Исследования в области влажностного режима монтажных швов

Прежде всего хотелось бы отметить, что значение влажностного режима и степень его влияния на эксплуатационные показатели монтажных швов несколько преувеличены. Статистика многочисленных судебных и досудебных экспертиз, проводившихся за последние десять лет, свидетельствует о практическом отсутствии рекламаций, связанных с нарушением влажностного режима именно монтажных швов, в частности, промерзанием монтажной пены или ее разрушением вследствие увлажнения конденсационной влагой. И даже те прецеденты, которые имели место, были связаны прежде всего с нарушением технологии производства работ.
Сложность прогнозирования и расчета влажностного режима ограждающих конструкций зданий обусловлена прежде всего нестационарностью влажностных процессов и различными причинами появления и перемещения влаги в ограждающих конструкциях, в частности, диффузией водяного пара, сорбционным и сверхсорбционным увлажнением материалов, перемещением влаги в жидком виде, молярным переносом влаги с фильтрующимся воздухом и т. п.
Если тепловой режим ограждающих конструкций, в том числе и монтажных швов, после каких-либо изменений устанавливается в течение нескольких часов или суток, и для его оценки, как правило, реальную картину упрощают, рассматривая стационарные условия теплопередачи, то влажностные процессы, вследствие продолжительности протекания, требуют рассмотрения нестационарных условий в течение всей зимы, а то и всего годового периода эксплуатации.

Претензии, чаще всего возникающие у потребителя: нарушение воздухообмена помещений, обусловленное герметичностью оконных блоков; как следствие – повышение влажности внутреннего воздуха, появление конденсата на остеклении и подоконниках; на сегодняшний день это наиболее серьезная проблема, требующая самого пристального внимания как со стороны проектировщиков и строителей, так и предприятий-изготовителей оконных блоков; промерзание оконных откосов с образованием конденсата и плесени (нарушение влажностного режима монтажных швов и промерзание оконных откосов имеют различную физическую подоснову и, соответственно, требуют различных подходов к решению); локальное продувание в местах неплотного прилегания притворов оконных створок, балконных дверей и обусловленное этим появление наледей, изморози, конденсата; несколько реже – продувание монтажных швов (чаще всего это происходит в зоне расположения несущих колодок и подоконника); нарушение деформационной устойчивости монтажных швов, проявляющееся в появлении трещин (щелей) в местах примыкания отделки оконных откосов к оконным блокам; проникновение дождевой влаги в помещение через монтажные швы.

Рис.1
Виды монтажных швов
а – прямой
б – угловой
1 – наружный водоизоляционный слой
2 – центральный теплоизоляционный слой
3 – внутренний пароизоляционный слой

Известно, что процессы увлажнения и перераспределения влаги происходят под действием различных сил и характеризуются различными показателями: диффузия водяного пара – паропроницаемостью материалов, поглощение влаги – сорбционной способностью, перемещение влаги в жидком виде – влагопроводностью и т. п.
В связи с этим, прежде чем говорить о каких-то требованиях, результатах расчетов и испытаний, необходимо разобраться с физической сутью влажностных процессов, протекающих в монтажных швах.
Монтажный шов является частью ограждающих конструкций, разделяющих две среды с различными параметрами воздуха (температурой, влажностью), и граничит с материалами наружной стены и оконной коробки (рис. 1).
В зависимости от конфигурации поверхностей стеновых проемов монтажные швы могут быть прямыми (оконный проем без четверти) или угловыми (оконный проем с четвертью).
В холодный период года абсолютное влагосодержание наружного воздуха намного меньше, чем внутреннего (парциальное давление водяного пара наружного воздуха существенно меньше парциального давления воздуха в помещении), вследствие чего молекулы водяного пара стремятся проникнуть из воздуха помещения через любое ограждение – кирпичную стену, монтажный шов или оконный блок – наружу. Если на пути этих молекул расположен слой с большим сопротивлением паропроницанию, то возможность перемещения потока молекул водяного пара через конструкцию в целом будет ограничена. При этом в многослойных конструкциях немаловажно, где будут расположены отдельные слои. Если с внутренней стороны расположен слой с большим сопротивлением паропроницанию (пароизоляционный слой), за ним с меньшим, а за ним с еще меньшим, то молекулы водяного пара, с трудом “протиснувшиеся” через пароизоляцию и попавшие внутрь конструкции, с легкостью пройдут дальше и покинут конструкцию без образования в ее толще конденсата (не говоря уже о влагонакоплении). (рис. 2).

