• Материалы
  • 02.10.2013

История сэндвич-панелей в Беларуси

Уже более 15 лет в Беларуси на многочисленных промышленных и гражданских объектах применяются сэндвич-панели.

Уже более 15 лет в Беларуси на многочисленных промышленных и гражданских объектах применяются сэндвич-панели. За эти годы накоплен опыт проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации стеновых и кровельных панелей, как трехслойных, так и панелей поэлементной сборки.

Рассмотрим различные стороны, примеры и варианты использования панелей обоих видов в нашей стране.

sandwich-panel.jpg

СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ ПОЭЛЕМЕНТНОЙ СБОРКИ

Начнем с более редкого явления – сэндвич-панелей поэлементной сборки (СП ПС). Данные конструкции состоят из основы (кассетный профиль), утеплителя из минеральной ваты, пенополиуретана или пенополистирола, легкого ветрозащитного барьера (мембраны) и наружной поверхности стены (облицовки фасада). В качестве облицовочного материала применяют профнастил, керамогранит, сайдинг и др. материалы.

Область применения панелей поэлементной сборки достаточно широка:

• изготовление либо ремонт утепленного кровельного покрытия;
• ремонт отдельных элементов стенового ограждения;
• надстройка дополнительных этажей (без перегрузки существующих фундаментов).

Большое удобство составляет то, что в зависимости от климатических условий можно подобрать и толщину кассетного профиля. Обычно она находится в пределах 100–150 мм. Но бывают исключения.

В табл. 1 приведены некоторые варианты конструкции стеновых СП ПС.

Таблица 1. Варианты конструкции стеновых СП ПС

Вариант

Юг

Центр

Север, Арктика

Описание

• Общая толщина теплоизоляции 100 или 150 мм;

• для термического разделения сэндвич-профиля и наружной облицовки используется терморазделяющая полоса из пенополиэтилена (ТП) толщиной 4 мм или жесткой минеральной ваты (МВ) толщиной 30 мм

• Общая толщина теплоизоляции 130 или 180 мм;

• жесткая минеральная вата установлена по всей наружной поверхности сэндвич-профиля для более надежного термического разделения его от наружной облицовки

• Общая толщина теплоизоляции 150, 200 или 250 мм;

• используется 2 слоя теплоизоляции, первый заполняет профиль на половину глубины, второй надевается на полку сэндвич-профиля, надежно перекрывая мостик холода между наружной облицовкой и сэндвич-профилем

В целом толщина теплоизоляции зависит от свойств и теплофизических характеристик материала и требований пожарной и экологической безопасности. Сам кассетный профиль – это объемный тонколистовой профиль, изготовленный холодным формованием из покрытого полимером оцинкованного стального листа на прокатном стане.

Таблица 2. Характеристики сэндвич-панели поэлементной сборки

Параметры

Характеристика

Особенности применения

• Помещения, где необходима повышенная герметичность стен (автомойки, бассейны и т.д.);

• помещения, где требуется повышенный уровень поглощения шума

Зависимость сопротивления конструкции расслоению

• От качества крепления;

• от качества монтажных работ

Утеплитель

• Стекловата;
• минеральная вата плотностью от 30 кг/м3;
• пенополистирол (ППС);
• пенополиуретан (ППУ);
• возможна замена утеплителя

Металл

Грунтовка внутренней стороны не влияет на качество всей конструкции

Клей

Не используется

Конструктивные особенности

Вентилируемый зазор между плитой утеплителя и облицовочным материалом препятствует скоплению влаги

Ремонтопригодность

Возможна замена отдельных элементов конструкции

Возможность выбора

Сайдинг, профнастил, фасадные кассеты и пр. материалы

Стоимость

Относительно низкая

ТРЕХСЛОЙНЫЕ ПАНЕЛИ

На современных белорусских стройках часто используются трехслойные сэндвич-панели. Они представляют собой готовые плиты, устанавливаемые на кровлю или фасад. В данных конструкциях все элементы изначально скреплены между собой.

