КОНСТРУКЦИЯ ВНЕШНЕЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОТДЕЛКИ СТЕНЫ ЗДАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E04B1/70 E04B1/76 

Настоящее изобретение относится к структуре изоляции и окончательной отделке внешней части здания.

Проникновение дождя это одна из старейших проблем, с которой приходится иметь дело при эксплуатации зданий и которая до сих пор встречается очень часто. Проникновение дождя может не только повредить внутреннюю отделку и материалы, но и повредить структуру самих стен.

Проникновение дождя сказывается при комбинации следующих условий: наличие воды на поверхности стены, наличие отверстий, через которые может проникать воды, наличие силы, которая заставляет воду перемещаться через эти отверстия. Исключение любого из этих условий может предотвратить проникновение дождевой влаги. Широкие выступы крыши могут укрыть стены низких зданий, но такая защита не подходит для высоких строений. Поэтому для предотвращения проникновения дождевой влаги нужно исключать одно из двух оставшихся условий.

При помощи заделки наружной поверхности пытаются устранить в стенках все отверстия, через которые может проходить влага. Но при этом оказывается, что материалы, которыми пользуются для заделки всех этих отверстий, не защищены от воздействия резких влияний погоды и колебаний здания. Проблемы некачественной работы на стройплощадке и мастерства строителей можно решить и обеспечить хорошее уплотнение швов. Но воздействие погодных условий в конечном счете может привести к ухудшению и неисправности такого уплотнения и создать отверстия в стене, через которые будет проникать влага.

К сожалению, такие отверстия могут быть очень маленькими и трудно определяемыми и поэтому даже большой ремонт здания может не устранить такие отверстия.

Другой способ контроля за проникновением дождя состоит в устранении сил, которые направляют или втягивают воду в стену. При этом обычно можно говорить о четырех таких силах: кинетическая энергия, капиллярность, сила тяжести и перепады давлений ветра.

При сильном подгоняемым ветром дожде капли воды могут непосредственно вдуваться в большие отверстия в стене. Но если во внутреннюю часть строения прямого прохода нет, то капли дождя глубоко в стену не проникнут. Если же есть неизбежные большие отверстия, например, в соединениях, то для уменьшения проникновения дождевой влаги под воздействием кинетической энергии дождевых капель применяются рейки, шпонки, перегородки или перекрытия.

Из-за поверхностного натяжения воды в пустоты строительного материала поступает некоторое количество влаги до тех пор, пока не наступит насыщение этого материала. Если капилляры проходят от внешней поверхности к внутренней, то через стенку вода может проникать из-за капиллярного всасывания. Поскольку частичное проникновение воды в стену под воздействием капиллярности характеризует пористость покрывающего материала, то образование разрывов или воздушных зазоров может предотвратить проникновение воды через стенку.

Сила тяжести заставляет воду стекать по внешней поверхности стены и попадать в нисходящие изогнутые переходы в стене. Для предотвращения перемещения влаги под воздействием силы тяжести через соединения их обычно делают так, чтобы они от внешней стороны изгибались вверх. Значительно труднее контролировать случайные трещины или отверстия.

Если полость находится непосредственно за наружной поверхностью стены, то текущая через стенку под воздействием силы тяжести любая вода потечет вниз по внутренней поверхности внешней стены. Достигнув дна полости, вода может вытекать обратно наружу благодаря применению изогнутой гидроизоляции.

Перепад давлений воздуха в стене здания создается эффектом вытяжки, воздействием ветра и/или механической вентиляцией. Если на внешнюю поверхность стены давление больше, чем на внутреннюю ее поверхность, то вода может продавливаться даже через крошечные отверстия в стене. Исследования показали, что под воздействием такого процесса количество перемещаемой через покрытые дождевой влаги может быть очень большим, а воздействие такой силы можно устранить применением полостей с выравненным давлением.

