Защита зданий и архитектура от традиции к инновации

Стоит отметить, что даже обычный дождь имеет слабокислую реакцию, обусловленную естественными процессами. В процессе образования дождевые капли поглощают углекислый газ из воздуха, вступая с ним в химическую реакцию, что приводит к формированию угольной кислоты (H₂CO₃). В незагрязнённой атмосфере дождь имеет уровень кислотности (pH) около 5,6, однако при взаимодействии с загрязняющими веществами этот показатель может снижаться.

Кислотным считается дождь с уровнем pH ниже 5,0. Его формирование связано с химическими реакциями воды с оксидами серы (SO₂) и азота (NOx), которые выбрасываются в атмосферу при работе транспорта, металлургических предприятий, электростанций, а также при сжигании угля и древесины. В результате этих реакций в атмосфере образуются растворы серной, сернистой, азотистой и азотной кислот, которые выпадают на землю в виде дождя или снега. Помимо антропогенных причин, источниками кислотных дождей могут быть природные явления, такие как извержения вулканов, молнии и активность бактерий.

Кислотные дожди оказывают разрушительное воздействие на водные экосистемы, почву, растительность и конструкции зданий. Для борьбы с этим явлением важно снижать объёмы вредных выбросов в атмосферу. Это позволит минимизировать коррозионное влияние на здания и сооружения, а также улучшить состояние окружающей среды.

Ключевыми направлениями решения проблемы являются меры по локальной защите объектов: установка барьеров для уменьшения деформации конструкций, восстановление фасадов зданий, пострадавших от выветривания, и использование современных технологий для уменьшения воздействия окружающей среды.

Прежде всего, кислотные дожди наносят ущерб водным экосистемам, почве и растительности. Кроме того, они способствуют разрушению и ускорению деформации ограждающих конструкций зданий. По мнению специалистов, улучшение ситуации возможно за счёт сокращения объёма вредных выбросов в атмосферу, что позволит снизить их коррозионное воздействие на здания и сооружения.

Одним из ключевых направлений в решении обозначенной проблемы является применение локальных методов снижения воздействия окружающей среды на объекты человеческой деятельности. Среди таких мер можно выделить установку защитных барьеров для уменьшения деформации ограждающих конструкций зданий, а также восстановление фасадов, повреждённых вследствие выветривания и старения.

1.2 Традиционные виды защиты фасадов зданий

Восстановление фасадов проводится с целью защиты внешних поверхностей зданий от деформации и разрушения, продления срока их эксплуатации и сохранения эстетического облика сооружений.

Облицовка фасадов – это процесс архитектурной отделки зданий с применением современных материалов. В последние годы облицовка фасадов как процесс значительно эволюционировала, что стало доступным благодаря появлению множества новых материалов, которые не только улучшают внешний вид сооружений, но и способствуют созданию экологически комфортной внутренней среды.

Итак, выбор облицовки фасадов определяется рядом факторов, а именно:

– ролью и расположением здания в структуре города (например, правительственное учреждение или жилой коттедж среднего класса);

– материалом, из которого выполнены конструкции, подлежащие отделке (кирпич, железобетон, гипсокартон, стены, колонны);

– типом строительства (новое возведение или реконструкция);

– воздействием теплофизических и химических факторов на фасад и внутренние элементы здания;

– назначением здания (жилое, общественное, промышленное);

– категорией пожарной и взрывоопасности здания или помещений;

– финансовыми возможностями заказчика (в случае частной застройки).

Причем современная отделка фасадов при новом строительстве характеризуется следующими особенностями: возможность выполнения работ в любое время года; высокая скорость выполнения строительных операций; широкое использование механизированных технологий отделки; высокое качество применяемых фасадных систем; экологическая безопасность материалов и технологий.

Причем современные подходы к отделке фасадов, распространенные при новом строительстве, обладают рядом ключевых преимуществ: возможность проведения работ в любое время года, сокращение сроков строительства, активное использование механизированных технологий, высокая надёжность и долговечность фасадных систем, а также применение экологически безопасных материалов, улучшение их прочностных характеристик.

Для отделки фасадов стен чаще всего используются такие материалы, как кирпич, оштукатуренный кирпич и бетон. При этом традиционные методы защиты фасадов основываются на их (1) штукатурке – это один из наиболее популярных способов отделки фасадов, широко применяемый как в мире, так и в крупных городах, включая Москву, (2) окраске – современные фасадные краски не только придают фасаду яркость, но и защищают его от пагубного воздействия погодных условий и биологических факторов; причем краски устойчивы к растрескиванию и выгоранию, (3) декоративной облицовке – сегодня представлен широкий выбор материалов для облицовки, что позволяет создавать эстетически привлекательные и «долговечные», протяженные по срокам эксплуатации, фасады.

