Строительные материалы и технологии
Выпуск от 02.12.2004

Теплоизоляционные материалы
(часть II)

Стеклянная вата и изделия на ее основе

Стеклянная вата - это материал, представляющий собой минеральное волокно, которое по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой. Для получения стеклянного волокна используют то же сырье, что и для производства обычного стекла или отходы стекольной промышленности.

По свойствам стекловата несколько отличается от минеральной. Отличия обусловлены, в частности, тем, что волокна стеклянной ваты имеют большую толщину (16-20 мкм) и в 2...3 раза большую длину. Благодаря этому изделия из стеклянной ваты обладают повышенной упругостью и прочностью. Стеклянная вата практически не содержит неволокнистых включений и обладает высокой вибростойкостью.

Теплопроводность находится в пределах 0,030...0,052 Вт/м·К. Температуростойкость стеклянной ваты обычного состава - 450°С, что существенно ниже, чем у минеральной ваты.

Теплоизоляционные материалы из стекловолокна - хорошие звукоизоляторы, так как имеют волокнистую структуру и хорошо поглощают звук. Обладают высокой химической стойкостью, не содержат коррозионных агентов, негигроскопичны. Благодаря противогнилостной обработке и отсутствию запаха предотвращается появление вредителей и плесени в строительных конструкциях.
Этот негорючий материал не выделяет токсичные и вредные вещества под воздействием огня.

Стекловатные изделия широко применяются для тепловой изоляции строительных конструкций. Стекловолокно - настолько мягкий и эластичный материал, что изделиями из него можно облицовывать неровные поверхности, а также применять в конструкциях любой формы и конфигурации. При этом теплоизоляционные изделия из стекловаты отличаются стабильностью формы, выдерживают старение, не подвергаясь деформации.

Области применения практически такие же, как для изделий из минеральной ваты.

Номенклатура теплоизоляционных изделий с использованием стеклянной ваты включает в себя: маты (мягкие плиты), прошивные маты, полужесткие плиты на синтетической связке, плиты с высокой жесткостью, позволяющей выдерживать значительные нагрузки. Жесткие плиты, облицованные стекловойлоком, являются хорошей ветрозащитой. По длинным сторонам плит возможно соединение в шпунт и гребень, что обеспечивает надежное крепление и отсутствие зазоров.

Мягкие стекловолокнистые материалы, как правило, прессуются в рулоны. Благодаря высокой упругости, они выпрямляются и восстанавливают первоначальный объем практически сразу после вскрытия упаковки.

Газонаполненные пластмассы - пенопласты

Общие сведения и классификация
Газонаполненными (ячеистыми) пластмассами или пенопластами принято называть органические высокопористые материалы, получаемые из синтетических смол.

В зависимости от прочности и модуля упругости газонаполненные пластмассы подразделяются на жесткие, полужесткие и эластичные.

По виду полимера пенопласты подразделяют на термопластичные и термореактивные. В основе первых лежат полимеры с линейной структурой (полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен и др.). В основе вторых - полимеры с пространственной структурой (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, полиуретановые и др.).

Специфические особенности газонаполненных пластмасс определяют техническую направленность и экономическую эффективность их применения в качестве строительной теплоизоляции. Благодаря низкой средней плотности, высоким тепло- и звукоизоляционным свойствам, повышенной удельной прочности, а также ряду ценных технологических и эксплуатационных свойств пенопласты не имеют аналогов среди традиционных строительных материалов.

Однако большинству газонаполненных пластмасс свойственны определенные недостатки, существенно ограничивающие возможность их применения: пониженные огнестойкость, теплостойкость и температуростойкость. Кроме того, процессы деструкции ("старения") этих материалов, и их биостойкость в процессе длительной эксплуатации до конца не изучены.

Одним из важнейших критериев качества пенопластов является соотношение числа открытых и закрытых пор в их структуре. Физико-механические свойства улучшаются с увеличением содержания закрытых ячеек.

Преимущественно замкнутую ячеистую структуру имеют полистирольные и поливинилхлоридовые пенопласты, а также жесткие пенополиуретаны. Это предопределяет распространённость перечисленных пенопластов в качестве теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях.

Пенополистирол

Пенополистирол уже более 40 лет неизменно занимает прочное место в мире как теплоизоляционный материал для современного строительства. В Европе, Америке и Азии пенополистирол называют стиропором, по названию исходного материала, применяющегося для его производства.

