Теплоизоляционные материалы предыдущего поколения, уже не могут удовлетворять современным высоким требованиям, в результате чего, они практически полностью вытеснены с рынка новыми типами теплоизоляционных материалов.

В 2005 году началось строительство первого в Украине и второго в СНГ завода по производству теплоизоляционного материала пеностекла. Это уникальный в своем роде, крупномасштабный, инновационный проект, не имеющий аналогов не только на территории Украины, но и России.

Пеностекло - универсальный теплоизоляционный материал представляет собой ячеистое стекло, состоящее из множества герметически замкнутых пузырьков шарообразной формы размером 0,5-0,2 мм. Обладая выигрышным сочетанием уникальных технических характеристик и широкой сферой применения, пеностекло удовлетворяет всем основным требованиям мирового строительного рынка. Наряду с отличными теплоизоляционными свойствами и полной экологической и гигиенической безопасностью, пеностекло имеет высокую прочность, безусадочность, низкую плотность, долговечность, высокую морозостойкость и негорючесть, удобство обработки и простота монтажа, способность сохранять эти показатели на протяжении длительного времени постоянными. А также стойкий ко всем обычно применяемым кислотам и их парам, не подвержен поражению бактериями и грибами, не проходим для грызунов, не поддерживает горения, не выделяет дыма и токсичных веществ. Подобного сочетания свойств, по признанию экспертов, нет ни у одного из известных теплоизоляционных и конструкционных материалов.

Пеностекло - абсолютно негорючий материал

По своей химической структуре пеностекло - не более чем вспененное силикатное стекло (аморфное тело), состоящее из расплава высших оксидов кремния, кальция, натрия, алюминия и магния. Пеностекло не содержит никаких органических соединений или химических веществ за исключением вышеперечисленных. Как известно, высшие оксиды совершенно не окисляются, не горят и не воспламеняются. Оксиды кремния, кальция, натрия, алюминия и магния распадаются на газообразную ионизированную плазму только при температуре в несколько тысяч градусов Цельсия, что достижимо лишь в лабораторных условиях. В процессах, протекающих на земной поверхности и в атмосфере, такие температуры не встречаются. Таким образом, можно утверждать, что пеностекло не горит и не воспламеняется (даже в приточном кислороде), огнестойко (размягчение материала наступает только при температурах выше 500°С, плавление - выше 1000°С), не выделяет газов и паров при нагревании.
Основу волоконистых неорганических плит и матов составляют каменные тянутые волокна или волокна из силикатного стекла. Сюда входят известняк, базальт, доломит и некоторые другие горные породы, из которых делается каменная вата, а также стекло. Эти материалы сами по себе находятся вне всяких подозрений в отношении горючести, воспламеняемости и выделения при нагревании газа или пара. Однако при описании волоконистых минеральных теплоизоляционных материалов часто не указывается факт применения синтетических органических связующих. До 5% от общей массы материала составляет органическое связующее, которое и придает минеральной или стеклянной «кудели» форму жесткой плиты или мата. Чаще всего, оно 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% органического связующего гореть сама по себе (на открытом воздухе) не будет, так как 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 Цельсия пары термического распада органического связующего. При существующей плотности минераловатных и стекловатных жестких плит на один квадратный метр теплоизоляционной системы с использованием данных материалов приходится килограмм органического связующего. 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 органического связующего. Связующего, которое не только хорошо горит и очень плохо тушится, но и выделяет при горении токсичные вещества.

При горении пенополистирола выделяется едкий густой черный дым (предельная концентрация продуктов горения - 5 мг/м3). Этот дым раздражает слизистые оболочки и вызывает токсическое отравление. Возгорание пенополистирола не исключено даже при добавлении в него антипиренов, веществ препятствующих воспламенению. Однако тлеющий пенополистирол столь же опасен в плане выделения продуктов горения, как и пылающий. Тем более, что воспламенение пенополистирола неизбежно в любом случае. Единственное преимущество пенополистирола с антипиренами в том, что это произойдет не через секунды после начала пожара, а через несколько минут.