Стоит отметить, что облицовка фасадов должна соответствовать архитектурным требованиям, обеспечивать разнообразие и выразительность внешнего вида здания, а также учитывать функциональное назначение и особенности несущей конструкции. Способ крепления облицовочных материалов должен гарантировать надёжное и прочное их соединение с основной стеной.

В конструкции стен могут быть использованы несущие элементы с различными декоративными и цветовыми решениями – массивные каркасы из красного или силикатного кирпича, блоки из керамзита, а также элементы из лёгкого бетона, например, балки и блоки.

1.2.1 Штукатурка фасадов

Штукатурка – один из самых древних методов отделки фасадов, который активно используется в строительстве и сегодня. Штукатурные растворы классифицируются на следующие типы:

– известковый (чистый);

– известково-цементный;

– цементный.

Известковые растворы являются самыми мягкими и наименее прочными, поскольку их твердение происходит за счёт карбонизации извести, что, в свою очередь, приводит к образованию известняка преимущественно в поверхностном слое. В результате штукатурный слой остаётся слабым по всей массе и спустя 20 лет или более легко разрушается, превращается в крошку.

Известково-цементный раствор формируется согласно следующим пропорциям (по массе): известь – 1 часть, цемент – 1,83 части, песок – 13,83 частей. Заметим, что увеличение доли цемента в составе раствора способствует повышению твёрдости и прочности штукатурного слоя.

Итак, цементный раствор формирует самый прочный слой, который применяется для создания грунтовочного покрытия. Он используется для восстановления утраченных участков штукатурки, а также для нанесения тонкослойной отделки на кирпичные поверхности.

Простые штукатурки состоят из двух основных слоёв. Первый – обрызг, это наиболее толстый слой (14—25 мм), который служит основой для обеспечения прочного сцепления между основанием и штукатуркой, а также для выравнивания поверхности. Второй – накрывка, слой, выполняющий роль внешнего покрытия. Он формирует гладкую поверхность, обеспечивает тем самым завершённый эстетический вид – гладкую поверхность.

Нанесение штукатурных растворов может быть механизировано с использованием растворонасосов и пневматических устройств, что повышает скорость и эффективность работы.

Прочность штукатурного слоя, определяемая количеством цемента в растворе, должна снижаться от основания к внешней поверхности во избежание трещинообразования.

Размер минерального заполнителя в растворе варьируется. Например, для распыления допускается крупность зерна от 3 до 10 мм, а для тонкослойной отделки – около 1 мм.

Известково-песчаная штукатурка применяется для фасадной отделки зданий, выполненных из кирпича, ракушечника, туфа, шлакобетонных или керамических блоков (марка 50 и ниже).

Однако её использование не рекомендуется для цоколей, оград, оснований колонн и пилястр, а также для деталей с выступающими элементами, подверженных интенсивному увлажнению.

Известковая штукатурка не подходит для нанесения на бетонные или металлические поверхности.

При выполнении штукатурных работ для цветных накрывочных слоёв на основе известково-песчаного раствора необходимо использовать грунтовочные слои, выполненные из материалов известкового состава.

Для оценки технического состояния штукатурки проводится простукивание поверхности, которое позволяет определить прочность её сцепления с основанием. Участки, на которых штукатурка отслаивается или становится хрупкой, удаляются. После этого проверяется целостность и надёжность основания под повреждёнными зонами.

Если повреждения обнаружены на более чем одной трети поверхности фасада, рекомендуется выполнить ремонт всей оштукатуренной площади, чтобы обеспечить равномерность и долговечность покрытия.

При ремонте штукатурки соотношение извести к цементу в растворе следует увеличивать по мере приближения к внешнему слою, что приводит к уменьшению его прочности, что необходимо для предотвращения внутренних напряжений в слоях.

Штукатурный раствор, который используется для ремонта, должен быть идентичен исходному, что позволит обеспечить соответствие параметров влажностного и теплотехнического режима всей поверхности.

Различия в составе штукатурных растворов могут создать напряжения на границе между слоями, что нередко приводит к отслоению ремонтируемого участка или повреждению старой штукатурки. Несоответствие прочностных характеристик растворов также проявляется в виде различий в оттенках, которые остаются заметными даже после окраски – они формируют более пестрые оттенки на поверхности.

Для обеспечения однородности окрашенных участков штукатурка на ремонтируемых местах должна быть идентична окружающей поверхности по шероховатости и толщине слоя, что позволяет избежать визуальных и структурных несоответствий.

