Зарубежный опыт применения пеностекла

 

Пеностекло, как уникальный, состоящий на 100% из стеклянных ячеек материал, было создано в 1930-е гг.: в СССР — МХТИ им. Д.И. Менделеева (Москва) и в США — в начале 1940-х фирмой Corning Glass Work. Сперва предполагалось применять пеностекло в качестве плавающего материала. Но вскоре выяснилось, что оно дополнительно обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, легко подвергается механической обработке и склеиванию. Впервые бетонные плиты с теплоизоляционной прослойкой из пеностекла были применены в 1946 г. при строительстве одного из зданий в Канаде. Этот опыт оказался настолько удачным, что материал сразу же получил всеобщее признание как долговечная изоляция для кровли, перегородок, стен и полов для всех видов построек. К началу 1950-х гг. пеностекло стало активно применяться и в нашей стране. Оказалось, что новый материал способен с успехом конкурировать в отрасли промышленной теплозащиты и строительной теплоизоляции. При теплоизоляции стен пеностеклом использовалось такое его полезное свойство, как возможность распиловки обычным инструментом. Пористая, шероховатая поверхность материала способствовала хорошему сцеплению со штукатуркой. А такие свойства пеностекла, как влагонепроницаемость, постоянство объема, гигиеничность, устойчивость к температурному и химическому воздействию обусловили широкое использование его в строительстве холодильных сооружений, теплозащите агрегатов в нефтехимической, химической, пищевой, фармакологической промышленности не только у нас в стране, но и за рубежом.

В этой статье мы более подробно остановимся именно на зарубежном, 60-летнем опыте применения пеностекла в строительстве и промышленности.

В результате совпадения интересов два крупнейших стекольных гиганта США: концерн «PPG» и фирма «Corning Glass Work» создали после окончания второй мировой войны совместное подразделение по производству и продвижению пеностекла — корпорацию «Питсбург Корнинг». Сегодня это торговая марка «фомглас» — крупнейший изготовитель пеностекла в мире, имеющий мощности по его производству и переработке в Северной Америке, Европе (Бельгии, Германии, Чехии), а с недавних пор и в России (цех по изготовлению фасонных изделий из пеностекла в Москве). Экспансия корпорации «Питсбург Корнинг» по занятию лидирующих мировых позиций по выработке пеностекла привела к закрытию в 1990-х собственных производств в Чехии и Германии (существовавших с 1950-х гг.). Помимо этой компании на сегодня существует еще три крупных производителя пеностекла: в Японии (появился на рынке с середины 1960-х), в Китае (в 1980-е) и в Беларуси, в г. Гомеле (с середины 1950-х).

Ежегодно весной в Чехии, в городе Брно, проходит крупнейшая в Европе строительная выставка «IBF». Традиционно ее посещает весьма представительная делегация белорусских строителей, проектировщиков, архитекторов, производителей строительных материалов. Так, в 2005 г. на экспозиции «IBF-2005» работало нескольких сотен участников из Беларуси. В этом весьма познавательном и представительном форуме строителей со всей Европы посчастливилось принять участие и мне. Естественно, как человека, профессионально занимающегося аспектами применения пеностекла, меня более всего интересовала данная тема. И на выставке «IBF» удалось узнать много нового и поучительного в этом отношении.

Еще при входе на экспозицию можно видеть высотное здание администрации выставочного комплекса. Несмотря на свой «возраст» (построено в 1964 г.), оно производит впечатление современной постройки — благодаря легкости конструкции, гармонии и выразительности архитектурной формы, хорошей сохранности состояния здания.

Эти положительные особенности объекта — следствие того, что возведен он целиком из пеностекла. Лишь несущий каркас сооружения состоит из железобетона и стали. Ограждающие конструкции выполнены из пеностекольных блоков чешского производства с последующей облицовкой декоративными панелями. Низкая плотность пеностекла в сочетании с высокой механической прочностью и малой теплопроводностью, а также долговременность свойств материала позволили создать легкое в конструктивном, эффективное в теплотехническом и надежное в эксплутационном отношении сооружение. Любопытно, что его кровля, утепленная пеностеклом, является эксплуатируемой. Заслуга в этом принадлежит именно применению пеностекла, который на фоне иных теплоизоляционных материалов обладает исключительной механической прочностью и гидроизолирующими свойствами. Несмотря на 40-летнюю эксплуатацию, здание не проходило капитальных ремонтов. Судя по состоянию на 2005 год, планировать их не имеет смысла: благодаря использованию пеностекла несущие конструкции не подвергались значительной нагрузке, а ограждающие не изменили своих эксплутационных свойств.

