Begrijpen Thermische kraken in de Vrijmetselarij

Elke vaste materiaal verandert dimensie wanneer de temperatuur verandert. Metselaars units zijn geen uitzondering. Klei baksteen vertoont meestal een coëfficiënt van thermische expansie (CTE) tussen 4 en 6 × 10−6 in/in/°F (7

De fysieke spanningsophoping: wanneer een wand wordt verwarmd door directe zonnestraling, kan de buiten- en de binnenkant aanzienlijk warmer worden dan de binnenkant, waardoor het blootgestelde gezicht zich meer uitbreidt dan de back-up. Temperatuurverschillen van 50°F tot 70°F (28°C tot 39°C) tussen het buitenoppervlak en de binnenrug zijn gebruikelijk op zuid- en west gerichte gevels tijdens de zomermiddagen. Als beweging wordt beperkt door stijve verbindingen met staal of beton frames, door het snijden van muren, door onjuist formaat plankhoeken, of door metselwerk strak gelegd tegen kolommen . Onvermijdelijk barsten van de spanning van het materiaal. De treksterkte van metselwerk is laag, meestal slechts 50 tot 100 psi (0,0 tot 0,7 MPa), ver onder de druksterkte. Zodra de trekspanning deze drempel overschrijdt, is kraken onvermijdelijk.

Deze scheuren verschijnen vaak als fijne verticale scheuren op regelmatige tijdstippen langs lange rechte muren, in de hoeken van openingen, of in de hoofdgewrichten boven ramen. Zonder de juiste beweging accommodatie, scheuren verwijden met de tijd, waardoor vocht penetratie die de duurzaamheid vermindert, versnelt de bevriezing-thaw verslechtering, en compromitteert isolatiewaarde. Water dat door zelfs haarlijn scheuren kan leiden tot eflowerence, corrosie van ingebedde banden, en vlekken die mars het gebouw uiterlijk. De financiële implicaties zijn aanzienlijk: het herstellen van thermische kraken in een typische commerciële gevel kan kosten $ 50 tot $ 150 per lineaire voet, en vroegtijdige vervanging van een hele wandsysteem loopt veel hoger.

Risicofactoren variëren door oriëntatie, klimaat en materiaalkeuze. Zuid- en westkant wanden in zonnige klimaten absorberen de meest stralende energie en kunnen oppervlaktetemperaturen 50°F (28°C) of meer boven omgeving ervaren. Donkergekleurde metselwerk absorbeert meer zonnestraling dan lichtgekleurde oppervlakken, toenemende thermische excursie. Slecht geïsoleerde muren die grote temperatuurgradiënten binnen-buiten mogelijk maken, hebben de neiging om te buigen en te barsten. Regionaal klimaat ook zaken: in droge klimaten met brede dagzwaaien, thermische beweging kan extreem zijn, terwijl in vochtige klimaten, vochtexpansie dominant kan zijn. Herkennende deze factoren helpen ontwerpers anticiperen waar bewegingsgewrichten het meest essentieel zijn en welke materialen het beste zullen presteren gedurende de levensduur van het gebouw.

Belangrijkste preventiestrategieën

Het voorkomen van thermische scheuren vereist een geïntegreerde strategie die de inherente beweging van materialen respecteert. De volgende vijf categorieën .verplaatsing voegen, materiaal selectie, structuur, milieu-controle, en bouwkwaliteit . vormen een compleet kader voor duurzaam metselwerk . Elke categorie versterkt de anderen; het verwaarlozen van een element kan een anderszins geluid ontwerp in gevaar brengen .

Ontwerp en installatie van bewegingsgewrichten

De meest directe methode om thermische scheuren te vermijden is om goed ontworpen bewegingsgewrichten die de muur uit te breiden en samen te trekken zonder fixatie. Voor klei baksteen metselwerk, verticale expansieverbindingen zijn de primaire hulpmiddel. Deze zachte gewrichten, gevuld met een compresseerbare backer staaf en verzegeld met een duurzame tardieve afdichting, zijn gelegen op regelmatige tijdstippen en op elk punt waar geometrie anders zou lock-up beweging. De afdichting moet in staat zijn om de volledige berekende beweging bereik ..in te passen 25% tot 50% van de gezamenlijke breedte ..en moet een lage ..zou moeten hebben om te voorkomen dat de overdracht van stress terug naar het metselwerk.