Теория исследования покрытия с выровненным давлением говорит о необходимости нейтрализации перепада давлений воздуха в поперечном сечении покрытия (обусловленного ветром), который и вызывает проникновение дождя. Предотвратить обдувание здания ветром невозможно, но можно противодействовать давлению ветра так, чтобы перепад давлений поперек внешнего покрытия стены был близок к нулевому значению. Если перепад давлений поперек покрытия равен нулю, то устраняется одна из основных сил, вызывающих проникновение дождя.

В предшествующих предложениях по этому поводу сообщалось о защищающих от дождя стенах, которые имели два слоя или прослойки, разделенные воздушным зазором или полостью. При этом наружный слой или покрытие продувался снаружи. Когда ветер обдувает фасад здания, поперек покрытия возникает перепад давлений. Но если полость позади покрытия продувается снаружи, то какая-то часть обдувающего стену ветра попадает в полость. Тогда в ней давление повышается до тех пор, пока оно не станет равным внешнему давлению.

Такая концепция выравнивания давлений предполагает герметичность внутренней прослойки стены. Эта внутренняя прослойка, которая содержит воздушный барьер, должна выдерживать ветровую нагрузку и обеспечить выравнивание давлений. Если же в воздушном барьере есть большие отверстия, то давление в полости не будет одинаковым, и возможно проникновение дождя.

Установлено, что оптимальная изоляция здания будет в том случае, если изоляционный материал нанесен на внешнюю сторону здания. При этом устраняются тепловые мосты (пустоты), обусловленные структурными компонентами здания и следовательно, обеспечивается устойчивое большое значение P (газовая постоянная.)
Однако наложение внешней изоляции на защищающую от дождя стену вызывает практические трудности из-за необходимости обеспечить выравнивание давления в полости, которое зависит от применяемой изоляции, кроме того, давление должно соответствовать строительным нормам для данной модели.

Отделение изоляции от несущей нагрузку структуры или от определяющего полость покрытия обусловливает воздействие лишь на одну сторону слоя изоляции. Это противоречит строительным нормам для данной модели, которые требуют, чтобы были герметизированы все стороны горючей изоляции.

Таким образом, в заявке можно предлагать только такое сооружение, которое допускает применение горючей конструкции, обычно это здания, которые имеют менее трех этажей. Поэтому при заделке фасада используется внешняя изоляция, а в защищающих от дождя стенах применялась внутренняя изоляция.

Целью настоящего изобретения является внешняя изолирующая защищающая от дождя конструкция, которая исключает или уменьшает указанные недостатки.

Настоящее изобретение основано на признании того факта, что полость с выравненным давлением можно характеризовать воздухопроницаемой изоляцией, которая находится между несущей нагрузку структурой и покрытием, а также обеспечением возможности прохождения воздуха в полость и из полости. Это позволяет быстро выравнивать давления, а также исключит полости на поверхности изоляции при ее размещении.

На фиг. 1 изометрическое изображение стены здания с частичным вырывом, фиг. 2 сечение по линии 2-2 на фиг.1, на фиг.3 и 4 приведены разные варианты фиг. 2, фиг.5 вид спереди стены по фиг.1, фиг.6 и 7 кривые, характеризующие реакцию на изменение давления во внешней и внутренней стенке, приведенной на фиг.1, фиг.8 графики ряда испытаний панели, приведенной на фиг.1.

На фиг.1 стена здания 1 содержит несущую нагрузку конструкцию 2 и конструкцию внешней изоляции и отделки 3. Несущая нагрузку конструкция 2 имеет несущие стойки 4, расположенные на равных расстояниях, и обшивку 5, которая закрывает эти стойки. Несущая нагрузку конструкция 2 может быть любого вида
бетонным блоком, строительной панелью и т.п.

Воздухопроницаемый барьер 6 накладывается на обшивку 5. Материалом для этого барьера может быть изделие, укрепленное сеткой.

Конструкцию 3 можно размещать после установки в здании несущей нагрузку конструкции 2 или предварительно изготовить в виде панелей с несущей нагрузку конструкцией, которые затем устанавливают в сооружении. Но в любом случае подготовка конструкции 3 производится одним и тем же способом и проводит к созданию конструкции, которой покрывают некоторую поверхность стену, часть стены или отдельную панель с определенными краями.