Утеплителем в трехслойных сэндвич-панелях может служить пенополиуретан, пенополистирол, минеральная вата (базальтовое волокно) или стекловолокно. В редких случаях используется пенополиизоцианурат. Наружные слои данных конструкций изготавливаются из оцинкованного металла, поверх которого может быть нанесено дополнительное покрытие, что и обуславливает конечные свойства продукта. В качестве покрытия могут быть использованы оцинкованная сталь, алюцинк, гипсокартон, пластизол, полидифторионад, полиэстер, пурал.

 

Таблица 3. Характеристики трехслойных панелей

Достоинства

Недостатки

• Быстрые сроки возведения и ремонта зданий;
• всесезонность строительства, работы могут производиться практически вне зависимости от температуры;
• высокие показатели теплоизоляции;
• гигиеничность, экологичность, безопасность;
• отсутствие лишней нагрузки на фундамент;
• простота транспортировки;
• не требуется дополнительная отделка;
• хорошая звукоизоляция;
• используются в пищевой промышленности и медицине;
• устойчивы к воздействию химически агрессивных веществ или биологических факторов;
• демократичная цена

• Не выдерживают дополнительную нагрузку;
• высокая вероятность косметического повреждения;
• образование мостиков холода в местах соединения;
• возможно повреждение каркаса и крепежа в месте стыка панелей из-за точки росы и обильного конденсата;
• эмиссия токсичного формальдегида с поверхности OSB-плит;
• более высокая цена, чем при внешнем монтаже пенополистирольных блоков на стены дома

ОПЫТ ±

Поскольку трехслойные панели более распространены в строительном деле Беларуси, проанализируем опыт их применения в стране. Так, за годы, прошедшие с начала производства данного вида конструкций, наряду с положительными моментами накоплен и отрицательный опыт. В частности, были выявлены отказы, которые приводят к нарушению нормальной эксплуатации или замене ограждающих конструкций. Условно их можно классифицировать по следующим признакам:

• производственные, возникшие из-за нарушения технологического процесса;
• полученные при монтаже и транспортировке конструкций;
• ошибки проектирования.

В основном отказы наблюдаются в панелях с утеплителем из минераловатных плит. В табл. 2 приведены основные причины отказов трехслойных панелей в зависимости от этапа их возникновения.

Таблица 4. Причины отказов трехслойных панелей

Причины

Следствие

Нарушение технологического процесса

• Непроклей или недостаточное сцепление металлических обшивок с материалом утеплителя;

• использование некачественного утеплителя (обычной минеральной плиты, применяемой для утепления фасадов, вместо гидрофобизированных минеральных плит);

• использование в качестве утеплителя обычной минеральной плиты вместо конструкционной, что может быть чревато деформацией панелей без приложения внешнего воздействия;

• изготовление длинномерных плит в нарушение технических условий

Неправильный монтаж и транспортировка конструкций

• Отрыв стальных обшивок при некачественном монтаже (при подъеме панелей без соответствующих приспособлений);

• дефекты в виде вертикальных складок, образовавшихся в ходе грузо-погрузочных или монтажных работ (при транспортировке дефекты проявляются в виде местных вмятин с образованием складок или вмятин с резкими углами);

• затяжка болтов крепления панелей на промежуточных и крайних опорах со значительным прогибом наружной обшивки под уплотнительной шайбой в точках крепления

Ошибки проектирования

• Большой шаг ветровых ригелей (вместо рекомендуемых 3 м применяется шаг 4–4,5 м);

• малая жесткость ветровых ригелей, что приводит к дополнительной деформации панелей;

• малый уклон кровли (вместо рекомендуемого нормативными документами минимального уклона 3% закладывается уклон 1%, но на практике он не выдерживается, что приводит к застаиванию и скоплению влаги на кровле и проникновению ее в толщу утеплителя)

«Особый» случай

Даже при минимальных требованиях, заложенных в действующих ТНПА, испытания продукции изготовителями проводятся нерегулярно, что является большой ошибкой. Ведь без грамотного анализа невозможен прогресс.

