах

То, что написано дальше по тексту, является нашей попыткой¹⁹ объяснения вышеуказанного феномена.

Водяной пар проходит сквозь герметик по порам, которые образуются при отверждении герметика. Молекулы пара в своем движении соударяются со стенками пор, испытывают трение и тормозятся о них – так, собственно, и возникает сопротивление паропроницанию. Чем длиннее пора, тем больше соударений будет испытывать частица при движении вдоль нее, следовательно, тем больше сопротивление.

Начнем мысленно уменьшать длину поры. Сопротивление движению пара сквозь нее будет становиться все меньше и меньше, и когда длина поры станет в несколько раз меньше ее диаметра, она выродится в «отверстие в стене». В этот момент ее и порой-то не назовешь.

Сквозь эту «дырку» будут беспрепятственно пролетать не только те молекулы пара, которые двигаются параллельно оси отверстия, но и те, которые «влетают» под большими углами к ней: сопротивление паропроницанию будет ничтожно малым. Конечно, это весьма условная физическая модель, потому что в действительности толщина слоя герметика оказывает влияние на паропроницаемость на толщинах, явно больших, чем диаметр средней поры (примерно до толщины слоя герметика в 1,5 мм).

Из всего сказанного про герметики следует один важный вывод. Нельзя измерять величину сопротивления паропроницанию слоя герметика на одной толщине, а потом пересчитывать ее по формуле на другую, искомую толщину, беря за постоянный параметр паропроницаемость. В более практическом применении для Читателя это означает следующее: наносить герметик для наружного слоя монтажного шва можно только до той толщины, на которой проводились испытания на сопротивление паропроницанию.

Глава 11. Применение забутовочных швов при монтаже окон

В своей работе по производству и реализации герметизирующих материалов мы иногда сталкиваемся с определенной позицией ряда игроков рынка, которую они активно поддерживают на обучающих семинарах и вебинарах, статьях и в видеороликах в Интернете. Позиция эта заключается в требовании наносить герметик на забутовочный шнур типа «Вилатерм», что, соответственно, означает невозможность нанесения материала Стиз А непосредственно на пену. В данной главе мы предлагаем Читателю ознакомиться с нашим мнением по этому вопросу, как непосредственного производителя данных герметиков.

У себя в компании мы разделяем наши герметизирующие материалы не только по объектам применения, компонентности, полимерной основе, но также и по функциональному признаку. Согласно нашей терминологии, герметики – это материалы, функция которых лежит в отделении сред друг от друга. Классическими примерами герметиков является герметик для швов в тротуарной плитке и герметик для межпанельных швов. В первом случае герметик отделяет область над плоскостью плитки от пространства между плиткой: необходимо не допустить попадания в пространство между плиткой воды, а также, например, женских каблуков, чтобы в них было удобно ходить по тротуару. В межпанельном шве герметик отделяет атмосферу (дождь и ветер) от внутренней теплоизоляции (рис. 27).

Рисунок 27. Межпанельный шов, где применяется герметик

В отличие от герметиков, функция покрытий состоит в изменении свойств подложки, на которую покрытие наносят (рис. 28). Зачастую главным изменяемым свойством является стойкость подложки к внешним воздействиям, то есть покрытия в этом случае обеспечивают защиту подложки. Ярким примером покрытий среди наших материалов являются гидрофобизаторы: они защищают стены здания от попадания воды.

Рисунок 28. Принципиальная схема покрытия

Теперь, определившись в терминологии, можно перейти к рассмотрению материала Стиз А, который предназначен для выполнения наружного слоя монтажного шва. Функцией наружного слоя, согласно ГОСТ 30971, является защита центрального слоя (монтажной пены) от атмосферных воздействий. А согласно определению, защиту подложки обеспечивает покрытие.

Получается, что Стиз А – в первую очередь покрытие! Ведь первоочередной задачей Стиз А является защита монтажной пены от воды и УФ-излучения. С другой стороны, Стиз А все же выполняет функции герметика: отделяет область монтажного шва, в которой находится теплоизоляция, от атмосферы. Но в первую очередь, материал Стиз А – покрытие.

Однако «покрытие», в привычном понимании этого слова, подра- зумевает материал, имеющий невысокую вязкость, наносимый только кистью и образующий на подложке тонкий слой. Стиз А, в свою очередь, является вязкотекучим материалом и наносится толщиной минимум 3 мм кистью, шпателем или выдавливанием с помощью строительных пистолетов. Поэтому мы договоримся называть Стиз А герметиком, но помнить при этом, что Стиз А – скорее покрытие, нежели герметик.

