Многослойные стены

Устройство слоистых кладок


В Европе после энергетического кризиса 1976 года разработана и внедрена программа по эффективному использованию энергии в жилых зданиях. В это время жилые здания в западных странах потребляли около 25-35 % всей производимой энергии. За прошедшие годы различным странам удалось не только задержать, но и существенно снизить рост энергопотребления: в среднем на 40–47 %.

В последние 20 лет в России энергосбережению уделяют все большее внимание. Увеличение требуемого сопротивления теплопередаче можно назвать взвешенным, хорошо продуманным решением, отражающим отношение к вопросам энергосбережения как к особенно важным.

Сплошные кирпичные кладки наружных стен неприемлемы при переходе на новые нормативы. Устройство многослойных наружных стен со средним теплоизоляционным слоем и облицовкой из кирпича, по сравнению со сплошной кладкой, не ведет к значительному изменению стоимости 1 м² общей площади, а затраты на отопление снижаются на 40–80 %.

Типичная конструкция слоистой кладки представлена на рис. 1. В ней можно выделить следующие характерные элементы: внутренняя верста; наружная верста; теплоизоляционный слой; гибкие связи между верстами.

В классической конструкции трехслойной стены несущим элементом является внутренняя верста. Традиционным материалом для внутренней части стены является полнотелый красный глиняный кирпич. Кладка обычно выполняется на цементно-песчаном растворе в 1,5-2 кирпича (380-510 мм). Теплопроводность кирпича lБ = 0,81 Вт/(м·К).

Рис. 1. Общий вид системы утепления с отделочным слоем из кирпича: 1 – внутренняя стенка трехслойной стены; 2 – металлические или стеклопластиковые связи; 3 – прижимная шайба; 4 – теплоизоляционные плиты "КАВИТИ БАТТС"; 5 – гидроизоляция; 6 – наружная стенка трехслойной стены

Все большую популярность сейчас приобретают блоки из так называемых «легких» или «эффективных» бетонов. Стена, выложенная из таких блоков, обладает достаточной несущей способностью для небольшого частного дома и лучшим, по сравнению с обычной кирпичной стеной, сопротивлением теплопередаче.

Тем не менее, даже самые «эффективные» с точки зрения теплотехники бетоны сильно проигрывают специальным теплоизоляционным материалам. Так, например, наиболее компромиссный вариант из соотношения «теплотехника/прочность» – пено- или газобетонный блок плотностью 600 кг/м³ имеет расчетную теплопроводность около lБ = 0,26 Вт/(м·К), что в 5-6 раз выше, чем у современных теплоизоляционных материалов на основе каменного волокна
(lБ = 0,045 Вт/(м·К)).

Поэтому подбор толщины внутренней стены проводят исходя из несущей способности, а теплозащиту обеспечит эффективная теплоизоляция.


Материалы и конструктивные решения

В качестве теплоизоляционного материала в конструкции слоистой кладки часто используют засыпку из гранулированной минеральной ваты, плиты из каменной ваты или пенопласты. У каждого из материалов есть как плюсы, так и минусы.

Гранулированная вата (гранулят) засыпается между наружной и внутренней верстами, заполняя все свободное пространство. Это позволяет точно повторить фактический контур стен, со всеми дефектами кладки. Но есть у этого материала и минусы. Обычно гранулят закачивается в готовую стену под давлением, это не позволяет контролировать равномерность распределения материала по всему объему.

Если гранулят распределится неравномерно, то неизбежно произойдет его усадка и часть стены окажется неутепленной. По сравнению с плитами из каменной ваты или различных пенопластов гранулят обладает большей теплопроводностью.

Утепление конструкции плитами из каменной ваты является наиболее предпочтительным. Во-первых, технология производства работ такова, что сначала устанавливают теплоизоляционные плиты, а потом кладут внутреннюю версту. Это позволяет контролировать качество работ, целостность теплоизоляционного слоя (отсутствие щелей между теплоизоляционными плитами). При использовании стержней (металлических или стеклопластиковых) в качестве связей между верстами минераловатные плиты просто накалываются на них. Дополнительного крепления не требуется.

В такой конструкции появляется возможность устроить воздушный зазор между утеплителем и наружной верстой для лучшего вывода влаги из несущей стены и утеплителя. Для этого можно использовать фиксирующие шайбы. Если в качестве связей используются различные сетки или другие детали, то они также проходят сквозь толщу утеплителя. При этом для устройства воздушного зазора применяется дополнительное механическое крепление плит.

