Композитные панели

Особенности создания материалов, используемых в композитных панелях

Упрощенно все композиты в строительной индустрии – это смеси, которые по фазовому (агрегатному) состоянию делят на 2 большие группы:

• со сложившейся или искусственно создаваемой пористой структурой.

С пористой структурой может быть:

• наполнитель, который подвергается глубокой пропитке жидким связующим с физико-химическими реакциями между ними, а в дальнейшем — формироваться в многослойную конструкцию для получения требуемого пакета свойств. Типичный пример — слоисто-листовые композиты вроде многослойной фанеры, где лущеный шпон из дерева пропитан смолами и склеен в листы;
• матрица, в поры которой внедряется жидкий наполнитель, а физико-химические реакции между ним и матрицей обуславливают новые свойства в композите. Простые примеры – водоотталкивающие или огнестойкие материалы при глубокой пропитке гидрофобным наполнителем и антипиренами соответственно;конгломераты, получаемые смешиванием наполнителя и матрицы-связующего.

Наиболее известные конгломераты – бетон и железобетон, полимербетон, ячеистые бетоны, цементно-волокнистые, цементно-стружечные, древесно-полимерные материалы, вспененные полимеры и т.д.

Т.е. и при глубокой пропитке, и в конгломератных структурах связи между матрицей и наполнителем распределены «по массе» композитов, что определяет их главное отличие от слоистых материалов, «скрепляемых» друг с другом только за счет адгезии тончайшего слоя связующего по границе разделения слоев. Поэтому композиты более стабильны при нагрузках, изменениях температурно-влажностного режима эксплуатации, долговечные, а их рекомендуют в качестве приоритета выбора материала для строительства.

Однако сегодня торговые компании, а часто и производители предлагают купить композитную панель, которая de facto не является композитом. Как правило, это металлические листы с многослойными защитно-декоративными покрытиями, трехслойные «сэндвич»-панели, пакетные решения в виде нескольких скрепленных слоев в металлическом корпусе и т.д. Безусловно, псевдо-композиты имеют свои достоинства и нашли применение в строительстве, однако при аналогичном целевом использовании и одинаковых требованиях к эксплуатационным свойствам лучше выбирать настоящую композитную панель.

Вентфасады с композитной панелью

Конструктивно навесные фасадные системы с воздушным зазором (НФС по терминологии ГОСТ Р 58154-2018 и СП 2.13130.2012) состоят из:

• несущего каркаса, выполненного из кронштейнов, которые крепятся непосредственно на несущей стене и удерживают линейные элементы – вертикальные и/или горизонтальные профиля из металла;
• теплоизоляции, плотно прилегающей к несущей стене, и имеющей на наружной стороне (от улицы) водонепроницаемое, но пропускающее пары влаги покрытие;
• наружной оболочки (облицовки), которая фиксируется на линейных элементах каркаса разным способом, защищает от внешних воздействий и декорирует НФС.

Композитную панель в конструктивных схемах НФС можно встретить в:

• теплоизоляционном слое в виде плит из вспененных полимеров или модифицированного глубокой пропиткой базальтового волокна;
• облицовке, где композитной панелью может быть, как один из слоев, так и все облицовочное покрытие в целом.

Примеры многослойной облицовки с композитной панелью – дисперсно-армированный полимер с двусторонней защитой листами из алюминиевого сплава с пленочными покрытиями, кассеты из оцинкованной стали или алюминия со слоем вспененного полимера и т.д. Облицовка из «цельного» композита – фиброцементной плитой, древесно-цементным или древесно-полимерным сайдингом, панелью из керамогранита (конгломерата из полевого шпата, песка и глины) и др.;

Т.е. некорректно считать композитной панелью в облицовках НФС: алюминиевые листы с защитными покрытиями любых типов; многослойное стекло, в том числе в стеклопакетах и с низкоэмиссионными покрытиями; любые многослойные панели без композита вне зависимости от способа изготовления. В то же время композитный материал может входить в многослойную конструкцию, или быть готовой облицовочной композитной панелью, что во многом определяет реальный пакет эксплуатационных свойств облицовочного слоя и НФС в целом.

Основные требования к наружным оболочкам НФС на композитных панелях

Фасадные системы на относе и с вентилируемыми зазором должны быть долговечными, пожаростойкими, устойчивыми к механическим воздействиям, атмосферной коррозии и эрозии, солнечному излучению, иметь небольшой удельный вес, обеспечивать требуемый уровень изоляции несущей стены от потерь тепла, воздушного и структурного шума, а также эстетику внешнего вида дома, здания. Кроме того, отдается предпочтение быстро развертываемым и пригодным к ремонтам, экономичным по вложениям средств и труда НФС.

Большая часть эксплуатационных свойств НФС зависит от наружной оболочки, непосредственно констатирующей с окружающей средой и, по сути, работающей в качестве защитного экрана всей конструкции навесного фасада. Исходя из простой логики ответственность выполнение этих свойств ложится на композитную панель полностью, если она служит оболочкой НФС, или частично — в случае многослойной облицовки с композитной панелью.

