Фото: HFA. Правильная установка окон – нетривиальная строительная задача

В трехлетнем исследовательском проекте Holzforschung Austria (HFA), который проводился в кооперации с 13 деловыми партнерами (5 производителями окон и дверей и 8 поставщиками), изучались и продолжают изучаться возможности того, в какой степени можно навсегда приклеить окно к стене за одну операцию и создать релевантное монтажное соединение с помощью одного клея. Целью эксперимента был выбор «идеального» клеящего состава, а также оценка влияния различных условий монтажа на ожидаемые характеристики и качество приклеивания оконных профилей к разным материалам несущих стен.

Предыстория этого проекта, стартовавшего в октябре 2019 года, заключается в том, что качество установки окон снижается, с одной стороны, из-за сложности этой строительной задачи, а с другой стороны, из-за плохой подготовки монтажников. В результате увеличивается количество дефектов и рекламаций в сфере установки окон. Поэтому оконная индустрия и поставщики монтажных решений ищут альтернативные варианты. В рамках настоящего проекта вместе с представителями отрасли исследуется подход к решению, заключающийся в монтаже окон только на клею, что значительно упрощает и делает данную процедуру более экономичной. Промежуточные результаты этого исследования, опубликованные в начале 2023 года, представляем в материале tybet.ru.

Почему сегодня так важно упростить процессы монтажа окон?

Правильная установка окон – нетривиальная строительная задача, требующая высокого уровня ноу-хау от всех участников, а также межотраслевого планирования и сотрудничества. Высокие конструктивные требования в сочетании со сложной геометрией и необходимостью точной обработки материалов (особенно новых) представляют собой большие проблемы. Высококачественный оконный блок может достичь своих характеристик только в том случае, если структурное соединение было оптимально выполнено.

Из-за сложности строительной задачи, высоких временных и финансовых затрат, а также развития рынка в сторону часто недостаточно обученных монтажников окон, это неоднократно приводит к иногда серьезным дефектам строительства. Например, подходящую систему крепления необходимо выбирать в зависимости от возникающих ветровых, эксплуатационных и постоянных нагрузок, материала и несущей способности стены. Это представляет собой проблему даже для опытных монтажников, но это только один аспект установки окон.

Правильное оконное соединение включает в себя закрепление конструкции в проёме, изоляцию стыка и создание воздухонепроницаемого внутреннего и водонепроницаемого наружного соединения. Это требует большого разнообразия монтажных материалов и рабочих операций с соответствующими ноу-хау.

Кроме того, архитектура требует все больших и, следовательно, более тяжелых окон, и, вдобавок к обычным требованиям к статике и строительной физике, существуют дополнительные требования, такие как доступность или устойчивость к взлому, что еще больше увеличивает сложность. Помимо обычных глухих и поворотно-откидных окон, популярными становятся складные, распашные, раздвижные и отставные конструкции из разных материалов в большом разнообразии размеров.

Рекомендуем прочесть: От чего зависит выбор системы монтажа окон?

Склеивание вместо крепежа

Новаторский подход, который переворачивает все привычные шаблоны мышления при установке окон, предложили исследователи лаборатории Holzforschung Austria. Они задались вопросом: а что если оконный блок не крепить анкерами в определённых точках, а просто приклеивать к стене? И решили опытным путём проверить жизнеспособность такой идеи. Целью проекта «geklebte Plug-In Fenstermontage» является разработка упрощенного процесса монтажа окон и дверей, который можно было бы использовать в новых зданиях и при реконструкции. В основу положено создание эластичного соединения окна со стеной за одну операцию – в соответствии с существующими требованиями к «тёплому» монтажу СПК.