Также трудно проконтролировать качество наложения силиконового герметика, особенно на длинномерных панелях. При их стыковке возможно срывание или смещение нанесенного слоя герметика (силикона).

Известен случай, когда проектировщики применили стеновые панели в качестве кровельных. Устройство защитного гидроизоляционного ковра поверх плит покрытия при отсутствии уклона не гарантировало полный отвод атмосферных осадков, что привело к образованию участков застоя воды, возникновению протечек и проникновению влаги в толщу сэндвич-панелей.

Более того, проектировщики часто не обращают внимания на окраску внешней обшивки панелей. Если для панелей, работающих по однопролетной схеме, это несущественно, то для работающих по многопролетной схеме и окрашенных в темные цвета (ультрамарин, терракота и т.п.) конструкций этот фактор окажется решающим.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДЕФЕКТОВ И СПОСОБ ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

Возьмем для примера один из объектов, обследование которого проводили специалисты БНТУ. Исходя из полученных данных в первый год после монтажа на верхней обшивке кровельных панелей начали образовываться складки и гофры. Данный процесс сопровождался сильным шумовым эффектом и протеканием в течение весны-лета. Уже зимой появились первые протечки кровли. Весной последующего года процесс образования складок продолжился. По своему виду их характер был идентичен потере местной устойчивости тонкого стального листа обшивки при повышенной нагрузке. В отдельных местах образование складок привело к разрыву металла верхней обшивки панелей, что и вызвало протекание кровли. Несмотря на большой уклон покрытия 10%, в образовавшихся складках скапливалась вода.

Через продольные стыки панелей в толщу утеплителя проникает теплый влажный воздух помещений. Это приводит к скоплению в нем конденсата. Короба на продольных стыках панелей сверху не предохраняют от абсолютного проникновения влаги в толщу утеплителя. При такой конструкции возможен подсос воды в толщу панели, а также накопление влаги в утеплителе. В условиях Минска температура наружного воздуха до 80 раз в зимне-весенний период «переваливается» через 0°С. При отрицательных температурах неизбежно происходит промерзание утеплителя в толще панели.

«Утеплитель в структуре «сэндвича» не вентилируется, и поэтому при изготовлении таких панелей открытые торцы должны иметь дополнительные гидрофобные покрытия, исключающие проникновение влаги в структуру утеплителя, – считает Александр Згировский, к.т.н., доцент кафедры «Металлические и деревянные конструкции» строительного факультета БНТУ. – Некоторые аналогичные конструкции панелей имеют защитную парогидроизолирующую пленку, предохраняющую от проникновения влаги вовнутрь конструкции панели, в структуру утеплителя».

С высокой степенью вероятности можно выстроить следующую цепочку явлений, происходящих в толще плит покрытия в весенне-летний период:

• нагревание насыщенных влагой панелей;
• образование избыточного давления паровоздушной среды с выдавливанием воды к нижней плоскости;
• отрыв верхней обшивки, вплоть до образования складок или гофр и местного разрыва обшивки по краям панелей в местах сопряжения горизонтальных и вертикальных участков верхней обшивки.

Так как происходит потеря теплотехнических характеристик утеплителя (минеральной ваты) и продолжается отрыв верхней обшивки, деструктивные процессы в кровельных панелях необратимы.

Характер дефектов и время их образования показывает, что их возникновению способствовали также солнечная радиация и температурные перепады, как суточные, так и на наружных и внутренних обшивках панелей.

По сообщению А. Згировского, в ряде исследований показано, что кроме снеговых и ветровых нагрузок панели подвержены значительным температурным воздействиям: низким температурам зимой, высоким – летом – и, как следствие, большим суточным и сезонным температурным колебаниям.

В связи с этим при расчете металлических ограждающих конструкций большое внимание следует уделять не только статическим нагрузкам, но и температурным воздействиям.