Пенополистирол получают из стиропора путём вспучивания при нагревании под действием газообразователя. В результате образуются гранулы размером 5-15 мм. Иногда их используют в теплоизоляционных засыпках или в качестве лёгкого заполнителя в производстве теплоизоляционных штучных материалов с применением различных связующих. Большей же частью гранулы пенополистирола перерабатываются в изделия (плиты, блоки, скорлупы и др.) без применения каких-либо вяжущих.

По технологии производства изделия из пенополистирола делят на два класса, существенно отличающиеся своими свойствами.
Изделия первого класса формируют путём спекания гранул друг с другом при повышенных температурах. В качестве строительной теплоизоляции наиболее распространены плитыпенополистирольные(ППС) по ГОСТ 15588-86.

Изделия второго класса получают путем смешивания гранул полистирола при повышенных температурах с последующим введением вспенивающего агента и выдавливанием из экструдера. Эти изделия также широко применяются в строительстве и хорошо известны под названием экструдированный пенополистирол (ЭПС).

Плиты пенополистирольные (ППС)

Следует отметить, что на характеристики пенополистирола чрезвычайно сильно влияет технология его производства . Изделия с низким водопоглощением, высокими теплоизоляционными свойствами и с высокой плотностью поверхностного слоя можно получить только на самом современном технологическом оборудовании.

Качественные пенополистирольные плиты характеризуется низкой теплопроводностью (0,027-0,040 Вт/м К) и плотностью (15 - 40 кг/м3). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Так прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65-250 КПа. Пенополистирол отличается чрезвычайно малой гигроскопичностью (0,05...0,2%). Водопоглощение (не более 1,5% по объёму при погружении в воду на 7 дней) настолько мало, что позволяет пренебречь влиянием на теплопроводность. Диффузия водяного пара в пенополистироле практически отсутствует.

До недавнего времени широкое применение пенополистирола в строительстве ограничивалось его горючестью. Но на сегодняшний день в строительстве применяются трудновоспламеняемые и самозатухающие марки пенополистирола, которые в России имеют обозначение ППСБ-С. Такие пенополистиролы содержат специальные добавки антипирены, подавляющие самостоятельное горение, которое, в этом случае, наблюдается только в прямом контакте с открытым пламенем. При прекращении контакта с открытым пламенем, прекращается и горение пенополистирола. Капли, образующиеся от расплава, не могут служить источником дальнейшего распространения огня.

По поводу температурной стойкости пенополистирола необходимо сказать следующее: при температуре более 100°С материал начинает медленно размягчаться и усаживаться. Но в строительных конструкциях такие температуры практически не встречаются. В то же время производство вспенивающего полистирола не стоит на месте - уже появляются марки, предназначенные для рабочих температур в 110°С.

Пенополистирол не может долго противостоять воздействию ультрафиолетовых лучей. В результате длительного (около двух месяцев) солнечного облучения поверхность плит коричневеет и постепенно превращается в пыль. Перед отделкой пенополистирол должен быть тщательно очищен от этой пыли.

• В качестве утеплителя пенополистирольные плиты применяются:
• в системах наружного утепления "мокрого" типа;
  
• в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;
  
• в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели,
• трехслойные "сэндвич-панели" с металлическими обшивками);
  
• в качестве несъёмной опалубки;
  
• в качестве основания под рулонные или мастичные кровли под стяжку толщиной, определяемой требованиями пожарной безопасности;
  
• для теплоизоляции подвалов и перекрытий.

Экструдированный пенополистирол (ЭПС)

Процесс экструдирования позволяет получить плиты с равномерной структурой, состоящей из мелких, практически полностью закрытых ячеек (пор). Благодаря своей структуре экструдированный пенополистирол обладает целым рядом замечательных свойств, отличающих его от большинства других изоляционных материалов.

Теплопроводность материала чрезвычайно низка (менее 0,03 Вт/м·К). Водопоглощение составляет менее 0,2 % в объёме. Низкое водопоглощение обеспечивает пренебрежимо малое изменение теплопроводности во влажных условиях, которое составляет не более 0,001-0,002 Вт/(м К). Это позволяет с успехом применять экструдированный пенополистирол без дополнительной гидроизоляции. Коэффициентпаропроницаемости также пренебрежимо мал (в зависимости от плотности материала - менее 0,02 мг/(м.ч.Па)).

Прочностные характеристики, напротив, очень высоки и зависят от толщины и плотности плит. Прочностьна сжатие при 10% линейной деформации (по ГОСТ 17177-94), например, в зависимости от плотности лежит в пределах 0,25...0,5 МПа.

