Деформационный шов: что это в строительстве, виды швов

Любое здание со временем испытывает подвижки от перепадов температуры, усадки бетона и грунта, сейсмической активности. Без специальных зазоров — деформационных швов — эти процессы приводят к трещинам и разрушению конструкций. Правильное расположение и герметизация швов защищает строения от повреждений и продлевает срок их службы.

Зачем нужны деформационные швы

Деформационные швы предотвращают образование неконтролируемых трещин при изменении объёма материалов. Бетон при высыхании уменьшается на 0,3–0,5%, железобетон при нагреве расширяется на 10–15 мм на каждые 100 метров длины конструкции. Без швов напряжения достигают предела прочности и материал разрушается.

Швы компенсируют линейные перемещения конструкций. При температурном расширении одна часть здания смещается относительно другой, шов поглощает это перемещение без разрывов. При землетрясении швы позволяют отдельным секциям здания двигаться независимо, снижая напряжения.

Функции деформационных швов:

Компенсируют температурные расширения и сжатия материалов при колебаниях температуры.
Поглощают усадку бетона при высыхании, распределяя напряжения равномерно.
Позволяют конструкциям двигаться при землетрясениях, предотвращая критические повреждения.
Разделяют здание на самостоятельные участки, исключая их взаимное влияние.

Виды деформационных швов

Деформационные швы классифицируют по функциям, которые они выполняют. Температурные швы компенсируют только тепловые расширения. Температурно-усадочные швы одновременно учитывают температурные и усадочные деформации. Осадочные швы предотвращают разрушение при неравномерной осадке основания.

Сейсмические швы обеспечивают независимое движение смежных секций здания при землетрясении. Их применяют в сейсмоактивных регионах, ширина составляет 5–10 см. В зданиях стандартной высоты обычно используют комбинированные швы, выполняющие несколько функций одновременно.

Типы швов по назначению:

Температурные — компенсируют расширение от нагрева, применяют на дорогах и открытых конструкциях.
Температурно-усадочные — учитывают тепловые деформации и усадку бетона при высыхании.
Осадочные — разделяют здание на части с разной нагрузкой на грунт и разной вероятностью осадки.
Сейсмические — позволяют независимое движение блоков при землетрясениях.

Температурный шов

Температурный шов предназначен только для компенсации тепловых деформаций. При нагреве материал расширяется в стороны, при охлаждении сжимается. Без шва материал разрывается напряжениями или выпучивается.

Расстояние между температурными швами в железобетоне на открытом воздухе составляет 30–50 метров в зависимости от климата и ориентации конструкции. В жарких регионах швы располагают плотнее. На защищённых от прямого солнца конструкциях расстояние увеличивают до 70–100 метров.

Ширина температурного шва рассчитывается по формуле с учётом коэффициента расширения материала, максимальной разницы температур и длины конструкции. Для бетона при разнице 60 градусов на каждый метр длины требуется примерно 0,12–0,15 мм ширины шва.

Размещение температурных швов на сооружениях:

На открытых дорогах швы располагают каждые 30–40 метров в зависимости от климатического пояса.
На крышах и открытых площадках через 20–30 метров из-за большего перепада температур.
На подземных и внутренних конструкциях расстояния увеличивают до 70–100 метров.
В зонах с большим суточным перепадом температур требуются дополнительные промежуточные швы.

Температурно-усадочный шов

Температурно-усадочный шов компенсирует одновременно температурные деформации и усадку бетона при высыхании. Бетон теряет влагу в течение 1–3 лет, объём уменьшается неравномерно — быстрее с поверхности, медленнее в глубине. Результирующая усадка добавляется к температурным деформациям.

Расстояние между температурно-усадочными швами в железобетонных конструкциях составляет 20–40 метров. На внутренних и защищённых конструкциях можно увеличивать до 50 метров. При укладке шва предусматривают расширяющийся компаунд, который частично компенсирует усадку.

Ширина такого шва больше, чем чистого температурного. При разнице температур 60 градусов и усадке 0,3% ширина может достигать 20–30 мм в зависимости от длины участка между швами.

Осадочный и сейсмический швы

Осадочный шов разделяет здание на части, которые могут оседать с разной скоростью. Располагают швы вертикально по всей высоте здания от фундамента до крыши. Помещают их в местах изменения нагрузки — между зданиями разной высоты, между колоннами разного сечения, на границе кровли и стен.

Ширина осадочного шва зависит от прогнозируемой разницы осадок между двумя блоками. Для зданий на одинаковых грунтах разница небольшая — 1–3 см. Для зданий на разных грунтах может быть 5–10 см. Ширина рассчитывается в проекте с учётом инженерно-геологических условий.

