Легко ли быть лучшим.

Или некоторые аспекты преимущества пеностекла над всеми теплоизоляционными материалами и обоснованности применения в отношении пеностекла эпитета - «элитный».

Если лаконично охарактеризовать место такого материала, как пеностекло на рынке современных строительных материалов, то здесь было бы уместным использовать следующие эпитеты: универсален, уникален, обладает неоспоримыми преимуществами над всеми аналогами. И дабы это утверждение не сочли голословным, проведем сравнительный анализ физико-технических свойств пеностекла в сопоставлении с остальными теплоизоляционными материалами, представленными сегодня на рынке материалов для утепления зданий и сооружений.

Долговечность пеностекла и стабильность во времени .

Начать хотелось бы с наиболее выраженного преимущества пеностекла над прочими теплоизоляционными материалами. Это долговременный срок эксплуатации, при котором пеностекло абсолютно не изменяет своих физических свойств, благодаря которым и является надежным теплоизолятором.

Гарантированный срок эксплуатации пеностекла произведенного на Гомельском стекольном заводе составляет более 100 лет. Это подтверждается опытными вскрытиями объектов, теплоизолированных с использованием блоков из пеностекла в середине 50-х годов ХХ века, - благо, таких объектов в Беларуси более чем достаточно. Ведь начиная с 1954 года в Гомеле, после кропотливых научных исследований и экспериментов, проведенных под патронажем Академии наук СССР, удалось создать промышленный процесс производства пеностекла.

На тот момент данной технологией обладали лишь США. Да и сегодня, из-за присущих производству пеностекла технологических нюансов и тонкостей, а также применяемых ноу-хау, промышленное производство пеностекла способны осуществлять лишь США (в том числе в европейском филиале), Япония, Китай и Беларусь (ОАО «Гомельстекло»). В то же время в России технология производства пеностекла за время кризиса 90-х годов ХХ века была утрачена и, не смотря на существование более чем полутора десятков инвестиционных проектов, так до сих пор и не восстановлена. Также, за последние 20 лет технологию производства утратили в Чехии и Польше.

Как это упоминалось выше, вскрытие объектов теплоизолированных пеностеклом более полувека назад не выявило никаких (!) изменений в структуре пеностекла, что обусловлено, собственно структурой данного материала, представляющего собой на 100% ни что иное, как обычное вспененное стекло. Именно это и делает его особо устойчивым к активным химически и биологически средам, а также термическому воздействию. Более того, в природе существует натуральный материал весьма сходный по своей структуре с пеностеклом. Это вулканическая пемза, довольно широко применяемая в строительстве на протяжении последних трех тысячелетий, и особенно в северной части средиземноморья (и сегодня, блоки из пемзы добываются в карьерах на Липарских островах в Тирренском море).

Даже сейчас существуют сооружения, построенные более 1000 лет назад с применением блоков из пемзы, пребывающие в достаточно хорошем состоянии благодаря, как качеству материала, так и легковесности и прочности конструкции (пемза, как и пеностекло, отличается высокой прочностью при низкой плотности материала). Это вовсе не означает, что пеностекло востребовано только в случае теплоизоляции долговечных сооружений (хотя, - и это тоже!), дело в том, что материал со стабильными характеристиками гарантирует устойчивость свойств самого сооружения во времени. В то же время, если в строительстве используется материал со свойствами, изменяющимися от положительного максимума до нуля, за короткий интервал времени, от нескольких лет - до нескольких десятков лет, то и свойства всей конструкции будут, соответственно, изменятся пропорционально и, зачастую, этот процесс является необратимым. То есть, другими словами, низкокачественная теплоизоляция с динамично ухудшающимися характеристиками, может привести к порче (деформации, растрескиванию, отсыреванию и т.п.) основной несущей конструкции здания и, применив впоследствии более дорогой теплоизоляционный материал, восстановить свойства всей конструкции, естественно, не удастся…

Теперь, давайте более пристально посмотрим на иные теплоизоляционные материалы, представленные на рынке строительных материалов в отношении такого критерия как долговечность и стабильность физических характеристик во времени.

Существует две группы материалов, представляющих собой конкурирующие с пеностеклом сегменты предложения на рынке строительных материалов.

Первая группа, - это волоконные неорганические (минеральные или стеклянные) плиты и маты.

Вторая группа, - это ячеистые газонаполненные полимерные материалы.

Итак,

Волоконные неорганические плиты и маты.

Представляют собой сверхтонкие волокна из горных пород (каменная вата), или обычного стекла (стекловата) удерживающие форму плиты, или мата за счет связующего (как правило – фенолформальдегидные смолы) вещества. Срок эксплуатации, в зависимости от качества продукта исчисляется интервалом в 20-50 лет, за которые материал деградирует, до полной утери каких бы то ни было теплозащитных свойств. Процесс разрушения минеральных волоконных материалов упрощенно выглядит следующим образом. Сверхтонкие волокна, (около 0,05 мкм для каменной ваты и 20 мкм для стекловаты) связанные органическим материалом (фенолформальдегидной смолой) и обработанные гидрофобным составом, подвергаются активному воздействию влаги. Данный тезис распространяется, как на воду, так и другие типы жидкостей: кислоты, щелочи, органически соединения, содержащиеся в парах воздуха.

Благодаря высокой воздухо и паропроницаемости волоконных материалов, химическое воздействие внешней среды происходит на всю структуру (волокна) подобных материалов. В результате, происходит разрушение, как связующего и защитного слоя, так и самих волокон. Волокна становятся короче и менее связанны друг с другом. Теплофизические и прочностные характеристики мата или плиты в целом начинают заметно ухудшаться. Разрушение волокон происходит и из-за процессов температурных перепадов т.к. сверхтонкие волокна начинают крошиться по причине термического изменения размеров волокон и процессов кристаллизации внутри волокон.