Из более современных объектов в Брно, где нашел применение данный материал, белорусские строители непосредственно осмотрели следующие.

Торговый центр «Олимпия» (эксплуатируемая кровля, утепленная с применением блоков из пеностекла). В Чехии, особенно на таких специфичных объектах, как гипермаркеты и супермаркеты, торговые центры, крупные спортивные сооружения, гостиничные комплексы и т.п., где единовременно может находиться огромное количество людей, большинство кровель выполняются эксплуатируемыми, с размещением на них стоянок легковых автомобилей, торговых площадок и кафе под открытым небом. Это настолько распространенное архитектурное решение, что для городов Чехии его сегодня можно считать типовым. Одним из классических подходов к утеплению эксплуатируемых кровель является применение пеностекольных блоков. Преимущество подобного выбора заключается в самой высокой механической прочности пеностекла на сжатие среди всех эффективных теплоизоляционных материалов, долговечности сохранения эксплутационных свойств, устойчивости к воздействию воды и дополнительной гидроизоляции, которую создает слой пеностекла, а также его абсолютной пожаробезопасности.

Дымовая труба ТЭС, Брно (теплозащита конструкции дымовой трубы с использованием блоков из пеностекла). Использование пеностекольных блоков для промышленной теплозащиты дымовых труб является наиболее оптимальным инженерным решением подобной теплотехнической задачи. Причина кроется в тех эксплутационных воздействиях, которым подвергается теплозащитный слой дымовой трубы, а также конструкционных свойствах, которым должен соответствовать материал. Основными достоинствами пеностекла в этом случае являются: широчайший температурный диапазон его эксплуатации, небольшая плотность (и как результат — вес конструкции) при высокой механической прочности, устойчивость к химическому воздействию продуктов горения углеводородного топлива (образуются соединения серы, разрушающие прочие теплоизоляционные материалы за исключением пеностекла).

Примечание: В Беларуси специализированное предприятие, занимающееся вопросами теплозащиты дымовых труб, впервые использовало гомельское пеностекло для теплоизоляции конструкции дымовой трубы (высота – 120 м) РК «Осиповичи» в 2001 г., тем самым следуя общемировой практике теплозащиты подобных конструкций.

Моравская галерея, Брно (теплоизоляция стен с внутренней стороны блоками из пеностекла). Зачастую для исторических зданий совершенно не используются схемы по теплоизоляции стен с внешней стороны, т.к. это привело бы к изменению или разрушению исторического фасада здания. В таком случае производится утепление стены изнутри. Как правило, в странах Европы для этих целей используют исключительно блоки из пеностекла. Полимерные органические и волокнистые минераловатные теплоизоляционные материалы не применимы по противопожарным и санитарным причинам.

Частная вилла, Брно (теплоизоляция кровли, стен и цоколя с использованием блоков из пеностекла). Оригинальные архитектурные решения со сложными конструкционными поверхностями приводят к жестким условиям эксплуатации теплоизоляционного слоя конструкции. К теплозащитному материалу предъявляются требования высокой прочности при небольшом весе, устойчивость к постоянным механическим нагрузкам, воздействию воды и ветра. Пеностекло полностью соответствует данным параметрам и поэтому активно применяется для теплоизоляции оригинальных и сложных в архитектурном плане сооружений.

Изучая вопросы зарубежного применения пеностекла в качестве теплоизолятора, следует отметить, что в Европейском Союзе оно является признанным и одним из самых эффективных теплозащитных строительных материалов. Параметры строительного пеностекла оговорены в общеевропейском специальном нормативно-техническом документе EN 13167 Thermal insulation for buildings – Factory made cellular glass (CG) products. Здесь стоит отметить, что в ЕС существует всего десять подобных документов, касающихся свойств и применения в строительстве различных типов эффективных теплоизоляционных материалов (на самом деле их количество может быть значительно больше). Причина этого в том, что по всем остальным теплоизоляционным материалам, не имеющим общеевропейских нормативно-технических документов, существуют те или иные ограничения в различных странах Евросоюза. Как видите, пеностекло в ЕС (ни в одной из входящих в союз стран) не имеет каких бы то ни было ограничений и является общепризнанным строительным теплоизоляционным материалом.

