Статьи

Мифы современной стройки

Пенополистирол в качестве утеплителя

Отечественный рынок ныне наполнен разнообразными строительными материалами, рассчитанными на любой вкус и широкий диапазон финансовых возможностей заказчика. Однако у этого, безусловно, положительного явления есть и обратная сторона: далеко не всегда даже специалисты знают, в каких случаях какие материалы следует использовать. Более того, сейчас в обиходе устроителей существует ряд мифов и легенд, созданных недобросовестными операторами рынка. В первую очередь это относится к использованию в качестве утеплителя пенополистирола.

В последние годы создана и весьма широко используется довольно большая группа новых теплоизоляционных материалов из пластмасс. Сырьем для их изготовления служат термопластичные (полистирольные, поливинилхлоридные, полиуретановые) и термореактивные (мочевиноформальдегидные) смолы, газообразующие и вспенивающие вещества, наполнители, пластификаторы, красители и др. В строительстве наибольшее распространение в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов получили пластмассы пористо-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек или полостей, заполненных газами или воздухом, вызвано химическими, физическими или механическими процессами или их сочетанием.

В зависимости от структуры теплоизоляционные пластмассы могут быть разделены на две группы: пенопласты и поропласты. Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотностью и наличием не сообщающихся между собой полостей или ячеек, заполненных газами или воздухом. Поропласты- пористые пластмассы, структура которых характеризуется сообщающимися между собой полостями: пенополистирол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан имипора.

Наиболее широкое распространение для современного индустриального строительства нашел пенополистирол- материал в виде белой твердой пены с равномерной замкнутопористой структурой.
Плиты из пенополистирола применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий, изоляции промышленных холодильников, а также в качестве звукоизолирующих прокладок.

По способу получения различают два вида пенопласта из полистирола.

1. Экструдированный пенополистирол (XEPS- extruded expanded polystyrene), изобретенный фирмой Dow Chemical Co. в1940году.
2. Пенополистирол, полученный по методу горячего формования (MEPS- molded expanded polystyrene), который был изобретен фирмой BASF вначале пятидесятых годов.

Экструдированный пенополистирол значительно дороже горячеформованного (около 200$ за куб.м), но и характеристики у него лучше. Применяется он в основном при строительстве дорог в качестве теплоизолирующего материала, при изготовлении опалубки, которая должна выдерживать большие механические нагрузки, в различных машиностроительных отраслях.

Горячеформованный пенополистирол (ГОСТ 15588-86) получил широкое распространение в строительной иупаковочной индустриях. Наиболее широкое применение нашел пенополистирол нескольких марок, в частности, ПСБ, ПСБС, выпускаемый в виде плит различного размера и плотности.

Миф первый: очень высокие теплоизоляционные свойства
При принятии решения об использовании того или иного материала теплоизоляторы оценивают, в первую очередь, по соответствию главному назначению. Для этих целей используется ряд показателей, из которых наиболее употребляемый- теплопроводность.

Большинство утеплителей из вспененных пластмасс, как правило, имеют коэффициент теплопроводности от 0.035Вт/м.К до 0.048Вт/м.К при температуре 25°С. Однако в последнее время отдельные производители все чаще заявляют, что у их материалов этот показатель достигает значений 0.020Вт/м.К и даже 0.018Вт/м.К, но они при этом, видимо, «забывают» указать, при каких условиях и какими методами получены такие исключительные результаты (как известно, чем ниже температура исследований, тем лучше значения коэффициента теплопроводности).
Кроме этого, есть еще один фактор, который «апологеты» вспененных пластмасс предпочитают не вспоминать,- водопоглощение.

Например, гранулированный пенополистирол, изготовленный беспрессовым методом, увеличивает свое водопоглощение до 350% по массе. Однако и это еще не предел. Зафиксированы случаи, когда плиты беспрессового пенополисторола при эксплуатации покрытия с поврежденным гидроизоляционным ковром приобретают влажность до 900%. Понятно, что при таком количестве поглощенной воды ни о каком нормативном значении коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала и речи быть не может.

Практически все представленные на рынке изделия из минераловатных и стекловолоконных материалов имеют приблизительно такие же значения теплопроводности, отличие заключается в том, что верхняя граница значений этого показателя для минераловатных и стекловолоконных материалов несколько выше (0.05-0.054Вт/м.К), так как теплопроводность в значительной степени определяется плотностью материала и замкнутостью пор.

Сравнение значений теплопроводности различных материалов дает возможность сделать вывод, что сточки зрения теплоизоляционных качеств свойства этих групп материалов практически полностью адекватны.