Таким образом, с течением времени, волокна становятся все короче и менее связанными друг с другом, с линейно-зависимым ухудшением всех положительных свойств подобного материала. Однажды наступает такой момент, когда минеральный волоконный материал приближается в своем состоянии к весьма небезопасной трухе из коротких (и весьма небезопасных в отношении здоровья) иголок из базальта или стекла. Эти иголки, под действием притяжения оседают в кучи мусора, который (априори) служить теплозащитой не может.

Еще раз повторю, не смотря на тот факт, что полная утеря положительных свойств у подобных материалов происходит через полвека, существует отрицательная динамика постоянного ухудшения теплозащитных и прочностных свойств на протяжении всего времени эксплуатации в отличие от пеностекла, которое сохраняет стабильные значения физических характеристик на протяжении всего времени эксплуатации!

Газонаполненные ячеистые полимерные материалы.

Технология производства подобных материалов представляет собой вспенивание (вспучивание) полимера. Наиболее распространенными и представленными на рынке строительных материалов являются плиты, изготовленные на основе такого полимера как полистирол.

Теоретически, для данного теплоизоляционного материала, расчетный счет эксплуатации обозначен в 10-20 лет, однако некоторые факторы эксплуатации заставляют усомниться в подобных утверждениях. Ведь, как правило, озвучивается лишь срок эксплуатации теплоизоляционного материала на основе полистирола, но не обозначены условия, при которых данный материал способен не только «пережить» эксплуатацию на протяжении столь длительного интервала времени, но и сколь ни будь сохранить свои теплозащитные свойства.

Вкратце перечислим те факторы, которые не только приводят к быстрой утере свойств теплоизоляционных материалов из пенополистирола, но и способны привести и к полной деструкции данного материала задолго до окончания не такого уж и длительного срока (10-20 лет) эксплуатации.

Прежде всего, низкий коэффициент теплопроводности плит из полистирола обусловлен тем, что изначально, ячейки пенополистирола заполнены коктейлем из газов, выделяющихся (из порофора) при вспенивании, с теплопроводностью в несколько раз (!) ниже, чем у воздуха. Основой данной газовой смеси служат разные типы фреонов. Достаточно быстро эти газы просачиваются и улетучиваются из ячеек пенополистирола и замещаются воздухом. Этот факт может привести к увеличению теплопроводности пенополистирола на четверть и соответственному уменьшению термического сопротивления всей изолирующей конструкции.

Далее, как из-за технологических особенностей производства пенополистирола, так и по причине высокого значения водопоглощения данного материала, в пенополистироле присутствует до 6% воды. При замораживании в холодный период года происходит деструкция (вода при замерзании расширяется), как стенок ячеек пенополистирола, так и межъячеечных связей.

Пенополистирол (как и любой материал на основе органического полимера) подвержен термической деформации и распаду от определенного граничного температурного значения. Конкретно для пенополистирола это граничное значение термической деструкции составляет около 85 градусов Цельсия. В то же время температура поверхности штукатурной системы летом, из-за солнечного излучения может достигать (в зависимости от цвета поверхности стены) до 125 градусов Цельсия. Следовательно, по причине только этого фактора, термоизоляционный слой из пенополистирола на южной стороне здания может быть утерян всего лишь за один летний сезон, если лето будет достаточно жарким и богатым на солнечные дни.

Солнечные дни могут послужить причиной разрушения теплоизоляции из пенополистирола не только по причине нагрева материала. Пенополистирол активно разрушается ультрафиолетовым излучением. Если пенополистирол подвергается воздействию солнечного ультрафиолета всего лишь в течение трех летних месяцев, он способен полностью разрушиться в пыль и это немаловажный фактор, особенно с учетом кустарного применения частными лицами этого теплоизоляционного материала, которые и не подозревают о данной особенности пенополистирола. Вообще частные лица, соблазненные дешевым и эффективным решением вопроса теплоизоляции собственных домов с использованием пенополистирола, зачастую испытывают горькое разочарование в первый же зимний сезон из-за деструкции теплоизоляционного слоя и, как результат, возникает стойкое предубеждение против всех систем утепления вообще. И еще одной причиной подобного следствия является следующая неприятная особенность пенополистирола о которой далее…

Именно пенополистирол, как органический полимер, весьма чувствителен (пожалуй, - чувствительнее остальных полимеров!) к воздействию жидкостей состоящий из органических соединений (от ацетона и уайт-спирита до бензина и керосина), а также паров этих жидкостей. Полное растворение в углеводородных жидкостях пенополистирола наступает в течение одной минуты. В парах углеводородных жидкостей полное разрушение пенополистирола происходит за несколько дней.

Таким образом, такие ремонтно-отделочные работы как окраска, оклейка обоев, нанесение грунтовки или штукатурки, крепление отделочных деталей, зачистка, производимые с использованием веществ; основу которых составляют углеводородные жидкости, приводит к разрушению пенополистирола независимо от места, где производятся работы - снаружи или внутри помещения. Коэффициент смачивания у жидкостей, состоящих из органических соединений на порядок выше, чем у воды, и они благодаря капиллярным явлениям легко находят себе путь сквозь стену к наружному слою утеплителя из пенополистирола.

На фоне всего вышеизложенного в отношении пенополистирола, как теплоизоляционного материала, стоит ли еще раз упоминать о том, что ни один из активных в отношении пенополистирола факторов не имеет никакого значения в отношении такого материала как, пеностекло!

В заключение данной части, а также как еще одно доказательство устойчивости пеностекла к воздействию времени (температурные перепады, химическое действие воздуха и содержащихся в нем паров) приведем такой факт. Одна из технологий по сбору разлившейся нефти по поверхности воды предусматривает использование сферических кусков пеностекла, которые высыпаются в районе разлива нефти. Нефть прилипает к пеностеклу за счет чрезвычайно развитой поверхности данного материала. Затем куски пеностекла собирают и обжигают в печи (температура несколько сотен градусов) до испарения и выгорания собранной нефти. После этого куски пеностекла используют повторно по всей процедуре цикла подобного сбора нефти. Количество циклов, которое может выдержать пеностекло, активно использующееся при таком методе ликвидации разлива нефти, составляет более тысячи раз! Все это, более чем характеризует устойчивость пеностекла, как к температурным перепадам, так и воздействию воды, воздуха и других активных химических компонентов, содержащихся в воздухе, а все это, в совокупности, отлично отображает факторы воздействия, (во время эксплуатации материала) оказывающие влияние на теплоизоляционный материал в течение времени.