Читатель, наверное, уже недоумевает, почему мы так много времени уделили вопросу «К какой группе материалов отнести Стиз А?». Дело в том, что под покрытия никто забутовочные шнуры не кладет! В самом деле, краски и гидрофобизаторы прекрасно обходятся без шнуров, защищая подложку от негативных воздействий окружающей среды. Так почему же покрытие Стиз А должно наносится на шнур?

Нам могут возразить, что Стиз А все же частично выполняет функции герметика. Чтобы снять последние возражения, рассмотрим ситуацию и с этой точки зрения.

Для чего вообще кладут шнур под герметик? Шнур выполняет в швах с герметиком две функции:

– забутовочный шнур ограничивает расход герметика, если ему не на что опереться. Например, в межпанельных швах, где без шнура герметик невозможно нанести²⁰. Стиз А же наносят на монтажную пену, то есть опора для него присутствует;

– шнур нужен, если другая подложка в процессе эксплуатации растрескивается, и трещины действуют как концентраторы напряжений для вышеуложенного слоя материала. Так, известно, что если в межпанельный шов нанести цементно-песчаный раствор, а поверх раствора нанести полиуретановый герметик, то срок службы герметика (обычно 15—20 лет) резко сократится до 2—3 лет. Однако, при достаточно большой толщине слоя герметика трещины в подложке уже не оказывают воздействия на герметик. Но для приведенного примера с цементно-песчаным раствором необходимая для этого толщина герметика будет слишком большой, что делает такое применение экономически нецелесообразным. В свою очередь, Стиз А наносится на монтажную пену, которая является существенно более мягким материалом, чем цементно- песчаный раствор, и необходимая толщина для предотвращения разрушения от трещин в подложке составляет для него всего 3 мм.

Дополнительным аргументом, позволяющим наносить покрытие Стиз А на пенный шов без использования шнура, является многолетняя практика монтажа в оконных компаниях во всех регионах нашей страны. Несколько лет назад мы проводили опрос среди 100 компаний, который показал, что только две (!) компании используют забутовочные шнуры, причем изнутри, а не снаружи помещения. Средний стаж работы на рынке этих компаний превышал на тот момент 12 лет, что также подтверждает возможность проведения работ с покрытием Стиз А без использования забутовочного шнура.

Итак, из сказанного видно, что применение забутовочного шнура для нанесения Стиз А не является обязательным. Однако, мы считаем такое применение не только необязательным, но и вредным. Дело в том, что забутовочные шнуры, распространенные на рынке, являются пароизоляционными. Если наносить Стиз А на такой шнур, то при попадании влаги в слой пены она не будет испаряться. Действительно, задачу вывода влаги из пены в трехслойном шве выполняет паропроницаемый Стиз А, но при использовании шнура влага просто не дойдет до Стиз А: пароизоляционный забутовочный шнур ее не пропустит. Кроме того, использование шнура приведет к тому, что слой Стиз А будет иметь менискообразную форму. Почему «мениск вреден», мы поговорим в следующей главе.

Напоследок хотелось бы сказать про формулы, по которым определяются геометрические размеры швов. Самая распространенная из них имеет такой вид:

где А – ширина шва, B – его толщина.

Эта формула определяет геометрию швов, имеющих следующие характеристики:

– слой материала шва опирается только на поверхности стыкуемых элементов;

– шов, помимо деформации растяжения-сжатия, испытывает значительные поперечные нагрузки.

В качестве примера такого шва можно привести шов для подземных паркингов. В таком шве велики поперечные нагрузки на герметик (из- за давления от веса проезжающих автомобилей). Схема такого шва приведена на рис. 29.

Рисунок 29. Принципиальная схема шва с высокими поперечными нагрузками

Конструкция монтажного шва по ГОСТ 30971 принципиально иная – она относится к типу так называемых швов с опорой на три точки.

В дополнение к поверхностям оконной рамы и проема материал опирается на поверхность монтажной пены. Кроме того, в данном шве сравнительно малы внешние механические нагрузки на материал шва. В связи с этим требования к геометрии шва совершенно иные, и указанную формулу для монтажных швов применять нельзя. Широкая распространенность данной формулы в справочной литературе связана с более частым применением в строительной практике швов с высокими поперечными нагрузками. Попытки же определенных организаций использовать эту формулу для монтажных швов говорят либо о принципиальном непонимании работы этих швов, либо – о желании создать ограничения и усложнить монтаж с применением Стиз А, создав преференции другим используемым технологиям монтажа.

Глава 12. О вогнутом шве герметика. Без «умных» формул

Рассмотрим распространенное заблуждение, связанное с так называемым «вогнутым» («менискообразным») швом – способом укладки герметика в стык таким образом, что поперечное сечение шва выглядит как на рис. 30.