Нужные и спорные свойства фасадных оболочек с композитной панелью

Несмотря на активное использование НФС для защиты и декорирования домов, зданий пока и только отчасти формализованы требования к материалам подконструкций в ГОСТ Р 58154-2018 и действует ряд стандартов и СП по светопрозрачным фасадным системам. Однако НФС с глухими оболочками пока разрабатываются со свойствами, установленными самой компанией-инсталлятором по пакету СП разного назначения. Сами материалы для оболочек, в том числе с композитной панелью заявляются с:

• различными характеристиками, что делает сложным сравнительный анализ;
• некоторыми свойствами, которые являются спорными по актуальности для наружного слоя НФС;
• недостаточной информацией по ряду действительно важных характеристик.

В целом в пакет эксплуатационных свойств для фасадных оболочек (или защитно-декоративных экранов по некоторым СТО) с композитной панелью стоит включать:

• предел прочности на изгиб, модуль упругости, ударную вязкость и сопротивление усталости – характеристики, показывающие устойчивость наружного экрана НФС к ветровым, механическим нагрузкам, в том числе при отрицательных температурах (риски хрупкого разрушения) и с течением времени (изменение свойств из-за переменных напряжений во время эксплуатации). 

Эти прочностные характеристики могут оказаться критическими в случае обустройства экранов НФС в высотных зданиях с большим ветровым подпором, в местах с интенсивным потоком людей и т.д. Или не определяющими при выборе материала для оболочек фасадов малоэтажных домов, но все равно важными, поскольку от этих параметров зависит долговечность всей НФС, а часто и безопасность людей, которые могут оказаться возле фасада при его разрушении;

• твердость поверхностного слоя (и расслаиваемость для многослойных материалов), от которой зависит истираемость и устойчивость к атмосферной эрозии. 

Потеря защитно-декоративного поверхностного слоя при атмосферной эрозии в пакетах с алюминиевыми листами приводит к окислению алюминия и изменению цвета оболочки НФС, в фиброцементной панели снижает гидрофобную защиту с сопутствующими негативами карбонизационной усадки и т.д.;

• пористость, паропроницаемость, свидетельствующие о способности материала наружного экрана пропускать водяные пары.

Здесь важно понимать, что теплоизоляционные свойства утеплителя на стене, скорость коррозии металлического несущего каркаса НФС, процессы деструкции в материале несущей стены зависят от влажности, а вентилируемый воздушный зазор помогает, но не является панацеей решения проблемы. Не пропускающие влагу оболочки с оцинкованной сталью, алюминиевыми листами или керамогранитными плитами категорически нельзя использовать в НФС с закрытыми воздушными прослойками, а в НФС с вентилируемым зазором только после расчетов воздухообмена, при грамотном исполнении и регулярном обслуживании приточных и вытяжных каналов;

• водопоглощение и сорбционная влажность, определяющие объемы влаги в материале при прямом контакте с водой и во время эксплуатации.

Эти параметры важны для многослойных конструкций, включающих композитную панель и для оболочки из пористого композита. Так, в материалах с матрицей из цементного вяжущего вода внутри пор, капилляров, дефектов структуры запускает процессы карбонизационной усадки, в древесно-полимерных провоцирует развитие колоний микроорганизмов, а в целом может привести к нарушению целостности при образовании льда;

• огнестойкость, дымообразующая способность.

Наружная оболочка в НФС защищает от пожара утеплитель, стены, проемы, должна быть огнестойкой, негорючей, иметь противопожарные короба для исключения попадания огня внутрь фасадной системы, а также не выделять при нагреве вредных, токсичных летучих соединений;

• теплозащита и звукоизоляция, что сложно считать актуальным для наружных оболочек навесных вентилируемых фасадов, поскольку:
• вентилируемая оболочка сводит на нет саму целесообразность теплоизоляции снаружи;
• дешевле и эффективнее проложить лишний слой утеплителя внахлест по швам теплоизолирующего слоя на стене, чем блокировать теплообмен между улицей и поступающим оттуда же воздухом в прослойке;
• СП 345.1325800.2017 (действует с 06.2019 взамен приложения Л СП 50.13330.2012) вообще не акцентирует внимание на теплозащите, а ГОСТ Р ИСО 10848-2-2012 – на звукоизоляции наружного слоя;
• плотность и толщина панели, от которых зависит нагрузка на силовой каркас НФС и несущую стену дома, здания.

Значения плотности или удельного веса материала оболочки могут быть критическими в случае применения межэтажной подсистемы на стенах из ячеистых, легких бетонов, SIP панелей, деревянного бруса и т.д. Здесь из-за малой прочности стенового материала на вырыв крепежа устанавливают дополнительные ряды несущих профилей по перекрытиям, что увеличивает вес подсистемы и, соответственно снижает допустимый вес оболочки. Для тяжелых оболочек из керамогранитных панелей, многослойных стальных кассет решением может стать обустройство собственного фундамента, т.е. самонесущей НФС, но это дорого и технически не всегда возможно для эксплуатируемых домов и зданий.