Огнестойкость, не горючесть, отсутствие выделения газов и паров при нагревании у пеностекла.

Пеностекло по своей химической структуре это, как упоминалось выше, не более чем вспененное силикатное стекло, состоящее из расплава (аморфное тело) высших оксидов кремния, кальция, натрия, алюминия и магния. Пеностекло не содержит никаких органических соединений или химических веществ за исключением вышеперечисленных. Как известно, высшие оксиды (на то и высшие!), что не окисляются, не горят, не воспламеняются – абсолютно! Оксиды кремния, кальция, натрия, алюминия и магния распадаются на газообразную ионизированную плазму только при температуре нескольких тысяч градусов Цельсия, что достижимо лишь в лабораторных условиях и в процессах, протекающих на земной поверхности и в атмосфере не встречается (исключение, - молния).

Таким образом, можно утверждать, что пеностекло не горит и не воспламеняется (даже в приточном кислороде!), огнестойко (размягчение материала наступает только при температурах выше 500 0 Цельсия, плавление – свыше 1500 0 Цельсия), не выделяет газов и паров при нагревании, - в принципе! Теперь, давайте, сравним в отношении огнестойкости, не горючести и т.п. факторов: - пеностекло и аналогичные теплоизоляционные материалы, представленные на рынке стройматериалов.

Волоконные неорганические плиты и маты.

Основу данного типа материалов составляют каменные тянутые волокна или волокна из силикатного стекла. Сюда входит, как камень, например: известняк, базальт, доломит и т.п. горные породы, из которых делается каменная вата, так и стекло, которые находятся вне всяких подозрений в отношении горючести, воспламенения и выделения (при нагревании) газа или пара. Однако, при описании волоконных минеральных теплоизоляционных материалов, как-то не акцентируется (а зачастую, «застенчиво» умалчивается) факт применения синтетических органических связующих, (до 5% от общей массы материала составляют фенолформальдегидные смолы) которые и придают минеральной или стеклянной «кудели» форму жесткой плиты или мата.

Фенолформальдегидная смола представляет собой углеводородное органическое соединение, которое (само по себе, в чистом виде) горит и воспламеняется очень хорошо. Конечно, минераловатная или стекловатная плита с содержанием всего 5% фенолформальдегидной смолы гореть сама по себе (на открытом воздухе) не будет, т.к. продукты термического разложения органики не достигнут необходимой концентрации. Но, если данный материал (минераловатная или стекловатная плита) помещены в герметичную систему утепления, (где отсутствует дополнительный кислород и движение воздуха), органическое связующее во время пожара дестругирует и возгорается (тлеет). При доступе кислорода, вследствие разрушения конструкции, воспламеняются разогретые до нескольких сотен градусов пары термического распада фенолформальдегидной смолы.

И здесь нет излишней драматизации ситуации. При существующей плотности минераловатных и стекловатных жестких плит, на один квадратный метр теплоизоляционной системы с использованием данных материалов, приходится килограмм фенолформальдегидной смолы. При возгорании одной квартиры в многоквартирном доме, наружные стены которого изолированы (закрытая система) при помощи жестких минераловатных или стекловатных плит произойдет испарение и возгорание более 50 кг фенолформальдегидной смолы! Смолы, которая не только хорошо горит и очень плохо тушится, но и выделяет токсичные вещества при горении. Теперь судите сами насколько «пожаробезопасны» некоторые теплоизоляционные материалы, которые таковыми декларируются. Однако следует признать, что волоконные неорганические плиты и маты, связанные фенолформальдегидной смолой действительно можно считать потенциально негорючим материалом на фоне следующего класса теплоизоляционных материалов:

Плиты из спекаемого и эструдированного полистирола.

Небольшой экскурс в историю. В 1942 году, во время второй мировой войны, США создали новый вид оружия – напалм. Принцип действия этого оружия общеизвестен, а вот химический состав (за 60 лет) претерпел изменения. Изначально это были продукты нефтеперегонки (бензин, керосин и т.п.) с загустителем (алюминиевые соли органических кислот), но к началу 70-х годов ХХ века, армейское руководство США перестали устраивать свойства применения подобного напалма из-за невысокой температуры горения (1100 0С) и эффекта плохого «прилипания» к поражаемым объектам. Поэтому химический состав напалма претерпел существенные изменения.

В качестве горючей смеси стали использовать полистирол, (!) растворенный в синтетической углеводородной жидкости (прим. - ацетон). Результатом стало повышение температуры горения напалма до 1600 0 C и столь эффективное налипание горючей смеси на поражаемый объект, что до сих пор так и не разработан механизм быстрого тушения пожара вызванного подобным типом напалма. Данный тип напалма тут же начал применятся США в войне во Вьетнаме. И здесь выявилась еще одна неприятная особенность горения полистирола. Дело в том, что полистирол горит с выделением едкого густого черного дыма (раздражает слизистые оболочки и вызывает токсичное отравление; предельная концентрация продуктов горения всего – 5 мг/м 3).

Во время применения США во Вьетнаме напалма на основе полистирола, основное количество погибших приходилось на умерших от удушья и токсического отравления. В мире стали говорить о том, что новый напалм на основе полистирола ни что иное, как разновидность химического оружия! Ни СССР, ни Китай, никто из европейских стран, так и не поставил на вооружение собственных армий напалм на основе полистирола из-за присущих ему ужасающих поражающих факторов. Более того, данный тип оружия (напалм на основе полистирола) осуждался и был запрещен международными конвенциями.

