МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ: сравнительные характеристики Михаил Некрасов, компания ROCKWOOL Russia - ЗАО Минеральная Вата Круг задач, для решения которых используются

теплоизоляционные материалы, весьма широк. Это утепление фасадов, кровельных конструкций, полов и подвалов зданий, различных видов коммуникаций и трубопроводов. Такие факторы эксплуатации строительных и инженерных конструкций, как температурно-влажностный режим, наличие нагрузок, деформационных воздействий, агрессивных химических агентов предъявляют разные требования к теплоизоляционным материалам. В соответствии с этими требованиями и осуществляется выбор типа материала. По структуре твердой основы теплоизоляционные материалы можно четко разделить на ячеистые (по сути своей - твердые пены) и волокнистые (природным прототипом которых является дерево или хлопок). В современном строительстве используется широкий спектр теплоизоляционных материалов, как на ячеистой, так и на волокнистой основе. В ячеистых (вспененных) материалах могут использоваться как минеральные компоненты, так и органические полимеры. Здесь наибольшее распространение получили теплоизоляционные материалы на основе пенополистирола (вспененного или экструдированного), пенополиуретана и вспененных каучуков, пено-, газо- и ячеистых бетонов. В волокнистых материалах, как правило, используется твердая основа минерального происхождения. Это могут быть базальтовые горные породы, доменные шлаки или стекло. Рассмотрим важнейшие особенности и области применения наиболее распространенных и популярных теплоизоляционных материалов.

Наиболее действенным способом повышения энергоэффективности зданий и инженерных сооружений является применение современных конструктивных решений с использованием теплоизоляционных материалов. При относительно небольших материальных вложениях применение теплоизоляционной продукции позволяет существенно повысить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляцию жилых и производственных зданий. Кроме того, это позволяет сократить эксплуатационные расходы, то есть добиться весомой экономии топливных ресурсов. ВСПЕНЕННЫЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ Вспененный пенополистирол производится вспениванием полистирола (стиропора) и последующим спеканием вспененных частиц. Пенополистирол характеризуется низкой теплопроводностью (0,030Ц0,040 Вт/мС) и плотностью (15Ц40 кг/м3). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65Ц250 кПа. Пенополистирол не гигроскопичен, диффузия водяного пара сквозь него пренебрежимо мала. Водопоглощение при погружении в воду на 7 дней составляет 0,5Ц1,5% от объема. Сорбционная влажность пенополистирола составляет 3Ц6% по массе. Пенополистирол относится к горючим материалам, в связи с этим его использование имеет ряд ограничений, связанных с требованиями пожарной безопасности. Разрешается использовать пенополистирольные плиты на фасадах с обрамлением оконных и дверных проемов и межэтажных рассечек из минераловатных плит. Но даже при смешанном варианте использование пенополистирольных плит со Технологии строительства 2(24)/ Таблица 2.

Свойства и области применения теплоизоляционных материалов зо лои л Теп териа ма ио ляц нны й нт ти цие нос фи овод ь ф ост Коэ лопр отн еп Пл т о йко сть Ди апа зон п тем ера тур до Во ло пог ни ще е Об лас ти Огн ест м при ене ния ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------при 25 С, Вт/м Х К кг/м3 Г- горючий, С % по СГ - слабогорючий, объему НГ - негорючий, СЗ - самозатухающий ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Вспененный полистирол 0,030-0,040 15 - 40 Г1 до Г4 До 100 0,5 - 1,5 Теплоизоляция в системах наружного утепления мокрого типа;

также с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

в слоистой кладке, трехслойных бетонных или железобетонных панелях. Экструдированный полистирол 0,038 - 0,041 25-45 Г1 до Г4 До 75 0,1 - 0,5 Теплоизоляция стен, полов, перекрытий, крыш и подземных частей, производство сэндвичпанелей, теплоизоляции автомобильного и железнодорожного полотна. Трехслойные панели, трубопроводы различного назначения, техническая теплоизоляция. Инженерные коммуникации, трубопроводы холодного водоснабжения. Рулонные и мастичные крыши.