Фото: HFA. Полное заполнение шва (15×75×150 мм) клеем

Особая проблема здесь заключается, с одной стороны, в том, чтобы передать возникающие нагрузки (например, собственный вес, ветровые нагрузки, эксплуатационные нагрузки, в том числе от веса больших окон и дверей) на здание, а с другой стороны, не добиться жесткого соединения. Определенная эластичность необходима для того, чтобы поглощать деформации оконного профиля, связанные с температурой и/или влажностью, и компенсировать движения в здании (например, прогиб перемычки).

По сравнению с обычным точечным креплением монтажными шурупами линейное крепление облегчает передачу нагрузки на несущую конструкцию, например, в случае стен из высокопористого кирпича. Одновременно клеевой шов обеспечивает воздухонепроницаемость и водонепроницаемость.

В задачи исследовательского проекта входило изучение:

• ● фактического температурно-влажностного линейного расширения самых разнообразных оконных и дверных профилей (деревянных, дерево-алюминиевых, пластиковых, пластико-алюминиевых и алюминиевых);

• ● производительности и долговечности клеев (наполнителей);

• ● адгезионной прочности клеев на самых разных основаниях (различные строительные материалы для стен);

• ● влияние погодных и прочих условий на строительной площадке;

• ● практической техники нанесения и пригодности для данной роли полимерной системы.

Рекомендуем прочесть: Деформации темных пластиковых окон: причины и методы профилактики

В поисках идеального клея для монтажа окон

Основной задачей первых двух завершенных лет исследований было определение требований к идеальному клею (полимеру). Идеальный клей должен иметь высокую прочность на сдвиг и растяжение для передачи возникающих нагрузок и высокую деформируемость с достаточной жесткостью для поглощения деформаций.

На первом этапе эксперимента были определены эксплуатационные характеристики широкого спектра клеевых систем (таких как однокомпонентный или двухкомпонентный полиуретан или силан-модифицированный полимер) и впоследствии модифицированных клеев. С одной стороны, это было необходимо, чтобы добавить недостающие значения характеристик или проверить их по тем же стандартам и, таким образом, иметь возможность лучше оценить свойства клея. С другой стороны, учитывались специальные параметры, такие как модуль упругости клея, чтобы можно было лучше определить клеи для модели MES.

На втором этапе совместно с Венским технологическим университетом была разработана трехмерная модель конечных элементов для механической оценки новой системы монтажа окон с использованием многофункционального клея. Очень сложная модель подверглась проверке с помощью соответствующих лабораторных испытаний, а затем было проведено сравнение параметров. На основе проведенных испытаний и моделирования стало возможным определить характеристические значения для «идеального клея», который заполняет весь соединительный шов окна со стеной однородным образом. В рамках проекта было определено 6 клеевых систем, отвечающих этому профилю требований.

Фото: HFA. Испытание на сдвиг

В качестве метода исследования было выбрано испытание на сдвиг, так как оно лучше всего отражает передачу нагрузки, например, под воздействием ветровой нагрузки в откосе или за счет собственного веса в случае установки на фронтальной стене. В ходе испытания на сдвиг регистрировали силу и путь, а после окончания испытания рассчитывали прочность на сдвиг и, в конечном итоге, расчетное значение. Решающими были не только абсолютные значения полимерных систем, но и их изменения в различных условиях строительной площадки, смоделированные в лабораториях.

Рекомендуем прочесть: «СДМ-ХИМИЯ» представляет жидкие монтажные ленты для изоляции швов

Влияние подложки и климатических условий на клеевой монтажный шов

На практике тестирование продукции обычно проводят на испытательных образцах в комнатных условиях. Однако, как утверждают эксперты HFA, достаточно редко проводятся испытания образцов после старения тепловым, радиационным или циклическим нагружением. Открытым в исследовательской практике также остаётся вопрос о том, влияют ли определенные условия в процессе установки окна и сама подложка во время формирования клеевого соединения на характеристики или качество соединения.