Стоит отметить, что немецкий Франкфурт-на-Майне — самый насыщенный утепленными пеностеклом зданиями и сооружениями город Европы. Практически во всех его сколь-нибудь значимых архитектурных объектах (начиная от «Эйфелевой башни» города, городской доминанты – здания Commerzbank и заканчивая, пожалуй, самым известным сооружением — крупнейшим в мире аэропортом Франкфурта-на-Майне) в качестве основного теплоизоляционного материала применялось пеностекло европейского производства. Основанием такого выбора немецких заказчиков, архитекторов и строителей явились все те же приведенные выше преимущества пеностекла: долговечность эксплуатации, стойкости к механическим воздействиям и влиянию воды и водяного пара, прочности и легком весе. Это более чем актуально в отношении высотных зданий, стоящих на болотистой почве в пойме реки. На иллюстрациях вы можете видеть основные, являющиеся гордостью горожан сооружения Франкфурта-на-Майне, где в качестве теплоизоляционного материала использовалось пеностекло.

Помимо этого, за последнее десятилетие во Франкфурте-на-Майне оно нашло применение еще на 187 серьезных строительных объектах, среди которых можно выделить характерные как для Германии, так и для Европы в целом типы зданий и сооружений:
Высотные здания и небоскребы (головные отделения банков, корпораций и фирм).
Административные и общественные сооружения, имеющие оригинальные архитектурные решения со сложной конструкцией и криволинейными поверхностями (спортивные комплексы, кинотеатры, общественные центры, технопарки).
Здания с историческими формой и фасадами (дворцы, театры, университеты, храмы).
Сооружения с большой площадью кровли (гипермаркеты, терминалы аэропортов, сборочные конвейеры, стадионы и спортивные площадки).
Здания гостиниц и отелей.

Учитывая, что причина применения пеностекла на высотных зданиях (долговечность и стойкость), в сложных архитектурных конструкциях и в утеплении криволинейных поверхностей (прочность и простота обработки), а также в исторических постройках (пожаробезопасность и санитарно-гигиеническая чистота) достаточно подробно была рассмотрена выше, остановимся на теме преимуществ его использования на кровле и при утеплении гостиниц и отелей.

Как материал для теплоизоляции кровель пеностекло занимает ведущие позиции в Европе и Северной Америке. Это стало возможным благодаря не только его преимуществам, но и очевидным недостаткам его «оппонентов» в области обустройства теплоизоляционного слоя на кровле — минераловатных плит и пенополистирола. Блоки из пеностекла, обладая высокой прочностью на сжатие, не дают усадки во время эксплуатации кровли, устойчивы благодаря своей структуре к воздействию воды, имеют коэффициент теплового линейного расширения, сопоставимый с аналогичным показателем железобетона, долговечны. Более того, в сочетании с кровельными материалами они образуют единую водонепроницаемую конструкцию, имеющую длительный срок службы — т.е. на крыше появляется дополнительный гидробарьер.При повреждении гидроизоляции пеностекло не допускает распространения воды как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. В отличие от него пенополистирол имеет низкую стабильность размеров, невозможность герметичного соединения стыков, высокий коэффициент линейного расширения (70*10-61/К), паропроницаемость при одновременно небольшом испарении водяного пара. Что касается минераловатных плит, то здесь основными недостатками выступают конденсации посредством диффузии водяного пара изнутри здания, конвекция (из-за того, что крыша не является воздухонепроницаемой), проникновение влаги в утеплитель.

Фактически общей практикой в Европе на зданиях и сооружениях с большой площадью кровли и значительной нагрузкой на несущие конструкции стал демонтаж теплоизоляционного слоя, выполненного из минераловатных или полимерных теплозащитных материалов, и создание вместо него покрытия из пеностекольных блоков. Типичным примером служит здание олимпийского бассейна в Люксембурге, построенное в 1982 г. с применением полимерных и минераловатных материалов для утепления кровли.Регулярно проводимый мониторинг работы теплоизоляционного слоя этого объекта показал полную утрату теплозащитных свойств слоев утеплителя и значительное увеличение нагрузки на несущие конструкции здания за счет накопления в нем воды уже через 18 лет существования сооружения. Поэтому было принято решение о демонтаже полимерных и минераловатных материалов с кровли бассейна и замене их блоками из пеностекла. Эти работы проведены в 2002 г.