Экструдированный пенополистирол химически стоек по отношению к большинству используемых в строительстве материалов (за исключением органических растворителей, безводных кислот и бензина). При выборе клеевых составов следует руководствоваться указаниями изготовителя относительно их пригодности для склеивания пенополистирола. Может приклеиваться горячим битумом.

Экструдированный пенополистирол морозостоек и хорошо сохраняет свои теплоизоляционные свойства. Изменение термического сопротивления после 1000 циклов замораживания-оттаивания не превышает 5%.

Благодаря добавлению антипиренов современные экструдированные пенополистиролы соответствуют пожарно-техническим характеристикам Г1 (по ГОСТ 30244-94 слабогорючий) и РП1 (по ГОСТ 51032 - 97 не распространения пламени по поверхности).
Высокие теплотехнические и прочностные характеристики экструдированного пенополистирола позволяют использовать его при решении следующих основных задач:

• изоляция "мостиков холода";
  
• изоляция фундамента, стен подвалов и подземных сооружений (см. раздел Подземные части зданий);
  
• внутренняя теплоизоляция стен (колодцевая кладка - см. раздел Теплоизоляционные материалы для стен);
  
• теплоизоляция фасадов зданий "мокрого" типа с последующим нанесением на теплоизоляционные плиты штукатурки или других
• облицовочных материалов (см. раздел Теплоизоляционные материалы для стен);
  теплоизоляция зданий изнутри, с последующей отделкой сухой штукатуркой, гипсокартоном, деревянными панелями, и др. (см. раздел Теплоизоляционные материалы для стен);
  
• изготовление "сэндвич-панелей" (см. раздел Наружные стены и фасады);
  
• теплоизоляция полов (см. раздел Полы, Конструктивные типы и схемы зданий);
  
• устройство теплоизоляции скатных крыш (см. раздел Материалы для теплоизоляции крыш);
  
• устройство эксплуатируемых крыш (см. раздел Эксплуатируемые крыши).

Полистиролбетон
Пенополистиролбетон (по ГОСТ Р 51263-99) - это композиционный материал. Он представляет собой разновидность лёгкого бетона, наполнителем которого являются вспененные гранулы полистирола, а связующим средством - портланд-цемент.

По своему функциональному назначению пенополистиролбетон близок к ячеистым бетонам. Однако, его отличает чрезвычайно низкое водопоглощение (менее 4% в объёме), что обусловливает стабильность теплоизоляционных свойств.

оэффициент теплопроводности зависит от плотности материала и для теплоизоляционных панелей (плотностью 150 кг/м³) составляет 0,055 Вт/м·К.

До недавнего времени широкое применение пенополистробетона ограничивалось отнесением его к группе горючести Г1 (слабогорючий материал). Однако появление негорючих (НГ) разновидностей пенополистиролбетона (например, симпролит-пенополистиролбетона) сняло многие ограничения.

В зависимости от назначения изделия из пенополистиролбетона могут иметь плотность в интервале 150...600 кг/м³. Плотность определяет все другие физико-механические свойства. Так, например, прочность на сжатие лежит, соответственно, в интервале 0,35...2,1 МПа, а паропроницаемость - в интервале 0,135...0,068 мг/(м·ч·Па).

Изделия из пенополистиролбетона применяют в качестве теплоизоляционного материала в стенах, перегородках и покрытиях зданий различного назначения. Их используют также для возведения самонесущих стен и перегородок, заполнения каркасов при каркасно-монолитном домостроении.

Пенополиуретан (ППУ)
Пенополиуретан представляет собой теплоизоляционный пенопласт, получаемый из полиэфирной смолы и специальных добавок.
Пенополиуретан бывает жёсткий и мягкий (поролон). Жёсткий выпускают в виде плит и блоков, а мягкий - в виде полотнищ и лент. Средняя плотность и теплопроводность поролона - соответственно 30-70 кг/м³ и 0,03-0,04 Вт/м·К. Жёсткие плиты имеют среднюю плотность - 60-200 кг/м³ и теплопроводность - 0,035-0,06 Вт/м·К.

Низкая теплопроводность пенополиуретана обусловлен тем, что он представляет собой однородную ячеистую пластмассу, в ячейках которой находится воздух. Пенополиуретан не впитывает влагу, не гниёт и не плесневеет.
Пенополиуретан обладает незначительным водопоглощением и гигроскопичностью, его можно использовать при достаточно высоких температурах.