Это актуально на практике, так как, с одной стороны, монтаж проводят весной или поздней осенью при очень низких температурах окружающей среды и летом, когда температура высокая или светит солнце и/или подложка влажная. Таким образом, важно было проверить адгезионную прочность и деформируемость полимерных систем не только на различных несущих конструкциях и оконных рамах, но и в самых разных условиях строительства и состояния обрабатываемых поверхностей.

Фото: HFA. Обработка монтажного шва в сложных условиях (+40°С)

На очередном этапе исследования 6 выбранных полимерных систем проверялись на их общую пригодность с учетом процесса строительства и условий на строительной площадке (разные основания и разные условия обработки). Необходимо было уточнить, на что влияют, например, бетон, кирпич, газобетон, силикатный кирпич, дерево в качестве основания или нанесение клея при комнатной температуре, на холоде (+5°С), жаре (+40°С), а также на сухое, влажное и мокрое основание. Это привело к необходимости создания обширной тестовой матрицы и множеству вариантов. Изготовление тестовых образцов в воспроизводимых условиях строительной площадки также было сложной задачей, и производители клея освоили ее в лабораториях и больших климатических камерах HFA.

Рекомендуем прочесть: Неизвестные факты про пожелтение пластиковых окон

Линейное расширение профилей рамы значительно меньше

Первые результаты исследований показывают, что температурные расширения профилей оконных и дверных коробок, приведенные в технической литературе, явно слишком завышены. В частности, это основано на том факте, что в литературе указывается коэффициент линейного расширения материала, а монтажная ситуация окон и дверей обычно не принимается во внимание.

Учёные HFA пришли к выводу, что за счёт установки в различных климатических условиях внутри и снаружи и механическому креплению рамных профилей к несущей конструкции стены линейное расширение, особенно у пластика и алюминия, значительно снижается. Этот первый важный частичный результат значительно облегчает реализацию исследовательского подхода, поскольку основному герметизирующему и монтажному материалу (клею) придётся поглощать меньше движений оконных конструкций, связанных с температурой.

Рекомендуем прочесть: Инновационный метод тестирования нагрева цветных ПВХ-профилей – Total Solar Reflection

Состав и способ нанесения клеев оказывают ключевое влияние на результат

Удивительным для исследователей было и то, как изменились адгезионные свойства различных полимерных систем в разных условиях обработки, что сделало выбор метода нанесения довольно сложным.

Из-за большого количества вариантов испытаний (например, различия в механических и реологических свойствах используемых клеев) и взаимодействий между возможными влияющими факторами (например, предварительной обработкой, нанесением, окружающей средой, исполнителем и т. д.) невозможно сделать общий вывод об ожидаемой прочности клеевого соединения. Тем не менее, в результате различных испытаний не было выявлено резких потерь прочности и жесткости у силан-модифицированных полимеров, поэтому их можно оценить как относительно нечувствительные к различным подложкам и климатическим воздействиям.

Фото: HFA. Слабое заполнение поверхности в тыльной части рамы оконного профиля

Еще одним важным выводом из испытаний было то, что технология нанесения/заполнения монтажного шва должна быть дополнительно упрощена и улучшена для практического использования и с точки зрения обеспечения качества. Например, несмотря на полное заполнение стыка (степень заполнения 100%), можно достичь в среднем только 70-процентной адгезионной поверхности, а в крайних случаях даже только 30-процентной, от клеевого слоя до тыльной стороны оконного профиля и рамы.

Наконец, эксперты констатируют, что правильный способ введения или нанесения клеев MS и любая необходимая предварительная обработка соединяемых поверхностей оказывают большее влияние на качество и характеристики склеивания, чем непосредственно материал подложки и климатические воздействия.

Рекомендуем прочесть: Проблемы деревянных окон на стройплощадке зимой – чем поясняются и как их решать?

Подготовлено редакцией tybet.ru по материалам glaswelt.de и haustec.de.

Размещение и использование (полностью или частично) данного материала допускается только при наличии активной гиперссылки на tybet.ru