Технологический допуск толщины нанесения находили в повседневной практике потребителей герметиков у нашей компании всегда было много, и работа с ними велась постоянно. При поездках на объекты наши менеджеры и специалисты просто проверяли, какие отклонения в толщине слоев получаются в обычных условиях у обычных рабочих- герметчиков в разных местах применения. Поскольку условия при обработке монтажного шва весьма стесненные как для нанесения материала, так и для контроля его толщины, то критерием для выбора допуска приняли высокую вероятность попадания в размер: чтобы и работать было легче, и контролировать. Оказалось, что с вероятностью практически 100% колебания толщины слоя после отверждения герметика не превосходят 1,5 мм.
Геометрия опорной поверхности. Герметик наносят на подрезанную монтажную пену, при этом герметик частично заполняет открытые поры пены. Соответственно, парообразной влаге в области заполненной герметиком поры необходимо преодолеть более толстый слой герметика для выхода из пены, чем в области вне поры. Это приводит к дополнительному увеличению сопротивления паропроницанию нанесенного слоя герметика.
Чтобы учесть это явление, рассчитаем толщину плоского слоя герметика, имеющего такое же сопротивление паропроницанию, как исходный слой с выпуклостями в местах расположения пор, толщина b
o
Рисунок 16. Увеличение эквивалентной толщины слоя герметика на Δb из-за заполнения герметиком открытых пор пены
Согласно ГОСТ 25898 сопротивление паропроницанию образца обратно пропорционально потоку влаги, проходящей через него при определенном перепаде парциальных давлений пара, поэтому расчет будем проводить из условия равенства суммарных потоков пара через слой герметика исходной и эквивалентной толщины.
Поток пара Q определяется как масса пара Δm, проходящая через образец в единицу времени Δt. Поток зависит от толщины образца b и коэффициента паропроницаемости μ материала образца (1):
где ΔP это перепад парциального давления пара, вызывающий перенос влаги, S площадь образца.
Поток Qп через слой герметика исходной толщины представим как сумму потока в местах расположения пор Qп/п и потока вне пор Qп/в. Из (1) поток Qп/в вне пор равен:
где S это общая площадь рассматриваемого слоя герметика, Søi это сумма площадей сечения пор, получаемых при подрезе пены.
Для оценки значения Søi рассмотрим модель пены, поры которой на срезе диаметром 90 мм имеют распределение по размерам, как указано в табл. 2. Данная модель, как мы покажем далее, является оценкой «сверху».
Таблица 2. Распределение открытых пор на срезе пены в принятой расчетной модели
Общую площадь сечения пор можно рассчитать, суммируя площади сечения пор разного размера с учетом их количества (2) :
где Ni количество пор с радиусом ri, ρi = Ni /S плотность распределения пор с радиусом ri по образцу.
Для удобства расчета потока пара в местах расположения пор Qп/п будем считать, что все открытые поры имеют форму половин шара. Поток через фрагмент слоя такой формы приближенно (без учета поперечного переноса пара) рассчитаем, просуммировав значения потоков dQ через бесконечно тонкие трубки с сечением радиуса x и толщиной стенок dx (рис. 17).
Рисунок 17. Схема расчета потока пара через фрагмент слоя герметика с выпуклостью в области расположения поры
где dS площадь поперечного сечения трубки, b ее высота, bo = 4,5 мм максимальная толщина слоя герметика после усадки (равная сумме минимальной толщины 3 мм и допуска нанесения 1,5 мм), r радиус поры, α угловое положение нижнего кольцевого края трубки.
