Луговой А. Н., к. т. н., начальник лаборатории ООО «Бийский завод стеклопластиков»

Критерии для выбора тарельчатого дюбеля

Утепление фасадов зданий посредством различных фасадных систем прочно вошло в практику отечественного строительства. При всём разнообразии набора конструктивных элементов, входящих в те или иные фасадные системы, все известные на сегодняшний день фасадные системы содержат крепёжные элементы – тарельчатые дюбели, предназначенные для надёжного крепления теплоизолирующего слоя к утепляемой стене (рисунки 1 и 2).

Рисунок 1. Дюбель, используемый для крепления теплоизоляции, состоящий из распорного элемента (РЭ) и установленных на нём анкерного (АЭ) элемента (гильзы) и тарельчатого элемента (ТЭ) с заглушкой.
	ТЭ + АЭ
	РЭ
Рисунок 2. Дюбель, используемый для крепления теплоизоляции, состоящий из распорного элемента, объединённого анкерного элемента и тарельчатого элемента.

 

Типичный дюбель, используемый для крепления теплоизоляции к стене, состоит из полой пластмассовой гильзы с тарельчатым держателем и распорного элемента и удерживается в стене силой трения между анкерной зоной гильзы и материалом стены. Поэтому начинать выбор дюбеля следует с изучения сведений о материале, из которого изготовлена гильза. Сила трения, удерживающая гильзу в стене, зависит от натяга, определяемого разностями: диаметра отверстия в стене, наружного диаметра гильзы, диаметра отверстия в анкерной зоне гильзы и диаметра распорного элемента. Очевидно, что при таком способе создания удерживающего усилия долговременная прочность закрепления дюбеля в стене зависит от того, как долго материал гильзы будет сохранять созданные в нём напряжения от распора, т.е. от характеристики материала, именуемой «ползучестью». Так, например, широко распространённые и привлекательные для потребителей из-за относительной дешевизны пластмассы (полиэтилены и полипропилены) нельзя применять для изготовления гильз дюбелей вследствие относительно высокой ползучести этих материалов, приводящей к релаксации напряжений [1]. Вследствие этого натяг, созданный при забивании (закручивании) распорного элемента в гильзу дюбеля, изготовленного из полиэтилена или полипропилена, через относительно короткий промежуток времени исчезнет, а прочность закрепления такого дюбеля в утепляемой стене будет ничтожной, практически нулевой. Лучшими (по критерию «цена-качество») материалами для изготовления гильз тарельчатых пластмассовых дюбелей, используемых для крепления теплоизоляции в фасадных системах, являются полиамиды, имеющие повышенные в сравнении с полиэтиленами и полипропиленами характеристики прочности и ползучести (рис. 3) [1].

	ПЭВП – полиэтилен высокой плотности; ПП – полипропилен; ПА 6 – полиамид 6; ПА 66 – полиамид 66; ПБТФ – полибутилентерефталат; ПФ – полиформальдегид; ПСФ – полисульфон; ПЭС – полиэфирсульфон; ПК – поликарбонат; ПФО – полифенилоксид; СФ – сополимеры формальдегида
Рисунок 3. Зависимость деформации ε от напряжения σ при 23 °С и продолжительности действия напряжения 1000 ч.

 

Самым опасным заблуждением для рядового потребителя при выборе дюбеля, изготовленного из того или иного материала, является то, что первоначальные прочности закрепления в стене дюбеля из полипропилена и полиамида приблизительно равны (у полиэтилена же примерно в 2 раза ниже), поэтому потребитель, естественно, склонен к выбору дюбелей, изготовленных из более дешёвых материалов. Однако, по истечению некоторого (короткого в сравнении с расчётным сроком службы системы утепления) промежутка времени, разница в прочности закрепления будет поразительной: дюбели из полиэтилена и полипропилена можно будет извлекать из стены минимальным усилием руки. Но дюбели к тому времени будут уже закрыты слоем штукатурки (в системах с тонким штукатурным слоем) или облицовочным материалом (в системах с вентилируемым зазором), и проверить прочность закрепления дюбеля без сложных процессов вскрытия будет невозможно. Дефект же неизбежно проявится в процессе эксплуатации и повлечёт, в лучшем случае, необходимость срочного капитального ремонта фасадной системы.

Кроме того, полипропилен при температурах ниже +10° становится хрупким, и дюбель, изготовленный из этого материала, может разрушаться даже в процессе установки.

К распорному элементу (РЭ) также предъявляют ряд требований.

Во-первых, он должен иметь минимальную теплопроводность, чтобы избежать явлений «мостиков холода» и конденсации влаги. Мостики холода влияют на эффективность утепления, а конденсирующаяся на распорном элементе влага вызовет повреждение штукатурного слоя (в системах утепления со штукатурным слоем), кроме того, увлажнение теплоизолирующего материала от сконденсировавшейся влаги в свою очередь снизит эффективность теплоизоляции [2].

Во-вторых, РЭ должен иметь высокую коррозионную стойкость; он должен противостоять агрессивному коррозионному воздействию окружающей среды в течение всего срока службы фасадной системы. Коррозия РЭ влечёт за собой два неприятных явления: уменьшение эффективного поперечного сечения, а значит снижение прочности РЭ, а также появление на поверхности РЭ, вследствие химических реакций при коррозии, солей, цвет которых, как правило, не совпадает с цветом штукатурного слоя. Растворившись в воде (сконденсировавшейся влаге), соли, проступая на штукатурном слое, могут портить его внешний вид или даже разрушать, вступая в химическую реакцию с веществами, составляющими штукатурный слой.

