Современные теплоизоляционные материалы

Современные теплоизоляционные материалы.

ФГУ ФЦС проводит большую работу по технической оценке пригодности различных видов строительной продукции, в т.ч. теплоизоляционных материалов и изделий. За 10 лет эту процедуру прошли практически все известные изготовители подобной продукции, представленные на отечественном рынке. Проведена техническая оценка многих десятков видов продукции, применяемых в различных строительных конструкциях и системах.

Проведенная работа позволяет сделать некоторые выводы и обобщения.

По-видимому, нет необходимости говорить о важности экономии энергоресурсов. В качестве подтверждения можно сослаться на серьезные проблемы, особенно остро проявившиеся во время аномальных холодов нынешней зимой.

Одним из наиболее действенных средств экономии энергоресурсов является их надежная теплоизоляция, для чего требуются современные эффективные теплоизоляционные материалы и изделия на их основе.

Следует заметить при этом, что во многих случаях тепловая изоляция требуется не только для сбережения тепловой энергии, но и для обеспечения необходимых технологических параметров в ряде производств, для обеспечения бе-зопасности при эксплуатации тепловыделяющего оборудования, для защиты от внешних источников тепла и т. д.

В ряде случаев теплоизоляционные материалы применяют также и качестве звукоизоляционных, огнезащитных и т. д.

По принятой терминологии теплоизоляционные материалы делятся на неорганические и органические.

Типичными неорганическими материалами являются минеральная и стеклянная вата, вспученный перлит, пеностекло.

Типичными органическими материалами являются ячеистые пластмассы (блочный и экструдированный пенополистирол, пенополиуретан).

Перечисленные материалы, собственно, и являются наиболее распространенными и широко применяемыми.

У каждого теплоизоляционного материала имеются свои преимущества, в связи с чем сопоставление таких материалов по всей номенклатуре технических характеристик представляется нецелесообразным.

Вместе с тем имеются материалы, которые можно условно считать универсальными, т. к. область их применения практически не ограничена. Этими материалами являются минеральная вата и, в определенной мере, стеклянная вата и изделия на их основе.

Согласно европейскому стандарту к минеральной вате относятся:

— собственно минеральная (каменная) вата, производимая из шихт на основе изверженных горных пород;

— шлаковая вата, производимая из шихт на основе промышленных отходов (металлургические шлаки);

— стеклянное штапельное волокно или стеклянная вата.

В рамках журнальной публикации невозможно дать более-менее подробную информацию даже об этих двух видах теплоизоляционных материалов, в связи с чем представляется целесообразным ограничиться рассмотрением характеристик собственно минеральной ваты и изделий на ее основе. Наиболее массовым видом минераловатных изделий являются плиты на синтетическом связующем.

Здесь уместно разобраться с терминологией и с некоторыми стереотипами.

Достаточно часто, особенно в рекламных материалах, встречаются термины «базальтовая изоляция» или «базальтовая вата». Такие названия, по существу, применимы лишь к базальтовому супертонкому волокну (БСТВ), производимому из базальтовых горных пород без добавок раскислителей (карбонаты, шлаки). Производство подобной продукции в России существует, однако объемы его невелики и применение БСТВ в строительстве крайне мало.

Любая минеральная вата, даже производимая из шихт на основе базальта с добавками раскислителей (других промышленных технологий не существует) может называться только минеральной ватой. К тому же т. н. «базальтовая вата» не обладает никакими преимуществами по сравнению с минеральной ватой, произведенной из шихт на основе, к примеру, габбро-диабаза, порфирита, долерита и других природных материалов.

Другое распространенное заблуждение связано с представлением о том, что применение шлаков даже в малых количествах всегда отрицательно сказывается на качестве минеральной ваты. Некоторые отечественные производители даже указывают, что их минеральная вата производится без применения шлака. На самом же деле важен конечный результат, т.е. химический состав минеральной ваты и связанные с ним ее свойства. В этом убеждает многолетний опыт ряда известных фирм.

Итак, что же собой представляют современные теплоизоляционные изделия на основе минеральной ваты?

Одной из главных характеристик минеральной ваты является, как уже сказано, химический состав. Химический состав обычно представляется общепринятым показателем, который называется модулем кислотности и является отношением суммы процентного содержания окислов кремния и алюминия к сумме процентного содержания окислов кальция и магния. По современным представлениям этот показатель не должен быть менее 1,8, т. к. при более низких значениях устойчивость минеральной ваты к воздействию влаги является недостаточной. Кроме того, изделия из ваты с модулем кислотности ниже 1,8 не могут длительно эксплуатироваться при повышенных температурах.

По данным ФГУ ФЦС, ведущие фирмы-изготовители, продукция которых прошла техническую оценку пригодности, производят минеральную вату с модулем кислотности 1,9–2,2.

Второй существенной характеристикой является водостойкость, определяемая как показатель концентрации водородных ионов (рН) в водной вытяжке из минеральной ваты. Показатель этот полностью зависит от химического состава и косвенно связан с модулем кислотности, т. е. с ростом модуля кислотности показатель рН снижается и наоборот. Вместе с тем такая зависимость наблюдается не всегда, и в случаях повышенного содержания в вате окислов натрия и калия, не учитываемых в расчете модуля кислотности, при достаточно высоком модуле показатель рН может превышать верхнюю границу, которой принято считать 3,5. Фактические показатели водостойкости минеральной ваты у ведущих фирм составляют 2,5–3,0.