Снеговая нагрузка относится к временным длительным нагрузкам и в силу периода действия может вызвать деформации ползучести в панелях с конструктивным средним слоем.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям можно отнести:
• ветровые нагрузки;
• температурные воздействия;
• масса людей, ремонтных материалов, монтажных инструментов и приспособлений, которые могут располагаться на кровельном ограждении.

Из вышеперечисленного наиболее специфическим является температурное воздействие. Оно представляет собой следствие воздействия солнечной радиации. В данном случае величину нагрева наружных обшивок можно определять по специальным таблицам, согласно которым, к примеру, величина нагрева наружных обшивок металлических ограждающих конструкций, окрашенных в темно-синий цвет, под действием солнечной радиации равняется 73°С, в то время как обшивки, окрашенные в белый цвет, нагреваются на 39°С.

Особенность работы трехслойных панелей заключается в возникновении напряжений и прогибов при температурном перепаде между внутренними и наружными обшивками. Величина данного колебания летом при нагревании наружной обшивки под действием солнечной радиации может составить 40–50°С.

НЕДОСТАТКИ УТЕПЛИТЕЛЯ И ИНЫЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ

Вместе с доцентом А. Згировским рассмотрим еще один пример. На другом обследованном объекте дефекты (волнообразные складки на поверхности верхней обшивки) начали проявляться через несколько месяцев после начала эксплуатации объекта. Впоследствии к уже имеющимся дефектам добавилось отслоение верхней обшивки от утеплителя. Причина тому – нарушение сцепления между стальным листом верхней обшивки и материалом утеплителя. Через 2 года при повторном обследовании с нижней стороны обшивки обнаружили прогибы панелей вовнутрь помещения. Т.е. панель под воздействием внешней нагрузки деформировалась и перестала быть единой конструкцией.

Результаты лабораторных исследований свидетельствуют, что в качестве теплоизоляционного материала применялась минеральная вата с неудовлетворительными физико-механическими характеристиками, которые не подходят для кровельных панелей. Она обладала высоким влагонасыщением, что и привело к снижению прочностных характеристик панели, образованию складок, отслоению верхней обшивки, разрушению карнизных свесов, деформации отдельных панелей.

«При возникшем изменении структуры конструкции панелей (отрыв верхней обшивки) и с изменением теплотехнических характеристик утеплителя (минеральной ваты) деструктивные процессы в кровельных панелях необратимы, – комментирует ситуацию А. Згировский. – Не обеспечивается нормальная эксплуатация, долговечность и несущая способность кровельных панелей.

При изготовлении панелей необходимо использовать только гидрофобизированную минеральную (каменную) вату, благодаря чему исключается проникновение влаги в структуру утеплителя, в противном случае не будет обеспечено качество панелей, а эксплуатационные качества трехслойных панелей покрытия будут резко снижены», – отмечает доцент.

Стоит отметить, что через 2 года после первого осмотра количество дефектных панелей возросло с 46 до 67 шт. (общее количество смонтированных панелей – 91). Следов внешнего воздействия на панели не выявлено.

По объяснениям доцента А. Згировского, после потери теплотехнических характеристик утеплителя продолжился отрыв верхней обшивки, образование на ней складок, а также разрыв верхней металлической обшивки (эти процессы деструктивны и продолжаются по сей день).

Второй осмотр выявил прогибы панелей вовнутрь помещений, что подтвердило тенденцию образования дефектов с течением времени. Они проявляются в виде волнообразных складок на внешних металлических обшивках панелей. Далее происходит отслоение металлических обшивок от утеплителя, панель перестает быть цельной конструкцией – внешние обшивки и утеплитель начинают работать самостоятельно. В результате резко падает ее несущая способность.

«Причиной образования дефектов в виде волнообразных складок на поверхности верхней обшивки явилось высокое влагонасыщение материала утеплителя (минваты). Об этом свидетельствуют данные испытаний из двух независимых источников. При вскрытии кровли в присутствии представителей всех заинтересованных сторон в условиях сухой погоды утеплитель, извлеченный из карнизного участка, был перенасыщен влагой. Об этом также свидетельствует обнаружение прорастания сорных трав и мха на карнизных участках кровли», – рассказывает А. Згировский.

