1 стр. из 1

Одним из самых доступных и действенных путей повышения энергоэффективности зданий любого назначения является применение специальных теплоизоляционных материалов. Они используются для утепления наружных стен, кровли, фундамента, перекрытий, а также инженерных коммуникаций.

Конкретный выбор конструктивных решений и используемых материалов зависит от архитектурных и объемо-планировочных особенностей здания и локальных климатических условий. Стоит учитывать, что за последние годы многие из теплоизоляционных решений и материалов, ранее популярных в силу дешевизны, потеряли свое значение. Связано это со вступлением в силу новых нормативов по теплозащите зданий (введенных в изм. 2к СНиП II-3-79* от 1995 г. и перешедших в ныне действующий СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»), устанавливающих более высокие требования.
В отечественной практике все более широкое применение находят высококачественные волокнистые теплоизоляционные материалы на основе каменной ваты и штапельного стекловолокна, произведенные по современным технологиям. Они используются для утепления внешних стен, перегородок, полов, перекрытий, скатной и плоской кровли, мансард и других конструкций.

Зачастую даже среди специалистов возникают разногласия о целесообразности применения этих материалов в тех или иных конструкциях. Связано это с тем, что, хотя теплоизолирующие свойства их довольно схожи, физико-технические свойства в целом существенно различаются. Именно они имеют решающее влияние на теплотехническую эффективность и надежность конструкций.

В основе — волокно

Свойства волокнистых теплоизоляционных материалов изменяются в достаточно широком диапазоне, поскольку зависят от состава исходного сырья и технологических процессов. Поэтому, говоря о свойствах изделий из каменной ваты или стекловолокна, мы будем иметь в виду только высококачественную продукцию, произведенную на современном оборудовании.

Каменная вата — это волокнистый материал, получаемый из неорганического сырья с последующим добавлением органического связующего компонента. Ведущие производители используют в качестве сырья горные породы базальтовой группы (габбро, диабаз), что позволяет получать каменную вату высокого качества с длительным сроком службы (не менее 50 лет).

Технология получения штапельного стекловолокна в целом повторяет методику, описанную для каменной ваты, но в качестве сырья здесь используют кварцевый песок или отходы стекольной промышленности.

Теплоизолирующие свойства каменной ваты и стекловолокна обусловлены их пористоволокнистой структурой, причем в качестве среды, препятствующей теплообмену, выступает воздух. Значения коэффициента теплопроводности для каменной ваты и штапельного стекловолокна весьма схожи и лежат в диапазоне (л10) 0,032-0.045 Вт/(мК).

Зависимость теплопроводности от плотности волокнистых материалов имеет нелинейный характер. С одной стороны, она повышается с увеличением плотности, с другой стороны, при низкой плотности материала (до 9–11 кг/куб. м)  значительно возрастает его воздухопроницаемость. Эффект конвективного переноса тепла, несущественный при большей плотности, здесь начинает играть весомую роль, снижая теплоизоляционные характеристики материала.

Помимо теплопроводности для многих видов теплоизоляции очень важной характеристикой является сопротивляемость механическим воздействиям. Если материал не способен сохранять целостность и необходимую толщину при механических нагрузках, его теплоизоляционные свойства теряются.

На механические характеристики волокнистых материалов основное влияние оказывают ориентация волокон и содержание органических связующих веществ. В частности, сравнительно длинные волокна штапельного стекловолокна ориентированы преимущественно в одной плоскости. По этой причине стекловолокнистые материалы характеризует повышенная упругость, позволяющая сжимать материал (например, при транспортировке) с последующим восстановлением первоначального объема.

Однако такая структура при малой плотности чревата необратимыми деформациями — когда со временем под тяжестью собственного веса или соседних конструкций теплоизоляционный материал дает усадку. Также очевидно, что, когда сцепление слоев материала обусловлено в большой степени связующим веществом, такие важные параметры, как прочность на сжатие и на отрыв слоев, не могут достигать больших величин. То есть из-за особенностей структуры штапельного стекловолокна увеличение плотности материала и улучшение его прочностных характеристик возможно лишь при использовании большего количества органических связующих компонентов.