Для слоистых кладок следует применять полужесткие плиты из каменной ваты, которые сохраняют геометрическую целостность (не дают усадку) на протяжении всего срока службы. Укладка полужестких плит позволяет хорошо заполнить все дефекты кладки, создать сплошной слой теплоизоляции (плиты можно немного «поджать», избежав щелей).

Плиты из каменной ваты "ROCKWOOL КАВИТИ БАТТС" – легкие гидрофобизированные теплоизоляционные плиты на синтетическом связующем. Являются негорючими. Разработаны специально для применения в качестве среднего теплоизоляционного слоя в трехслойных наружных стенах.

Технические характеристики:
Плотность, кг/м³ 45
Теплопроводность, Вт/(м·К) не более
– в сухом состоянии при 10/25 °С 0,033/0,35
– расчетная для зоны эксплуатации А/Б 0,041/0,044
Водопоглощение, % по объему не более 1,5
Паропроницаемость, мг/м·ч·Па 0,35

При использовании теплоизоляционного слоя между внутренней и наружной верстами должны быть предусмотрены гибкие связи. Ранее они выполнялись из стальной арматуры, сейчас – из щелочестойкого стеклопластика. Этот вариант предпочтителен из-за меньшей теплопроводности стеклопластиковых стержней. Теплопроводность связей оказывает сильное влияние на тепловую однородность конструкции. Замена стальных гибких связей на стеклопластиковые позволяет снизить толщину теплоизоляционного слоя на 5–10 %.

Рис. 2. Схема слоистой кладки: А – без воздушного зазора; Б – с воздушным зазором

Типовые решения устройства слоистых кладок можно разделить на два вида: с устройством воздушного зазора и без него (рис. 2А, Б). Устройство воздушного зазора позволяет более эффективно удалять влагу из конструкции, т. к. избыточная влага из несущей стены и утеплителя будет сразу уходить в атмосферу. В то время как в конструкции без воздушного зазора пар будет проходить и через облицовочный кирпич. При этом воздушный зазор увеличивает общую толщину стены, а, следовательно, и фундамента; увеличится длина гибких связей.


Термическое сопротивление конструкции

Расчет толщины теплоизоляции должен быть произведен по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». При расчете стены без воздушного зазора следует учитывать все три основных слоя: внутреннюю, наружную кладки и теплоизоляционный слой. Наличие воздушного зазора «выключает» из работы наружную часть стены, т. к. температура воздуха в зазоре будет почти такой же, как на улице.


Влагоперенос и паропроницаемость

Взаимное расположение отдельных слоев ограждающих конструкций должно способствовать высыханию конструкций и исключать возможность накопления влаги в ограждении в процессе эксплуатации (СП 23-101-2004). Другими словами, паропроницаемость материала должна возрастать изнутри наружу. Согласно этому правилу в трехслойной стене нужно использовать только материалы на основе минеральной ваты. Использование паронепроницаемого материала в середине кирпичной стены может привести к накоплению влаги во внутренней части стены. Это создаст благоприятную среду для развития плесени и грибка. Опасность заключается еще в том, что в этом случае просушить стену будет невозможно. Использование минеральной ваты при правильном выборе конструкции позволяет избежать проблем с влагонакоплением в толще стены, что благоприятно скажется на внутреннем климате помещений.


Пример расчета толщины теплоизоляции

Исходные данные:
Жилое здание расположено в Москве, толщина несущей стены 250 мм . Рассматриваются два варианта: с воздушным зазором и без него.
Расчетная теплопроводность плит "КАВИТИ БАТТС lБ" = 0,044 Вт/(м·К)
Расчетный коэффициент теплопроводности кирпичной кладки lБ = 0,81 Вт/(м·К)
ГСОП для Москвы = 4 943, согласно СНиП 23-02-2003, при расчетной температуре внутреннего воздуха tв = 20 °С
Тогда по тому же СНиП требуемое сопротивление теплопередаче для стен жилых зданий при 4943 ГСОП = 3,13 м²°С/Вт.

Расчетное сопротивление теплопередаче равно:

где: a1, a2 – коэффициенты теплоотдачи, соответственно 8,7 и 23 м²°С/Вт; di/li – толщина (м) и теплопроводность (Вт/м·К) i-го слоя; n – количество слоев в конструкции

При учете стены из кирпича, толщиной 250 мм:
Rст = 1/8,7+0,25/0,81+1/23 = 0,467 м²°С/Вт
При учете стен из кирпича, толщиной 250 мм и 120 мм:
Rст = 1/8,7+0,25/0,81+0,12/0,81+1/23 = 0,615 м²°С/Вт

Тогда толщина теплоизоляции будет равна:
d’ти=(Rreg – Rст)·lти = (3,13-0,467)·0,044 = 117 мм
d’ти=(Rreg – Rст)·lти = (3,13-0,615)·0,044 = 111 мм

Данный расчет не учитывает коэффициент тепловой неоднородности стены. А любое теплопроводное включение (в том числе связи между несущей стеной и отделочным слоем) увеличивает расчетную толщину изоляции.