Volgens de Brick Industry Association zijn de volgende punten van toepassing: Technische opmerking 18A[, verticale uitzettingsverbindingen moeten op alle hoeken, offsets en wandkruispunten worden geplaatst; op maximale midden-tot-middenafstanden van 25 voet (7.6 m); en bij terugkeer waar de wandlengte groter is dan 15 voet (4.6 m). Dezelfde bron beveelt aan dat expansieverbindingen continu zijn door de volle dikte van de baksteen en de uitwerpselen vrij van mortel en naar behoren geschikt zijn voor berekende bewegingen. Een gemeenschappelijke gezamenlijke breedte voor laagbouwsteenfineer is 1⁄2 in. (13 mm), hoewel hogere gebouwen grotere verbindingen vereisen, soms tot 1 in. (25 mm) voor structuren over zes verhalen en het ontwerp moet rekening houden met zowel thermische beweging als onomkeerbare vochtuitbreiding. Voor gebouwen in gebieden met extreme temperatuurwisselingen, voert een locatiespecifieke bewegingsberekening uit in plaats van standaard-uitscheidingswaarden.

"Verticale uitzettingsverbindingen moeten zich op alle hoeken, offsets en wandkruispunten bevinden; op maximaal 25 voet (7,6 m) op het midden; en bij terugkeer in de muur waar de wandlengte zich uitstrekt over de hoek groter is dan 15 voet (4.6 m)." [ Brick Industry Association, Technical Note 18A

Horizontale bewegingsgewrichten zijn even belangrijk in de multi-verdieping constructie. Platte hoeken die baksteen ondersteunen op elke vloerlijn moet worden gedetailleerd met een zachte verbinding onder de hoek om verticale uitbreiding van het bakstenen werk onder. Het gewricht moet open en gevuld worden met afdichting; de baksteen mag niet stevig worden vastgeplakt onder de hoek. Een gat van 1⁄2 in. tot 3⁄4 in. (13 mm tot 19 mm) is standaard, met een compresseerbare vulstof zoals gesloten-cel polyethyleenschuim geïnstalleerd voordat de baksteen boven. Flexibele banden of ankers die verticale slip behouden integriteit, meestal met behulp van twee-delige verstelbare ankers met een sleuf of mouw die 1⁄2 in. (13 mm) van verticale beweging zonder binding.

In concrete masonry walls, the analogous feature is the control joint—a weakened plane designed to attract cracking to a predetermined, caulked location. The National Concrete Masonry Association’s TEK 10-2B recommends maximum control joint spacing of 20 ft (6.1 m) on center, or 1.5 times the wall height (whichever is less). Joints must be placed at openings, changes in wall height or thickness, and intersections. Horizontal joint reinforcement in the mortar bed can be interrupted at the joint to allow movement, and the joint is then sealed with backer rod and high-performance sealant. For long walls where drying shrinkage is expected to exceed 0.03%, consider intermediate control joints every 12 ft to 15 ft (3.7 m to 4.6 m) during the first year after construction, then seal or retrofit after most shrinkage has occurred.

Materiaalselectie optimaliseren

Het kiezen van materialen met goed aangepaste thermische en vochtbeweging eigenschappen minimaliseert interne spanningen voordat ze ooit ontwikkelen. Kleistenen met lage CTE en matige onomkeerbare vochtuitbreiding veroorzaken minder problemen dan zeer uitgestrekte eenheden. Geef stenen getest voor deze eigenschappen per ASTM C67 en C216, en vraag fabrikant gegevens over de specifieke CTE voor de baksteen in overweging. Bewaar bakstenen op het terrein droog en beschermd tegen regen om te voorkomen dat voor-plaatsing vochtabsorptie, die kan verergeren uitbreiding na installatie.