Пенополиуретан 0,030 - 0, 30 - Г1 до Г от - 200 до 100 До ~ Вспененный каучук 0,033 - 0, 65- Г1 до Г ~ Вспененное стекло (на примере Foamglas) Минеральная вата (на примере изделий ROCKWOOL Russia ЗАО Минеральная вата) --------------ФАСАД БАТТС --------------ЛАЙТ БАТТС 0.037-0. 105- НГ До ~ 0,038 0, 145 НГ НГ До 250 До 1,5 1, ------------------------------------------ ВЕНТИ БАТТС РУФ БАТТС КАВИТИ БАТТС 0,037 0,038 0, 90 160 НГ НГ НГ До 250 До 250 До 1,5 1,5 -------------- Внешняя сторона фасадов. Системы с толстой штукатуркой. Легкие стены, мансарды и кровельные конструкции, включая вертикальные и наклонные стены, междуэтажные перегородки и перекрытия. Внешняя сторона вентилируемых фасадных конструкций. Покрытия, в т.ч. для плоских кровель без цементной стяжки. Средний теплоизолирующий слой в трехслойных наружных стенах из мелкоштучных материалов. Однослойная теплоизоляция в бетонных и железобетонных сэндвич-панелях. Теплоизоляция трубопроводов, воздуховодов и другого технического оборудования.

БЕТОН ЭЛЕМЕНТ БАТТС ТЕХ МАТ 0,037 0, 90 НГ НГ До 250 До 1 -------------- Стекловата (на примере изделий URSA) 0,037- 0, 13- От Г1 до Г От Ц60 до От Тепло- и звукоизоляция скатных крыш, полов, мансард, чердаков, внутренних перегородок, каркасных панелей (плотность до 25 кг/ м3), наружных стен, межэтажных перекрытий, подвалов, оборудования.

1. Гранулы полистирола 2. Один из этапов технологического процесса Технологии строительства 2(24)/ 1. Монтаж пенополистирольных плит 2. Цех по производству пенополистирола 3. Экструдированный пенополистирол Styrofoam тм в системах утепления: а) полов;

б) стен;

в) крыш 3а специальными добавками антипиренами, подавляющими самостоятельное горение, имеет жесткие ограничения. В качестве утеплителя стен пенополистирол применяется: q в системах наружного утепления мокрого типа;

q в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

q в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные панели с металлическими обшивками). Вспененный пенополистирол представлен в России продукцией нескольких заводов группы КNАUF (Россия), а также заводов Мосстройпластмасс и Мосстрой-31.

дующим выдавливанием из экструдера и введением вспенивающего агента. В качестве вспенивающего агента ранее использовались различные фреоны, но в последнее время эти озоноразрушающие агенты уступают место безфреоновым системам на основе углекислого газа (СО2 ). Наряду с нулевой капиллярностью и пренебрежимо малым водопоглощением (менее 0,2 об.%), экструдированный пенополистирол, благодаря своей структуре, обладает необычайно высокой прочностью на сжатие, а также стабильными теплоизоляционными характеристиками (теплопроводность Ч 0,038 - 0,041 Вт/мХК при (255)С). Экструдированный пенополистирол обладает достаточно высокой химической стойкостью, однако некоторые органические растворители (ацетон, этилацетат, нефтяной толуол, уайт-спирит и т.д.), средства для защиты древесины, каменноугольная смола и ее производные (креозол и т.д.) могут привести к размягчению, усадке и даже растворению плит из этого материала. Особенностью пенополистирола является его чрезвычайно низкая паропроницаемость (в зависимости от плотности, в 40Ц70 раз ниже, чем у минерального волокна). Таким образом, этот материал фактически является барьером на пути движения пара наружу. Поскольку в жилых помещениях достаточно высокая влажность, то при применении пенополистирола встает вопрос о необходимости внутреннего кондиционирования помещения во избежание прогрессирующего отсыревания стен. Как уже говорилось, использование пенополистирола имеет ряд ограничений, связанных с требованиями пожарной безопасности. Разрешается использовать полистирольные плиты на фасадах с обрамлением оконных и дверных проемов и межэтажных рассечек из минеральноватных плит. Высокие теплотехнические ха 3б ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ Экструдированный пенополистирол получают путем смешивания гранул полистирола при повышенной температуре с после 3в Технологии строительства 2(24)/ рактеристики экструдированного пенополистирола позволяют использовать его для теплоизоляции подземных частей здания (фундаментные стены), стен подвалов и подземных сооружений;