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 то же время на других промышленных объектах, где нормы были «помягче» использовались и иные типы материалов. В начале 1990-х годов в России из-за пожара кровли была полностью уничтожена линия сборки автомобилей «КамАЗ». После этого на предприятии провели ремонт и восстановление сооружений с безальтернативным использованием в качестве теплоизоляционного материала только пеностекла. Слишком уж свежи были воспоминания о несопоставимо огромных материальных потерях в результате пожара, связанного с экономией на качественном утеплителе. Помимо АЭС, особое внимание в СССР уделяли пожарной безопасности гостиниц (после катастрофических пожаров 1970-80-х годов) и, несмотря на существовавший дефицит пеностекла, тогдашние гостиницы высокого класса большой этажности утепляли с использованием преимущественно этого материала. Примеры - гостиницы «Россия» и «Националь» в Москве, гостиница «Юбилейная» в Минске.

Пеностекло имеет минимальную влаго- и паропроводность

Пеностекло представляет собой материал из замкнутых стеклянных ячеек, имеющих сферическую и гексагональную форму. Среди всех представленных на рынке теплоизоляционных материалов пеностекло наиболее устойчиво к воздействию влаги и пара. Гигроскопичность пеностекла равна нулю. Его сорбционная влажность близка к нулю (менее 0,5%) даже в атмосфере со стопроцентной влажностью.

Водопоглощение пеностекла при полном погружении в жидкость не превышает 5% от общего объема материала и обусловлено лишь накоплением влаги в поверхностном слое разрушенных при механической обработке ячеек. Причем стоит отметить, что водопоглощение пеностекла независимо от периода полного увлажнения не возрастает с течением времени, что позволяет эксплуатировать данный материал как при максимальной влажности атмосферы и почвы, так и непосредственно в воде. Влагопроницаемость и паропроницаемость пеностекла равны нулю, и данный материал не пропускает жидкости и пары ни одним из способов переноса вещества (конвекция, капиллярные явления, диффузия и т. п.). Значит, в отношении гидроизолирующих и пароизолирующих свойств пеностекла можно абсолютно достоверно утверждать: этот материал изолирует на 100%! Пеностекло, по химической структуре мало чем отличающееся от обычного оконного или посудного стекла, не разрушается под воздействием воды и пара. Пеностекло вообще имеет очень высокую химическую стойкость, о чем будет сказано ниже. И, наконец, такой физический параметр, как смачиваемость поверхности материала водой, у пеностекла весьма невысок по причине присущих ему гидрофобных свойств.

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). Кроме того, потери тепла из-за теплопередачи незначительны 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 данный 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. 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 эксплуатационных параметров.

Иначе обстоит дело с волокнистыми 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 волоконных материалов в жидкость она занимает весь объем материала за исключением незначительного объема, занятого веществом волокон. Таковы свойства этого материала, и здесь интересно то, к каким эксплуатационным последствиям приводят подобные особенности волокнистых теплоизоляционных матов.

Использование в герметично закрытых для воздуха системах утепления минераловатных и стекловатных теплоизоляционных материалов приводит к развитию ситуации по следующему негативному сценарию с легко предсказуемыми отрицательными последствиями: понижение температуры ограждающей конструкции - влажность воздуха между волокнами достигает 100% - влага, содержащаяся в воздухе, выпадает на поверхность волокон - материал отсыревает и накапливает воду. Вода внутрь подобной системы поступает также за счет диффузных и капиллярных явлений через штукатурные слои. Соответственно повышается теплопроводность подобного теплоизоляционного материала (влажный воздух значительно более теплопроводен, нежели сухой), и теплозащитная конструкция перестает выполнять возложенную на нее функцию. Существенно изменяется микроклимат внутренних помещений - они начинают отсыревать. Но самое страшное заключается в том, что начинает происходить интенсивное разрушение как самой теплозащитной конструкции с использованием волоконного теплоизоляционного материала в герметично закрытой для воздуха теплоизоляционной системе, так и несущих конструкций здания. Это обусловливается значительным утяжелением конструкции (мокрая минераловатная или стекловатная плита весит в десятки раз больше, чем сухая) и расширением воды при замерзании с быстрым разрушением как самого теплоизоляционного материала, так и остальных конструкций здания.