Стоит ли здесь добавлять еще, что-либо в отношении пожаробезопасности пенополистирола? Да, в пенополистирол добавляются вещества препятствующие воспламенению, но не исключающие его – антипирены. Но еще раз напомню, тлеющий пенополистирол столь же опасен, (выделение продуктов горения) как и пылающий, тем более, что воспламенение пенополистирола произойдет в любом случае. Единственное преимущество - не через секунды после начала пожара, а всего – лишь через несколько минут.

Таким образом, применение пенополистирола в качестве теплоизоляционного материала сопоставимо (в противопожарном смысле) с нанесением на стены слоя напалма, ( 2 кг на м.кв.) в - надежде лишь на то, что Бог милует и возгорания теплозащитного слоя (по халатной неосторожности, из-за порчи электропроводки, поджога и т.п.) – не произойдет.

Если возвратиться к пеностеклу и его абсолютной огнестойкости, то объектами с повышенными требованиями к пожаробезопасности были и остаются атомные электростанции. Единственным теплоизоляционным материалом разрешенным (в СССР) для утепления кровель и стен АЭС было пеностекло. В тоже время, на других промышленных объектах (где нормы были все же «помягче») использовались и иные типы материалов.

В начале 90-х годов ХХ века, в России, из-за пожара кровли была уничтожена полностью линия сборки «КАМАЗ». После этого на предприятии «КАМАЗ» провели ремонт и восстановление сооружений с использованием только (безальтернативно), в качестве теплоизоляционного материала, - пеностекла. Слишком уж были «свежи» воспоминания о несопоставимо огромных материальных потерях в результате пожара с экономией на более дешевом и низкокачественном утеплителе.

Помимо АЭС, (после катастрофических пожаров 70-80-х годов ХХ века) в СССР особое внимание уделяли пожаробезопасности гостиниц. И, несмотря на существовавший дефицит пеностекла гостиницы высокого класса (по тем временам) и со значительной этажностью утепляли с использованием (преимущественно) пеностекла. Например: гостиницы «Россия» и «Националь» в Москве, гостиница «Юбилейная» в Минске.

Водопоглощение и гигроскопичность, влаго- и паро- проницаемость, устойчивость к разрушению водой и водяным паром у пеностекла.

Пеностекло представляет собой материал из замкнутых стеклянных ячеек, сферической и гексагональной формы. Данный материал наиболее устойчив к воздействию влаги и пара среди всех теплоизоляционных материалов, существующих на рынке строительных материалов.

Гигроскопичность (из-за природы материала) равна нулю. Сорбционная влажность материала близка к нулю (менее половины одного процента) даже в атмосфере со стопроцентной влажностью.

Водопоглощение материала не превышает 5% (при полном погружении в жидкость) от общего объема материала и обусловлено лишь накоплением влаги в поверхностном слое разрушенных при механической обработке ячеек. Причем, стоит отметить, что водопоглощение пеностекла не возрастает с течением времени не зависимо от периода полного увлажнения, что позволяет эксплуатировать данный материал, как при максимальной влажности атмосферы и почвы, так и непосредственно в воде.

Влагопроницаемость и паропроницаемость пеностекла равна нулю и данный материал не пропускает жидкости и пары ни одним из способов переноса вещества (конвекция, капиллярные явления, диффузия и т.п.), то есть в отношении гидроизолирующих и пароизолирующих свойств пеностекла можно абсолютно достоверно утверждать - изолирует на 100%!

Пеностекло (мало, чем по химической структуре отличающееся от обычного оконного или посудного стекла) не разрушается под воздействием воды и пара. Пеностекло вообще мало чем разрушается химически, но об этом ниже и далее по тексту…

И, наконец, такой физический параметр, как смачиваемость поверхности материала водой, у пеностекла весьма невысок по причине гидрофобных свойств, присущих пеностеклу.

Теперь, давайте посмотрим на другие типы теплозащитных материалов и их «взаимоотношения» с водой, как одной из самых распространенных субстанций на планете Земля.

Волоконные неорганические плиты и маты.

Теплозащитные свойства минераловатных и стекловатных материалов основаны на простом физическом принципе: тонкие волокна во множестве расположены в объеме материала, тем самым создается препятствие теплопередаче конвекционным способом (перенос тепла воздушными массами). Также незначительны потери тепла из-за теплопередачи за счет теплопроводности волокон, по причине их тонкости и длины.

Таким образом, теплозащитные свойства волоконных материалов целиком и полностью зависят от теплопроводности газовой среды, в которой этот материал используется. Более того: погрузив волоконный материал в жидкость, мы получим сопротивление теплопередаче волоконного мата, зависящее от теплопередачи в жидкости, в десятки раз более высокой, чем теплопередача в такой среде как газ. Запомним этот факт.

Гигроскопичность вещества, из которого состоят волоконные теплоизоляционные материалы, а также адсорбция, незначительны и фактически близки к нулю, что положительно характеризует данный материал в отношении этих эксплутационных параметров.

Иначе обстоит дело с волоконными теплоизоляционными материалами в отношении водо и паропроницаемости, а также водопоглощения. Минераловатные и стекловатные материалы достаточно хорошо пропускают воду и пар (газ), что обусловлено природой материала состоящего не из замкнутых ячеек как пеностекло, а из волокон. В отношении водопоглощения следует отметить, что при погружении в жидкость волоконных материалов жидкость занимает весь объем материала, за исключением незначительного объема занятого веществом волокон. Таковы свойства этого материала и здесь интересно то, какие следствия эксплуатации могут быть у подобных особенностей волоконных теплоизоляционных матов?

Использование в герметично закрытых (для воздуха) системах утепления минераловатных и стекловатных теплоизоляционных материалов есть осознанное развитие ситуации по следующему негативному сценарию с легко предсказуемыми отрицательными последствиями: понижение температуры ограждающей конструкции, также сначала влажность воздуха между волокнами достигает 100%, а затем, влага содержащаяся в воздухе, выпадает (диаграмма «точки росы») на поверхность волокон.

