Физика стен

В настоящее время, в связи с появлением не просто новых материалов, а целых систем ограждающих конструкций (состоящих из разнородных материалов), огромное внимание должно быть уделено пониманию физических процессов, происходящих в наружных стенах. Без этого невозможно грамотное их проектирование и возведение.

В качестве ограждающих конструкций наружные стены подвергаются воздействию целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри него (рис.1). К числу этих факторов, в частности, относятся:

 Физика стен

 атмосферные осадки;
 водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе здания;
 влага почвы;
 ветер;
 солнечная радиация;
 перепады температур;
 химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе;
 а также некоторые другие факторы.

 Атмосферные осадки  

Наибольшее негативное воздействие оказывает на наружные стены зданий косой дождь с ветром. От этого более всего страдают постройки на побережье, а также высотные, отдельно стоящие здания.

Дождевая вода может попасть внутрь стены через пористую структуру поверхности, отверстия, трещины, щели и неплотные швы. Сильнейшему воздействию дождя подвергаются верхние части стен и углы.

Неисправные водосточные желоба и трубы могут также стать причиной намокания стен. Вертикальные швы водосточных труб должны быть устроены в противоположной от стены стороне, чтобы предотвратить попадание воды на стену. Расстояние между стеной и водосточными желобами должно быть не менее 30 мм.

Неправильно выполненные оконные откосы могут также привести к попаданию дождевой воды внутрь конструкции стены. Наружные края оконных откосов должны находиться на расстоянии 30 мм от стены, к тому же они должны иметь достаточный наклон, не меньше 300.

Пожарные лестницы, флагштоки, светильники, рекламные плакаты, перила балконов, и т.п. нужно монтировать таким образом, чтобы они не направляли дождевую воду по стене.

Поверхностные воды на земле, снеговые сугробы и брызги дождевой воды воздействуют на цоколь и нижнюю часть фасада. Для того чтобы нивелировать отрицательные воздействия от данного вида нагрузок, следует предусмотреть устройство уклона прилегающей к зданию земли.

 Водяной пар  

Водяной пар постоянно образуется во внутренних помещениях здания в результате жизнедеятельности людей (приготовления пищи, стирки, купания, мытья полов, и т.д.). Особенно высокая влажность наблюдается в недавно построенных или отремонтированных зданиях. Новые конструкции могут иногда обладать исключительно высоким влагосодержанием из-за т.н. конструктивной влажности. Чем выше температура и эффективнее проветривание, тем быстрее происходит процесс высыхания конструкции.

Водяной пар, содержащийся в воздухе внутри здания, в процессе диффузии и конвективного переноса проникает в конструкцию стены и, охлаждаясь до температуры ниже точки росы, конденсируется. Количество образующейся влаги тем выше, чем больше разница температур снаружи и во внутренних помещениях, - поэтому в зимнее время влага довольно интенсивно накапливается в стене. При этом необходимо понимать, что влага внутреннего воздуха может переходить в стеновую конструкцию и гипсокартон также и вместе с воздушными потоками сквозь разного вида щели, трещины и негерметичные стыки и швы.

Для того чтобы стена год от года не теряла свою теплоизолирующую способность и конструктивную прочность, необходимо, чтобы вся влага, накапливающаяся в толще стены зимой и летом, выходила наружу.

Наиболее надежная защита от водяного пара особенно важна в зданиях с помещениями с большой влажностью: бассейнах, компьютерных залах, и т.д. Защите от пара необходимо уделить особое внимание и при строительстве в районах с экстремально холодным климатом (даже при нормальной влажности внутри помещений). Негативные последствия этого явления можно предотвратить - либо используя различные конструктивные приемы (прежде всего, устройство вентилируемых зазоров), либо включая в конструкцию стены пароизоляционные материалы (изнутри помещения).

 Влага почвы  

В случае отсутствия гидроизоляции грунтовые и осадочные воды в фундаменте здания могут под воздействием капиллярных сил подниматься в цоколь. В случае ненадлежащего устройства изоляции между цоколем и стеновой конструкцией влага может подняться еще выше - в собственно стеновую конструкцию. Сеществует ряд конструктивных решений по предотвращению проникновения влаги из почвы в цоколь.

 Ветер  

Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его - в результате вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления (рис.2). Ветровые нагрузки, увеличивающиеся по высоте здания, в обязательном порядке учитывают при расчетах ограждающих конструкций.

 Солнечная радиация  

Различные материалы обладают разной чувствительностью к солнечной радиации. Так, например, солнечное излучение практически не оказывает влияния на керамическую плитку, а также на материалы из металлов без нанесенных на них полимерных покрытий. С другой стороны, лакокрасочные материалы покрытия подвержены весьма значительному разрушению, что проявляется в виде растрескивания краски на фасаде. Ряд материалов не изменяет своих физических свойств, но теряет внешнюю привлекательность - например, выцветает (краски и некоторые полимерные покрытия).

Поэтому, выбирая облицовочный материал для применения в южных районах, следует удостовериться, что он обладает достаточной светостойкостью.

 Перепады температур  

В качестве ограждающих конструкций наружные стены функционируют в довольно жестком режиме, испытывая влияние перепада температур. Как правило, внутренняя поверхность стен имеет температуру, близкую к той, что существует в помещении. В тоже время температура наружной поверхности меняется в достаточно широких пределах - от весьма значительных отрицательных величин (в зимнюю, морозную ночь) до величин, близких к 1000С (в летний, солнечный день). Температура наружной поверхности стены в то же время может быть неоднородной из-за неодинаковой освещенности солнцем разных ее участков.

Но, как известно, все материалы в той или иной степени подвержены термическому растяжению и сжатию. Поэтому во избежание деформаций и разрушения очень важно, чтобы материалы, "работающие" в единой конструкции, имели близкие коэффициенты температурного расширения, либо для обеспечения их совместной работы применялись бы соответствующие технические решения.

Ряду материалов серьезную опасность могут нести частые, иногда ежесуточные перепады температуры от плюса к минусу. Это, как правило, происходит в районах с мягкой и влажной зимой. Поэтому в подобных климатических зонах необходимо обращать самое пристальное внимание на такую важную характеристику материалов, как водопоглощение. При высоком водопоглощении при (положительных температурах) влага проникает и накапливается в порах материала, а при отрицательных - замерзает и, расширяясь, деформирует саму структуру материала. В результате происходит прогрессирующее разрушение материала, приводящее к образованию трещин.

 Химически агрессивные вещества в воздухе  

Как правило, в больших городах или вблизи крупных предприятий в атмосфере наблюдается достаточно высокая концентрация химически агрессивных веществ, например, сероводорода и углекислого газа. Поэтому для всех элементов ограждающих конструкции здания в таких районах необходимо применять материалы, стойкие к химическим веществам, присутствующим в воздухе.

Перейти в раздел: "Бетон, ЖБИ, кирпич. Стеновые материалы"