Рис. 2
Схема увлажнения монтажного шва парообразной влагой
а – при расположении слоя с большим сопротивлением
паропроницанию у наружной поверхности
б – при расположении слоя с большим сопротивлением
паропроницанию у внутренней поверхности

В том случае, если за слоем с относительно небольшим сопротивлением паропроницанию располагается слой с большим сопротивлением, молекулы водяного пара, проникшие через первый слой, начнут “скапливаться” у поверхности второго слоя. И если температура у этого слоя низкая (ниже температуры “точки росы”), то водяной пар будет собираться в капли (конденсироваться) или замерзать в виде инея или изморози.
Конечно же, представленная схема несколько условна, поскольку на рассмотренные процессы оказывает влияние и сорбционная способность материала (способность “поглощать” молекулы водяного пара), и температурный режим ограждения, и ряд других факторов. Но в целом картина приблизительна такова.
Необходимо отметить еще и то, что реальные процессы происходят не в одномерном пространстве. При рассмотрении узла примыкания в двухмерном виде (рис. 3) сразу возникает вопрос: как в этом случае и куда будут перемещаться те молекулы, которые попали внутрь монтажного шва. Ответ очевиден – по всем возможным направлениям, но, прежде всего, по пути наименьшего сопротивления. Если монтажный шов с наружной стороны закрыт материалом с небольшим сопротивлением паропроницанию, например, паропроницаемой саморасширяющейся лентой, то, прежде всего, – через этот материал.

Рис. 3
Схема диффузии водяного пара в угловом монтажном шве при использовании в качестве наружного гидроизоляционного слоя:
а – паропроницаемой саморасширяющейся ленты
б – уголкового профиля ПВ

Принцип конструирования “изнутри плотнее, чем снаружи” был положен в основу требований российского ГОСТа 30971-2002 “Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам”, как вариант, гарантированно обеспечивающий сухую эксплуатацию монтажных швов независимо от климатических условий и назначения помещений. В полной мере реализация этого принципа обеспечивается системой монтажа с применением пароизоляционных и паропроницаемых саморасширяющихся лент.
В том случае, если с наружной стороны угловой монтажный шов закрыт слоем с большим сопротивлением паропроницанию, например, уголком из ПВХ или силиконовым герметиком (рис. 3б) конденсация водяного пара в толще монтажного шва происходить не будет – при условии что монтажный шов граничит с четвертью стены из кирпича или газобетона, которые имеют меньшее сопротивление паропроницанию, чем предыдущие слои (см. табл. 1).
Совсем другое дело, если четверть выполнена из бетона, металла или какого-то другого материала с большим сопротивлением паропроницанию. В этом случае необходима проверка влажностного режима данной конструкции с учетом климатических условий района строительства и влажностного режима эксплуатации помещения.
Не исключено, что на наружной поверхности утеплителя будет происходить выпадение и накопление конденсата.
В качестве примера можно привести результаты расчетов влажностного режима ряда монтажных швов, выполненных по методу К.Ф. Фокина для одномерного поля (рис. 4).