Конструкция 3 содержит слой изоляции 7 и лист, включающий основное покрытие 8, армирующую сетку из стекловолокна 9 и отделочный слой 10. Основное покрытие 8 и отделочный слой 10 закрывают поверхность каждой панели для предотвращения попадания влаги в изоляцию 7, сетка 9 обеспечивает определенную прочность и исключает растрескивание покрытий 8 и 10.

На фиг. 1 видно, что уголковая деталь 11 прикреплена к обшивке 5 так, чтобы располагаться вдоль верхнего края 12 изоляции 7. В горизонтальной полке 13 уголковой детали 11 имеется отверстие 14. Эти отверстия обеспечивают вентиляционные поверхности, которые занимают более 1% от всей площади панели. Поэтому на детали 11, закрепленной на панели высотой 122 см, должно быть 8 отверстий с диаметрами 2,5 м на каждые 30,5 см панели (обычно отверстия с диаметрами 1,27 см располагаются с интервалами 15,24 см). Допускается вентиляционная поверхность более 1 2% от наружной поверхности конструкции 3.

При изготовлении конструкции 3 сначала укладывают ленты армирующей сетки из стекловолокна 9 на крайнюю часть панели, т.е. на ту поверхность, которая должна быть покрыта изоляцией 7. Это облегчает покрытие обнаженных краев изоляции. Затем лист изоляции 7 накладывают на обшивку 5, чтобы закрыть поверхность панели и прикрепляют к воздухопроницаемому барьеру 6 при помощи подходящего клея 15, лучше всего негорючего.

Изоляция 7 это пропускающий воздух изоляционный материал, который имеет соответствующие характеристики сжатия и растяжения, позволяющие выдерживать покрытия 8, 10. Было установлено, что для этих целей подходит листовая изоляция для наружных стен изоляция из минеральной ваты с плотностью 0,096 г/м³.

Накладываемая листовая изоляция может иметь разную толщину 5, 7, 5 или 10 см, что зависит от степени требуемой изоляции. Обычно она поставляется отдельными листами 16, размеры которых 15х122 см, и укладывается на несущую нагрузку конструкцию 2, покрывая необходимую площадь.

Листы 16 располагаются так, чтобы их продольные края 17 (длиной 120 см) находились в вертикальном положении, создавая вертикальное соединение 17 между смежными листами 16 и простираясь в сторону уголковой детали 11. На фиг. 5 узкие края листов 16 показаны выровненными, но обычно они располагаются вертикальными ступенями для уменьшения возможности образования трещин.

Листовая изоляция для внешних стен состоит из волоконно-минеральной ваты, в объеме которой содержится около 10% этой ваты и 90% или более воздуха. В листах 16 волокна располагаются так, что выступают между их основными сторонами. Поэтому при их размещении большая часть волокон перпендикулярна к обшивке 5. Такое размещение обеспечивает необходимые силы сжатия и растяжения, а также относительную проницаемость изоляции, через которую проходит воздух в направлении, параллельном обшивке 5.

Все обнаженные поверхности и края изоляции 7, кроме части ее нижнего края 12, который опирается на уголковую деталь 11, затем покрывают негорючим основным покрытием 8, средняя толщина которого около 3,8 см. Подходящим для этого основным покрытием является полимерное модифицированное покрытие на основе порлтаднцемента, которое обеспечивает сцепление с изоляцией и основу для декоративной окончательной отделки. Основное покрытие 8 усиливается с помощью армирующей сетки 9 из стекловолокна. Последняя обрабатывается так, чтобы не реагировать на щелочь и заделывается в основное покрытие 9, пока оно еще влажное.

Армирующая сетка 9 погружается и заделывается в обнаженные края изоляции, как это делается при обычных операциях. Сетка 9 проходит также через нижний край 10, но никакого покрытия не нажатых на ту часть, которая закрыта горизонтальной полкой 13 уголковой детали 11, чтобы образовать щель 20, так, что воздух может свободно проходить в лист 16 и выходить из него через отверстия 14. Таким образом, уголковая деталь 11 обеспечивает и защиты нижнего края 19, допуская прохождение воздуха в изоляцию.

