Первое, что бросается в глаза при знакомстве с каталогом продукции любого ведущего производителя крепежа, - это четкая классификация по области применения. Элемент крепежа для полочек в интерьере не годится для установки оконных рам, и тем более - для крепления навесных фасадов.
Одним из важнейших критериев правильного выбора крепежных элементов является тип и качество строительного материала, в который они устанавливаются: бетон, материалы с плотной структурой (полнотелые кирпичи), пустотелые материалы с плотной структурой (пустотелые кирпичи и блоки), полнотелые кирпичи с пористой структурой, пустотелые материалы с пористой структурой (пустотелые кирпичи), тонкостенные строительные плиты.
Основным крепежным элементом, применяемым при устройстве фасадов, является дюбель. Многие строители, конечно, уже хорошо знают, что это такое. Но все же, считаем, необходимо хотя бы кратко пояснить, что представляет собой современный дюбель.
Современный дюбель (от нем. Dubel - закреп, шип) пришел на смену широко применявшейся в строительстве деревянной пробке. При необходимости прикрепления к стене каких-либо тяжелых предметов (полок, шкафчиков), в стене делалось отверстие. Туда загонялась деревянная пробка, в которую ввинчивался шуруп или вбивался гвоздь. Этот простой и многократно проверенный способ обладал, однако, серьезным недостатком: древесина при изменении влажности воздуха меняла свои размеры, со временем разрушалась, а вместе с этим ухудшалась и надежность крепления.
Современный дюбель позаимствовал от старой деревянной пробки основной принцип работы. Но в то же время он обеспечивает гораздо более прочное и надежное закрепление специального гвоздя или шурупа в теле стены.
Дюбели представляют собой полую гильзу с анкерующей (распорной) частью. Как правило, дюбели устанавливаются в предварительно сделанное отверстие в стене. Закрепление (расклинивание) дюбеля происходит в процессе введения в него (забивания или ввинчивания) металлического или усиленного полимерного распорного элемента (в виде шурупа, специального гвоздя, и т.п.). Фасадные дюбели сразу комплектуются необходимыми распорными элементами, т.е. представляют собой совместную систему гильзы и гвозде- или шурупообразного элемента.
Существует несколько способов анкеровки (закрепления дюбеля в материале).анкеровка силой трения является основным способом. В этом случае распорная часть дюбеля прижимается к стенке отверстия и за счет силы трения удерживает внешнюю тяговую силу. Этот принцип может быть реализован как в забивных, так и в закручиваемых дюбелях.анкеровка по форме является результатом образования в материале несущего основания большего, чем диаметр входного отверстия, пространства, заполненного элементами, тела гильзы дюбеля. Такой способ используется, как правило, при анкеровке в несущем основании из материала с низкой прочностью сжатия (например, ячеистые бетоны), где зачастую является единственно возможным.при анкеровке спайкой материалов анкеровочная часть дюбеля представляет собой гвоздеообразное окончание из закалённой стали. Анкеровка происходит посредством энергии порохового заряда или сжатого воздуха, преобразуемого в кинетическую энергию гвоздеобразного окончания дюбеля. В результате внедрения гвоздя в основание кинетическая энергия преобразуется в тепловую. При этом сталь гвоздя подплавляется, осуществляя спайку с окружающим материалом. Как правило, это бетон, т.к. только он, благодаря своей прочности, позволяет достичь необходимых для спайки высоких температур. Данный способ позволяет существенно сократить сроки монтажа.анкеровка инъецированием жидко- желеобразной массы. Для этого используется раствор или искусственная смола, которая после ввода застывает, образуя прочное соединение. Анкеровка инъецированием при устройстве фасадов практически не применяется.
Основными характеристиками любого крепежного элемента являются: максимально допустимая нагрузка, коррозионная стойкость, морозостойкость, пожарная стойкость, и др.
По материалам гильз современные дюбели делятся на металлические и полимерные.
Анкеровка (закрепление) металлических дюбелей, как правило, происходит за счет изменения формы в специально подготовленном отверстии в стене. Существует несколько типов металлических дюбелей - анкерные болты, анкеры забивные, анкеры с внутренней резьбой и т.д.. Способы монтажа для различных типов металлических дюбелей (сквозная установка, предварительная установка, дистанционный монтаж). При устройстве фасада металлические дюбели нашли основное применение для крепления подконструкций вентилируемых фасадов к бетонным основаниям.
Металлические дюбели изготавливаются из нержавеющей и оцинкованной стали. Очевидно, что нержавеющая сталь значительно превосходит оцинкованную по коррозионной стойкости.