В области теплоизоляции кровли особенно актуальным стало применение пеностекла на кровлях автомобильных конвейеров, где площадь составляет сотни тысяч квадратных метров и особенно важны вопросы огнестойкости, не увеличения веса теплоизоляционного слоя и нагрузки на несущие конструкции за время эксплуатации кровли, устойчивости утеплителя к воздействию влаги.

Большинство кровель европейских автомобильных конвейеров утеплены с использованием именно пеностекла в качестве теплоизоляционного материала.

Примечание: После пожара в 1993 г. кровли конвейера «КАМАЗ» (горел пенополистирол) в качестве нового утеплителя использовано белорусское пеностекло. Во время ремонта «АвтоВАЗ» в начале 2000-х проведена замена старого утеплителя на бельгийское пеностекло. В настоящий момент согласовано утепление кровли конвейера «МАЗ» с заменой старого утеплителя на отечественное (белорусское) пеностекло.Следует отметить положительный опыт использования пеностекла нашими украинскими и российскими соседями. Например, для утепления большинства реновируемых и вновь возводимых зданий в центре Киева используется европейское или белорусское пеностекло. За последние несколько лет более пяти десятков крупных и социально значимых зданий там утеплены с применением в основном бельгийского пеностекла. В России еще со времен СССР пеностекло собственного производства активно применялось для теплоизоляции зданий и в частности кровель (Дворец Съездов, телецентр Останкино, гостиница «Россия» и т.д.). И в наши дни при оценке баланса цена-качество по теплоизоляции наиболее ответственных объектов применяется либо бельгийское либо белорусское пеностекло. Например, бельгийское пеностекло было выбрано в качестве утеплителя при реконструкции Кремля в Москве, стадиона Лужники, Гостиного Двора.

Наиболее значимым проектом последнего времени стала замена газобетона на пеностекольные блоки на одном из самых больших классических куполов мира — куполе Новосибирского оперного театра. Старый утеплитель утратил свои теплозащитные свойства и за счет накопления влаги увеличивал нагрузку на несущие конструкции.

Интересным аспектом использования пеностекла является теплоизоляция зданий гостиниц и отелей. Дело в том, что требуемые характеристики эксплуатации таких объектов существенно отличаются от обычных жилых зданий. Есть две основные причины, по которым заказчики и архитекторы в подобных сооружениях в качестве основного теплоизоляционного материала выбирают именно пеностекло. Во-первых, в гостиницах идет очень интенсивное потребление воды проживающими, что влияет на нагрузку водяного пара на строительные конструкции здания, особенно на материал теплоизоляционных слоев ограждающих конструкций. Более того, в гостиничном комплексе располагаются прачечные, бассейны, сауны, кухни, которые также добавляют нагрузку водяного пара на теплоизоляционный материал. На сегодня единственным эффективным теплоизолятором, способным противостоять такому воздействию, является пеностекло. Во-вторых, к отелям проявляются более жесткие противопожарные требования в отношении применяемых строительных материалов. Материалы не только не должны гореть, но и ни в коем случае не выделять токсичных паров и газов при нагревании до высоких температур. Такие свойства опять же присущи только пеностеклу. И в-третьих, гостиница должна быть построена так, чтобы максимально удлинить срок между капитальными ремонтами объекта. Поэтому в Европе и Северной Америке известные «брендовые» гостиничные холдинги используют в своих зданиях в качестве теплоизоляционного материала зачастую исключительно пеностекло.

В заключение более лаконично и вкратце стоит остановиться на вопросе промышленного и технического применения пеностекла. Как теплоизоляционный материал оно доминирует в таких отраслях, как химическая и нефтехимическая (благодаря устойчивости к кислотно-щелочному и воздействию активных углеводородных жидкостей и газов), а также в пищевой и фармакологической промышленностях (благодаря своей уникальной санитарно-гигиенической безопасности — на 100% состоит из обычного силикатного стекла и экологической чистоте).

В данных сферах пеностекло применяется не только для теплоизоляции зданий и сооружений, но и для теплозащиты оборудования, механизмов и агрегатов. Практически безальтернативно оно в атомной промышленности, т.к. имеет самый высокий класс пожаробезопасности и огнестойкости среди всех классических строительных теплоизоляционных материалов.

Евгений Сосунов