В отличие от стекловолокна, каменная вата имеет хаотичную ориентацию волокон. Вкупе с меньшей длиной волокон это обусловливает его высокую механическую прочность и формостабильность даже при небольшом содержании связующего. Благодаря такой структуре изделия из каменной ваты не дают усадки, а также не подвержены температурной деформации, что обеспечивает им сохранение изначальных геометрических размеров в течение всего срока службы. Естественно, хаотичная структура обеспечивает и высокую прочность на сжатие и на отрыв слоев.

Долог ли век твой?

В понятие «долговечность» для теплоизоляционных материалов вкладывают способность сохранять первоначальные физико-технические свойства в течение долгого времени (в идеале — в течение всего срока службы утепляемой конструкции). Причем, долговечность волокнистых утеплителей в строительных конструкциях зависит не только от свойств самих материалов, но и от воздействия внешних факторов. К ним относятся степень увлажнения теплоизоляционного материала в конструкции и разного рода механические нагрузки (от собственного веса, вышележащих конструкций, давления ветра, осадков и т. п.). Разумеется, в разных конструкциях существуют свои специфические сочетания внешних факторов.

Показатель водостойкости, то есть способность сохранять свойства при воздействии воды, для теплоизоляционных материалов из каменной ваты и стеклянного волокна особенно важен — где бы они ни применялись. Этот показатель зависит как от свойств самого волокна, так и от водостойкости связующего вещества.

Водостойкость каменного волокна возрастает с увеличением его модуля кислотности, который рассчитывается как отношение суммы кислотных окислов (SiO2+ Al2O3)к сумме щелочных окислов (CaO+MgO) и по ГОСТ 4640 характеризуется показателем рН. Модуль кислотности продукции различных производителей имеет значения в диапазоне от 1,2 до 2–2,5.

Для измерения водостойкости стеклянных волокон применяются другие методы, так как химический состав волокна существенно отличается от полученного из базальтовых горных пород. Здесь имеет значение содержание щелочных окислов, причем увеличение их содержания до значений более 15–16 % приводит к снижению водостойкости материала.

Следует отметить, что даже для материалов с высокой водостойкостью большое содержание влаги крайне нежелательно. Подсчитано, что увеличение влажности теплоизоляции на 1 % увеличивает коэффициент теплопроводности по сравнению с сухим состоянием в среднем на 6–8 %.

Чтобы минимизировать водопоглощение, волокнистые материалы пропитывают специальными водоотталкивающими составами. За счет гидрофобизации снижается смачиваемость волокон. Так, содержание влаги в гидрофобизированных изделиях из каменной ваты при нормальных условиях эксплуатации составляет менее 0,5 % по объему. При погружении в воду на 2 часа объем абсорбированной воды составляет менее 1,5 % объема. Гидрофобизированные марки штапельного стекловолокна в целом имеют близкие показатели.

Следует отметить, что из-за пористо-волокнистой структуры каменная вата и штапельное стекловолокно обладают высокой паропроницаемостью (около 0,5–0,6 мг/(м чПа)). То есть через них водяной пар может достаточно свободно диффундировать в сторону меньшего парциального давления.
В строительных конструкциях этот эффект имеет весьма важное значение. Волокнистые теплоизоляционные материалы не препятствуют движению пара наружу сквозь внешние стены и тем самым не позволяют скапливаться влаге в ограждающих конструкциях, что значительно повышает их долговечность.

Пожаробезопасность и огнестойкость

Изделия из каменного и стеклянного волокна на синтетическом связующем в соответствии со СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» относятся к группе материалов, не распространяющих пламя, с малой дымообразующей способностью и малоопасных по токсичности. Это особенно важно для их применения в жилых и общественных зданиях.

В целом, поскольку каменное и стекловолокно не поддерживают горения, горючесть теплоизоляционных изделий определяется содержанием органического связующего. Изделия на синтетическом связующем с содержанием органических веществ менее 5 % относятся к группе НГ (негорючих), а при большем содержании органических веществ — к группе Г1 (слабо горючих). Еcли говорить об изоляции из каменной ваты ведущих производителей, то изделия всего спектра плотностей (от 20 до 200 кг/куб. м) относятся к классу негорючих материалов (НГ). Более того, они эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты.

Также изделия из каменной ваты могут быть использованы в условиях очень высоких температур, но лишь в том случае, если они не будут подвергаться механическим воздействиям. Дело в том, что температура плавления каменных волокон — более 1000 0С. Даже после разрушения связующего (при температуре 250 0С) волокна остаются неповрежденными и связанными между собой, сохраняя свою прочность и создавая защиту от огня.