Среди других дефектов:
• разрушение карнизных свесов кровли;
• отслоение нижней стальной обшивки.

В данном случае участок панели работает по консольной схеме, т.е. одна сторона свободна, не закреплена. В зоне, находящейся в нижней точке, выявлено наибольшее скопление влаги. В результате начинает работать схема, когда зимой при значительных теплопоступлениях со стороны помещения снег тает на кровельном покрытии, вода стекает вниз и замерзает на свесах кровли. Обледенение свеса ограничивает или полностью препятствует стоку талых вод, по направлению к коньку возникает обратный поток влаги, ведущий к капиллярному подсосу ее в толщу панелей через стыки. В итоге в несколько раз возрастает собственный вес панели. При промерзании утеплителя происходит разрушение панели под собственным весом.

Как объясняет господин Згировский, имеющиеся дефекты (складки) устранить невозможно, т.к. их наличие свидетельствует об отслоении утеплителя от обшивки, панель перестает быть единой монолитной конструкцией. В различной степени дефекты будут проявляться в течение всего срока эксплуатации объекта. Сначала образуются складки в одном или нескольких местах по длине панели, затем будет происходить отслоение верхней обшивки панели. «Следующим этапом механизма разрушения панели при воздействии большой снеговой нагрузки или при насыщении влагой материала утеплителя панели будут деформироваться внутрь помещения, при этом не исключается обрушение отдельных панелей. Для замедления процесса разрушения панелей необходимо обеспечить дополнительную их вентиляцию и предотвратить попадание влаги в толщу утеплителя», – резюмировал А. Згировский.

ИСТОРИЯ НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ

Изначально технические условия на изготовление и монтаж сэндвич-панелей разрабатывали сами фирмы-производители. Со временем появились госстандарты. Проследим историю их возникновения.

2006 г.:
• СТБ 1610-2006 «Панели металлические с утеплителем из минераловатных плит и пенопласта. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности и жесткости».
2007 г.:
• СТБ 1740-2007 «Панели металлические с утеплителем из минераловатных плит и пенопласта. Минераловатные плиты и пенопласты. Методы определения прочности и модулей упругости при растяжении, сжатии и сдвиге»;
• СТБ 1806-2007 «Панели металлические трехслойные с утеплителем из пенополистирольных плит. Технические условия»;
• СТБ 1807-2007 «Панели металлические трехслойные стеновые с утеплителем из пенополиуретана. Технические условия»;
• СТБ 1808-2007 «Панели металлические трехслойные с утеплителем из минераловатных плит. Технические условия»;
• СТБ 1809-2007 «Панели металлические двухслойные покрытий зданий с утеплителем из пенополиуретана. Технические условия».
2010 г.:
• ТКП «Панели металлические с утеплителем. Правила проектирования».

• СТБ EN 14509 «Панели изоляционные несущие заводского изготовления с двухсторонней металлической обшивкой. Технические условия». Вступит в силу с 01.11.2013 г. Документ устанавливает требования к несущим сэндвич-панелям, применяемым в таких областях, как кровли и кровельные покрытия, наружные стены и обшивки стен, перегородки и подвесные потолки внутри зданий. Распространяется также на панели для применения в складах-холодильниках. Стандарт содержит технические условия по изготовлению панелей, методы испытания по определению показателей материала, методы испытания панелей, методику их расчета. Использование данного документа дает возможность отечественным производителям поставлять продукцию за пределы РБ, в т.ч. в страны ЕС.

При подготовке статьи использовались материалы конференции «Здания и сооружения из ЛМК: конструктивные решения, материалы и технологии», Минск, 2013

Наталья ИВЧЕНКО, выпускающий редактор

Комментарии
Комментариев к материалу пока нет
Оставить комментарий