1.2.1.1 Современные добавки в штукатурные растворы

Современные штукатурки изготавливаются на основе растворов из сухих смесей, в состав которых включаются вяжущие вещества (известь, глину, гипс, цементы, жидкое стекло, битумы, смолы), наполнители (песок, гравий, каменную крошку, топливные шлаки, опилки, керамзитовый песок и другие) и разные добавки.

Добавки бывают органическими (например, полимеры, целлюлоза) и неорганическими (шлак, шлам, микрокремнезём). Они добавляются ввиду того, что улучшают свойства штукатурки, облегчают работу с ней и позволяют сформировать специфические качества. Смеси, не содержащие добавок, называются простыми. Они менее удобны в использовании, требуют от исполнителя (того, кто наносит штукатурный раствор на объекте) высокого уровня навыков, а оштукатуренные ими поверхности отличаются меньшей прочностью и долговечностью.

Модифицированные смеси, в состав которых обязательно входят специальные добавки (0,1—1% от общего объёма), являются, фактически, стандартом в современном строительстве. Они обладают улучшенными эксплуатационными характеристиками и облегчают процесс нанесения на поверхность.

Несмотря на небольшую долю в составе (0,1—1%), добавки значительно повышают эффективность работ, улучшают качество отделки, продлевают её срок службы и, как следствие, снижают последующие расходы на ремонт. Одни добавки удерживают влагу в цементных растворах, другие повышают прочность штукатурного слоя, третьи усиливают адгезию к основанию и т. д.

Однако даже с применением современных технологий штукатурка всех типов подвержена интенсивному выветриванию под воздействием природных и техногенных факторов, колебаний термо-влажностных условий и транспортных выбросов в атмосферу. Срок службы таких покрытий обычно не превышает 7—12 лет, после чего они требуют восстановления.

1.2.2 Окраска фасада

Окраска является одним из основных способов защиты фасадов. Без неё здания утратили бы свою эстетическую привлекательность, а облик городов стал бы более однообразным и скучным. На протяжении веков для отделки оштукатуренных фасадов использовались традиционные масляные и известковые краски.

С технической точки зрения окрашенный фасад выполняет функцию защитного внешнего слоя, который снижает воздействие на основание фасада таких факторов, как атмосферная влага, ультрафиолетовое излучение и загрязнения из окружающей среды.

Прочностные характеристики окрашенных фасадов могут значительно различаться; в частности, они представляются от слабых известковых штукатурок, до прочных бетонных оснований. Для обеспечения долговечности и минимизации необходимости ежегодных ремонтов красочный слой должен максимально соответствовать свойствам основания.

При увеличении пористости отделываемого материала важно обеспечить высокую паропроницаемость декоративного финишного слоя. Например, фасадная стена с пористой и слабой известковой штукатуркой предполагает нанесение проницаемого красочного покрытия. У бетонных оснований требования к паропроницаемости ниже.

С экономической точки зрения окраска фасадов зданий вторичного фонда требует серьёзных капитальных вложений в недвижимость. Поэтому при выборе вида краски учитывается и экономический фактор, помимо выбора соответствующего характеристикам окрашиваемого основания вида.

Так, неправильный выбор фасадной краски может привести к излишним финансовым затратам, связанным с сокращением срока службы покрытия и увеличением частоты профилактической окраски фасадов.

Фасадные краски и отделочные покрытия с минеральным заполнителем классифицируются по типу связующего материала. В частности, выделяются 1) органические связующие, которые формируют плёнку, в их состав включаются масла или синтетические смолы, например акриловые и перхлорвиниловые; 2) неорганические связующие, основой для которых служит цемент, известь или силикат калия (растворимое поташное стекло).

Связующие и пигменты, которые используются в фасадных красочных составах, должны обладать высокой щелочеустойчивостью и атмосферостойкостью. Для повышения паропроницаемости в составы вводят пористые минеральные наполнители вулканического происхождения, например, перлит.

Краски с такими добавками идеально подходят для фасадов из бетона, лёгких бетонов, а также для поверхностей, облицованных известково-цементными штукатурками.

Силикатные и известковые краски (также известные как малярные штукатурки) относятся к неорганическим составам, которые специально предназначаются для окраски фасадов. Такие краски отличаются практически идеальной паропроницаемостью, поскольку не образуют сплошной плёнки, что снижает поверхностное натяжение. Они особенно подходят для оштукатуренных поверхностей, а для фасадов с известковыми штукатурками низкой прочности они становятся практически единственным экономически выгодным и целесообразным вариантом, который, к тому же, обеспечит надёжность покрытие.