Тогда для общего потока через фрагмент с порой, выполнив интегрирование по угловому положению кольцевого края трубки α, получаем:
Суммарный поток Qп/п через все фрагменты с порами разного размера с учетом (2) составит:
Согласно (1), поток пара через эквивалентный плоский слой герметика равен толщиной bэкв равен:
Приравнивая поток пара Qп = Qп/п + Qп/
в
QэквПри принятой выше модели распределении пор величина bэк
в
Таким образом, мы установили, что герметик Стиз А должен обладать такой паропроницаемостью, чтобы слой толщиной 5 мм (3+1,5+0,5=5) удовлетворял требованию ГОСТ 30971 по сопротивлению паропро- ницанию наружного слоя, что и было введено как технический показатель качества в Технические условия. При этом важно отметить, что наносить герметик такой толщиной не надо! Толщина нанесения герметика, измеряемая после усадки, должна составлять 4,5
1,5
Обоснование принятых выше геометрических размеров
Обоснуем допустимость принятой выше системы геометрических размеров образца пены и распределения пор в образце. Для этого сравним использованную в расчете модель с реальными монтажными пенами.
Производители монтажных пен разделяют пены на бытовые (имеющие множество пор больших диаметров) и профессиональные (с малыми размерами пор). Для выполнения работ по монтажу окон рекомендуется использовать профессиональные пены, так как их «выход» из баллона больше, а вторичное расширение и усадка меньше. Мы сравним использованную в расчете модель с образцами бытовых пен, потому что если наша расчетная модель окажется более «жесткой» в этом сравнении, то ее тем более можно использовать для сравнения с профессиональными пенами.
Был изготовлен эскизный макет (рис. 18, 19) использованной в расчете модели. Также были изготовлены образцы подрезанных монтажных пен (рис. 20, 21, 22) с такими же геометрическими размерами, что и в использованной в расчете модели диаметром 90 мм, по размеру имеющейся опалубки. Фотографии образцов пен наглядно показывают, что использованная в расчете модель имеет более высокую плотность распределения и большие диаметры пор, чем реальные бытовые пены (при условии соблюдения указаний производителя по эксплуатации). Таким образом, использование для расчета вышеописанной модели обоснованно.
Рисунок 18. Заготовка макета с использованными в расчете геометрическими размерами. Радиус 0,5 мм не использован
Рисунок 19. Бумажный макет использованной в расчете модели. «Поры» с радиусом 1, а также часть «пор» с радиусом 2 не размещены на «образце» пены
Рисунок 20. Срез образца бытовой пены 1. Диаметр образца 90 мм
Рисунок 21. Срез образца бытовой пены 2. Диаметр образца 90 мм
Рисунок 22. Срез образца бытовой пены 3. Диаметр образца 90 мм
Глава 7. Использование понятия «сопротивление паропроницанию» в процессе устройства монтажного шва
Акриловые герметики нашего производства (Стиз А и Стиз В) выделяются среди других герметиков для монтажа окон. В том числе своей ценой. Более высокая цена это плата за их характеристики: во-первых, удовлетворяющую требованию ГОСТ 30971 долговечность в 20 условных лет, а во-вторых, удовлетворяющие тому же ГОСТ значения сопротивления паропроницанию на рабочих толщинах. И если долговечность обычно вопросов не вызывает, то про сопротивление паропроницанию стоит поговорить подробнее.
Сопротивление паропроницанию это характеристика, которая показывает, насколько сильно изделие «сопротивляется» проникновению парообразной влаги сквозь него. Для чего она указана в ГОСТ 30971? Требование по сопротивлению паропроницанию установлено, чтобы обеспечить долговечную работу монтажного шва. Объясним. В монтажном шве теплоизолятор (пена) должна быть защищена от влаги: вода имеет в 20 раз больший коэффициент теплопроводности, поэтому, попадая в пену, резко ухудшает ее свойства. Наши испытания показывают, что набор пеной воды в количестве 13% по массе приводит зимой к снижению температуры на внутренней стороне шва на 10 °С (по сравнению с сухим швом). Понятно, что даже 1% влаги в пене повысит ее коэффициент теплопроводности, поэтому температура на внутренней стороне даже такой, слегка намокшей пены будет зимой меньше, чем у сухой пены. Но вряд ли температура на шве снизится в этом случае так, чтобы это было заметно. А 10 градусов заметны будут. Поэтому 13% мы считаем критическим уровнем влагосодержания11.