Пенополиуретан применяется в конструкциях стеновых и кровельных панелей типа "сэндвич" (см. подробнее раздел Наружные стены и фасады).
Различные пенополиуретановые композиции также используют в изоляционных работах непосредственно на месте производства работ. Теплоизоляционные пенополиуретановые композиции могут наноситься методом набрызга, что позволяет получить сплошную бесшовную изоляцию.

Пенополиуретановые композиции могут заливаться также в зазоры между конструктивными элементами или, в пространство между изолируемой поверхностью и лёгкой металлической передвижной опалубкой. Чтобы твердеющий пенополиуретан не сцеплялся с опалубкой, её внутреннюю поверхность покрывают синтетической плёнкой.

Всё большее применение в современном строительстве находят теплоизолирующие герметики. Среди них достойное место занимают так называемые монтажные пены.

Однокомпонентные монтажные пены (такие как МАКРОФЛЕКС, BOSTIK и другие) являются ячеистой полиуретановой пластмассой. Предварительно затаренные в баллоны композиции дают на выходе из ёмкости синтетическую пену, отличающуюся хорошей адгезией к дереву, металлу, кирпичу, бетону и т.д. Монтажные пены хорошо заполняют стыки в строительных конструкциях. Поверхности не требуют предварительной обработки, затвердение композиций происходит под воздействием химической реакции с окружающим воздухом или с содержащими влагу обрабатываемыми поверхностями.

Вспученные минеральные и пробковые теплоизоляционные материалы

К вспученным минеральным ТИМ относятся вспученный вермикулит, вспученный перлит, шунгизит, вспененное (ячеистое) стекло, газобетон и газосиликат. В данном разделе остановимся на трёх последних из перечисленных материалов как в наибольшей степени отвечающих практике современного строительства .

Изделия из вспененного (ячеистого) стекла

Вспененное (ячеистое) стекло представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал, получаемый спеканием стеклянного порошка с одновременным вспучиванием его под действием газообразователя.

Пористость обычно применяющегося пеностекла составляет 80-95%. Размеры пор - от 0,1 до 2-3 мм.

Вспененное стекло характеризуется наиболее высокой прочностью по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Его прочность на сжатие - 0,5...1,5 МПа. Теплопроводность лежит в диапазоне 0,09...0,10 Вт/м·К.

Ячеистое стекло обладает малым водопоглощением, очень низкой гигроскопичностью. Благодаря замкнуто-пористой структуре выдерживают до 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Предельная температура применения современного качественного пеностекла 800...1000°С. Является негорючим материалом.

Основное применение ячеистого стекла тепловая изоляция ограждающих конструкций и, особенно, устройство эксплуатируемых кровель (см. раздел Эксплуатируемые крыши).

Газобетон и газосиликат
Газобетон и газосиликат представляют собой ячеистые теплоизоляционные бетоны, плотностью менее 900 кг/м³, получаемые из портландцемента (газобетон) или из смеси извести с молотым кварцевым песком (газосиликат) путём вспучивания предварительно приготовленного шлама (теста) с помощью газообразователей и отвердевания в различных условиях (автоклавная обработка или пропаривание). По способу твердения газобетон бывает автоклавный и неавтоклавный, газосиликат - только автоклавный материал.

Водопоглощение теплоизоляционного газобетона - до 20%, а газосиликата - до 25-30%, поэтому изделия из газосиликата не применяют при относительной влажности окружающей среды более 60%. Предельная температура применения обеих разновидностей бетона - 400°С(специальных видов газобетона до 700°С).

Газобетонные и газосиликатные теплоизоляционные изделия в строительстве применяют для утепления стен и бесчердачных кровель промышленных и жилых зданий.

Пробковые теплоизоляционные материалы
Пробковые теплоизоляционные плиты готовят на основе коры пробкового дуба, поэтому это - натуральные природные материалы.
Материалы из пробки - лёгкие материалы, прочные на сжатие и изгиб, не поддающиея усадке и гниению. Пробка легко режется, что гарантирует чистую и быструю работу. Пробка химически инертна и долговечна (до 50 лет и более), причём ее физические свойства практически не меняются со временем.

Пробка не проводит электрический ток и не накапливает статическое электричество. Материалы из пробки не горят, а только тлеют (при наличии источника открытого огня), После обработки огнестойкими составами они принадлежат к классу горючести В1. При тлении пробка не выделяет ни фенолов, ни формальдегидов.

В качестве тепловой изоляции в основном применяются плиты толщиной 25...50 мм. Средняя плотность 150-200 кг/м³, теплопроводность 0,04-0,05 Вт/м·К, температура применения не выше 120°С.

Прессованная пробка в рулонах применяется как тепло- и звукоизолирующая прокладка.