Для защиты фасадов зданий и придания им эстетичного вида традиционно используют краски для наружных работ. Такие материалы должны не только обладать гидроизоляционными свойствами, но и соответствовать ряду дополнительных требований. Среди ключевых эксплуатационных свойств фасадных красок выделяют:

– высокую адгезию к защищаемой поверхности;

– длительную устойчивость к атмосферным воздействиям с сохранением защитных и декоративных характеристик;

– сопротивление развитию микроорганизмов, предотвращающее появление плесени и грибка.

Для защиты фасадов чаще всего применяют акрилатные, силикатные и водно-дисперсионные краски. Однако наиболее перспективными материалами в этой области считаются эмали, созданные на основе модифицированных силиконовых смол. Силиконовая смола в составе таких эмалей обеспечивает: улучшенную растекаемость и гладкость покрытия; высокую цветостойкость; повышенную долговечность; устойчивость к развитию микроорганизмов, а именно грибов, мхов и водорослей.

Однако следует учитывать, что, несмотря на заявленные преимущества, покрытие потребуется обновлять через несколько лет, поскольку долговечность любой краски всегда уступает долговечности самого фасадного материала.

Со временем даже самые долговечные окрашенные поверхности начинают разрушаться под воздействием солнечного излучения и кислотных дождей. На них появляются микротрещины, а яркость цвета заметно тускнеет. В результате такие покрытия требуют восстановления, причём их срок службы обычно не превышает 5—7 лет.

1.2.3 Декоративная облицовка фасада

Облицовка фасада бетоном, ячеистым бетоном, керамзитовыми блоками и асбоцементными плитами

Железобетон начал применяться в строительстве в начале XX века, а первые нормативные документы по его использованию были опубликованы в 1913 году. До 1950-х годов фасадные стены в основном строились из массивных конструкций, выполненных из двойного или полуторного слоя пустотелого кирпича.

После 1950-х годов широкое распространение получили железобетонные стены, к которым крепились пустотелые кирпичи. Для отделки поверхностей фасадных стен традиционно использовалась штукатурка, обеспечивающая защиту и эстетический внешний вид.

С 1960-х годов началось промышленное производство сборных строительных элементов. Изначально выпускались полуготовые сборные элементы, но к концу 1960-х – началу 1970-х годов производство полностью перешло на использование полносборных конструкций.

Однако специалисты бетонной отрасли отмечают, что морозостойкость бетонных элементов, произведённых в этот период, не всегда соответствовала высоким стандартам, что, несомненно, влияло на их долговечность и эксплуатационные качества.

Современные бетоны, которые используются для фасадов, благодаря усовершенствованной структуре с повышенной пористостью и прочностью, обладают необходимыми характеристиками морозостойкости, что существенно расширяет спектр их использования в строительстве. Однако на протяжении десятилетий специалисты выражают сомнения относительно долговечности бетонных фасадов, если они остаются без защитного покрытия; считается, что отсутствие покрытия – защиты, может снижать их устойчивость к внешним воздействиям.

Кроме того, лёгкий ячеистый бетон, который используется в качестве фасадного материала, характеризуется повышенным водопоглощением. Поэтому фасадные стены из такого бетона всегда требуют дополнительного защитного покрытия, например, штукатурки, чтобы избежать впитывания влаги.

При ремонте фасадов из ячеистого бетона и замене штукатурки обязательно использование штукатурной сетки. Подобное обеспечивает надёжность сцепления нового штукатурного слоя с поверхностью стены и предотвращает образование мелких трещин, так называемых «волосяных трещин», на фасаде.

Керамзитовые блоки, в состав которых включаются сферические гранулы вспученной глины, также широко применяются в качестве фасадного материала. Для отделки фасадных стен из керамзитовых блоков чаще всего используется двух- или трёхслойное оштукатуривание.

Поскольку поверхность керамзитового блока меньше впитывает влагу (по сравнению с лёгким бетоном), защита от атмосферных осадков может быть выполнена либо с помощью штукатурного слоя, либо путём окрашивания фасада силикатной краской. Как итог, формируется дополнительная устойчивость фасадной стены к воздействию внешних факторов.

Асбоцементная плита (АсП) на протяжении длительного периода времени считалась одним из самых популярных материалов для облицовки фасадов зданий, крепящихся к стенам с помощью винтов. Однако с течением времени поверхность таких плит загрязняется, требуется проведение косметической окраски.

