Rain Intrusion Through Horizontal Joints in Façade Panel Systems - Experimental Investigation

Abstract

Plane plater er vanlig å bruke som fasadekledning på store bygninger i Norden. Fasadeplatene anbefales å monteres med horisontale og vertikale fuger for å tillate temperatur- og fuktbevegelser. De vertikale fugene antas å være tilstrekkelig tette grunnet bruk av tetteremse sammen med vertikal lekt. De horisontale fugene mangler denne understøttingen. Mye regnvann kan trenge inn bak fasadeplatene gjennom de horisontale fugene på grunn av denne utførelsen. SINTEF anbefaler bruk av fugeprofiler, men dette blir ofte ikke benyttet av estetiske årsaker. Få tidligere studier er gjennomført for vanninntrenging gjennom horisontale fuger for plane fasadeplater. Studiene har testet ulike fasadeplater, fugebredder, fugeprofiler, fugegeometrier, lufttrykk, påført vannmengde, fugedybde og tykkelse på luftespalten. Resultatene fra studiene varierer, men konkluderer at det er mye vanninntrenging gjennom de horisontale fugene.

Hensikten med masteroppgaven er å teste vanninntrengingen gjennom horisontale fuger i fasadekledning av plane plater. Ulike løsninger ble testet som mulige barrierer mot vanninntrenging gjennom fugen, deriblant ulike fugeprofiler og -geometrier. Hovedmålet er å finne løsninger for åpne horisontale fuger som reduserer vanninntrengingen til et minimum. Fem fasadeplater med ulike overflatekarakteristikker ble testet i slagregnskapet til SINTEF og NTNU i henhold til NS-EN 1027:2016, men uten trykkforskjeller. Ulike kombinasjoner av fugebredder (3, 5 og 8 mm), fugeprofiler (T1-profil, T2-profil, h-profil, U-lekt og tetteremse) og skråskjæringer (15°, 30° og 45°) ble testet. Totalt ble 72 unike forsøk gjennomført.

Laboratorieforsøkene viser at det er stor vanninntrenging gjennom åpne horisontale fuger. Vanninntrengingen til vindsperren og baksiden av platene, med 5 mm og 8 mm fugebredde, er henholdsvis 0,5-1,7% og 18,6-20,2% av totalt påført vannmengde, 6000 mL/min. Plater som har en overflatekarakteristikk som sikrer en jevnt fordelt vannavrenning (vannfilm) får generelt mindre vanninntrenging gjennom fugene enn plater som opplever ujevn vannavrenning (konsentrerte vannstrømmer). En fugebredde på 3 mm ved åpne horisontale fuger førte til minst vanninntrenging til både vindsperre og bakside av platene. Usikkerhet knyttet til om 3 mm kan brukes på grunn av temperatur- og fuktbevegelser i platene, gjør at den løsningen ikke kan anbefales uten videre. En fugebredde på 5 mm ved åpne horisontale fuger førte til mest vanninntrenging sammenlignet med de andre fugebreddene. Bruk av profiler fører i de fleste tilfeller til redusert vanninntrenging, hvorav h-profil er den eneste løsningen som gir en vanntett fuge. T-formede fugeprofiler gir en reduksjon i vanninntrenging, men ytelsen er svært avhengig av monteringen og plasseringen i fugen. T2-profilet er mer vanntett enn T1-profilet på grunn av utforming av profilutstikkene. T2-profilets utstikk har en helning mens T1-profilets utstikk peker rett frem. U-lekter, ventilerte horisontale lekter i fugen, som barriere anbefales ikke grunnet stor risiko for vannsprut til vindsperre. Tetteremse som barriere førte til mer vanninntrenging, enn uten. Skråskjærte fuger er en god løsning. Forsøkene indikerer en positiv korrelasjon mellom vinkel på skråskjæring og vanntetthet. Videre vil en topp og bunn skråskjært fug være mer vanntett enn en fug med kun skråskjært topp.

Studien indikerer at få løsninger er vanntette. Enkelte løsninger kan lede mer vann inn bak kledningen enn hvis ingen form for barriere hadde vært benyttet. I tillegg er det ikke tilstrekkelig å kun ha en åpen fug med ingen form for barriere, da dette kan føre til stor vanninntrenging til både vindsperren og baksiden av fasadeplatene. Derav er det viktig å benytte testede fugeløsninger som barriere i plane plater med horisontal fug.

Façade panels are commonly used as cladding on larger buildings in Nordic countries. It is recommended to mount the façade panels with horizontal and vertical joints to allow for temperature and moisture movements. The vertical joints are assumed to be sufficiently watertight due to the use of gaskets combined with vertical battens. The horizontal joints are more prone to substantial water intrusion since they are usually kept open. SINTEF therefore recommends the use of joint profiles but due to esthetic reasons they are often not used. Few studies on water intrusion through horizontal joints in façade panel systems exist. However, the handful have previously investigated the following parameters: Different façade panels, joint widths, joint profiles, joint designs, air pressure, joint depth, and air cavity depth. The results of the studies vary greatly and the results are often inconsistent. All studies have, however, measured a substantial amount of water intrusion through horizontal joints.

The purpose of the master's thesis is to investigate the water intrusion through horizontal joints in façade panel systems. The main goal is to find joint solutions for horizontal joints that reduce water intrusion. Five façade panels with different surface characteristics were tested in SINTEF and NTNU's driving rain apparatus in accordance with NS-EN 1027:2016 without applied pressure. Different combinations of joint widths (3, 5 and 8 mm), joint profiles (T1-profile, T2-profile, h-profile, U-batten and gasket) and bevelled joints (15°, 30° and 45°were tested. A total of 72 unique experiments were conducted.

The laboratory tests show a substantial amount of water intrusion through horizontal joints. Water intrusion to the wind barrier and the interior side of the panels, with 5 mm and 8 mm joint widths, constitute 0.5-1.7% and 18.6-20.2%, respectively, of the total amount of applied water, 6000 mL/min. Panels with a surface characteristic that ensures an evenly distributed water runoff generally experience less water intrusion than panels with an uneven water runoff. A joint width of 3 mm in an open joint led to the least amount of water intrusion to both the wind barrier and the interior side of the panels. Uncertainty related to whether a 3 mm joint width can be used due to temperature and moisture movements in the panels, implies that the solution cannot, however, be recommended without further ado. A joint width of 5 mm in an open joint led to the most water intrusion compared to the other joint widths. The protected joints had discrepancy in water intrusion. The use of joint profiles usually leads to reduced water intrusion, of which the h-profile is the only solution that is completely watertight. The T-shaped profiles provide a reduction in water intrusion, but the performance is highly dependent on the mounting and placement in the joint. The T2-profile is more watertight than the T1-profile due to the design of the profile protruding parts. The T1-profile's protruding part points straightforward, while the T2-profile's protruding part is downward sloping. U-battens, ventilated horizontal battens in the joints, are not recommended due to the high risk of splashing to the wind barrier. A protected joint with a gasket led to more water intrusion than without. Bevelled joints are a good solution. The experiments indicate a positive correlation between the angle of inclination and watertightness. Furthermore, a top-and-bottom-bevelled joint will be more watertight than a top-bevelled joint.

The study indicates that few joint solutions are watertight, whereas some protective measures leads in more water than an open joint. In addition, it is not sufficient to only have an open joint, as this can lead to large water intrusions to both the wind barrier and the interior side of the panels, while not protecting the wind barrier against UV radiation. The efficiency of joint solutions should be evaluated through testing, before implementing them in façades.