Het ontwerp van de mortelmix speelt een rol. Type N mortel .Met zijn goede balans van de werkbaarheid, binding sterkte en flexibiliteit . .is de voorkeur voor de meeste blootgestelde boven-grade bakstenen . Mortels met een hoog kalkgehalte geven een grotere uitbreidbaarheid , waardoor de assemblage om licht te bewegen zonder te kraken . Hoge cementmortels (Type S of M) zijn meer bros en versterken scheurvorming , vaak leiden tot samenhangende storingen binnen de mortel zelf . Gebruik goed gegradeerd zand met schone , hoekige deeltjes om pasta kenmerken te verbeteren en het drogen krimpen te verminderen . De verhouding van de mortel moet worden gehandhaafd tussen 2,25 en 3,0 delen zand tot 1 deel cementeel materiaal door volume voor optimale prestaties .

Voor betonmetselwerk, selecteer aggregaten met een lage CTE, zoals kalksteen of bepaalde lichtgewicht aggregaten zoals opgerekte leisteen of klei. Dit vermindert de totale wandbeweging, vooral in regio's met extreme temperatuurwisselingen. De grout en beton gebruikt in bindingsbalken moet overeenkomen met de thermische eigenschappen van de eenheid om differentiële beweging te voorkomen. Bovendien, Specificeer ASTM C90 blok voor consistentie in afmetingen en druksterkte, en vraag de fabrikant om de krimptestgegevens per ASTM C426 te verstrekken. Voor projecten waarbij bewegingsgevoelige bekleding wordt betrokken, overwegen gebruik te maken van autoclave spuitbeton (AAC) eenheden, die een CTE van ongeveer 4,5 × 10−6 in/in/°F en aanzienlijk lagere droogkrimp dan conventionele CMU's.

Kleur is een ondergewaardeerde variabele. Donkerrood, bruin of zwarte baksteen absorbeert veel meer zonnestraling dan buff of witte eenheden, wat leidt tot hogere oppervlaktetemperaturen en grotere expansie. Metingen tonen aan dat een donkergekleurde baksteen gevel kan bereiken 160°F (71°C) op een zomermiddag, terwijl een lichtgekleurde gevel op hetzelfde gebouw blijft onder 120°F (49°C) een verschil van 40°F (22°C) dat vertaalt naar ruwweg 0.02 in. (0,5 mm) minder expansie per 10 voet (3 m) van de muur. Waar donkere gevels worden gewenst, gebruik externe schaduw, geven geventileerde holten, of hoge-emissiviteit coatings om de verhoogde thermische belasting te compenseren. Zonne-reflectiviteitsindex (SRI) waarden kunnen leiden materiaalselectie; coatings met SRI 29 of hoger verminderen oppervlaktetemperatuur significant, en SRI waarden boven 50 zijn beschikbaar voor lichtgekleurde afwerkingen. Voor een uitgebreide lijst van goedgekeurde materialen, raadpleeg ] ASTM C216 standaard voor baksteen[F].

Structurele ontwerp- en detailpraktijken

Naast bewegingsgewrichten kan de algemene structuurconfiguratie thermische beweging tegenhouden of opvangen. Dun, hoge, ongeschoren muren zijn gevoeliger voor buigen onder differentiële temperatuur, die horizontale scheuren bij middenhoogte of vloerlijnen opent. Zorg voor adequate dikte-tot-hoogte verhoudingen per bouwcode en Portland Cement Association begeleiding over beton volume verandering. Bijvoorbeeld, het Architectural Institute van Amerika's TMS 402602 code specificeert minimale nominale wanddiktes van 6 in. voor lager muren en 4 in. voor niet dragende muren, maar dikkere secties kunnen nodig zijn voor hoge, slanke verhogingen.

Versteviging houdt beweging tegen en verhoogt de spanning, zodat het zorgvuldig moet worden gedetailleerd. Goed geplaatst verticale en horizontale versterking regelt barsten breedtes en houdt scheuren haarlijn ..doorgaans beperken crack breedtes tot minder dan 0,01 in. 0,25 mm) .Daardoor kan water in te dringen. Gezamenlijke versterking . ladder of spant type geplaatst in elke andere bed gewricht . Verdeelt stressen en moet continu door alle fasen van de bouw. Twee-delige verstelbare fineer banden kunnen differentiële beweging tussen baksteen . de en back-up muur, voorkomen frame beweging van het overzetten in het fineer . Ties moeten worden verdeeld op een maximum van 24 in. (610 mm) horizontaal en 16 in. (406 mm) verticaal, met een overlapping van ten minste 11⁄2 in. (38 mm) voor aanpassing.