Материал начинает отсыревать и накапливать (!) воду. Вода внутрь подобной системы поступает и за счет диффузных и капиллярных явлений через штукатурные слои. Кратно повышается теплопроводность (влажный воздух значительно более теплопроводен, нежели сухой) подобного теплоизоляционного материала и теплозащитная конструкция перестает исполнять возложенную на нее функцию. Существенно изменяется микроклимат внутренних помещений, они начинают отсыревать. Но самое страшное заключено в том, что начинает происходить интенсивное разрушение, как самой теплозащитной конструкции с использованием волоконного теплоизоляционного материала в герметично (для воздуха) закрытой теплоизоляционной системе, так и несущих конструкций здания. Это обуславливается двумя причинами: значительное утяжеление конструкции (мокрая минераловатная или стекловатная плита весит в несколько десятков раз больше чем сухая) и по причине расширения воды при кристаллизации (замерзание) с быстрым разрушением, как самого теплоизоляционного материала, так и остальных конструкций здания.

Единственным способом позволяющим избежать накопления влаги в волоконном теплоизоляционном материале во время эксплуатации является создание условий постоянной циркуляции воздуха (свободной или принудительной) внутри минераловатного или стекловатного материала. Для чего и создаются столь дорогие архитектурные решения, как вентилируемые фасады и кровли. В тоже время, материалы, состоящие из герметично замкнутых ячеек (такие, как пеностекло) могут использоваться в любых типах теплоизоляции т.к. не отличаются значительным водопоглощением. Хотя и среди теплоизоляционных материалов с замкнутыми ячейками существуют разновидности материалов очень чувствительных к воздействию воды, и именно о них пойдет речь дальше…

Плиты из спекаемого и эструдированного полистирола.

Технология производства пенополистирола (будь то спекаемый или эструдированный) подразумевает использование воды. В результате, готовое изделие уже содержит в себе до 6% этого вещества. Не смотря на то, что при банальном рассмотрении невооруженным глазом пенополистирол состоит, якобы, из герметично замкнутых ячеек, на самом деле в структуре материала существуют микропоры, через которые способны просачиваться жидкости. Особенно данный факт присущ спекаемому пенополистиролу и не столь характерен для полистирола прессованного и эструдированного.

Водопоглощение пенополистирола исчисляется (в зависимости от срока пребывания материала в контакте с водой) десятками и сотнями процентов, т.е. после длительного срока контакта с водой масса содержащейся в пенополистироле воды может в несколько раз превышать массу самого материала! Говорить здесь о каких то теплоизоляционных свойствах уже не приходится и если такой материал не сушить (используя вентиляцию воздухом) негативные последствия неминуемы.

Как и в случае с волоконными теплоизоляционными материалами, основными вредоносными факторами высокого водопоглощения являются утяжеление материала с избыточным давлением на несущую конструкцию и разрушение материала из-за расширения воды при замерзании. Более того, в отличие от волоконных неорганических материалов, сырой и влажный пенопролистирол, как материал органический, может служить хорошей основой для развития грибка, плесени, лишайников и прочей биологически активной среды.

Стоит - ли на фоне вышеизложенного напоминать еще раз о том, что никаких негативных факторов во взаимоотношении пеностекла и воды не существует и существовать не может. И об этом очень хорошо знают люди, которым приходится эксплуатировать строения во влажном климате и на сырой почве. Как частный случай можно привести очень высокий уровень потребления пеностекла на душу населения (в качестве теплоизоляционного материала) в таком регионе как белорусское полесье с существующими там регулярными подтоплениями, дождями и наводнениями. Именно пеностекло (фактически) стало безальтернативным теплоизоляционным материалом способным стойко переносить интенсивное воздействие воды в любых формах, от повышенной влажности почвы, дождей, шквальных ливней, до интенсивных туманов и выпадения росы.

Устойчивость пеностекла в отношении взаимодействия с водой стало причиной применения данного материала для теплоизоляции кровель и подвалов, а также сооружений с высокой влажностью, как промышленных, так и бытовых (бани, сауны, душевые, бассейны и т.п.).

Прочность, сжимаемость, механическая обработка, методы крепления пеностекла.

Как и следует ожидать, пеностекло и по этим показателям значительно превосходит не только материалы, входящие в группу теплоизоляционных материалов особо низкой (ОНП) и низкой плотности (НП), но и не уступает по прочности большинству более плотных материалов из группы средней плотности. Например, газобетоны, имеющие значительно более высокие показатели плотности, а также коэффициент теплопроводности и соответственно меньшие теплозащитные свойства. Высокая прочность пеностекла обуславливается тем, что данный материал на 100% состоит из стекла (один из самых прочных искусственных материалов) структурированного в гексагональные ячейки (симметричная объемная геометрическая фигура, гармонично распределяющая нагрузку на внутриструктурные связи).

Сопоставление предела прочности на сжатие пеностекла (0,7-1,2 МПа) и других материалов дает следующие значения:

  • Жесткие плиты из минеральной и стеклянной ваты менее прочны в 2 раза;
  • Самые прочные образцы плит из эструдированного полистирола менее прочны в 2 раза;
  • Плиты из спекаемого пенополистирола менее прочны в 10 раз.

И данные значения прочности различных типов материалов даны для сухих образцов. В тоже время (с учетом предыдущей главы) влажные минераловатные и стекловатные плиты, а также плиты из полистирола заметно снижают свою прочность в отличие от пеностекла, не изменяющего свою прочность из-за полного отсутствия влияния влаги на прочность данного материала. Кстати, вода особенно сильно снижает прочность газосиликатных материалов, которые, имея (в сухом виде) прочность не хуже чем у пеностекла, (и это при значительно большей плотности газосиликата!) в увлажненном состоянии показывают предел прочности вдвое меньший, чем у пеностекла.