Для изготовления гильз современных полимерных дюбелей применяют три основных полимера - полипропилен, полиэтилен и полиамид (нейлон). Эти полимеры обладают различной химической стойкостью, морозостойкостью, долговечностью, способностью воспринимать нагрузки. Так, полиамидные и полиэтиленовые дюбели обладают более высокой, по сравнению с полипропиленовыми, щелочестойкостью и морозостойкостью.
Важнейшей характеристикой полимерных дюбелей является степень временной релаксации, то есть изменение во времени максимально допустимой нагрузки из-за текучести материала. Для дюбелей из полиамида и полиэтилена релаксация минимальна (около 20%). Для дюбелей из полипропилена релаксация может достигать значительных величин. Так, согласно исследованиям кафедры <Техника пластмасс> университета Фридрих-Александр г. Нюрнберг (Германия), максимально допустимая нагрузка для некачественных дюбелей из полипропилена уменьшается со временем в 4 - 5 раз. Очевидно, что степень релаксации является одним из ключевых моментов для определения количества дюбелей - чем больше потери со временем допустимой нагрузки, тем больше нужно дюбелей для обеспечения того же срока службы фасадной конструкции.
Самая большая ошибка при устройстве фасадов - это механическая замена в системе одних дюбелей другими, имеющими более высокую степень релаксации.
Дюбели с гильзами из полимерных материалов имеют одно немаловажное преимущество - они не являются <мостиками холода>. Правда, для выполнения этого условия шляпки распорных металлических элементов (из оцинкованной или нержавеющей стали) также должны быть выполнены из полимеров. Конструкция полимерной шляпки должна герметично закрывать гильзу дюбеля, препятствуя проникновению внутрь влаги и грязи. В ряде случаев (когда не требуется высокая механическая прочность) весь распорный элемент может быть выполнен из полиамида, усиленного стекловолокном.
Кроме дюбелей для различных строительных конструкций (в том числе и для фасадного крепления), применяются также самосверлящие шурупы или саморезы.
В процессе эксплуатации элементы крепежа фасадных систем подвергаются различным нагрузкам.
Нагрузки могут различаться по величине (вес, который выдерживает крепление), быть статическими или динамическими (изменяемыми или не изменяемыми во времени). По направлению нагрузки делят на: продольную (вырывающую) и поперечную (срезающую). Из них складывается суммарная нагрузка.
Как уже отмечалось, главная задача крепления надежно закрепить различные элементы фасадных конструкций на несущем основании, т.е. воспринять все постоянно присутствующие или спорадически возникающие нагрузки и передать их в несущее основание. Основными нагрузками, которым подвергаются фасадные системы, являются: собственный вес конструкции, ветровая нагрузка на отрыв (отсос) и гидротермические воздействия (температурные и влажностные).
Крепеж плитных утеплителей в системах наружного утепления "мокрого" типа

В системе наружного утепления <мокрого> типа крепежные элементы применяются для крепления теплоизоляционных плит к ограждающей конструкции.

Для этой цели подходят так называемые тарельчатые дюбели, то есть специальные дюбели со шляпками (фланцами) большого диаметра. Установка этих дюбелей производится после приклеивания плит теплоизоляции и высыхания клея.
Остановимся на особенностях работы дюбелей с точки зрения восприятия нагрузок, которым подвергается система теплоизоляции в целом: собственный вес, ветровая нагрузка, гидротермические воздействия.
Основное назначение тарельчатых дюбелей в системе наружной теплоизоляции - противостояние ветровой нагрузке (ветровому отсосу). По своему характеру эта нагрузка является динамической. Ветровой отсос воздействует на все стороны здания (кроме подветренной). Именно ветровая нагрузка определяет необходимые тип и количество дюбелей на 1 м 2 системы для каждого конкретного объекта, с учетом специфики его расположения, формы и высоты.
В восприятии собственного веса системы главную роль играют не дюбели, а клеевой слой как связующее звено между системой и поверхностью несущего основания. Дюбелям в этом случае отводится вспомогательная роль - предохранять систему от обваливания или сползания, если клеевой слой, по тем или иным причинам, не выполняет возложенных на него функций. Когда основная роль в удержании фасадной системы переходит к дюбелям, на фасаде становятся заметны характерные трещины, сигнализирующие о необходимости проведения планового ремонта.