Основное покрытие 8 и заделанная сетка 9 могут быть покрыты отделочным покрытием 10 в виде любой синтетической грунтовочной наружной штукатурки и отделкой, которую можно использовать для окончательной отделки.

Отверстия 14 в уголковой детали 11 позволяют воздуху поступать и выходить из изолирующего листа 16. На фиг.6 и 7 приведены данные экспериментов, полученные при испытаниях конструкции в виде панели, показанной на фиг.1, которая подвергалась прогрессивно нарастающему давлению в течение длительного времени. Как видно на этом графике, повышение внешнего давления (сплошная черная линия) почти совпадает с повышением внутреннего давления (пунктирная линия). Особенно это справедливо при малых значениях возрастающего давления и типично для тех случаев, которые характеризуют реальные условия.

Снижение давления (см. фиг. 7) приводит к тому, что внешнее и внутреннее давления почти соответствуют друг другу. Хорошо заметно непосредственно выравнивание давлений, так как силы давлений обычно непостоянны из-за порывов ветра. Поэтому ежедневное выравнивание давлений обеспечит перепад давлений и позволит влаге проходит через окончательную отделку.

На фиг. 8 приведены данные испытаний, приведенной на фиг.1 панели, которая подверглась циклическому воздействию переменного динамического давления. Из графика видно, что в большей части панели давление в изоляции 7 почти совпадает с воздействием внешнего давления.

Отсюда следует, что значительного перепада давлений через лист (т.е. между внутренней и внешней сторонами изоляции) нет и поэтому в изоляцию вода через лист (внешнюю отделку) проникать не будет. Это позволяет налагать изоляцию непосредственно на воздухопроницаемый барьер 6 без применения какого-либо дренажа или полости.

Предполагается, что определенная ориентация волокон изоляции 7 способствует быстрому рассеиванию пиковых давлений по поверхности, покрытой изолирующим листом. Это рассеивание повышается за счет вертикального расположения соединений 18, что позволяет воздуху вертикально перемещаться вдоль каждого листа 16 и попадать внутрь изоляции, это способствует распространению воздуха, и следовательно, выравниванию давлений.

При необходимости каждый край 17 может иметь продольную выемку, которая тянется по длине листа 16. При этом соединенные вплотную края 17 будут образовывать вертикальный канал, способствующий прохождению воздуха. Это может быть предпочтительным в тех случаях, когда в конструкции используются листы с большими вертикальными размерами (т.е. панели формируются на месте и непрерывно наращиваются вдоль здания, чем и отличаются от отдельных панелей).

Предполагается, что уголковая деталь 11 может выступать и обеспечить защиту внутренней стороны изоляции. Кроме того, эта деталь может нести отлив, как это видно на фиг. 2a, для создания дополнительной защиты нижнего края панели.

В тех случаях, когда конструкцию изготавливают заранее вместе с несущей нагрузку конструкцией 2, то для герметизации смежных предварительно изготовленных секций используют проконопаченную полосу 21. В таких случаях желательно (как это видно на фиг.1 и 2); чтобы верхний край 12 каждой секции был изогнут вниз для облегчения удаления воды из проконопаченной полосы 21.

Другой вариант, в котором опорная деталь 11 не используется, показан на фиг. 2b. В варианте на фиг.3 нижний край 19 одной панели и верхний край 12 смежной панели друг от друга отделены, они наклонены вниз и наружу под углом около 30^o.

Нижний край 19 покрыт армирующей сеткой 9, но только внешняя часть края 19 покрыта основным покрытием 8, чтобы обеспечить щель 20 и оставить обнаженной ленту 22. Таким образом, нижний край изоляции 7 остается открытым и воздух может свободной поступать в изоляцию 7 и выходить из нее вдоль нижнего края 19. Из практики установлено, что ширина щели 20 составляет 1 2% от внешней поверхности панели. Поэтому при изготовлении панели высотой 244 см щель 20 должна иметь ширина 2,5 5 см.