Поэтому одним из главных аргументов апологетов утеплителей из вспененных материалов в пользу их применения является цена: вспененные пластмассы существенно дешевле, чем минераловатные или стекловолоконные материалы.

Миф второй: долговечный материал
Долговечность — свойство технического объекта сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени или вплоть до выполнения определенного объема работы (Большой энциклопедический словарь).

Борьба за энергоэффективность явилась причиной более пристального изучения свойств многих теплоизоляционных материалов, втом числе и пенополистирола.

Особенно глубокие исследования были проведены лабораторией профессора А. И. Ананьева в НИИ строительной физики (Москва). Поводом к проведению исследований стали результаты вскрытия покрытия подземного торгового комплекса на Манежной площади в Москве, построенного несколько лет назад.

При вскрытии покрытия, находящегося вэксплуатации всего два года, было обнаружено значительное разрушение пенополистирольных плит, на большинстве плит образовались значительные раковины и трещины. В результате деструкционных процессов толщина некоторых плит уменьшилась с80мм до 14мм, при этом плотность пенополистирола в зоне самой тонкой части увеличилась более чем в4раза- до 120кг/куб.м. Приведенное сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя покрытия в зоне чрезмерной деструкции пенополистирольных плит стало составлять 0.32 м2.°С/Вт, что отличает его от проектного значения, равного 2.7 м2.°С/Вт, более чем в8раз. Причина столь катастрофического состояния утеплителя заключалась, как показали результаты исследований, в нарушении технологии производства работ и отсутствием учета ряда физических и химических особенностей при проектировании.

Этой же лабораторией были проведены исследования беспрессового пенополистирола, эксплуатировавшегося, так сказать, в более ординарных условиях- наружных ограждающих конструкциях зданий. Результаты показали довольно существенное увеличение (до 0.047-0.05Вт/м.°С) теплопроводности утеплителя.

Высокую сходимость с результатами НИИСФ показывают исследования, проведенные Нижегородским государственным архитектурно-строительным университетом. Полученные там данные показывают, что величина приведенного значения сопротивления теплопередаче наружных стен, утепленных беспрессовым пенополистиролом, уменьшилась в среднем на 49-59%.

С этой точки зрения более эффективен экструзионный пенополистирол (ЭППС), который, как показывают результаты моделирования в ВНИИстройполимер, выдерживает 50-летние циклические температурно-влажностные нагрузки, но при условии применения в земляном полотне для утепления подвальных помещений. Косвенно эти данные подтверждают и результаты обследования, выполненные Белорусским национальным техническим университетом. Обследованию были подвергнуты построенные в1976году сооружения, в ограждающих конструкциях которых был использован экструзионный пенополистирол. Для лабораторных исследований были взяты контрольные образцы, результаты изучения которых показали, что утеплитель находится в превосходном состоянии.

Миф третий: пенополистирол — экологичный материал
Ряд исследований, проведенных в последние годы, однозначно доказали весомое влияние микроклимата на жизнедеятельность человека, поэтому созданию этого фактора, приемлемого для человека, в помещении уделяется много внимания.

В течение часа человек выделяет около 100 г влаги. Если это жилое помещение, то к этому количеству необходимо добавить влагу, появляющуюся при приготовлении пищи, стирке ит.д., в результате чего влажность увеличивается многократно. Поэтому для создания комфортного и здорового микроклимата наружные стены должны «дышать», что означает- обладать хорошей паропроницаемостью. Однако паропроницаемость абсолютно всех вспененных утеплительных материалов, применяемых в строительстве, на порядок меньше, чем минераловатных и стекловолоконных утеплителей.

Например, коэффициент паропроницания пенополиуретана и пенополистирола равен приблизительно 0.05 мг/м.ч.Па, в то время как у минераловатных изделий- 0,4-0,6 мг/м.ч.Па. Поэтому, как показывают результаты исследований, проведенных франкфуртским Институтом строительной физики иганноверским Институтом строительной техники, применение в качестве утеплителя пенополистирольных плит уменьшает диффузию водяного пара через наружные стены в среднем на 55-57%.

Высокую сходимость с приведенными выше исследованиями немецких ученых показывают и результаты эксперимента в России. Технический университет Хельсинки проводил мониторинг параметров микроклимата в санкт-петербургских домах, утепленных пенополистиролом. В этих домах старые, традиционные окна советского изготовления были заменены на новые, современные со стеклопакетами и вентиляционными клапанами, была восстановлена вентиляция, установлена система управления температурой теплоносителя. Однако в первую же зиму относительная влажность воздуха в70% квартир достигла 80% при температуре воздуха 18°С, а такие условия являются весьма благоприятными для развития грибков.