Bij kritische snijpunten (metselwanden die betonnen kolom of stalen balk ontmoeten), een bond breaker installeren: bouwpapier, zelfaanhangend knipperen, of een gefabriceerd isolatiegewricht zoals een voorgevormde rubber of PVC strip. Dit slipvlak voorkomt dat verschillende materialen elkaar vergrendelen en overzetten van bevestiging. Lintels en schap hoeken moeten voldoende draaglengte . ten minste 4 in. (102 mm) voor standaard openingen . zodat hun uiteinden kunnen draaien zonder schade aangrenzende baksteen. Continuiteit van uitbreidingsverbindingen rond hoeken is niet-onderhandelbaar; een gewricht dat korte krachten kraken op de draai, vaak het produceren van een verticale stap barst op de hoek. In L-vormige gebouwen, zorgen voor een verbinding aan beide benen van de draai, verdeeld ten minste een gezamenlijke breedte uit elkaar.

Openingen voor ramen en deuren zijn veel voorkomende kraakinwijdingplaatsen omdat het wandpaneel boven en onder de opening anders beweegt dan de panelen aan de zijkanten. Plaats een verticale bewegingsgewricht aan één kant van elke grote opening, of frame de opening met een zachte verbinding aan het hoofd om differentiële beweging tussen panelen te plaatsen. De verbinding tussen een parapet wand en dakdek vereist ook een horizontale uitbreidingsgewricht, vaak gecombineerd met doorlopende wand knipperen, om differentiële beweging die het barsten van de parapeters veroorzaakt te ontlasten. Voor parapets hoger dan 3 ft (0,9 m), zorgen voor een extra verticale verbinding met intervallen van niet meer dan 20 ft (6.1 m) om te voorkomen dat buigen en scheiding van de dakstructuur.

Beheer van milieublootstelling

Het verminderen van temperatuur extremes dat een muur ervaringen is een proactieve, kosteneffectieve strategie. Overhangen, luifels, en het projecteren van kroonlijsten schaduw de gevel en lagere piek oppervlakte temperatuur op zonnige zijden. Een goed gesitueerde overhang uitschuiven 2 ft (0,6 m) kan de zonnewarmte winst op een zuid-gevel te verminderen met 30% tot 50% tijdens de zomermaanden. Landscaping met loofbomen schaduwen zuid-georiënteerde muren in de zomer, terwijl zonne-aanwinst in de winter mogelijk maken .maar voorkomen wortelschade in de buurt van stichtingen door bomen te planten ten minste 10 ft (3 m) van de muur.

Lichtgekleurde coatings of verf met hoge zonnereflectie kunnen de oppervlaktetemperatuur met 20°F (11°C) of meer verminderen in vergelijking met donkere metselwerk zonder coatings. Elastomere, ademende coatings geschikt voor metselwerk bieden ook waterdicht, voorkomen vocht uit de muur te komen terwijl restvocht te ontsnappen. Deze coatings moeten een doorlaatbaarheidsgraad van ten minste 5 permanenten om te voorkomen dat het water achter de film, die kan leiden tot peeling of blaarvorming. In de holte wandconstructie, laat de luchtholte geventileerd met wenen gaten aan de bodem en venten aan de bovenkant; het schoorsteen effect verdrijft warmte en vermindert thermische gradiënt over de buitenste dij. Huilgaten moeten worden verdeeld op een maximum van 24 in. (610 mm) op het midden en worden ten minste 3/16 in. (4.8 mm) in diameter om te voorkomen dat klonteren.