Предполагается, что упомянутая в приведенном выше примере изолирующая минеральная вата очень хорошо реагирует на изменение давления воздуха. Но можно использовать и другие типы изоляционных материалов при условии, что они не допускают сохранения значительного перепада давлений воздуха между внутренней и внешней изоляцией.

Конструкция внешней изоляции и отделки содержит пропускающую воздух изоляцию, которая размещается между воздухопроницаемым барьером и внешней отделкой. Часть одного края изоляции обнажена, что позволяет воздуху поступать в изоляцию и выходить из нее, обеспечивая выравнивание давлений поперек внешней отделки. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Конструкция внешней изоляции и отделки стены здания, содержащая воздухонепроницаемый барьер с двумя направленными в противоположные стороны поверхностями, первая из которых контактирует со стеной, а вторая обращена наружу от этой стены, изоляционный слой с первой и второй противоположно направленными сторонами, первая из которых примыкает к второй поверхности барьера с обеспечением покрытия заданной части стены, при этом изоляционный слой имеет периферийные края, проходящие между первой и второй поверхностями и ограничивающие покрываемую изоляцией часть стены, а внешняя отделка расположена на второй поверхности изоляционного слоя и на одном из его периферийных краев с предотвращением доступа влаги в изоляцию, отличающаяся тем, что изоляционный слой является воздухопроницаемым и чаcть второго периферийного края свободна от внешней отделки с обеспечением проникновения воздуха через изоляционный слой и выравнивания давления поперек внешней отделки. 2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что изоляционный слой имеет волокнистую структуру, а волокна его проходят в направлении между первой и второй сторонами изоляционного слоя. 3. Конструкция по п.2, отличающаяся тем, что изоляционный слой образован несколькими листами, расположенными впритык c соседними краями с образованием стыковых соединений, расположенных преимущественно вертикально. 4. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что свободная от отделки часть второго периферийного края проходит вплотную к первой поверхности изоляционного слоя и между прилегающими краями отделки с образованием удлиненной щели во внешней отделке для обнажения поверхности изоляционного слоя. 5. Конструкция по п.4, отличающаяся тем, что внешняя отделка содержит сетчатую арматуру, проходящую в периферийные края и через щель с обеспечением защиты поверхности изоляционного слоя. 6. Конструкция по п.4, отличающаяся тем, что второй периферийный край изоляционного слоя наклонен по отношению к первому краю. 7. Конструкция по п.6, отличающаяся тем, что наклонный периферийный край пересекает вторую сторону изоляционного слоя под острым углом, а внешняя отделка проходит вдоль этого края от второй стороны изоляционного слоя до щели. 8. Конструкция по п.7, отличающаяся тем, что удлиненная щель имеет площадь, составляющую более 1% от заданной поверхности изоляционного слоя. 9. Конструкция по п.7, отличающаяся тем, что удлиненная щель имеет площадь, составляющую 1 2% от заданной поверхности изоляционного слоя. 10. Конструкция по п. 7, отличающаяся тем, что удлиненная щель имеет площадь, составляющую 2% от заданной поверхности изоляционного слоя. 11. Конструкция по п.4, отличающаяся тем, что щель перекрыта полосой с отверстиями, прикрепленной к стене. 12. Конструкция по п.11, отличающаяся тем, что полоса выполнена в виде уголковой детали, одна полка которой перекрывает щель, а другая проходит между изоляционным слоем и стеной. 13. Конструкция по п.2, отличающаяся тем, что внешняя отделка содержит грунтовку на основе портландцемента для адгезии изоляционного слоя и в качестве опоры для декоративной отделки. 14. Конструкция по п.13, отличающаяся тем, что в грунтовку заложена армирующая сетка из стекловолокна. 15. Конструкция по п.13, отличающаяся тем, что армирующая сетка из стекловолокна обработана средством для придания ей стойкости от воздействия щелочи.