В-третьих, РЭ должен обладать достаточной прочностью на растяжение, изгиб и поперечный срез. А некоторые специалисты в области проектирования фасадных систем считают, что идеальный РЭ должен обладать максимальной деформативностью при изгибе [3]. Т. о. РЭ должен быть изготовлен из материала, имеющего высокую прочность, но малое значение модуля упругости.

Совокупности всех этих требований идеально удовлетворяют стеклопластиковые распорные элементы. Например, сравним характеристики стеклопластикового РЭ, применяемого в дюбелях, выпускаемых Бийским заводом стеклопластиков, с характеристиками воображаемого стального распорного элемента, который мог бы войти в состав тарельчатого дюбеля, аналогичного дюбелю, известному под маркой «Бийск», но отличающегося материалом, из которого изготовлен РЭ (см. таблицу).

Сравниваемая характеристика	Сравниваемые распорные элементы
	Стеклопластиковый [4,5,6]	Стальной (сталь 20) [7]
Диаметр	5,5 мм	5,5 мм
Прочность на растяжение	Не менее 1500 МПа	σ0,2=245 МПа; σв=410 МПа
Модуль упругости	50 ГПа	200 ГПа
Прочность на поперечный срез	Не менее 240 МПа	τ=0,6·σ0,2=0,6·245=147 МПа
Удельная теплопроводность	0,48 Вт/(м•К)	(49-58) Вт/(м•К)

Как видно из таблицы, по прочностным характеристикам стеклопластиковый РЭ превосходит РЭ из широко распространённой стали 20, а модуль упругости стеклопластика примерно в 4 раза ниже, чем у стали. Высокая коррозионная стойкость стеклопластиков корректно и убедительно доказана и хорошо известна [8,9,11], в то время как коррозионная стойкость стального крепежа вызывает в настоящее время много вопросов [12]. Теплопроводность стеклопластика в 100 раз ниже теплопроводности стали, поэтому тепловые расчёты систем утепления фасадов, проведённые НИИСтройфизики [13], показали, что использование дюбелей со стеклопластиковыми РЭ практически не вносит возмущений в температурное поле системы тепловой защиты (коэффициент тепловой однородности составляет 0,998 при размещении 10 дюбелей на 1 м² утепляемой стены). Использование дюбелей со стальным РЭ значительно снижает тепловое сопротивление системы (коэффициент тепловой однородности составляет 0,897 при размещении 5 дюбелей на 1 м² утепляемой стены и 0,816 при размещении 10 дюбелей на 1 м² утепляемой стены). Вследствие этого использование в системе утепления дюбелей с РЭ из стеклопластика позволяет применить утеплители не менее чем на 12% меньшей толщины по сравнению с системой утепления, в которой использованы дюбели со стальными РЭ и таким же значением нормируемого сопротивления теплопередаче [14].

Т. о. крепёжные элементы фасадных систем утепления – тарельчатые строительные дюбели с гильзой, изготавливаемой из полиамидов, и с распорным элементом из стеклопластика в наибольшей степени удовлетворяют требованиям надёжности по критериям прочности, долговечности, теплопроводности, коррозионной стойкости.

 

ЛИТЕРАТУРА
1. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий. Справочное пособие. Л.: Химия. Ленинградское отделение, 1987. 415 с.
2. Лобов О.И., Ананьев А.И., Кувшинов Ю.Я. Анализ требований СНиП II-3-79*, СНиП 23-02-2003 и ТСН с точки зрения Закона «О техническом регулировании» //Строительный эксперт № 5, 2004.
3. Колесников Р.В. Механическое крепление многослойных теплоизоляционных систем.//СтройПРОФИль. № 10 (14) 2001.
4. ТУ 2296-001-20994511-06 Арматура стеклопластиковая. Технические условия.
5. ТУ 2296-006-20994511-07 Дюбели тарельчатые строительные стеновые забивные «БИЙСК». Технические условия.
6. ТО-2166-08. Дюбели тарельчатые строительные стеновые забивные «БИЙСК» типа ДС-1 и ДС-2. Техническая оценка пригодности продукции для применения в строительстве. ФГУ «ФЦС» Росстроя.
7. Марочник сталей и сплавов./А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю. В Каширский и др. Под общей ред. А.С. Зубченко – М.: Машиностроение, 2003. 784 с.
8. Блазнов А.Н., Волков Ю.П., Луговой А.Н., Савин В.Ф. О химической стойкости стеклопла-стиковой арматуры//Проектирование и строительство в Сибири. – 2003. - № 3(15). – с. 34-37.
9. Волков Ю.П., Луговой А.Н., Савин В.Ф. Результаты сравнительных испытаний стойкости в агрессивных средах гибких связей из стеклопластика и базальтопластика//Проектирование и строительство в Сибири. – 2004. - № 3. – с. 34-36.
10. Волков Ю.П., Луговой А.Н., Савин В.Ф. Стойкость стеклопластиковой арматуры к воздействию агрессивной среды бетона.//Доклад на Международной конференции «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве» г. Санкт-Петербург, 2007.
11. Акулов Г.В, Андрейчук В.И., Устинов В.П, Устинов Б.В. Комплексная сравнительная оценка гибких связей их полимерных композиционных материалов.//Доклады VI Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» М. ФГУП «ЦНИИХМ» 2006
12. Орлов В.И. Коррозия узлов крепления, или короткая жизнь оцинкованного крепежа. //СтройПРОФИЛЬ. – 2008 - № 2(64)
13. Научно-технический отчёт по теме «Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче и коэффициента теплотехнической однородности фасадной системы с тонким штукатурным слоем при креплении утеплителя стеновыми дюбелями «БИЙСК». – М. НИИСФ, 2008.
14. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.