Как и все элементы ограждающей конструкции, система наружного утепления подвержена природным гидротермическим воздействиям (перепадам температур, намоканию, и т.д.). Внешние слои системы реагируют на изменение температуры и влажности сжатием или растяжением. Эти изменения геометрических размеров внешнего слоя компенсируются слоем теплоизоляции, благодаря чему в клеевом слое системы напряжение становится меньше, чем на поверхности. Дюбель является единственным элементом системы, проходящим через все слои. Поэтому тарельчатый держатель дюбеля должен быть прочно зафиксирован во внешнем слое, а сопротивление дюбеля на изгиб должно быть меньше изгибающего момента, возникающего вследствие гидротермических воздействий. В этом плане идеальным является дюбель с нулевым сопротивлением на изгиб. Необходимо также учитывать, что смещение тарельчатого держателя относительно первичной оси дюбеля частично осуществляется благодаря определенной эластичности стенки гильзы дюбеля. И только после некоторой деформации полимера происходит изгибание распорного элемента дюбеля.
Повышенная жесткость дюбеля, т.е. его неспособность реагировать на процессы сжатия и растяжения поверхности фасада, ведет к образованию трещин и разрушению внешнего слоя системы. Это одна из причин, по которой ведущие фирмы переходят к производству дюбелей с уменьшенным (с 10 мм до 8 мм) диаметром.
Наружное утепление <мокрого> типа представляет собой систему, все элементы которой должны работать согласованно. Не являются исключением и крепежные элементы. Рассмотрим требования к ним с позиции совместимости с другими элементами системы.
Низкая теплопроводность дюбелей. Доказано, что применение дюбелей с коэффициентом теплопроводности выше 0,004 Вт/К негативно отражается на работе системы и приводит, в частности, к снижению ее морозостойкости (количество циклов замораживания-оттаивания до ее разрушения). Это объясняется тем, что места установки дюбеля оттаивают быстрее, чем остальной фасад, что приводит к возникновению напряжений и, как следствие, трещинам на поверхности.
Кроме того, летом, после выпадения росы, эти места высыхают быстрее и становятся видимыми. Этот же эффект объясняет появление со временем (в местах установки дюбелей) пятен, так как процесс загрязнения фасада протекает неравномерно из-за постоянно существующей разницы во влажности его поверхности.Коррозионная стойкость, или защищенность металлического распорного элемента. Одним из важнейших преимуществ наружной теплоизоляции является перенос <точки росы> из несущей стены здания в слой теплоизоляции, на который, образующийся конденсат практически не оказывает вредного влияния. В то же время, конденсат весьма опасен для крепления теплоизоляции, если отсутствует необходимая антикоррозионная защита. В первую очередь, конденсация влаги (в результате процесса парообмена) происходит на гильзе дюбеля, а особенно на металлическом распорном элементе. Поэтому распорный элемент, особенно в системах с минеральными утеплителями, постоянно находится в агрессивной среде.
Поэтому он должен быть изготовлен из нержавеющей или оцинкованной стали, а входное отверстие гильзы дюбеля должно быть герметично закрыто, чтобы исключить воздухообмен и не допустить проникновения влаги снаружи.Химическая стойкость гильзы дюбеля. Как уже отмечалось, материал гильзы дюбеля должен быть устойчив по отношению к щелочной среде.Высокая адгезия поверхности фланца (шляпки) тарельчатого дюбеля с армирующим слоем. Поверхность фланца должна быть сконструирована таким образом, чтобы обеспечивать высокую адгезию с армирующим слоем. Эта цель достигается специальной формой и рельефом шляпки распорного элемента дюбеля. Так, например, рельефная поверхность позволяет армирующей массе прочно <зацепиться> на поверхности шляпки дюбеля. Отверстия в шляпке способствуют прохождению армирующей массы через нее, вхождению в непосредственный контакт и сцеплению с подшляпковым слоем. Специальные полости с обратной стороны шляпки еще больше усиливают сцепление: армирующая масса, проникая через отверстия в шляпке, заполняет более широкие, чем диаметр отверстия, полости. Таким образом, после высыхания армирующий слой образует со шляпкой единое монолитное целое.Достаточная жесткость фланца тарельчатого дюбеля. Фланец должен обладать достаточной жесткостью как сам по себе, так и по отношению к гильзе дюбеля. Это необходимо для того, чтобы в процессе установки, а также при дальнейшей работе дюбеля, передача нагрузки происходила по всей площади фланца. При его недостаточной жесткости происходит эффект <вывернутого зонта>, что при неблагоприятных обстоятельствах приводит к разрушению системы наружной теплоизоляции.Требования к конструктивным особенностям дюбеля. Дюбель как элемент системы наружной теплоизоляции не должен явиться причиной повреждения поверхности уже установленных плит теплоизоляции и образованию щелей между ними. В случае применения дюбеля со значительным заглублением распорного элемента, необходимо предусмотреть конструктивное решение о закрытии образовавшихся углублений. Иначе в них будет скапливаться материал верхних слоев, что может привести к нежелательному эффекту нарушения однородности системы теплоизоляции.