Единственным способом, позволяющим избежать накопления влаги в волокнистом теплоизоляционном материале во время эксплуатации, является создание условий постоянной циркуляции воздуха (свободной или принудительной) внутри минераловатного или стекловатного материала. Для этого и создаются столь дорогие архитектурные решения, как вентилируемые фасады и кровли. В то же время материалы, состоящие из герметично замкнутых ячеек (такие, как пеностекло) могут использоваться при любых типах теплоизоляции, так как не отличаются значительным водопоглощением.

Технология производства пенополистирола (спекаемого или экструдированного) подразумевает использование воды. В результате готовое изделие уже содержит в себе до 6% этого вещества. Несмотря на то, что при рассмотрении невооруженным глазом пенополистирол состоит из герметично замкнутых ячеек, на самом деле в структуре материала существуют микропоры, через которые способны просачиваться жидкости. Данный факт особенно характерен для спекаемого пенополистирола. Водопоглощение пенополистирола исчисляется (в зависимости от срока пребывания материала в контакте с водой) десятками и сотнями процентов, то есть после длительного контакта пенополистирола с водой ее масса 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 волокнистыми теплоизоляционными материалами, основными негативными последствиями высокого водопоглощения являются утяжеление материала с избыточным давлением на несущую конструкцию и его разрушение из-за расширения воды при замерзании. Более того, в отличие от волоконных неорганических материалов сырой и влажный пенополистирол как материал органический может служить хорошей основой для развития грибка, плесени, лишайников и прочей биологически активной среды.

Пеностекло - механически прочный материал

По прочности пеностекло значительно превосходит материалы, входящие в группу теплоизоляционных материалов особо низкой и низкой плотности, и не уступает по прочности большинству более плотных материалов из группы средней плотности. Например, газобетоны имеют значительно более высокую плотность и коэффициент теплопроводности и, соответственно, более низкие теплозащитные свойства.
Сопоставление предела прочности на сжатие пеностекла (0,7-1,2 МПа) и других материалов дает следующие значения: прочность жестких плит из минеральной и стеклянной ваты меньше в 2 раза; прочность самых прочных плит из экструдированного полистирола меньше в 2 раза; прочность плит из спекаемого пенополистирола меньше в 10 раз. Приведенные значения прочности различных типов материалов даны для сухих образцов. В то же время влажные минераловатные и стекловатные плиты, а также плиты из пенополистирола заметно снижают свою прочность в отличие от пеностекла, не изменяющего ее из-за полного отсутствия влияния влаги на данный параметр этого материала. Вода особенно сильно снижает прочность газосиликатных материалов. Их прочность в сухом состоянии не хуже, чем у пеностекла (и это при значительно большей плотности газосиликата), в то время как в увлажненном состоянии она вдвое меньше.

Насколько важна прочность (и особенно прочность на сжатие) для теплоизоляционных материалов при их применении в строительстве? Прежде всего, чем выше прочность на сжатие, тем менее (что логично) сжимается материал, подвергшийся внешнему воздействию. В то же время сжатие теплоизоляционного материала (как волоконистого, так и ячеистого) приводит к увеличению его теплопроводности и снижению теплозащитных свойств конструкции. 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 разрушиться). Более прочный теплоизоляционный материал может нести часть нагрузки за счет собственных физических свойств. Все это в случае более прочного теплоизоляционного материала дает следующие преимущества: меньшее количество расходов на анкерные и прочие типы креплений, а также на трудоемкий процесс монтажа данных креплений; уменьшение количества инородных высокотеплопроводных включений (те же анкеры) в теплоизоляционном слое, что влечет за собой соответствующее снижение сопротивления теплопередаче всей конструкции; меньшая сжимаемость материала с увеличением теплопроводности самого материала; меньшая нагрузка на несущую конструкцию.

Пеностекло как самый прочный теплоизоляционный материал способно без всякого дополнительного крепления выдерживать давление, обусловленное собственным весом, в пределах двух этажей. Это позволяет производить теплоизоляционные работы простым и недорогим 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. Кроме того, пеностекло отлично обрабатывается столярными инструментами. Данное свойство применяется при теплоизоляции пеностеклом не только простых плоскостей, но и сложных фасонных изделий, а также криволинейных поверхностей. В таком случае блокам из пеностекла путем механической обработки придаются необходимые геометрические параметры.

На территории бывшего СССР, существуют сооружения, кладка которых полностью выполнена 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.

