Как любой уважающий себя производитель, мы время от времени сталкиваемся с замечаниями Потребителя по применению наших материалов. Самое частое замечание – "герметик Стиз В долго сохнет". При этом при рассмотрении таких претензий обычно мы обнаруживаем, что на окнах есть конденсат, то есть относительная влажность воздуха у монтажного шва близка к 100%. Герметик высыхает за счет испарения из него воды, а в таких влажных условиях влаге "некуда" испаряться. Стандартная рекомендация в подобной ситуации – открыть окна или поставить тепловые пушки, что уменьшит влажность в помещении.
Другой вариант предотвращения такого дефекта – использовать полиуретановый двухкомпонентный герметик Стиз PU. В этом герметике переход в эластичное состояние происходит путем химической сшивки компонентов, а не через испарение влаги, поэтому скорость его отверждения не зависит от влажности воздуха. Кроме того, влажность не влияет и на ленточные материалы, поэтому иногда, чтобы избежать подобных претензий, используют их. Но там могут возникнуть другие дефекты из-за невозможности проконтролировать подъем монтажной пены, о чем мы поговорим подробнее в одной из следующих статей.
Здесь хотелось бы обратить внимание Читателя на следующее. В Технических условиях мы установили запрет на нанесение герметика при влажности более 90%. Если это требование нарушают, то это приводит к претензиям, которые мы не принимаем. И нарушение требования Технических условий по влажности воздуха – не единственный пример.
Иногда нам жалуются на разрывы герметика на шве (рис.1). При измерении слоя герметика мы в основном обнаруживаем, что герметик нанесли с нарушением толщины слоя (рис.2). Толщина слоя герметика после нанесения должна составлять 3÷4,5 мм, а на швах с разрывами мы видели толщины вплоть до 4 сантиметров. Кроме того, часто мы отмечали перепад толщины слоя – от 2 до 10 мм. Такой перепад вызывает неравномерные растяжения, поэтому в тонком слое возникают повышенные нагрузки. Чтобы это продемонстрировать, мы провели расчет методом конечных элементов, с которым хотим познакомить Читателя в данной статье.
Рис.1. Фотография герметика с разрывами
Рис.2. Измерение слоя герметика
Расчет МКЭ
Для проведения расчета были приняты следующие параметры герметика: модуль Юнга 0,4 МПа, коэффициент Пуассона 0,5. Двумерная задача решалась методом конечных элементов в программном пакете Simulia Abaqus. Расчетная сетка состояла из 2000 прямоугольных элементов. Принятая форма швов продемонстирована на рис.3. Рассчитывалось напряженно-деформированное состояние шва при его растяжении на 4,5 мм (с 30 мм до 34,5 мм), т.е. на 15% от его исходной ширины.
Рис.3. Исходная форма шва
Расчет показывает, что растяжение происходит преимущественно в тонкой части шва, из-за чего локальное относительное растяжение в теле шва возрастает до 36%. Кроме того, растяжение в этой области сопровождается сжатием шва в поперечном направлении и дополнительной концентрацией напряжений в угловых точках шва еще в 2,5÷3 раза. В результате совместного влияния этих двух эффектов итоговое расчетное растяжение в угловой точке составило 104%.
Рис.4. Расчетная интенсивность деформаций при "неправильном" нанесении
Рис.5. То же, правая часть, увеличено
Итак, расчет однозначно показывает, что неравномерность толщины шва приводит к многократному возрастанию локальных деформаций в критических точках шва и снижению допустимой величины его растяжения; перепады толщины слоя от 2 до 10 мм недопустимы1.
А что будет, если соблюдать требования производителя?
Что ж, ответ на этот вопрос тоже дал расчет МКЭ. Для швов с перепадом толщины в допустимых пределах – от 3 до 4,5 мм – мы получили иные картины (рис.7,8).
Рис.6. Схема шва для "правильного" случая
Рис.7. Распределение нагрузок на слое герметика в случае "правильного" нанесения
Рис.8. То же, увеличение около крепления к оконному профилю
При среднем растяжении 15% растяжение справа у окна в теле шва составило 18%, в угловых точках – 38%. То есть повышенная деформация в теле герметика также возникает, но она определенно меньше – всего на 3% больше, чем в основной части шва, в то время как для ранее рассмотренного "неправильного" нанесения "прирост" составил 21%. В угловых точках возникает дополнительная концентрация напряжения, но, как показывает практика применения, ее недостаточно для образования разрывов из-за усадки акрилового герметика2.
В заключение еще раз отметим, что требование по толщине нанесения в Технических условиях на герметики Стиз А и Стиз В обеспечивает их долговечную эксплуатацию в монтажном шве. Нарушение этого требования, а также других требований ТУ, существенно повышает риск возникновения дефектов.
1 Разумеется, перепад, например, от 3 до 8 мм тоже недопустим. Но определение точного значения перепада по толщине нанесения, при котором начинаются разрывы, не было целью данного расчета.
2 Подробнее об этом мы писали в статье "Как менискообразный профиль позволяет устранить концентрацию напряжений в угловых точках шва".