Door de primaire thermische isolatie aan de buitenkant van de structurele back-up houdt het metselwerk de hele dag dichter bij de buitenluchttemperatuur. Buitenisolatie en afwerkingssystemen (EIFS) of stijve isolatieborden achter baksteen fineer in holtewanden dienen beide deze functie, het metselwerk op een stabielere temperatuur te houden en de netto thermische beweging te verminderen. Met een stabiele temperatuur, wordt de dagelijkse expansiecyclus van het metselwerk geminimaliseerd, en het risico op lange termijn kraken vermindert. Voor retrofitprojecten, het toevoegen van externe isolatie of een geventileerd regenscherm kan de thermische stabiliteit van bestaande metselwerk drastisch verbeteren, vaak het verminderen van de oppervlaktetemperatuur variatie met 30°F (17°C) of meer. De aanpak van het regenscherm vermindert ook vochtophoping, die kan de schade aan de vries-thaw op thermische kraakplaatsen verergeren.

Koude klimaten brengen freeze-thaw uitdagingen. Wanneer vocht-verzadigde baksteen bevriest, ijsuitbreiding spalls het oppervlak en verwijdt thermische scheuren. Zorg voor goede drainage details: huil gaten aan de basis van elke holte, holte knipperen die zich ten minste 2 in. (51 mm) voorbij de muur gezicht, hellingen met een minimale helling 2%, en een continue water-bestendig barrière achter het metselwerk. Een verwarmd interieur dat voorkomt dat de muur te bereiken vriestemperatuur op de binnenkant van het gezicht ook vermindert thermische gradiënt, hoewel zorg moet worden genomen om condensatie binnen de wand assemblage te voorkomen. In ernstige klimaten, specificeer klei baksteen met een absorptiesnelheid van minder dan 8% en gebruik Type N of Type O mortier met lucht-entresse om de vries-thaw weerstand te verbeteren.

Kwaliteit van de bouw en vakmanschap

De meest zorgvuldig ontworpen verbinding mislukt als niet correct gebouwd. Train metselaars om te begrijpen waarom gewrichten worden geplaatst waar ze zijn en om ze vrij van mortel blokkades te houden. Plaats een voorgevormde, niet-afneembare backer staaf om de diepte te corrigeren .In principe een derde tot de helft van de gezamenlijke breedte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Vers metselwerk is kwetsbaar voor thermisch kraken tijdens het uitharden. Bij warm, droog weer kan mortel te snel water verliezen, waardoor krimpbarsten die thermische scheuren worden loci. Bedek de muur met natte boerop, gebruik mist mist mist met tussenpozen van 2 tot 4 uur, en direct zonlicht tijdens het heetste deel van de dag te voorkomen . Meestal tussen 10 en 16 uur in de zomer. Bij koud weer, warmtematerialen tot ten minste 40 °F (4°C), gebruik lage temperatuur bijmengsels zoals calciumchloride (beperkt tot 2% door gewicht cement), en erectie tijdelijke behuizingen met kachels om mortel boven bevriezing te houden en laat een goede genezing voor ten minste 72 uur. De International Masonry Institute [ biedt trainingsmiddelen en veldgidsen die deze normen versterken, waaronder gedetailleerde koud-weer en warm weer bouwprocedures.

Gefaseerde constructie kan het breekproces beperken. Voor lange kleistenen muren, laat metselwerk enkele dagen (of zelfs weken voor zeer lange verhogingen) voordat het aansluiten van de laatste bind- of plank hoeken. Dit maakt het mogelijk om de eerste vocht expansie en vroege thermische fietsen plaatsvinden voordat volledige fixatie wordt toegepast. In de praktijk, een 7- tot 14-daagse uithardingsperiode voordat het installeren van de plank hoeken boven kan verminderen scheuren met 30% tot 50% in vergelijking met continue constructie. Evenzo, invoeren tijdelijke beweging gewrichten in lange betonnen metselwerk muren totdat de meeste droogkrimp heeft plaatsgevonden meestal 60 tot 90 dagen na de bouw . vul ze later met backer staaf en sealant. Tijdens deze periode, controleren crack ontwikkeling met eenvoudige tell-tale meters om ervoor te zorgen dat de beweging plaatsvindt zoals verwacht.