Современные российские нормы (СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий») устанавливают методику расчета коэффициента теплотехнической однородности для трехслойных стен. Согласно этим нормам для фактической конструкции допускаются значения коэффициента от 1 до 0,64. Среднее значение коэффициента для слоистой кладки составляет около 0,8.

Следует поделить полученную выше расчетную толщину теплоизоляции на коэффициент. Например: dти = d’ти/r = 117/0,8=146,25 мм. Полученное значение округляется в большую сторону до десятков, т. е. dти = 150 мм .

Расчет с учетом теплопроводных включений не может учесть влияние щелей между теплоизоляционными плитами и внутренней стеной. Поэтому такой расчет дает достаточно точный результат для теплоизоляционного слоя из полужестких плит из каменной ваты, но не для жестких плит или пенопластов.


Монтаж стен

При отделочном слое из кирпича толщиной 120 мм в качестве теплоизоляции используют плиты "КАВИТИ БАТТС".

Защитную кирпичную стенку выполняют из кирпича или камней керамических лицевых (ГОСТ 7484-78) или отборных стандартных (ГОСТ 530-95), а также силикатного кирпича (ГОСТ 379-95). При облицовке силикатным кирпичом цоколь, пояса, парапеты и карниз выполняют из керамического кирпича.

При новом строительстве защитная стенка из кирпича может выполняться на всю высоту здания. При этом она может быть самонесущей до высоты 6-7 м, а далее навесной с опиранием на пояса, выступающие из несущей стены через каждые два этажа (6-7 м) по высоте здания.

Кладка защитной стенки из кирпича ведется с обязательным заполнением раствором горизонтальных и вертикальных швов и расшивкой с фасадной стороны. Шаг температурных швов в кирпичной облицовке принимается по СНиП 11-22-81, как для неотапливаемых зданий.

В новом строительстве облицовочная кирпичная кладка армируется и соединяется с несущей частью стены различными связями. Стальные арматурные связи располагают с шагом по высоте 600 мм, при этом площадь поперечных стержней (связей) должна быть не менее 0,4 см² на 1 м² поверхности стены. Допускается применение связей из стеклопластиковой арматуры.

Для обеспечения адгезии со строительным раствором стеклопластиковые стержни Бийского завода диаметром 5,5 мм имеют на концах анкерное уширение, а арматурные стержни БПА диаметром 6 мм – анкерные зацепы в виде утолщений из песка на эпоксидной смоле.

Стеклопластиковые связи закладывают в горизонтальные швы кладки не более, чем через 600 мм по длине стены и не более 500 мм по ее высоте. Суммарная площадь сечения гибких связей должна быть не менее 1 см² на 1 м² поверхности стены.

При кладке стеклопластиковые стержни, выполняющие функцию связей, укладывают горизонтально и перпендикулярно плоскости стены. Разница отметок концов уложенного стержня не должна превышать 5 мм. Связи укладывают в горизонтальный шов на расстоянии не менее 60 мм от вертикальных швов кладки. Стеклопластиковые стержни должны заходить в облицовочный слой толщиной 120 мм и в несущий слой на глубину не менее 90 мм.

Кладку облицовочного и несущего слоев выполняют с применением цементно-песчаного раствора марки 50 и выше для летних условий работы. При возведении стен в зимнее время кладку выполняют с применением растворов с противоморозными химическими добавками, не вызывающими коррозии материалов кладки и стеклопластиковых связей и твердеющими при отрицательной температуре без обогрева в соответствии с указаниями СНиП 11-22-81.

Стены крепить к перекрытиям и покрытиям анкерами сечением не менее 0,5 см. Расстояние между анкерами в перекрытиях из сборных панелей, опирающихся на стены, должны быть не более 6 м.

