Машиностроение ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ПЕНОПОЛИСТИРОЛ КАК УТЕПЛИТЕЛЬ В СОСТАВЕ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ

В статье выявлены особенности работы беспрессового и экструдированного пенополистирола в составе теплоэффективных наружных стен применительно к 3-слойным стенам и к системам фасадной теплоизоляции по критерию термо-влажностного режима. Проведена экспериментальная оценка адгезии пенополистирола к клеевым и штукатурным системам.

Ключевые слова: утеплитель, теплопроводность, наружные стены, конденсация влаги, распреде­ление температуры, паропроницаемость утеплителя, адгезия.

С переходом на новый уровень теп­лозащиты зданий в практике проектиро­вания и строительства теплоэффективных многослойных наружных стен зданий широкое распространение получили эф­фективные утеплители, сочетающие низ­кий коэффициент теплопроводности и минимальную толщину.

В мировой практике производства и применения в теплоэффективных ограж­дающих конструкциях зданий эффектив­ных утеплителей в настоящее время ис­пользуются две основные группы мате­риалов: минераловатные плиты на разно­образной минеральной основе (доменные шлаки, базальты, диабазы, стекловолокно и др.) и вспененные материалы на поли­мерной основе, основным из которых яв­ляется пенополистирол.

Существуют два основных вида пе - нополистирола [1], различающихся тех­нологией изготовления, структурой, фи­зико-механическими свойствами: экстру - дированный (экструзионный) пенополи - стирол (ЭППС, европейское обозначение XPS) и беспрессовый пенополистирол (1111С) (европейское обозначение EPS). И экструдированный, и беспрессовый пе - нополистирол широко используются в промышленности, производственном и жилищном строительстве.

Одним из основных факторов, влияющих на эксплуатационную надеж­ность и долговечность наружной стены, является вероятность накопления влаги в толще стены за годовой период её экс­плуатации и сверхнормативного увлаж­нения стены за период с отрицательными среднемесячными температурами наруж­ного воздуха. С учетом вышесказанного интересным представляется вопрос о влажностном режиме системы фасадной теплоизоляции и 3-слойных стен с при­менением в качестве теплоизоляционного слоя пенополистирольных плит, обла­дающих низкими (относительно кирпич­ной кладки) коэффициентами паропро - ницаемости. Оценка работоспособности пенополистирольных утеплителей по температурно-влажностному режиму в цикле эксплуатации представлена в ряде публикаций, например в [1].

Для климатических условий Респуб­лики Башкортостан эти расчеты подроб­но изложены в статьях [2, 3] при этом были рассмотрены два наиболее распро­страненных варианта теплоэффективных стен: стена по системе фасадной тепло­изоляции и трехслойная стена с жесткой облицовкой. Также рассмотрен вариант санации жилых домов старых массовых серий с кирпичной кладкой наружных стен толщиной 640 мм. В качестве утеп­лителя рассмотрены пенополистирольные плиты ПСБ-С-25 по ГОСТ 15588-86 с ц=0,05 мг/(м-ч-Па) и три варианта экс - трудированного пенополистирола: с ц1=0,018 мг/(м-ч-Па), ц2=0,013 мг/(м-ч-Па) и цз=0,007 мг/(м^Па).

Результаты расчетов для стены по системе фасадной теплоизоляции приве­дены на рис. 1 и 2 и в таблице 1, для трех­слойной стены с жесткой облицовкой - на рис. 3.

Выполненные расчеты по влажност - ному состоянию наружных стен жилых домов по системе фасадной теплоизоля­ции с применением пенополистирола для условий г. Уфы показали, что использо­вание беспрессового пенополистирола как в режиме нового строительства при минимальной толщине паробарьера в на­правлении помещения (внутренний слой 250 мм, 380 мм и 510 мм), так и при сана­ции эксплуатируемого жилья (стена тол­щиной 640 мм) обеспечивают выполне­ние обоих требований действующих нор­мативов: по отсутствию влагонакопле - ния за годовой цикл эксплуатации и по ограничению увлажнения материалов за зимний период.

При применении экструдированного пенополистирола различных вариантов по паропроницаемости в диапазоне ^=0,018-0,007 мг/(м-с-Па) происходит выпадение конденсата в слое утеплителя в течение 3-х зимних месяцев (декабрь - февраль), при этом превышения предель­но допустимого увлажнения утеплителя за этот период не происходит, как не про­исходит и влагонакопления в стене за го­довой цикл эксплуатации.

Увлажнение утеплителя за зимний период выше для XPS с более низким ко­эффициентом паропроницаемости и при более низком паробарьере в направлении помещения.

Применительно к 3-слойным стенам без воздушной прослойки наблюдается несколько другая картина. В этом случае, чем более паропроницаемый утеплитель, тем больше образуется влаги на границе утеплитель-облицовка, т. е. при использо­вании беспрессового пенополистирола (д=0,05 мг/(м-с-Па)) количество конден­сата на уровне облицовки значительно больше, чем при использовании экс - трудированного пенополистирола XPS с д=0,007^0,018мг/(м-с-Па). Еще большее количество конденсата образуется при применении минеральной ваты с д=0,5 мг/(м-с-Па). В этом случае проблему кон - денсатообразования можно решить дву­мя способами:

1. Принять в качестве утеплителя экструдированный пенополистирол с низким коэффициентом паропроницания, но при этом обеспечить систему прину­дительной вентиляции внутренних по­мещений.