Vrijmetselaars moeten controleren gewrichten en uitbreiding gewrichten aan het einde van elke werkdag, het verwijderen van mortel dat geperst in de kloof met behulp van een harken gereedschap of perslucht. Kwaliteitsborging checklists die controle van gezamenlijke locaties, breedtes en netheid helpen insluiten beste praktijken in de bouwcultuur. Include team vergaderingen voor de wand bouw begint te herzien van de beweging gezamenlijke plan, materiaal specificaties, en installatie sequentie. Document alle afwijkingen met foto's en corrigerende acties om te zorgen voor verantwoordingsplicht en continue verbetering in het hele project.

Inspectie, onderhoud en reparatie

Zelfs met alle preventieve maatregelen, periodieke inspectie blijft essentieel. Facility managers en huiseigenaren moeten bloot metselwerk na ernstig weer onderzoeken .In het bijzonder na een plotselinge temperatuurdaling na een zonnige periode .en ten minste een keer per jaar , bij voorkeur in het late voorjaar wanneer thermische schade uit de winter omstandigheden zichtbaar wordt . Kijk naar haarlijn verticale scheuren die volgen mortelverbindingen , barsten stralend uit raam of deur hoeken , en stap barsten op de muur kruispunten . Gebruik een barstbreedtemeter om openingen te meten; barsten breder dan 1/16 in . (1.6 mm) moeten snel worden verzegeld om te voorkomen dat water binnenkomt . Vroege sluiting met hoge kwaliteit urethaan of siliconenafdichting voorkomt water inbraak en stopt crack voortplanting .

Als scheuren verschijnen kort na sluiting binnen een tot twee jaar . . de verbinding, of het ontbreken van een , is niet geschikt voor beweging , en een structurele ingenieur moet worden geraadpleegd . In sommige gevallen , het aanpassen van extra beweging gewrichten door diamant-bladzaag snijden kan stress verlichten voordat ernstige verslechtering optreedt . De zaag cut moet worden gemaakt tot een diepte van ten minste een derde van de wanddikte , dan gevuld met backer staaf en afdichting . Installeer crack monitoren of verklikkers met een nauwkeurigheid van 0,01 in . 0,25 mm) om de lopende beweging te registreren , onderscheid tussen eenmalige schikking (die stabiliseert binnen maanden) en continue thermische fietsen (die herhaalt ondoorbroken). Gegevens verzameld over 12 tot 24 maanden kunnen leiden of extra verbindingen nodig zijn .

Voor grotere scheuren die zich door de wanddikte uitstrekken, gebruik een reparatiemortel met soortgelijke thermische uitzetting eigenschappen aan de oorspronkelijke metselwerk. Open de scheur in een V-groef ten minste 1⁄4 in. (6.4 mm) breed en 1⁄4 in. diep, vul vervolgens met flexibele afdichting in plaats van rigide patching materiaal .rigide reparaties bijna altijd opnieuw scheuren op de band lijn binnen een tot twee jaar. Volg de instructies van de fabrikant voor oppervlaktevoorbereiding en primer toepassing om te zorgen voor hechting, en laat de afdichter volledig genezen 24 tot 72 uur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Conclusie

Thermische kraken in metselwerk muren is niet een onvermijdelijk gevolg van temperatuurverandering; het is een teken dat beweging werd onderschat of beperkt in het ontwerp of de bouw van het gebouw. Door het combineren van strategisch geplaatste uitbreiding en controle gewrichten, goed aangepaste materialen, attente structurele detaillering, en klimaat-responsieve bouwpraktijken, ontwerp professionals en bouwers kunnen metselwerk gevels intact te houden voor tientallen jaren. De kosten van de uitvoering van deze strategieën is typisch 1% tot 3% van de totale bouwkosten van de muur, terwijl de kosten van reparatie of vervanging 10 tot 20 keer hoger kunnen zijn over de levensduur van het gebouw. Regelmatige inspectie en prompt onderhoud behouden de investering, zowel structurele prestaties als esthetische kwaliteit te beschermen. Het verbinden van deze bewezen strategieën is een van de meest betrouwbare paden naar duurzame, onderhoudsarme metselwerk constructie. Voor verder lezen, raadpleeg de ASTM C216 standaard voor gevelde baksteen en de Masonry Standaarden Joint Committee TMS 402/602 code. Deze middelen bieden extra technische diepte voor ontwerpers die willen elimineren thermische kraken volledig.