Насколько важен фактор прочности (и особенно прочности на сжатие) для теплоизоляционных материалов и их применения в строительстве?

Прежде всего, чем выше прочность на сжатие, тем менее (что логично) сжимается материал, подвергшийся внешнему воздействию. В тоже время сжатие теплоизоляционного материала (как волоконного, так и ячеистого) приводит к увеличению теплопроводности материала и снижению теплозащитных свойств конструкции.

Далее, менее прочный материал требует анкерного и штыревого крепления к несущей конструкции сооружения и чем менее он прочен, тем больше элементов крепления необходимо использовать для фиксации теплоизоляционного слоя (иначе материал может деформироваться под собственным весом, а то и разрушится). Более прочный теплоизоляционный материал может нести часть нагрузки за счет собственных физических свойств.

Все это для более прочного теплоизоляционного материала представляет следующие преимущества: меньшее количество расходов на анкерные и прочие типы креплений, а также на трудоемкий процесс монтажа данных креплений; уменьшение количества инородных высокотеплопроводных элементов (все те же анкеры) в теплоизолирующем слое, что влечет за собой соответствующее снижение сопротивления теплопередаче всей конструкции, меньшая сжимаемость материала с увеличением теплопроводности самого материала, меньше нагрузка на несущую конструкцию.

Пеностекло, как самый прочный теплоизоляционный материал способно безо всякого дополнительного крепления выдерживать давление, обусловленное собственным весом до уровня двух этажей, что позволяет производить теплоизоляционные работы подобных сооружений простым и не высоко затратным способом обычной облицовки. В дополнение к этому стоит отметить тот факт, что пеностекло отлично клеится, крепится и связывается любым (!) штукатурным составом, клеем, мастикой и т.п. Обусловлено это тем, что прилипание происходит не за счет адгезии (которая, тем не менее, присутствует!), а за счет чрезвычайно развитой поверхности пеностекла и механического сцепления поверхностей при помощи затвердевающего состава.

Вдобавок стоит отметить тот факт, что пеностекло отлично обрабатывается столярными инструментами. Данное свойство применяется для теплоизоляции пеностеклом не только простых плоскостей, но и сложных фасонных изделий, а также криволинейных поверхностей. В таком случае, блокам из пеностекла придаются путем механической обработки необходимые геометрические параметры.

Подытоживая этот раздел, можно привести такой показательный факт. У нас в стране и на территории бывшего СССР существуют сооружения, кладка которых полностью выполнена из пеностекла, т.е. здания, состоящие фактически целиком (за исключением крыши) из пеностекла. Десятилетия эксплуатации подобных зданий не выявили никаких дефектов, трещин и тому подобной порчи кладки. Все это по причине «легкости» стен не испытывающих перегрузок под собственным весом и высокой прочности материала, которая позволяет не только выдерживать собственный вес но и удерживать значительный вес кровли.

Устойчивость в химически и биологически активной среде у пеностекла.

Пеностекло абсолютно устойчиво ко всем химическим реагентам (все же это на 100% стекло!) как неорганической, так и органической природы. Исключение составляет лишь плавиковая кислота, - не столь уж и распространенное химическое соединение. Активная биологическая следа также не может оказать сколь либо заметных результатов, влияния на пеностекло, т.к. в пеностекле полностью исключена почва для развития любых активных жизненных форм.

Самой интересной особенностью пеностекла во взаимоотношении с биологическими формами является абсолютная (и уникальная, - присущая только пеностеклу!) способность быть «непроходимым» для всех грызунов и насекомых. Пеностекло, помимо всего прочего, очень хороший абразивный материал. В то же время, природа еще не создала ни одной биологической формы способной грызть и точить абразивы без быстрой потери естественных «грызущих приспособлений».

Относительно конкурирующих аналогов, таких как волоконные неорганические маты на органическом связующем (фенолформальдегидная смола) и теплоизоляционные изделия из полистирола; стоит отметить присущую им чувствительность к углеводородным соединениям, широко применяемым как при строительстве, так и (зачастую) при дальнейшей эксплуатации здания. Углеводородные жидкости и пары разрушают связующий органический компонент, придающий жесткую форму минераловатным и стекловатным плитам. Еще более чувствительным к углеводородным соединениям является полистирол, полностью растворяющийся в углеводородной жидкости за минуту и разрушающийся в углеводородных парах за несколько суток.

Экологическая безопасность использования и эксплуатации пеностекла.

Пеностекло совершенно безопасный в отношении экологии материал. Еще раз повторю, «Состоит пеностекло на 100% из стекла ничем не отличающегося по составу от обычного (бутылочного и посудного) стекла». Высокая экологическая и санитарная безопасность пеностекла привела к тому, что данный материал безо всяких ограничений применяется для теплоизоляции промышленных пищевых холодильников и теплоизоляционной футеровки чанов и емкостей, применяемых для приготовления и выдерживания температурных режимов при изготовлении пива, вин и молочных продуктов.

Сопоставим эту совершенную экологическую чистоту пеностекла с санитарными свойствами присущими конкурирующим аналогам.

О экологии пенополистирола, в данной части статьи, мы говорить не будем по двум причинам: во-первых - слишком обширна данная тема для этой статьи, во-вторых – о «экологичности» полистирола итак уже сказано немало и все кто хочет узнать подробности по этому вопросу могут найти исчерпывающие ответы в соответствующей литературе, посвященной патогенным факторам распада полимеров на свободные радикалы.

Давайте, лучше обратим наш взор на столь активно декларируемые выдающиеся экологические свойства волоконных неорганических материалов, «сулящие» нам здоровье и безопасность. Не будем еще раз заострять наше внимание на 5% фенолформальдегидной смолы связывающей минеральные волокна в жестких плитах и столь же способной к распаду на свободные радикалы, как и вышеупомянутый полистирол. Давайте лучше посмотрим на волоконные материалы несколько с другой стороны. Почему рабочие, занятые монтажом волоконных неорганических материалов имеют льготные условия труда (так называемую – «вредность») с вытекающими отсюда привилегиями? И почему они работают в надежных («тяжелых») респираторах и плотных рукавицах?