2. Принять в качестве утеплителя беспрессовый пенополистирол ПСБ-С или минераловатные плиты с более высо­ким коэффициентом паропроницания с обязательным устройством воздушной прослойки, параметры которой опреде­ляются расчетом с учетом конкретных климатических условий района. При этом необходимо использовать облицовочный слой стены из материалов с повышенной прочностью по морозостойкости.

Таким образом, выполненные расче­ты температурно-влажностного режима теплоэффективных многослойных на­ружных стен зданий свидетельствуют о возможности применения как беспрессо­вого пенополистирола, так и экструдиро - ванного в системе 3-слойных стен и фа­садной теплоизоляции, при этом необхо­димо учитывать процесс паропереноса в объеме ограждающих конструкций, так как это является определяющим факто­ром их долговечности.

Для оценки долговечности адгезии пенополистирола к клеевым и штукатур­ным системам в ГУП институт «Баш - НИИстрой» в 2009 г. были выполнены экспериментальные исследования пено - полистирольных утеплителей, применяе­мых в системах фасадной теплоизоляции.

Испытаны несколько видов экстру - дированного пенополистирола марки по плотности 35 производства ООО «Пено - плэкс» (г. Санкт-Петербург), ООО «УРСА Серпухов», ООО «Титан» (г. Туймазы) и два вида беспрессового пенополистирола марки по плотности 25 и 35 (производства НПО «Полимер» (г. Уфа)), представлен­ных на рынке Башкортостана.

Исследования морозостойкости пе - нополистирольных образцов выполня­лись по ГОСТ 15588-86* (беспрессовый ППС) или по ГОСТ 17177-94 (ЭППС). В ходе испытаний исследуемые образцы были подвергнуты 200 циклам попере­менного замораживания-оттаивания в во - донасыщенном состоянии с последую­щим испытанием аналогично контроль­ным образцам. Результаты испытаний ЭППС производства ООО «Пеноплекс» и беспрессового ППС производства НПО «Полимер» приведены в табл. 2. После 200 циклов фиксировалось также наличие или отсутствие повреждений образцов.

Как видно из таблицы 2, экструдиро - ванный ППС после 200 циклов заморажи­вания-оттаивания практически не изменил своих физико-механических свойств, внешне образцы также не получили ви­димых повреждений.

Образцы беспрессового пенополи - стирола не получили значительного из­менения прочностных характеристик и теплопроводности, однако водопоглоще - ние образцов увеличилось на 10%, что свидетельствует о начале разрушения структуры пенополистирола. О том же свидетельствует и внешний вид образцов, на поверхности которых имеет место от­слоение отдельных гранул. Очевидно, что при дальнейшем увеличении количества циклов деструкция структуры материала будет продолжаться, что приведёт к ухудшению его эксплуатационных харак­теристик.

Результаты исследований адгезион­ных характеристик пенополистирола по отношению к полимерцементным штука­турным составам (на примере штукатур­ки Klebespaсhtel из системы «Баумит») приведены в таблице 3.

Данные экспериментов по адгезии пенополистирола к полимерцементным штукатурным составам, полученные по методике испытаний на изгиб балочек 40x40x160 мм.

Как видно из результатов экспери­ментов, величина разрушающей нагрузки для всех марок пенополистирола оказа­лась примерно одинаковой и составила 0,21.0,24 МПа. Однако для беспрессово­го пенополистирола эта величина соответ­ствует пределу прочности при изгибе, в связи с чем разрушение образцов происхо­дит по когезионной схеме, а для экструди - рованного пенополистирола она значи­тельно меньше предела прочности при из­гибе, что приводит к разрушению по адге­зионной схеме. Таким образом, полимер - цементные штукатурные составы имеют практически одинаковую адгезию к экс - трудированному и беспрессовому пенопо - листиролу, составляющую 0,2.. ,0,25МПа, что в целом совпадает с приводимыми в литературе значениями по адгезии пено - полистирола к бетону на уровне 0,2...0,3МПа.

Экспериментальные данные под­твердили сопоставимость адгезии к по - лимерцементным штукатурным составам как экструдированного пенополистирола, так и беспрессового. Более того, пони­женная адгезия пенополистирола к клее­вым и штукатурным системам на мине­ральной основе успешно преодолевается созданием предварительного рифления поверхности утеплителя (например, фре­зерованием плит «Пеноплекс» марки 35Ф) [3].

Таким образом, выполненные расче­ты и экспериментальные данные под­твердили возможность и эффективность применения как беспрессового, так и экс - трудированного пенополистирола в со­ставе наружных 3-слойных стен и фасад­ной теплоизоляции.