Почему нельзя использовать «мениск» в монтажном шве?

Мы вернулись к этой теме, потому что представление об обязательном наличии «мениска» в шве герметика еще существует в строительном мире. Для инженеров-проектировщиков зачастую непривычно, что плоский шов долговечнее менискообразного. Поэтому мы приводим строгий расчет для доказательства нашей позиции и демонстрируем эти «умные» формулы.

Постановка задачи

В данном случае деформацию слоя герметика мы будем оценивать через его относительное удлинение. В практике это понимается как отношение изменения ширины шва к первоначальной ширине. Назовем это отношение «кажущейся деформацией» шва. При неравномерной толщине шва – например, при исполнении шва в форме «мениска» – отдельные его части будут испытывать разную деформацию. Поэтому уместно ввести понятие «истинной деформации» шва как деформации опасного сечения. Если истинная деформация больше кажущейся деформации, то это отличие важно учитывать при проектировании и исполнении монтажных, фасадных и других строительных швов. Таким образом, цель данного расчета состоит в оценке отношения истинной и кажущейся деформации для менискообразного шва.

Расчет

Исходя из рекомендаций для конструкционных швов примем, что ширина шва в два раза больше максимальной толщины (см. рис. 1). Локальную толщину H шва будем находить из формы кривой, которая определяет «мениск». С некоторым приближением будем считать ее параболой:

где z – координата рассматриваемого сечения вдоль ширины шва, h – минимальная толщина шва, L – ширина шва, А – числовой коэффициент. В расчете h взят равным 3 мм (минимальная толщина нанесения герметика для наружного слоя монтажного шва по ГОСТ 30971), L – 30 мм (средняя ширина фронтального монтажного зазора).
Исходя из значения функции H(z) при z = L, получаем:

Согласно закону Юнга относительное удлинение ε каждого слоя шва составит:

где l – ширина рассматриваемого слоя шва, Δl – его абсолютное удлинение, F – растягивающая шов сила, σ – возникающее напряжение, E – модуль Юнга, S – площадь поперечного сечения слоя с координатой z, a – длина шва в направлении, перпендикулярном рисунку.
Удлинение шва Δl_Σ складывается из удлинения его отдельных сечений, поэтому рассчитаем Δl_Σ интегрированием локальных деформаций по ширине шва. Растягивающее усилие F для всех слоев шва одинаково: в противном случае происходило бы движение слоев под действием разницы сил натяжения, действующих на левые и правые стороны. При переходе к дифференциально малым слоям начальную ширину слоя l обозначим dz:
где Δl(z) – удлинение дифференциально малого слоя шва. Подставляя принятое выражение для толщины шва (1), получим:

Интегрирование дает результат:

Из (3) следует, что максимальное относительное удлинение развивается в сечении с минимальной толщиной шва. В этом опасном сечении деформация составит:

Для шва постоянной толщины растяжение на Δl_Σ вызывает равномерное относительное удлинение всех слоев на

Соответственно, искомое отношение истинной и кажущейся деформаций для шва в форме мениска составляет, с учетом (2):

Подстановкой указанных выше значений параметров получаем ε_истин./ε_кажущ.=1,81. Получается, что если заложить в проект деформацию монтажного шва в 15%, то при использовании «мениска» истинная деформация будет равна 1,81•15%≈27%. Таким образом, использование менискообразной формы шва увеличивает истинную деформацию и, следовательно, уменьшает срок службы шва.
Насколько именно? Исследования на акриловых герметиках не проводились, но для полиуретановых герметиков, которые применяют в высокодеформативных швах, повышение амплитуды деформации в среднем пропорционально уменьшает срок службы герметика. Если для акриловых герметиков сохраняется такая же зависимость, то менискообразный монтажный шов при заданных параметрах прослужит на 45% меньше, чем плоский.

Выводы и лирическое отступление

Итак, с помощью «умных формул» мы подтвердили, что тонкое сечение при использовании менискообразной формы шва испытывает повышенные нагрузки. Отметим, что некоторые производители монтажных лент не оставляют попыток навязать использование забутовочных шнуров (а значит, и «мениска») при использовании герметиков, потому что «так делают в Европе». Расчет показывает, что такая позиция неверна. Можно было бы предположить, что такое стремление вызвано единственно желанием упомянутых производителей получить конкурентное преимущество¹, но мы считаем, что в данном случае это не так. Они попросту заблуждаются.

¹Ведь монтаж на герметики становится при использовании шнуров сложнее и, главное, дороже, чем монтаж на ленты.

Гладков П. С., Губанов Г. А., к. т. н.