Рис. 4
Результаты расчета влажностного режима ряда конструктивных решений монтажных швов:
1 – лента уплотнительная саморасширяющаяся illbruck – “lllmod 2D”
2 – монтажная пена
3 – лента уплотнительная пароизоляционная illbruck – “illtape Vlies Dou”
4 – цементно-песчаный раствор
5 – лента уплотнительная пароизоляционная illbruck – “ILLDIF I”
6 – кирпичная кладка

Анализ результатов свидетельствует:

при выполнении монтажных швов с применением пароизоляционных и паропроницаемых саморасширяющихся лент условий для конденсации водяных паров внутри монтажного шва не создается, независимо от климатического района строительства и режима эксплуатации помещения (рис. 4а);

при использовании в качестве наружного гидроизоляционного слоя уголка из ПВХ или силиконового герметика, удаление водяного пара может происходить через наружную четверть; при выполнении четверти стены из кирпичной кладки (d = 0,12 м, Rnr = 1,09
(м2.ч.Па)/мг) и использовании пароизоляционной ленты (Rnr = 10 (м2.ч.Па)/мг) условия конденсации водяного пара в монтажном шве не возникают (рис.4б); при выполнении этой же четверти из тяжёлого бетона (d = 0,12 м, Rnr = 4,0 (м2.ч.Па)/мг) на наружной поверхности утеплителя возможно выпадение конденсата (рис. 4в); в этом случае необходимо либо увеличение сопротивления паропроницанию внутреннего слоя, либо изменение конструктивного решения узла примыкания.
Представленные расчеты носят достаточно условный характер, поскольку не учитывают возможность удаления влаги через боковую поверхность четверти, наружную стену, примыкающую к монтажному шву (рис. 3). Для точного учета всех факторов необходим расчет двухмерных температурных и влажностных полей. Однако даже в представленном виде расчеты по одномерному полю позволяют показать граничные возможности тех или иных конструктивных решений и правомерность их применения.

Влияние на влажностный режим монтажного шва материала примыкающей стены
Можно отметить, что способность материалов перемещать влагу в жидком виде зависит от особенностей их структуры (наличия открытых или закрытых пор, их количества и размеров), влажности, степени смачиваемости стенок, распределения температур и характеризуется коэффициентом влагопроводности – b. Большинство строительных материалов имеет капиллярно-пористую структуру, причем некоторые материалы являются гидрофильными (хорошо смачиваемыми; например, пенобетон, кирпич и т. п.), некоторые гидрофобными (стекло, большинство пластмасс, в том числе ряд пенополиуретанов).

Из приведенных цифр и рассуждений вытекают несколько очевидных выводов: устройство специальной изоляции монтажного шва со стороны стены (проема) при использовании пенных утеплителей не имеет смысла; устройство дополнительной обмазочной или оклеенной гидроизоляции оконных коробок из древесины при использовании пенных утеплителей не требуется; монтажная пена вследствие закрытой структуры пор сама обладает достаточно большим сопротивлением паропроницанию; срезание поверхностной корочки с наружной стороны монтажного шва не приводит к ухудшению его влажностного режима; удаление парообразной влаги из монтажного шва может быть обеспечено как через наружный водоизоляционный слой, так и через четверть стены; однако возможность подобного решения в каждом конкретном случае должна быть подтверждена расчетами; в наружных стенах с вентилируемыми фасадами удаление влаги из монтажного шва может быть обеспечено через вентилируемую прослойку; в этом случае монтажный шов может быть закрыт любыми герметизирующими материалами, обеспечивающими его защиту от увлажнения атмосферными осадками; функции пароизоляции монтажного шва могут выполнять как специальные пароизоляционные ленты, так и облицовка оконных откосов, например, листы из вспененного ПВХ, подоконники, специальные планки из ПВХ; листы гипсокартона пароизоляционными свойствами не обладают; узлы примыканий оконных блоков к стеновым проемам должны исключать возможность попадания воздуха из помещения в пространство монтажного шва или под облицовку оконных откосов.