Эскиз шва такой формы можно встретить чуть ли не в каждом альбоме типовых конструкций и во многих деталировках мест соединений.

«Вогнутость» стала общим местом: наш опыт показывает, что даже в обычном разговоре двух инженеров эскизируемый ими «на коленке» шов окажется, скорее всего, именно вогнутым. Привычным стало представление о том, что вогнутость нужна для создания оптимальных условий работы герметика и увеличения срока службы шва. Специалисты нашей компании, уже почти тридцать лет занимающейся разработкой и производством герметиков, знают, что такое представление ошибочно. На самом деле все наоборот: вогнутость сокращает срок службы и делает шов менее надежным.

Рисунок 30. Принципиальная схема вогнутого шва

Как часто бывает с мифами, представление о «полезности» мениска в шве рассыпается в пыль просто при непредвзятом взгляде на ситуацию, открывающем то, что почти всегда упускается из виду и что является причиной пониженной работоспособности вогнутых швов – изменение размера шва при практических деформациях никак не зависит от жесткости материала шва (герметика). В самом деле, подвижность шва в таких узлах, как, например, монтажный шов окна, связана с силовыми факторами, на порядки превышающими по величине возможное сопротивление этого шва²¹. Герметик попросту не является конструкционным (то есть задающим конструкционные параметры объекта) материалом!

Таким образом, анализ влияния геометрии поперечного сечения шва на его срок службы должен исходить из того, что шов будет растянут на заданную величину, которая не зависит от свойств герметика. То есть внешним агрессивным фактором будет деформация материала шва: чем выше относительное удлинение (истинная деформация) какого-либо участка шва, тем меньше срок его службы и больше риск аварийного разрыва этого участка.

На рис. 31 показаны сечения плоского и двух вогнутых, с разной кривизной, швов, где толстыми линиями обозначен контур сечения до деформации растяжения, тонкими – после нее. Геометрические размеры в данной модели выбраны следующим образом: ширина всех трех сечений (ширина шва) – одинакова, высота плоского сечения (толщина шва) равна минимальной высоте вогнутых сечений. Пусть Читателя не смущает фантастически-абстрактный вид третьего сечения (с большой кривизной). Это – специально сделанное преувеличение: такого, надеемся, нельзя встретить в практике, но в данном случае это «преувеличенное» сечение поможет понять нашу аргументацию.

Сначала рассмотрим два вогнутых сечения. Их кривизна настолько различна, что легко представить, что произойдет при одинаковом растяжении швов с таким сечением. Краевые участки более вогнутого (нижнего) шва очень массивны в сравнении с его центральным участком, из-за чего центральный слой «примет» все удлинение шва на себя и весьма быстро разрушится. Это пример настолько знаком каждому ребенку по какой-нибудь игре с пластилином, глиной или чем- то подобным, что, как показывает опыт использования этого примера, очень легко осознается. Но отсюда легко выводится и следующий тезис: с уменьшением кривизны сечения оно будет выдерживать все большее растяжение без разрушения.

Рисунок 31. Модели сечений швов

Пределом уменьшения кривизны вогнутого шва является, понятно, плоский шов с сечением, равным минимальному исходному сечению вогнутого шва. Таким образом, без всяких «умных» формул разрушается привычное представление о преимуществах вогнутого шва (впрочем, как будет показано в следующей главе, тезис про вогнутость еще проще опровергается с помощью «умных» формул).

А поскольку критерием истины, как известно, является практика, представляем Читателю фотографии с эксперимента на моделях сечения шва (рис. 32). Модели выполнены из эластичной резины с нанесенной «сеткой» для оценки деформации различных участков моделей. Ширина самого узкого участка вогнутой модели равна ширине плоской модели. После одинакового растяжения моделей деформация центрального участка вогнутой модели значительно больше, чем у плоской, что полностью соответствует приведенным выше «теоретическим» выводам.

Рисунок 32. Модель сечения шва, выполненная из эластичной резины с нанесенной «сеткой» для оценки деформации

Почему же швы на бесчисленных чертежах, схемах, эскизах и в нашей стране, и за рубежом зачастую оказываются вогнутыми? Причины просты. Внутренняя сторона обычного строительного, не монтажного, шва формируется опорной прокладкой, сделать которую плоской в рабочем положении вряд ли возможно. То есть внутренняя вогнутость – это неизбежное зло. А внешняя сторона, как правило, в практике оказывается все-таки плоской – если нет указания делать ее «вогнуто-оптимальной» с помощью специального инструмента. То есть наружную сторону рисуют такой «вогнутой», скорее всего, просто по привычке, или, как говорится, «для красоты».