Сейсмические швы требуются в зонах с интенсивностью более 7 баллов по шкале Рихтера. Ширина швов составляет 5–10 см, зависит от высоты здания и спектра сейсмических колебаний в регионе. При высоте здания 30 метров и интенсивности 8 баллов требуется шов шириной примерно 7–8 см.

Применение осадочных и сейсмических швов:

Осадочные швы разделяют здание на блоки с независимыми осадками, располагают вертикально по всей высоте.
Сейсмические швы шириной 5–10 см позволяют независимое движение блоков при землетрясениях.
Осадочные швы на границах разных грунтов предотвращают разрушение от дифференциальной осадки.
Все швы в высотных зданиях комбинируют функции — одновременно компенсируют температуру, усадку и осадку.

Деформационные швы в железобетонных конструкциях

В железобетоне швы располагают с учётом армирования. Швы не должны проходить сквозь несущие стержни — они прерывают армирование и ослабляют сечение. Швы проектируют так, чтобы они совпадали с местами изменения сечения или в местах, где напряжения наименьшие.

При разрыве армирования швом используют шпонки — штифты, которые передают сдвигающие силы через шов. Шпонки изготавливают из стержней диаметром 16–20 мм, располагают в шахматном порядке с шагом 30–50 см. Один конец стержня жёстко закрепляют в бетоне первого блока, другой входит в шов, позволяя относительное смещение.

Подвижность шва в железобетоне достигается расширяющимся компаундом или специальным герметиком. Герметик должен прилипать к обеим сторонам шва и иметь предел относительного удлинения не менее 100%. Недостаточное удлинение герметика приводит к его разрыву при деформировании шва.

Нормы и расстояния между швами

Норма расстояния между швами зависит от типа сооружения и климата. На дорогах в нормальном климате швы располагают каждые 30–40 метров. В жарких районах — каждые 15–25 метров. На сооружениях с защитой от прямого солнца расстояния увеличивают на 30–50%.

На стенах зданий швы должны совпадать с конструктивными элементами — оконными и дверными проёмами, колоннами, балконами. Расстояние между швами на фасаде обычно составляет 25–40 метров по длине здания. По высоте швы располагают через каждые 3–4 этажа или через 10–15 метров.

На полах и покрытиях швы располагают в виде сетки с ячейками 2×2 до 4×4 метра в зависимости от толщины конструкции и нагрузок. Пол толщиной 10 см требует швов через 2–3 метра, толщиной 20 см — через 4–5 метров.

Нормативные расстояния между деформационными швами:

На открытых дорогах в нормальном климате — каждые 30–40 метров, в жарком — 15–25 метров.
На фасадах зданий по длине — 25–40 метров, по высоте — через 3–4 этажа или 10–15 метров.
На полах и внутренних покрытиях — сетка 2×2 до 4×4 метра в зависимости от толщины.
На подземных конструкциях расстояния увеличивают на 30–50% из-за стабильной температуры.

Конструкция и устройство шва

Простейший шов — это продольный разрез через конструкцию шириной 2–3 см, заполненный герметиком. Для крупных сооружений конструкция сложнее. В основание шва укладывают подвижный наполнитель — полиэтиленовый жгут или пробковую прокладку. Жгут препятствует попаданию грязи и воды в глубину шва, сохраняет упругость герметика.

Герметик укладывают в два этапа. Сначала грунтовочный слой толщиной 5–10 мм, затем после высыхания финишный слой. Финишный слой выпуклый, выступает над поверхностью на 3–5 мм, что предотвращает его разрывание при расширении шва.

На дорогах применяют конструкцию шва в виде мешка. С обеих сторон от щели укладывают полосы смеси битума и щебня, которые выходят наружу и предотвращают разброс грязи при расширении шва. Сверху щель заполняют герметиком или асфальтом.

В бетонных полах для повышения жёсткости шва используют шпонки. Шпонка — деревянный или металлический стержень, выступающий на половину толщины плиты. При укладке соседней плиты шпонка входит в паз, передавая вертикальные нагрузки и предотвращая подпрыгивание краёв плит.

Материалы для заполнения швов

Герметики для швов изготавливают из полиуретана, силикона или акрила. Полиуретановые герметики имеют максимальную адгезию к бетону и способны удлиняться на 100–200% при деформировании шва. Работают в диапазоне температур от –40 до +80 градусов. Служат 10–15 лет без ремонта.

Силиконовые герметики имеют ещё большую эластичность — до 300% удлинения. Более дорогие, служат 15–20 лет. Хуже адгезируют к бетону, требуют грунтовки. Применяют в сложных условиях с большой амплитудой деформаций.

Акриловые герметики — бюджетный вариант, служат 5–8 лет. Способны удлиняться на 50–100%, хуже прилипают к влажным поверхностям. Применяют на внутренних конструкциях и в защищённых местах.