Причина здесь весьма очевидна. Особенно если вы посмотрите на момент разгрузки, распаковки, раскроя минераловатных и стекловатных плит в ясный солнечный день. Вы увидите яркую игольчатую пыль, которая повиснет облаком определенной концентрации в месте обработки волоконных неорганических материалов. Вдыхание подобной пыли чревато интенсивным развитием всего спектра патологических заболеваний органов дыхания. В тоже время, попадание на кожу подобной пыли может привести к развитию кожных болезней сложной формы и трудно поддающихся лечению.

Казалось бы, - ну и что? В дальнейшем, после монтажа, каменная вата и стекловата лежит себе спокойно в теплоизолирующем слое и никакого вреда людям пребывающим в зданиях не наносит. Но, это в случае если применяется герметичная система монтажа теплоизолирующего слоя. А если речь идет о вентилируемых системах? Ведь с течением времени волокна крошатся на все более и более короткие отрезки через 50 лет превращаются в ту самую игольчатую пыль, от которой монтажников защищают респираторы. В вентилируемых системах накопление подобной пыли не происходит. Все эти каменные и стеклянные иголки выдуваются в атмосферу, ту самую – которой мы все с вами дышим! Вопрос лишь в концентрации и плотности пыли. Интенсивная концентрация наносит вред быстро, легкая – медленно, но, что здоровья это не добавляет, ни в одном, ни в другом случае – точно!

Если спроецировать данную ситуацию на пеностекло и даже предположить, что данный материал начнет разрушаться; (!) продукты деструкции пеностекла будут столь же безопасны, как и блоки из пеностекла. В результате разрушения пеностекла получаются крошки (фракцией в миллиметры) представляющие собой всего лишь многогранные (не острые грани!) узлы материала межу ячеек.

***

Теперь, не смотря на то, что о преимуществах пеностекла над другими типами теплоизоляционных материалов можно вести речь и дальше, (ведь существуют обширные монографии, посвященные данному вопросу!) следует акцентировать наше внимание на тех, якобы, «недостатках», которые, по мнению некоторых «специалистов», представляющих интересы фирм и корпораций, производящих конкурирующие с пеностеклом аналоги, – присущи этому теплоизоляционному материалу.

Прежде всего, стоит обратить внимание на столь абсурдный упрек, как герметичность пеностекла (?) в отношении пропускания влаги или газа (пара).

Возможно, я буду излишне резок, но все же…

В последнее время очень активно на постсоветском пространстве муссируется тема неких «дышащих стен» и здесь происходит умышленная подмена понятий, где «с больной головы валится на «здоровую». Поясню, что имеется в виду.

Так, некоторые типы теплоизоляционных материалов имеют свойство накапливать воду за счет гигроскопичности, адсорбции, смачивания поверхностей внутренней структуры. В той или иной степени это присуще всем типам теплоизоляционных материалов (за исключением пеностекла). Особенно интенсивно накапливают воду за счет смачивания поверхностей волокон по причине конденсации водяного пара и протечек неорганические волоконные теплоизоляционные материалы. Как результат, теплоизоляционный слой отсыревает, перестает исполнять возложенную на него функцию и заметно тяжелеет. Микроклимат внутри помещений, утепленных подобным способом, изменяется в отношении повышения сырости. Несущие конструкции из-за фактора коррозии и утяжеления теплоизоляционного слоя начинают постепенно (иногда стремительно!) разрушатся.

Дабы избежать данной проблемы в отношении волоконных неорганических материалов и хоть несколько снизить столь неприятных эффект применения минеральной и стекловаты, волокна (для уменьшения коэффициента смачивания) покрываются гидрофобными составами. Создаются дорогостоящие и громоздкие системы фасадов и кровель.

Однако когда говорят о «дышащих стенах» речь ведут не о вентилируемых фасадах, а о некоем вымышленном свойстве «дышать» у стен, теплоизолированных волоконными материалами в закрытой штукатурной системе или внутри кирпичной кладки. Как именно это происходит «дыхание» сквозь герметичную кладку или штукатурный слой – не поясняется, да и не мудрено, ведь на самом деле все обстоит наоборот. В такой системе происходит аккумулирование влаги за счет диффузных и капиллярных явлений переноса жидкости сквозь присутствующие дефекты и повреждения герметичного слоя штукатурки или кладки. В тоже время «выноса» влаги наружу (в атмосферу) из теплоизоляционного минераловатного слоя не происходит по причине отсутствия воздушной конвекции.

Здесь впору вести речь не об эпитете «дыхание». Стена теплоизолированная волоконным материалом в герметичной системе, по сути, начинает «захлебываться» от избытка присутствующей между волокнами и на волокнах избыточной воды, как в виде жидкости, так и перенасыщенного водой влажного воздуха.

И те люди, которые говорят обратное, позиционируя пресловутое «дыхание стен», отлично знают, о чем идет речь, тем не менее, не имея веских доводов в пользу своего надуманного тезиса, начинают «приплетать», как в устной форме, так и в письменной - псевдо-физические рассуждения и понятия.

Не буду приводить тут всю околонаучную околесицу и несуразицу, которую навыдумывали сторонники «дыхания стен» преследуя свои меркантильные цели, однако, на одном вопросе стоит остановиться поподробнее (меня он просто от души повеселил!).

Придуман даже некий термин - «пародиффузия» (активно используемый в рекламных буклетах и статьях) который в физическом смысле представляет абсолютный нонсенс и оксюморон. Это что, по аналогии с «пародиффузией» следует вводить еще и термины «жидкодиффузия» и «твердодиффузия»? Ни в одной технической энциклопедии, справочнике или серьезной научной работе вы не найдете «пародиффузии», так как это просто выдумка и нелепица. Поясню почему.