в качестве наружной теплоизоляции без дополнительной гидроизоляции, теплоизоляции стен, перекрытий зданий, инверсионных и эксплуатируемых кровель (стоянки на крышах, сады на крышах, террасные крыши);

в качестве вибрационных, стабилизационных прокладок при строительстве автомобильных и железных дорог. Возможно также применение экструдированного пенополистирола при монолитном домостроении. В России наиболее известен экструдированный пенополистирол концернов Тhе Dow Chemical Co (США) Ч торговая марка Styrofoamтм и ВАSF АG (Германия) Ч торговая марка Styrodurтм. Сравнительно недавно в России появился экструдированный пенополистирол фирмы AUSTROTHERM XPS (Австрия). Существуют также российские производства, работающие как на импортных, так и на оригинальных отечественных технологиях и оборудовании. Наиболее известная среди них компания - КИНЭКС (г. Кириши, Ленинградская область), выпускающая продукцию под торговой маркой ПЕНОПЛЭКС.

ПЕНОПОЛИУРЕТАН Пенополиуретан - это неплавкая термореактивная пластмасса с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от объема утеплителя занимает твердая основа, образующая жесткий каркас. Такая кристаллическая структура придает вспененному полимеру значительную механическую прочность. Поры заполнены газом фторхлорметаном с низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90Ц95%. Существует два подхода к применению пенополиуретана. С одной стороны, в ряде случаев предпочтительнее панели из жесткого пенополиуретана, которые создаются на стационарных установках предприятием-изготовителем. Но часто наиболее удобны готовые к переработке жидкие смеси, поставляемые в виде двух- или многокомпонентных систем, из которых непосредственно на строительной площадке изготавливаются покрытия с широким спектром точно прогнозируемых свойств. Данная технология позволяет при помощи мобильной установки, пеногенера тора, смешивающего и дозирующего исходные компоненты, напылять материал на любые сложные поверхности и тем самым создавать теплоизоляционный контур, состоящий из нескольких слоев различной толщины. Пенополиуретановые системы, созданные по такой технологии, имеют широкий диапазон значений плотности. Материалы с плотностью от 30 до 200 кг/м3 имеют теплопроводность 0,030Ц0,040 Вт/м С, выдерживают температуры от -200 С до +100 С и высокие механические нагрузки. Поскольку само напыление происходит в жидком состоянии, получаемое покрытие обладает прекрасной адгезией к любым материалам Ч будь то металл, бетон, кирпич или стекло. В результате получается бесшовная и не требующая никакого крепежа теплоизоляция, способная нести нагрузку даже от последующей отделки. Срок службы пенополиуретановых покрытий составляет 25Ц30 лет. Однако покрытия нуждаются в защите от воздействия прямых солнечных лучей и атмосферной влаги. Для этого используют атмосферостойкие кремнийорганические эмали, перхлорвиниловую фасадную краску и т.д. Покрытие инертно к кислотным и щелочным средам, обладает высокой химической и биологической стойкостью, поэтому может использоваться в сложных условиях эксплуатации, например, в грунте.

Материал можно применять в качестве утеплителя при изготовлении трехслойных панелей, а также в качестве заливки для полостей предварительно возведенных конструкций, состоящих из несущего каркаса и облицовочного слоя (колодцевая кладка). Пенополиуретановые скорлупы с защитными покрытиями из фольгоизола или рубероида успешно используются для теплоизоляции трубопроводов. На российском рынке представлены пенополиуретаны Elastopor фирмы BASF Gruppe (Германия) и некоторых других зарубежных и отечественных производителей. Из новейших разработок в области вспененных полимерных теплоизоляционных материалов стоит назвать пенополиэтилен и вспененные каучуки, нашедшие применение в теплоизоляции труб холодного и горячего водоснабжения. Другой перспективный материал Ч пеноизол (теплоизоляционный карбамидный пенопласт). Этот материал характеризуется низкими значениями теплопроводности (менее 0,04 Вт/м К) и плотности (10Ц15 кг/м3), его отличает простота 4. Минераловатные теплоизоляционные плиты Rockwool обработки, пожаробезопасность и стойкость к большинству органических растворителей.

МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА Минеральная вата Ч это волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород с добавлением органического связующего компо 5. Использование плит Rockwool в системах наружного утепления фасадов 6. Техническая изоляция Rockwool Технологии строительства 2(24)/ 1, 2, 3. Варианты использования минераловатных теплоизоляционных изделий в строительной практике нента. Ценные свойства минеральной ваты - высокая химическая стойкость и негорючесть определяются химическим составом твердой основы. Более того, изделия из минеральной ваты эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты. Изделия из минеральной ваты могут быть также использованы в условиях очень высоких температур в том случае, если они не будут подвергаться деформациям, после того как разрушится связующий компонент.

Дело в том, что минеральные волокна способны выдерживать температуру выше 1000 С, в то время как органический связующий компонент начинает разрушаться уже при температуре 250 С. При более высоких температурах, даже после разрушения связующего волокна, минеральные волокна остаются неповрежденными и связанными между собой, сохраняя свою прочность и создавая защиту от огня. Теплопроводность разных типов минеральной ваты составляет 0,038Ц0,045 Вт/(м К) и во многом зависит от геометрии и ориентации волокон в пространстве. Наиболее эффективным теплоизолятором является минеральная вата с беспорядочно ориентированными волокнами. Например, термосопротивление минераловатной плиты толщиной 5 см сопоставимо с термосопротивлением кирпичной кладки толщиной 89 см или стенки из бруса толщиной 18 см. Ориентация волокон влияет не только на теплопроводность, но и на прочностные характеристики минераловатных изделий. Прочность на сжатие возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Волокнистая структура также обеспечивает другое важное свойство минеральной ваты Ч пренебрежимо малую усадку и, как следствие, сохранение геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации здания. Декларированный срок службы минераловатных материалов составляет не менее 50 лет. Как известно, увеличение влажности теплоизоляционного материала приводит к значительному ухудшению его теплоизоляционных свойств. Благодаря гидрофобизирующей пропитке минеральная вата обладает эффективными водоотталкивающими свойствами, характеризуясь исключительно низким водопоглощением (не более 1,5% по объему). Хорошая паропроницаемость материала позволяет избыточным водяным парам беспрепятственно проходить через конструкцию, не скапливаясь в толще утеплителя и не снижая его теплозащитных свойств. Минеральная вата исключительно долговечна, стойка к биодеградации и воздействию различных химических реагентов и растворителей, нетоксична, практически неаллергенна и сочетаема с любыми конструкцион ными материалами. Минераловатные теплоизоляционные изделия могут применяться в следующих многослойных теплоизоляционных системах: q в системах наружного утепления мокрого типа;

q в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах;

q в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

q в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (таких как слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные панели с металлическими обшивками). q для теплоизоляции труб. (Здесь находят широкое применение минераловатные цилиндры.) Технологии строительства 2(24)/ 4. Применение теплоизоляционных плит из стекловолокна в системах утепления плоских кровель: а) однослойная изоляция кровли;

б) двухслойная изоляция кровли 5. Использование плит из стекловолокна в системах утепления скатных кровель 4а 4б На российском рынке широкое распространение получили минераловатные изделия фирм ROCKWOOL, Izomat а.s., Paroc, Gullfiber.

СТЕКЛОВАТА Стекловата (стеклянное штапельное волокно) по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой, но при производстве стеклянного волокна используют отходы стекольной промышленности. Стекловолокно обладает высокой химической стойкостью, не содержит коррозионных агентов, негигроскопично. Однако из-за большой доли связующего компонента (например, в стекловате высокой плотности), такой материал относится к слабогорючим веществам. С течением времени наблюдается значительная усадка стекло ватных изделий. Также довольно велико водопоглощение этого материала, достигающее у некоторых производителей 20 - 30% по объему. Эти факторы приводят к прогрессирующему ухудшению теплоизолирующих свойств изделий из стекловаты уже через несколько лет службы. Теплоизоляционные изделия из стекловолокна применяются: q для изоляции перекрытий, легких стен и скатных крыш;

q в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

q для изоляции трубопроводов различного назначения. На российском рынке стекловатные теплоизоляционные материалы представляют компании Флайдерер-Чудово (Новгородская область), ISOVER - ИЗОВЕР (Финляндия) и др.

Технологии строительства 2(24)/    Книги, научные публикации