Таблица 1. Сопротивление паропроницанию некоторых строительных материалов и тонких слоев пароизоляции (по результатам испытаний ИЦ “Стройтест-СибАДИ”)

№ п/п	Наименование материала	Толщина слоя, мм	Сопротивле- ние паропро- ницанию, (м2.ч.Па)/мг	Коэффициент паропро- ницаемости, мг/(м.ч.Па)	Номер протокола испытаний
1	Пена монтажная “illbruck – Illfoam 1K” с поверхностной корочкой	40,1	1,54	0,026	62-С-2 от 19.10.2001
2	Монтажная пена “PENOSEAL GoldGun 65I” с поверхностной корочкой	52,8	1,25	0,042	223 от 16.11.05
3	Монтажная пена “PENOSEAL GoldGun 65I” со срезанной поверхностной корочкой	40,8	0,62	0,066	223 от 16.11.05
4	Пена монтажная “Макрофлекс” со срезанной поверхностной корочкой	40,2	0,65	0,062	Техн. испытания 16.07.01-15.10.01
5	Лента уплотнительная пароизоляционная illbruck – “illtape Vlies Duo”	1,5	2,19	—	61-С-1 от 4.10.2001
6	Лента уплотнительная пароизоляционная illbruck – “ILLDIF I”	0,3	10,75		61-С-1 от 14.10.2001
7	Лента уплотнительная саморасширяющаяся illbruck – “Illmod 2D”	20,0	0,09	0,213	59-С-1 от 14.10.2001
8	Лента уплотнительная саморасширяющаяся “РОБИБАНД ПСУЛ”	20,0	0,07	0,277	21-С от 18.01. 2005
9	Цементно-песчаный раствор	20,0	0,37	0,054	Техн. испытания 16.07.01-15.10.01
10	Шпатлёвка “Fugenfuller leicht”	17,0	0,14	0,125	Техн. испытания 17.10.05-16.11.05
11	Гипсокартон	12,0	0,16	0,074	Техн. испытания 25.01.02-07.03.02
12	Гипсокартон влагостойкий	12,0	0,15	0,082	Техн. испытания 28.09.05-16.11.05
13	Гипсокартон влагостойкий, окрашенный ПВА за 2 раза	12,0	0,26	0,046	Техн. испытания 30.09.05-16.11.05
14	Вспененный ПВХ	9,6	3,75	0,00256	Техн. испытания 27.09.05-16.11.05
15	Экструдированный пенополистирол	5,2	0,60	0,0087	Техн. испытания 13.07.01-15.10.01

Примечания. Испытания проведены в соответствии с российским ГОСТ 25898-83 “Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропроницанию”.

Обеспечение эксплуатации монтажных швов без образования конденсата возможно при использовании различных конструктивных решений и герметизирующих материалов. Требования к пароизоляции монтажных швов и их значения должны устанавливаться в проектной и конструкторской документации на конкретные строительные объекты. Выполнение требований по показателю сопротивления паропроницанию отдельных конструктивных слоев монтажных швов гарантированно обеспечивает их эксплуатацию без образования конденсата и не требует проверочных расчетов.

В табл. 2 приведены результаты сравнительных испытаний некоторых строительных материалов по показателю водопоглощение при частичном погружении образцов за 24 часа. Анализ результатов показывает, что объемное водопоглощение (этот показатель наиболее полно характеризует количество поглощенной воды) цементно-песчаного раствора составляет w0 = 20%, древесины w0 = 16,7%, в то время как монтажной пены с поверхностной корочкой w0 = 0,1%, со срезанной корочкой w0 = 0,2%. Результаты могут изменяться в зависимости от размеров образцов, вида материала, завода-изготовителя и др., но даже сопоставление массы влаги, поглощенной образцами (древесина – 49 г, монтажная пена – 0,5-0,8 г), свидетельствует о незначительном водопоглощении монтажных пен как с поверхностной корочкой, так и без нее. Что же касается поверхностной корочки монтажной пены, то надо отметить, что она образуется в результате слипания стенок отдельных пузырьков пены в виде поверхностной пленки и какими-то особыми свойствами не обладает. Срезание корочки приводит к раскрытию ряда пор, попавших в срез, вследствие чего несколько уменьшается сопротивление паропроницанию (табл. 1) и увеличивается поверхностное водопоглощение.