Наполнители для шва укладывают под герметик. Полиэтиленовый жгут — круглый шнур диаметром 8–20 мм, закупоривает шов, предотвращает попадание грязи в глубь. Пробковая прокладка более упругая, лучше восстанавливает форму при расширении. Пенополиэтиленовые прокладки экономичнее, достаточно жёсткие для несущих швов.

Материалы для заполнения деформационных швов:

Полиуретановые герметики имеют максимальную адгезию, удлиняются на 100–200%, служат 10–15 лет.
Силиконовые герметики более эластичны, удлиняются до 300%, служат 15–20 лет.
Акриловые герметики — бюджетный вариант, служат 5–8 лет, применяют на внутренних конструкциях.
Полиэтиленовые жгуты укладывают в основание шва для закупорки, размер 8–20 мм.

Герметизация деформационных швов

Герметизация швов начинается с очистки от грязи и пыли. Щель прочищают компрессором, затем промывают и высушивают. Влажная поверхность препятствует адгезии герметика, ремонт герметика в шве начинается с полного удаления старого материала.

Ширина шва влияет на выбор герметика. Для узких швов шириной менее 5 мм используют герметики в картриджах, для широких — в вёдрах. Глубина герметика в шве должна быть примерно равна его ширине, но не менее 8–10 мм. При глубине герметика менее половины ширины шва наблюдается его излишнее растяжение и разрыв.

Перед нанесением герметика укладывают подвижный наполнитель — полиэтиленовый жгут диаметром 10–15 мм. Жгут предотвращает попадание герметика в глубь шва, гарантирует его нужную толщину. Герметик наносят в два слоя — грунтовочный и финишный с интервалом 12–24 часа.

Герметизация деформационных швов включает:

Очистку щели от грязи и пыли, высушивание поверхности для обеспечения адгезии герметика.
Укладку подвижного наполнителя — полиэтиленового жгута для контроля глубины герметика.
Нанесение грунтовочного слоя для повышения адгезии, высушивание 12–24 часа.
Нанесение финишного слоя герметика, формирование выпуклого профиля шва.

Заделка швов между дорожными плитами

На дорогах из железобетонных плит швы между плитами шириной 3–5 см. Заделку выполняют в два этапа — сначала укладывают битумный вяжущий, затем горячий асфальт. Вяжущий обеспечивает герметичность, асфальт создаёт ровную поверхность в уровень с плитами.

При укладке новых плит швы заделывают в течение 1–3 дней до открытия движения. Старые швы периодически переделывают, так как асфальт выветривается и становится ломким. Переделка швов проводится через 3–5 лет в зависимости от интенсивности движения.

Материал для заделки швов на дорогах — битумная мастика с добавлением полимеров для повышения эластичности. Мастика укладывается горячей температуре 150–170 градусов, охлаждается и затвердевает в течение 2–4 часов. Холодная заделка с применением герметиков служит меньше — 2–3 года.

Ремонт дорожных швов требуется при появлении трещин, выкрошивании герметика, попадании воды в стык. Трещины в герметике заполняют дополнительно герметиком или мастикой. При полном разрушении герметика шов переделывают полностью.

Вопросы и ответы

Чем отличается температурный шов от усадочного?

Температурный шов компенсирует только тепловые расширения от перепадов температуры. Усадочный учитывает уменьшение объёма бетона при высыхании. На практике используют комбинированные температурно-усадочные швы, которые выполняют обе функции одновременно.

На каком расстоянии располагают деформационные швы?

Расстояние зависит от климата и типа конструкции. На открытых дорогах в нормальном климате швы располагают каждые 30–40 метров, в жарком — каждые 15–25 метров. На фасадах зданий — 25–40 метров по длине, по высоте через 3–4 этажа.

Какая ширина деформационного шва считается оптимальной?

Ширина рассчитывается индивидуально с учётом температурного диапазона, длины конструкции и коэффициента расширения материала. Для типичного участка длиной 50 метров с разницей температур 60 градусов оптимальная ширина составляет 15–20 мм для бетона.

Чем герметизировать шов в бетонной конструкции?

Применяют полиуретановые герметики, способные удлиняться на 100–200% без разрыва. Для долговечности выбирают герметики со сроком службы 10–15 лет. Перед нанесением герметика укладывают подвижный наполнитель — полиэтиленовый жгут для контроля глубины.

Как заделать шов между дорожными плитами?

Шов заделывают в два этапа — сначала укладывают битумное вяжущее, затем горячий асфальт. Вяжущее обеспечивает герметичность, асфальт создаёт ровную поверхность. Переделка требуется через 3–5 лет при выветривании асфальта.