Иногда низкие цифры рН водной вытяжки из волокон принимают за реально кислую среду, возникающую при любом увлажнении изоляции, и, соответственно, вызывающую коррозию металлических элементов, контактирующих с изоляцией. На самом деле минеральная вата является материалом химически нейтральным. В данном случае низкое значение рН говорит лишь о достаточной устойчивости ваты к разрушению при длительном увлажнении, что является одним из главных условий обеспечения долговечности.

От химического состава минеральной ваты зависит еще один важный показатель, каковым является температура плавления волокон. Не следует путать этот показатель с температурой расплава, из которого вырабатываются волокна, достигающей 1500 0С. Температура плавления волокон, естественно, ниже и у лучших образцов составляет 1000 0С. Такой показатель обеспечивает достаточную огнестойкость, в частности, систем утепления наружных стен зданий.

Главной характеристикой любого теплоизоляционного материала является его теплопроводность, зависящая от ряда других показателей, одним из которых, но не единственным, является плотность.

Когда речь идет о волокнистых материалах, на теплопроводность оказывают влияние размеры составляющих их волокон (средний диаметр) и их расположение, а также содержание неволокнистых включений.

Современные минераловатные изделия состоят из волокон средним диаметром 3ч6 мкм (у передовых фирм этот показатель равен 1ч5 мкм). Содержание неволокнистых включений обычно не превышает 4,5 % по массе.

Применяемые в производстве минераловатных изделий связующие являются многокомпонентными и содержат водорастворимую фенолоформальдегидную смолу, обеспыливающие, модифицирующие и гидрофобизирующие добавки. Общее содержание органических веществ в изделиях обычно ограничивается 4,5 % по массе, что в соответствии с существующими методами определения горючести позволяет относить такую продукцию к негорючим материалам.

В традиционных минераловатных изделиях составляющие их волокна располагаются преимущественно в горизонтальной плоскости, что не всегда обеспечивает достижение необходимых прочностных показателей, требования к которым, в зависимости от назначения, могут быть достаточно высокими.

Современные технологии позволяют осуществлять ориентацию волокон не только в горизонтальной, но и частично в вертикальной плоскости, благодаря чему прочностные показатели изделий (прочность на сжатие, предел прочности на растяжение перпендикулярно лицевым граням) доводятся до требуемого уровня.

Ведущие производители минераловатной продукции устанавливают номенклатуру показателей и их числовые значения, исходя из требований, обоснованных условиями ее применения.

При этом градация продукции по плотности практически не применяется, т.к. при одинаковой плотности можно получать продукцию с различными техническими характеристиками, включая теплопроводность.

Так, к примеру, определяющим показателем минераловатных плит, предназначенных для применения в фасадных системах с тонким наружным штукатурным слоем, является предел прочности на растяжение перпендикулярно лицевым граням (более привычный термин — прочность на отрыв слоев). Плиты, применяемые в системах кровельной изоляции, оцениваются, в первую очередь, по показателю прочности на сжатие при 10%-ной деформации. Для изготовления трехслойных панелей с металлическими оболочками (сэндвич-панелей) применяются плиты, основной характеристикой которых является предел прочности на сдвиг. Подобных примеров можно привести достаточно много.

Большей частью основное назначение продукции отражается в ее названии или условном обозначении, причем эта тенденция прослеживается и у отечественных изготовителей минераловатных изделий.

При проведении работ в ФГУ ФЦС по технической оценке подобной продукции исходят именно из декларируемых и гарантируемых изготовителем технических характеристик, важнейшие из которых при подтверждении результатами соответствующих испытаний приводятся в прилагаемых к техническим свидетельствам Росстроя техническим оценкам ФЦС.

Как известно, одним из условий эффективного применения теплоизоляционных изделий является обеспечение их надежного контакта с изолируемой поверхностью. На практике, особенно при выполнении наружной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, добиться такого контакта при наличии значительных дефектов поверхности этих конструкций весьма сложно. Для решения этой проблемы обычно изоляцию выполняют из двух раздельных слоев:

— легкого и эластичного внутреннего;

— более плотного и жесткого наружного.

Современные технологии позволяют получать двухслойные минераловатные плиты в заводских условиях, что существенно упрощает работу в подобных ситуациях.

Качество современной минеральной ваты позволяет осуществлять различные варианты механической обработки изделий на ее основе. Ряд изготовителей поставляет на российский рынок плиты с шпунтованными кромками, с фрезерованными канавками на нижней стороне, косоугольные в поперечном сечении и т. п. Плиты могут выпускаться с различными видами покрытий с одной или с обеих сторон (стеклохолсты, ветрогидрозащитные полимерные мембраны и др.).

В качестве положительной тенденции можно отметить не только возрастающий спрос отечественных потребителей на современные минераловатные изделия, но и заметное увеличение объемов производства таких изделий в России, причем не только на предприятиях, созданных с участием зарубежных компаний.

Важным направлением использования минераловатных изделий является тепловая изоляция промышленного оборудования и трубопроводов, однако, как представляется, эта тема заслуживает отдельного рассмотрения.

Работа по технической оценке теплоизоляционных материалов и изделий в ФГУ ФЦС идет постоянно. Количество заявок на проведение этой работы растет, появляются новые изделия. Информация, по мере ее накопления, будет публиковаться.