Таблица 2. Результаты сравнительных испытаний некоторых строительных материалов по показателю водопоглощения при частичном погружении за 24 часа

№ п/п	Наименование материала	Объём образца, мз.10–3	Масса поглощён- ной влаги, г	Водопоглощение по объёму, %
1	Слой цементно-песчаного раствора, Po = 1847 кг/м3	0,158	32,5	20,5
2	Кирпич пластического формования, Po = 1478 кг/м3	0,308	72,5	23,6
3	Слой шпатлёвки “Fugenfuller leicht”, Po = 874 кг/м3	0,114	59,0	51,7
4	Древесина (сосна поперёк волокон), Po = 458 кг/м3	0,294	49,3	16,8
5	Монтажная пена “PENOSEAL GoldGun 65I” с поверхностной корочкой, Po = 12,8 кг/м3	0,467	0,5	0,1
6	Монтажная пена “PENOSEAL GoldGun 65I” без поверхностной корочки, Po = 13,1 кг/м3	0,357	0,8	0,2

Примечания. 1. Испытания проводились в соответствии с российским ГОСТ 17177-94 “Материалы и изделия строительные теплоизоляционные.
Методы испытаний” на образцах размерами 100 x 100 x 30 мм.
2. Боковая поверхность образцов до начала испытаний изолировалась слоем парафина.
3. Глубина погружения образцов в воду — 1-1,5 мм

Таким образом, если в толще кирпичной кладки будет иметь место выпадение конденсата и появление влаги в жидком виде, то при заполнении монтажного шва гидрофильными материалами (например, паклей), влага из стены по капиллярам может “подтягиваться” к утеплителю и приводить к его увлажнению. Но если речь идет о монтажной пене – материале с закрытой структурой пор и незначительным водопоглощением, то ни о каком влиянии увлажненной или переувлажненной стены на влажностный режим монтажного шва говорить не стоит.
Рассматривая влажностный режим ограждающих конструкций, нельзя не сказать и о возможности их увлажнения или осушения фильтрующимся воздухом. Наибольшую опасность для увлажнения монтажных швов может представлять молярный перенос влаги с воздухом, поступающим внутрь шва вследствие его негерметичности (наличия щелей, отверстий, большой воздухопроницаемости отделочных слоев и т. п.) – эксфильтрации воздуха. В этом случае образование конденсата и увлажнение конструкции может происходить особенно интенсивно: при поступлении воздуха из помещения, содержащего определенное количество влаги, в полость негерметичного стыка или в воздушную прослойку под слой утеплителя происходит охлаждение фильтрующегося воздуха ниже температуры “точки росы”, на холодных поверхностях конструкции (или в толще утеплителя, если идет фильтрация) из воздуха выпадает конденсат, накапливающийся тем быстрее, чем больше поступает воздуха. Для исключения подобного увлажнения конструкция не должна иметь отверстий и щелей, позволяющих воздуху из помещения поступать во внутренние полости или фильтроваться через утеплитель.
При инфильтрации (движении наружного холодного воздуха через конструкцию внутрь помещения) наружный сухой воздух будет отбирать влагу из материалов конструкции, осушая ее. Однако в этом случае может иметь место понижение температуры внутренней поверхности, что иногда и наблюдается в стенах из кирпичной кладки с выветрившимися швами.
Результаты натурных наблюдений за эксплуатационным состоянием монтажных швов в натурных условиях подтверждают сделанные выводы.

---

А. Д. Кривошеин, Г. А. Патохин, И. В. Платонов
ИЦ “Стройтест-СибАДИ”, г. Омск