Работа в конструкции

Обобщая проведенное сравнение свойств каменной ваты и штапельного стекловолокна, можно очертить наиболее подходящие сферы применения для этих двух видов теплоизоляционных материалов. Специфика условий эксплуатации в составе различных конструкций определяет набор технических требований к применяемым теплоизоляционным материалам.

Прежде всего очевидно, что изделия из каменной ваты практически незаменимы в тех строительных конструкциях, где важны высокие прочностные характеристики и при этом должен обеспечиваться высокий уровень пожаробезопасности. Так, высокая прочность на сжатие важна для теплоизоляционного слоя при устройстве плоской рулонной кровли, поскольку при эксплуатации он подвергается сжимающим нагрузкам. Этим требованиям соответствуют жесткие негорючие плиты из каменной ваты плотностью до 190 кг/куб. м — у них прочность на сжатие при 10 % деформации составляет 0,065 МПа. Жесткие плиты из стекловолокна, предназначаемые производителями для этого вида утепления, относятся к классу Г1, что накладывает на их применение определенные ограничения (необходимость организации противопожарных разрывов и т. п.).

Для теплоизоляционного материала в системах фасадного утепления с тонкой штукатуркой имеет решающее значение прочность на отрыв слоев. Европейскими стандартами рекомендованное значение этого показателя составляет 15 кН/кв. м. Очевидно, что лишь жесткие теплоизоляционные плиты из каменной ваты могут соответствовать этим требованиям. В настоящее время Техническое свидетельство Госстроя РФ получили несколько тонкоштукатурных фасадных систем с теплоизоляционным слоем на основе каменной ваты.

В ненагруженных конструкциях теплоизоляции, к которым относится, например, теплоизоляция скатных крыш и навесные вентилируемые фасады, материал подвергается аэродинамическим воздействиям, способствующим выветриванию материала, поэтому следует учитывать показатели его плотности.

Для навесных вентилируемых фасадов рекомендована плотность теплоизоляционного материала до 100 кг/куб. м, при которой гарантируется отсутствие сползания и выдувания волокон. Попытки «удешевить» систему применением стекловолокна плотностью 30–40 кг/куб. м(при этом необходимо использование ветрозащитных пленок) или же двухслойного «пирога», состоящего из внутреннего стекловолокнистого слоя (плотностью 30 кг/куб. м) и внешнего слоя из каменной ваты (плотностью 80–100 кг/куб. м), имеют сомнительный результат. Это существенно удорожает проведение работ и увеличивает их трудоемкость.

С утеплением скатных крыш и мансард не все так однозначно. Опыт отечественных застройщиков показывает, что применение в качестве утеплителя легких рулонных материалов на основе штапельного стекловолокна (10–15 кг/куб. м) нередко приводит к неудовлетворительным результатам. Данные материалы на скатных и вертикальных участках утепления часто дают усадку и сползают по скату, что быстро приводит к возникновению «мостиков холода». Применение матов, кашированных фольгой или стеклотканью, позволяет исключить сползание теплоизоляции, но усложняет проведение работ, так как требует закрепления основы к стропильным конструкциям. В то же время применение формостабильных плит из каменной ваты плотностью около 30 кг/куб. м полностью исключает сползание и усадку материала на наклонных участках.

В заключение следует подчеркнуть, что критериями для оценки эксплуатационных свойств теплоизоляционного материала не может служить наличие среди исходных компонентов того или иного составляющего. Определяющими здесь являются конечные свойства изделия по всему спектру технических характеристик. И, естественно, эти параметры должны соответствовать конкретным требованиям, прописываемым в соответствующих нормативах для разных строительных конструкций.

Кроме того, какими бы качествами ни обладал теплоизоляционный материал, он работает только как одно из слагаемых многокомпонентных систем теплоизоляции. Неверно выполненный проект, некачественные сопутствующие материалы или ошибки монтажа приводят к возникновению проблем вне зависимости от типа теплоизоляции. Следует также учесть, что экономия на качестве любых строительных материалов, в том числе и теплоизоляции, неизбежно приводит к неудовлетворительной работе конструкций, преждевременному выходу из строя и необходимости ремонта.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!