Пеностекло - экологически чистый и безопасный материал

Высокая экологическая и санитарная безопасность пеностекла привела к тому, что данный материал без каких бы то ни было ограничений применяется для теплоизоляции промышленных пищевых холодильников и теплоизоляционной футеровки чанов и емкостей, применяемых при изготовлении пива, вин и молочных продуктов.

В отличие от пеностекла, в минераловатных жестких плитах для связи волокон используется органическое связующее. Оно, так же как впрочем, и пенополистирол способно к распаду на свободные радикалы. Кроме того, общеизвестным фактом является то, что рабочие, занятые монтажом волоконных неорганических материалов имеют льготные условия труда за, так называемую, «вредность», такая работа требует использования надежных, тяжелых респираторов и плотных рукавиц. Если посмотреть на разгрузку, распаковку, раскрой минераловатных и стекловатных плит в ясный солнечный день можно увидеть яркую игольчатую пыль, которая повисает облаком определенной концентрации в месте обработки волоконистых неорганических материалов. Вдыхание подобной пыли чревато интенсивным развитием всего спектра патологических заболеваний органов дыхания. В то же время попадание подобной пыли на кожу может привести к развитию кожных болезней сложной формы, которые трудно поддаются лечению. После монтажа с течением времени волокна крошатся на все более короткие отрезки и через 50 лет превращаются в ту самую игольчатую пыль, от которой монтажников защищают респираторы.

Если спроецировать данную ситуацию на пеностекло и даже предположить, что оно начнет разрушаться, то 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 (без острых граней) узлы материала между ячеек.

Пеностекло - долговечный материал

Герметическая замкнутость стеклянных ячеек материала обуславливает его непроницаемость для пара и влаги, постоянство теплопроводности и прочности, высокую сопротивляемость выдуванию ветром в течение многих десятков лет. По расчетам экспертов, срок службы пеностекла практически бесконечен, в то время как полная потеря теплоизоляционных свойств пенополистирола и пенополиуретана происходит через 10-12 лет, а стекловолоконных материалов через 7-10 лет.
Гарантированный срок эксплуатации пеностекла - более 100 лет. Это подтверждается опытными вскрытиями объектов, теплоизолированных с использованием блоков из пеностекла в середине 1950-х годов. 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, Беларусь и Украина. В то же время в России технология производства пеностекла за время кризиса 1990-х годов была утрачена и, несмотря на существование более чем полутора десятков инвестиционных проектов, так до сих пор и не восстановлена. За последние 20 лет технологию производства утратили также в Чехии и Польше.
Как упомянуто выше, вскрытие объектов, теплоизолированных пеностеклом более полувека назад, не выявило никаких изменений в структуре данного материала. Ведь он представляет собой на все 100% не что иное, как обычное вспененное стекло. Именно это и делает его особо устойчивым к химически и биологически активным средам, а также к 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, 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. Причем они пребывают 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. 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 десятилетий, то и свойства всей конструкции будут, соответственно, изменяться пропорционально, и зачастую этот процесс является необратимым. То есть, другими словами, низкокачественная теплоизоляция с динамично ухудшающимися характеристиками может привести к порче основной несущей конструкции здания (деформации, растрескиванию, отсыреванию и т. п.). Применив впоследствии более дорогой теплоизоляционный материал, восстановить свойства всей конструкции, естественно, не удастся.

Пеностекло устойчиво к гниению и разрушению

Пеностекло абсолютно устойчиво ко всем химическим реагентам как неорганической, так и органической природы. Исключение составляет лишь плавиковая кислота - не слишком распространенное химическое соединение. Активная биологическая среда также не может оказать сколько-нибудь заметного влияния на пеностекло, так как в пеностекле полностью исключена почва для развития любых активных жизненных форм. Самой интересной особенностью пеностекла при взаимодействии с биологическими формами является 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».

Что касается волоконистых неорганических матов на органическом связующем и теплоизоляционных изделий из пенополистирола, стоит отметить присущую им чувствительность к углеводородным соединениям. Эти вещества широко применяются 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 пенополистирол, полностью растворяющийся в углеводородной жидкости за минуту и разрушающийся в углеводородных парах за несколько суток.

Технические характеристики пеностекла

Вернуться к списку статей