После многочисленных исследований, подтверждающих вред асбеста для здоровья человека, особенно при его попадании в организм через дыхательные пути, было принято решение значительно сократить или полностью отказаться от использования АсП. В настоящее время оставшиеся применения АсП ограничиваются плитами, изготовленными с использованием хризотилового асбеста, который считается менее опасным. Тем не менее, при длительном воздействии даже хризотиловый асбест способен вызывать онкологические заболевания.

Бетонные, кирпичные и панельные здания, так же, как и штукатурные покрытия, начинают разрушаться в поверхностных слоях через 5—7 лет эксплуатации. Именно поэтому требуется обеспечение их дополнительной защиты.

Облицовка фасада плиточными покрытиями

Отметим, что мировой и российский рынки фасадных облицовочных материалов переживают длительную стадию своего интенсивного развития. Так, все покрытия для фасадов можно условно разделить на несколько крупных групп, каждая из которых занимает устойчивую нишу.

Традиционно одним из самых востребованных материалов остаётся плитка. Её основным преимуществом является высокая устойчивость к перепадам влажности и температуры, что делает её использование особенно рациональным при наружной отделке. Современное разнообразие видов плитки позволяет реализовывать самые смелые дизайнерские замыслы.

Плитка из природного камня, в особенности мрамора и гранита, считается наиболее престижным материалом для облицовки фасадов. Её использование преимущественно ограничено сегментом коммерческой недвижимости и элитного жилья, что делает спрос на данный материал зависимым от развития соответствующих рынков.

Сегодня значительная часть натурального камня в России импортируется из Европы, причём 47% этого импорта приходится на Москву и Московскую область. Однако в последние годы объёмы ввода элитной недвижимости в столице сократились, что привело к снижению спроса на плитку из природного камня.

Основными причинами снижения популярности данного материала выступают не только высокая стоимость, но и трудоёмкость монтажа мраморных и гранитных плит, а также их повышенная хрупкость, в связи с чем требуется осторожность в установке.

В советское время облицовка фасадов натуральным камнем была практически единственным способом придания зданиям респектабельного вида. Однако сегодня существуют альтернативные материалы, среди которых особенно выделяется керамический гранит (керамогранит).

Керамический гранит был впервые произведён в Италии в 1960-х годах, но для российского рынка он является сравнительно новым материалом. Сейчас его производство активно развивается в России. В начале 2000-х керамогранит чаще всего выпускался в небольшом формате – 30×30 см, что ограничивало его применение, так как для фасадной облицовки он увеличивал себестоимость строительства.

Современные технологии позволяют выпускать керамогранит больших размеров, что делает его более востребованным для облицовки фасадов (при умеренных затратах на монтаж и достаточно привлекательном внешнем виде)

Агломератные материалы – это современная альтернативу керамограниту и натуральному камню, которая обладает рядом преимуществ. Они не имеют пустот, каверн или трещин, что улучшает их технологические характеристики. Агломерат дешевле натурального камня, но способен прекрасно его имитировать, что обеспечивает распространенность и привлекательность его использования для отделочных работ.

При производстве агломерата с натуральной мраморной фракцией добавляется кварцевая крошка, что значительно повышает износостойкость материала. Прочность такого агломерата существенно превосходит прочность натурального мрамора, а износ режущего инструмента при его обработке сопоставим с резкой натурального гранита.

На рынке агломератных материалов лидирующую позицию занимает бренд Grattoni. В отличие от итальянских и чешских аналогов агломерат Grattoni сертифицирован для применения в системах вентилируемых фасадов. Его использование исключает необходимость монтажа противопожарных коробов на окна, так как материал является негорючим. Им удается удачно отделывать оконные откосы.

Основным связующим компонентом Grattoni выступает цемент, в отличие от смол и пластификаторов, применяемых в итальянских и чешских продуктах. Материал устойчив к выгоранию под воздействием солнечного света, а также хорошо переносит перепады температур, что делает его достаточно удачным выбором для фасадной отделки.

Помимо керамогранита повышенной прочности, для облицовки фасадов также подходит обычная керамическая плитка. Однако важно учитывать, что плитка должна быть либо матово глазурованной, либо вовсе без глазури, так как под воздействием атмосферных факторов глазурь может со временем отслаиваться.

Метод крепления плитки зависит от её размера: крупные плиты монтируются на специальные конструкции, а мелкие, как правило, укладываются непосредственно на раствор, что упрощает процесс установки.

По данным экспертов, структура спроса на облицовочную плитку в последние годы изменилась. Если ранее около 60% её объёма приобретали строительные организации, то теперь большая часть продаж приходится на розничный сегмент. Одной из ключевых причин такого сдвига стало активное развитие коттеджного строительства, в котором облицовочная плитка пользуется повышенным спросом.