Крепежные элементы для "сэндвич-панелей"

<Сэндвич-панели> применяются для строительства быстровозводимых зданий, в которых важное значение имеют сроки монтажа, а следовательно, и технологичность крепления. Для <сэндвич-панелей> разработаны самосверлящие шурупы особой конструкции.

Сверло-наконечник выполняется из закаленной стали, т.к. на него ложится основная <работа> по просверливанию отверстия как в <сэндвич-панели>, так и в элементе несущей конструкций (например, в стальном каркасе). Основная, рабочая часть шурупа выполняется из нержавеющей или оцинкованной стали.
Необходимо заметить, что шурупы из нержавеющей стали гораздо более долговечны, чем шурупы из оцинкованной. Действительно, шуруп в <сэндвич-панели> представляет собой <мостик холода>, на котором неизбежно конденсируется влага. В агрессивной среде утеплителя влага негативно воздействует на оцинкованный шуруп, тем более что слой цинка, как правило, значительно повреждается в процессе установки шурупа. Как показывает практика, такое крепление теряет свои функции уже через 2 - 5 лет, в зависимости от ряда дополнительных факторов. Соединение же с помощью шурупов из нержавеющей стали является несравнимо более надежным, а их срок службы можно сравнить со сроком службы самих <сэндвич-панелей>. Кроме того, шурупы, предназначенные для крепления <сэндвич-панелей>, имеют ещё одну особенность. А именно, диаметр части шурупа, закрепляемой в несущем элементе (например, в стальной балке или швеллере), должен быть меньше диаметра подшайбовой части. Это необходимо для того, чтобы осуществить надёжную фиксацию в тонком листовом металле <сэндвич-панелей>. Для герметизации соединения необходимо использовать уплотнительную шайбу из вулканизированного эластомера EPDM, являющегося наиболее стойким и долговечным материалом для наружного применения.
Диаметры резьбы также отличаются друг от друга - срединная резьба должна быть меньше по диаметру, чем подшляпковая. Этим обеспечивается дополнительная герметизация соединения.
Крепеж элементов навесных "вентилируемых" фасадов

В навесных фасадах крепежные элементы используются для фиксации плит утеплителя, крепления подоблицовочной конструкции к ограждающей стене, соединения отдельных элементов подконструкции и крепления облицовок.

Для крепления теплоизоляционных плит в вентилируемых фасадах могут применяться тарельчатые дюбели или просто грибообразные крепежные элементы без распорных составляющих.
Требования, предъявляемые к тарельчатым дюбелям, во многом аналогичны тем, которые предъявляются к ним же, но уже в системах <мокрого> типа. Однако есть весьма существенные отличия. Так, в вентилируемых фасадах нет необходимости обеспечения адгезии со штукатурными слоями (по причине их отсутствия в данной конструкции).
В вентилируемых фасадах фиксаторы теплоизоляционных плит не должны противостоять высоким ветровым нагрузкам (отсосу), так как утеплитель надежно защищен от ветра внешним лицевым слоем. Основная роль фиксаторов - препятствовать сползанию теплоизоляционных плит. Прижимая их к несущей стене, фиксаторы способствуют образованию сил трения, которые удерживают плиты от сползания. Роль фиксаторов в восприятии собственного веса плит может оказаться больше, чем в системах <мокрого> типа, так как в данном случае теплоизоляционные плиты не приклеиваются к основанию (хотя частично поддерживаются элементами подконструкции). Отметим, что собственный вес теплоизоляции в вентилируемых фасадах не столь велик, как в системах <мокрого> типа, так как в данном случае используется теплоизоляция меньшей плотности. Поэтому в качестве фиксаторов теплоизоляционных плит часто применяют дюбели без распорного элемента, которые представляют собой полиэтиленовый <грибок> с жесткой <ножкой>
Форма и размер фланца (шляпки) дюбеля играют второстепенную роль и зависят лишь от плотности используемого утеплителя.
Для крепления подоблицовочной конструкции в основном используются полимерные дюбели. Металлические дюбели применяются для крепления подконструкции к несущим основаниям из бетона и естественного камня.
Для крепления облицовочных материалов применяются самые разные шурупы, (в т.ч. самосверлящие), заклепки, клипсы, и т.д. Их выбор обусловлен облицовочными материалами.