К материалам на основе полистирола, который является заполимеризованным стиролом, особенно много претензий в связи с выделением вредных веществ.

Дело в том, что, во-первых, на все 100% полимеризация происходит только теоретически. На самом деле этого у полистирола никогда не бывает, процесс полимеризации идет не до конца, на 97-98%; во-вторых, процесс полимеризации обратим, поэтому полимеры постоянно разлагаются под влиянием света, кислорода, озона, воды, механических иионизирующих воздействий, и особенно под влиянием теплоты. Образовывающийся таким образом свободный стирол проникает в помещения, и люди длительное время живут в обстановке, когда в жилой атмосфере есть стирол (пусть концентрации и ниже ПДК). От этих микродоз стирола страдает сердце, особые проблемы возникают у женщин. Стирол оказывает сильное воздействие на печень, вызывая среди прочего и токсический гепатит. Кроме стирола, выделяются и другие вещества, включая фенол, формальдегид, этилбензол и так далее.

Говоря о таком параметре, как ПДК необходимо упомянуть, что существуют две концепции оценки влияния вредных веществ на организм человека — пороговая и линейная.

В пороговой концепции утверждается, что снижать концентрации вредных веществ нужно до некоторого уровня (порога), определяемого значением предельно-допустимой концентрации (ПДК). Из этого положения следует вывод: малые концентрации (ниже уровня ПДК) вредных веществ безвредны. В нашей стране (как, впрочем, и в других странах бывшего СССР) принята именно пороговая концепция.

В линейной концепции предполагается, что вредное влияние на человека пропорционально (линейно) зависит от суммарного количества поглощенного вещества, то есть от произведения его концентрации на время. Отсюда вывод: малые концентрации при длительном потреблении вредны. Этой концепции фактически придерживается ряд стран: США, ФРГ, Канада, Бельгия, Япония и некоторые другие страны.

Переход к линейной концепции вынудит пересмотреть очень многие нормативы. Например, величина ПДК на сернистый ангидрид должна быть уменьшена в6,2раза, а на стирол- в 594 (!) раза. Столь низкое требуемое значение ПДК на стирол в помещении вызвано особыми свойствами стирола. Это вещество относится к конденсированным ароматическим соединениям, имеющим в своей молекуле одно или несколько бензольных ядер, и, подобно аналогичным веществам (бензол, бензпирен, бензантрацен), имеет повышенные коммулятивные свойства: накапливается в печени и не выводится наружу.

Выводы исследователей весьма категоричны. Они считают, что, во-первых, необходимо пересмотреть нормы ПДК, которые для жилищного строительства должны быть уменьшены в десятки и сотни раз в соответствии с их коммулятивными свойствами. Во-вторых, по мнению ученых, среди веществ, содержащихся в строительных материалах, наибольшей степенью коммулятивности обладает стирол, что требует уменьшения ПДК при использовании его в жилищном строительстве до таких минимальных значений, что это равносильно полному запрещению применения продуктов полимеризации стирола в жилищном строительстве.

Вместо заключения
В последнее время у нас стало модным кивать на опыт западных стран. Что ж, во многих вопросах они действительно проделали гораздо больший путь и на «грабли» уже наступили. В данном случае под «граблями» подразумевается то, что в ряде стран уже обнаружили пагубность утепления пенополистиролом и сейчас проводят исследования на тему, как от этих последствий избавиться. Особенно активно в этом направлении работают ученые из Института жилья и окружающей среды (г. Дармштадт, ФРГ), однако, по имеющимся сведениям, впечатляющих результатов немецкие исследователи еще не получили.

В так называемых высокоразвитых странах уже давно осознали, что широко распространенные вспененные пластмассы, изготовленные, так сказать, традиционным способом обладают массой недостатков, поэтому в последние годы активно разрабатывают заменители этой группе материалов.

Но так как процесс замены материалов по уже «обкатанной» технологии довольно сложный, длительный и мучительный, то вся эта масса продуктов буквально «хлынула» на рынки постсоветских государств. Этот массовый «выброс» сопровождается активной информационной (точнее- дезинформационной) поддержкой.
Однако не следует впадать в другую крайность и делать однозначный вывод о том, что вспененные пластмассы более не пригодны для использования в качестве утеплителей. Рассматривать данную проблему необходимо системно, учитывая при этом еще ряд немаловажных факторов. Только многомерный, многопараметрический сравнительный анализ позволит сделать заключение о соответствии декларируемой универсальности вспененных пластмасс действительности и целесообразности их применения в ряде случаев.

Вячеслав Козачук,
журнал «Будмайстер», Киев