Диффузия - это явление распространения вещества в среде в направлении убывания его концентрации обусловленное тепловым движением ионов, молекул, атомов и более крупных частиц. Помимо термодиффузии и электродиффузии есть еще самодиффузия (диффузия в химически чистой, однородной среде), а вот «пародиффузии» - нет! Динамика пара, (газа) как среды, характеризуется макроскопическим движением среды (например, - конвекцией). Однородность любой газовой смеси устанавливается в замкнутой системе очень быстро, (высокие скорости частиц и разреженное состояние) поэтому говорить о каком - то длительном процессе диффузии, который может повлечь за собой некое столь же длительное влияние в паре (газе) говорить не приходится.

«Пародиффузия», как термин молекулярной физики и термодинамики, сопоставим с таким абсурдом как «вечный двигатель» и «вечный двигатель второго рода». А ведь это все с совершено серьезной «миной» преподносится как доказательство чего-то, что так и остается ложным.

Давайте все же разберемся, должны «дышать стены» или нет? И тут становится понятным, что «дышать» должен именно волоконный теплоизоляционный слой, (мокрое надо сушить!) только, причем здесь упреки в адрес пеностекла, которое намочить не удастся, даже если захотеть!

В дополнение здесь, следует заметить, что пеностекло используется для теплоизоляции сооружений (в том числе и жилых) около 50 лет и, несмотря на регулярно проводимый мониторинг конечных потребителей, нет ни одной (!) претензии или замечания по поводу сырости в домах теплоизолированных с использованием блоков из пеностекла.

Еще одним упреком в адрес пеностекла является утверждение о слишком высокой теплопроводности данного материала значительно превосходящего значения теплопроводности для волоконных неорганических материалов и пенополистиролов.

В некоторых буклетах, посвященных продуктам, конкурирующим с пеностеклом, даже приводится «страшное» значение в 0,14 Вт/мК (!) столь же ложное, как и многое в подобных буклетах…

Специально для непросвещенных в этом вопросе уточняем максимально допустимое значение теплопроводности для пеностекла согласно СТБ 1322-2002, не более – 0,076 Вт/мК при максимально допустимом значении плотности материала в 180 кг/м.куб. Просто, в тех же, вышеупомянутых буклетах приводится ложная, значительно завышенная плотность в 400 кг/м.куб (!). Четыреста килограмм в метре кубическом это уже не пеностекло а кое-то «пенобронестекло» в самом деле!

Итак, на самом деле у пеностекла теплопроводность лишь на 25% выше, чем у волоконных неорганических материалов и на 30% выше чем у пенополистиролов. Более того, фактическая теплопроводность (мониторинг измерений последних трех лет) не превышает 0,07 Вт/мК…

Сопоставим реальные эксплуатационные свойства пеностекла в отношении сопротивления теплопередаче конструкции с волоконными неорганическими материалами и пенополистиролами.

Теплозащитные свойства волоконных теплоизоляционных материалов целиком зависят от теплопроводности атмосферы между волокон и отсутствия конвекции. Однако, если минераловатный или стекловатный материал используется в закрытой теплоизоляционной системе он начинает активно накапливать воду с последующим повышением влажности воздуха между волокнами до 100%. Как результат, кратно возрастает теплопроводность газовой среды между волокнами и обратно пропорционально ухудшаются (кратно! - в несколько раз!!!) теплозащитные свойства подобной теплозащитной системы.

Вентилируемые фасады и кровли позволяют избежать накопления влаги в волоконном материале, но появляется (пусть и в незначительной степени) перемещение воздушной среды между волокнами. Начинается «вынос» тепла из теплозащитной конструкции за счет конвекции и здесь происходит ухудшение теплозащитных свойств конструкции уже не в разы конечно, но на десятки процентов... это то, что касается волоконных материалов.

Пенополистирол и вовсе начинает терять теплозащитные свойства стремительно, как за счет улетучивания из пор газов с низкой теплопроводностью (фреонов) и замещения их воздушной газовой смесью ( на минус 25%), так и по причине очень быстрой деструкции самого материала теплозащитного слоя (ежегодно, на минус 10%).

Пеностекло сохраняет значение коэффициента теплопроводности – не более 0,076 Вт/мК не зависимо от внешних факторов и в течение всего срока эксплуатации.

И, наконец, последний довод, якобы, «не в пользу пеностекла». Вроде как этот материал уж очень там дорог…

Разберемся и с этим, так называемым, негативным фактором.

Пеностекло стоит, для потребителя, около 100 долл. США за метр кубический. Выпускаются блоки толщиной: 60, 80, 100, 120 мм. Для получения необходимого значения термического сопротивления конструкции необходимо истратить на теплоизоляцию с использованием пеностекла метра квадратного здания и сооружения (с учетом монтажных расходов) около 15-20 долл. США. Сопоставьте это со стоимостью теплоизоляционных работ с применением волоконных неорганических материалов и пенополистиролов.

Так ли уж получается дорого? Более того, применяя пеностекло при наружной теплоизоляции зданий с этажностью в два и менее этажа, вы имеете возможность сэкономить дополнительно на анкерах, штыревых креплениях, армирующей сетке и трудозатратах. Ведь пеностекло (как это упоминалось выше) достаточно прочно, чтобы выдержать до уровня второго этажа собственный вес и имеет чрезвычайно развитую поверхность, к которой весьма хорошо «прилипает» любой штукатурный слой.

Кстати, если уж и вести речь о настоящей дороговизне, то здесь следует упомянуть такие архитектурные конструкции, как вентилируемые фасады и кровли. Данные конструкции являются абсолютно излишними, если в качестве теплоизоляционного слоя вы намерены избрать пеностекло.

***

Резюмируя столь обширную статью, хотелось бы предложить читателям высказать, возможно, имеющиеся конструктивные замечания в отношении преимуществ применения блоков из пеностекла в качестве теплоизоляционного материала, дабы производитель этого уникального материала (ОАО «Гомельстекло») мог сделать его еще более универсальным и ЛУЧШИМ!