При расчете и проектировании трехслойных каменных стен с гибкими связями из стеклопластиковой арматуры необходимо соблюдать допустимые отношения высот стен к их толщинам в соответствии с п. п. 6.16 – 6.20 СНиП 11-22-81, причем каждый слой со своей толщиной рассматривается независимо от другого. Технология производства работ должна исключать возможность расшатывания гибких стеклопластиковых связей.
Работы рекомендуется вести в следующей последовательности:
– кладется облицовочный слой до уровня связей;
– монтируется теплоизоляционный слой, чтобы верх его был выше облицовочного слоя на 50 - 100 мм;
– выкладывается несущий слой до следующего уровня связей;
– устанавливают связи, протыкая их через теплоизоляционный слой. При этом, если горизонтальные швы несущего и облицовочного слоев стены, в которых ставятся стеклопластиковые связи, не совпадают более, чем на 20 мм в несущем слое кирпичной кладки связи размещают в вертикальном шве;
– выкладывают по одному ряду кирпича в несущей части стены и облицовочном слое.

В дальнейшем кладка ведется в той же последовательности.

Парапеты, пояса, подоконники и т. п. должны иметь надежные сливы из оцинкованной стали, которые обеспечивают отвод атмосферной влаги и исключают возможность ее сбегания непосредственно по стене.

Все открытые поверхности стальных элементов, выходящих на фасад, и анкера,устанавливаемые в кладке, должны быть защищены от коррозии металлизацией слоем толщиной 120 мкм или лакокрасочными покрытиями.

Рис. 3. Соединение слоев: А – общий вид (разрез по высоте стены); Б – соединение петлями; В – соединение металлической сеткой (разрезы 1-1) 1 – стена (несущая часть); 2 – защитно-декоративная кладка; 3 – рихтовочный зазор; 4 – теплоизоляция из минеральных плит "КАВИТИ БАТТС"; 5 – внутренняя штукатурка; 6 – соединение; 7 – вязальная проволока; 8 – закладная сетка; 9 – закладная петля; 10 – стальные стержни 2Ж 6; 11 – стеклопластиковые стержни

Отделку цоколя рекомендуется выполнять из материалов повышенной прочности и декоративности, допускающих их очистку и мойку, например, из лицевого кирпича, плит из натурального или искусственного камня, керамической и стеклянной плитки и др. Верхняя кромка этой защитно-декоративной отделки должна располагаться не ниже 2,5 м от уровня планировки. Аналогичную отделку могут иметь углы стен, порталы дверей, арок, ворот, оконные наличники или отдельные участки глухих стен.

В многоэтажных каркасных зданиях стена выполняется самонесущей на высоту этажа до 3,6 м при свободной длине до 6 м. Стена опирается на железобетонное междуэтажное перекрытие с термовкладышами.

Связь стены с колоннами каркаса или внутренними несущими стенами осуществляется с помощью анкеров, располагаемых по высоте этажа с шагом 600 мм и закрепленных к несущим конструкциям каркаса на дюбелях.

Рис. 4. Сопряжение стены с перекрытием: 1 – стена (несущая часть); 2 – защитнодекоративная кладка; 3 – рихтовочный зазор; 4 – теплоизоляция из минеральных плит "КАВИТИ БАТТС"; 5 – внутренняя штукатурка; 6 – анкер; 7 – перекрытие; 8 – несущая балка-пояс; 9 – декоративная плитка; 10 – мастика; 11 – прокладка пенополиэтиленовая уплотняющая

Связь облицовочного слоя с внутренним слоем стены обеспечивается арматурной сеткой, которая скруткой соединяется с анкерами.


Рис. 5. Сопряжение стены с фундаментом. А – эксплуатируемый подвал; Б – мелкозаглубленный фундамент 1 – стена (несущая часть); 2 – защитно-декоративная кладка; 3 – рихтовочный зазор; 4 – теплоизоляция из минеральных плит "КАВИТИ БАТТС"; 5 – внутренняя штукатурка; 6 – соединение; 7 – отмостка; 8 – гидроизоляция – цементно-песчаный раствор; 9 – фундаментная балка (блоки); 10 – пол подвала или 1-го этажа; 11 – крупный песок

Допустимое отношение высоты стен к их толщинам принимается в соответствии с указаниями п. 6.16-6.20 СНиП П-22-81. При этом стена должна быть рассчитана на действие ветровой нагрузки.

Рис. 6. Сопряжение стены с плоской кровлей:1 – стена (несущая часть); 2 – защитно-декоративная кладка; 3 – рихтовочный зазор; 4 – теплоизоляция из минеральных плит "КАВИТИ БАТТС"; 5 – перекрытие; 6 – соединение; 7 – дюбель; 8 – антисептированный деревянный брусок; 9 – слив; 10 – костыль; 11 – гвоздь; 12 – термовставка из ячеистобетонных блоков; 13 – кровельный «пирог»

Зазор между перекрытием и стеной заполняют полиуретановой пеной с постановкой трубчатых уплотнителей и последующей двухсторонней герметизацией зазора силиконовым герметиком.