Рассматриваются свойства пенополистирола, широко распространенного в практике строительства. Авторы не оспаривают достоинства этого высокоэффективного теплоизоляционного материала. В то же время они дают критическую оценку его свойств, к которым следует отнести пожароопасность и экологические риски. Целью решения правительства об утеплении ограждающих конструкций зданий является экономия тепловой энергии. Но вот, после более чем десяти лет экономии (с 1996 г.), многие строители пришли к выводу, что фактически за счет некомпетентного применения утеплителей экономии-то как раз и не происходит. Мало того, при применении некоторых систем, в основном с использованием пенополистирола, между стеной и утеплителем находится воздушная прослойка, и стена в процессе эксплуатации становится не теплоизолирующей, а наоборот – теплопроводящей. Дело в том, что при некоторых способах утепления стена становится физически неоднородным телом. Теплоизоляционный «пирог» зачастую состоит из 7-8 различных по своей природе материалов. Внутри него появляется поверхность раздела между материалами с разной паропроницаемостью. На этой поверхности начинает накапливаться влага. Она пропитывает более плотный материал, и его теплопроводность сильно возрастает. Конденсат образуется в воздушных пустотах между стеной и теплоизоляционным материалом. Ну и какая же теплозащита при низком термическом сопротивлении? Да никакой. И вся полученная ранее экономия тепла «съедается» теперь повышенным расходом его для поддержания в помещении комфортной нормативной температуры.
Результаты обследования зданий с наружными стенами, утепленными пенополистиролом, показывают, что этот теплоизоляционный материал имеет ряд физических и химических особенностей, которые не учитываются проектировщиками, строителями и службами, ответственными за эксплуатацию зданий и сооружений. В результате этого наша страна терпит крупные материальные издержки. Одним из типичных примеров, как отмечает директор научного центра РОИС, д.т.н. А.И. Ананьев, может служить подземный торговый комплекс, возведенный в г. Москве на Манежной площади, где ошибки были допущены не только при разработке проекта покрытия комплекса, но и при выполнении строительных работ. В результате всего через 2 года эксплуатации покрытие пришлось капитально ремонтировать практически с полной заменой пенополистирольных теплоизоляционных плит. Основной причиной допускаемых просчетов является отсутствие необходимой информации в научно-технической литературе о поведении пенополистирола в конструкциях и изменении его теплозащитных свойств во времени. Это подтверждается и широким диапазоном сроков службы, необоснованно установленных производителями в пределах от 15 до 60 лет на пенополистирол как материал, часто с одинаковыми физическими свойствами. При этом официально утвержденной методики определения долговечности пенополистирольных плит и ограждающих конструкций с его применением не существует. Основным препятствием в ее разработке является неординарное поведение пенополистирола в условиях эксплуатации. Например, стабильность его теплофизических характеристик во времени в большой степени зависит от технологии изготовления и совместимости с другими строительными материалами в конструкциях стен и покрытий. Нельзя не учитывать и воздействия ряда случайных эксплуатационных факторов, ускоряющих естественный процесс деструкции пенополистирола. Даже поведение пенополистирола при пожаре значительно отличает его от других теплоизоляционных материалов.
|
|
|
|
Установлено, что прочность образцов, отобранных из стен эксплуатируемых зданий, несколько ниже, чем образцов, взятых непосредственно с завода. При этом очень трудно оценить, как изменилась плотность побывавших в эксплуатации образцов, в связи с отсутствием первичных данных, соответствующих времени ввода зданий в эксплуатацию. Снижение прочности образцов от времени эксплуатации было более значительным при плотности пенополистирола ниже 40 кг/м3. Зафиксированы случаи, когда значения коэффициентов теплопроводности пенополистирола за 7-10 лет эксплуатации конструкций возросли в 2-3 раза. Это, как правило, связано с нарушением технологического регламента при производстве строительных работ или применением несовместимых с пенополистиролом материалов, а также применением для ремонта стен красок, содержащих летучие углеводородные соединения.
Экспериментальные результаты позволяют утверждать, что заложенные в ГОСТ 15588-86 «Плиты пенополистирольные» требования к водопоглощению, фиксирующие максимальное содержание влаги за 24 часа в пределах 36-267% по массе (или, соответственно, по объему 1,8-4,0%) при плотности от 15 до 50 кг/м3, не отвечают качественному уровню современных пенополистирольных плит и тем более реальным условиям технической эксплуатации. Необходимо пересмотреть ГОСТ с внесением в него дифференциальных требований по этому физическому параметру, учитывающему методы изготовления пенополистирольных плит.
|
|
Значительные изменения теплотехнических свойств пенополистирольных плит происходят в результате нарушения технологического регламента при производстве строительных работ. Это хорошо демонстрируется на примере возведения подземного торгового комплекса в г. Москва. На втором году эксплуатации торгового комплекса на внутренней поверхности подвесных потолков помещений появились следы протечек влаги. Было принято решение вскрыть покрытие с целью замены гидроизоляционного ковра. В конструктивном решении покрытия предусматривалось устройство гидроизоляционного ковра из гекопреновой мастики. Основой этой мастики являются битум и синтетический хлоропреновый каучук, растворенные в органических растворителях. Полученная гидроизоляционная мастика при нанесении на железобетонное покрытие активно выделяет летучие химические вещества. По этому слою уложены пенополистирольные плиты. При вскрытии покрытия обнаружено, что на большинстве пенополистирольных плит имеется значительное число раковин и трещин. Основной причиной их разрушения следует считать активное выделение и воздействие на утеплитель летучих веществ из мастики. Это привело к ускорению деструкционных процессов пенополистирола.
Аналогичные ситуации могут наблюдаться повсюду, что вытекает из химической основы мастики, основным компонентом которой является мягкий битум, представляющий собой смесь летучих углеводородов. Выделение летучих веществ из битума в процессе эксплуатации затухает, но не останавливается полностью. И пенополистирол в результате естественной деструкции выделяет бензол и толуол. Исследования, выполненные учеными НИИСФ (г. Москва) на образцах пенополистирольных плит, отобранных из покрытия, показали, что их толщина стала составлять от 77 до 14 мм, т.е. отклонение от проектного решения, равного 80 мм, составило от 4 до 470%. При этом плотность пенополистирола в зоне самой тонкой части плиты увеличилась до 120 кг/м3, т.е. более чем в 4 раза, что вызвало изменение теплопроводности материала в сухом состоянии с 0,03 до 0,07 Вт/(м°С). Термическое сопротивление 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 в 8 раз(!).
Таким образом, пенополистирольные материалы при работе в наружных ограждающих конструкциях представляют собой эффективную теплоизоляцию, подверженную изменению в результате естественной замены газа в порах на воздух на стадиях изготовления панелей, воздействию несовместимых материалов и случайных эксплуатационных факторов, выражающихся в применении для ремонтов фасадов красок, содержащих летучие углеводородные соединения. Как следствие, на естественную деструкцию пенополистирола дополнительно накладываются влияния технологических и эксплуатационных случайных факторов. Поэтому естественный процесс старения пенополистирола, медленно происходящий во времени, сильно ускоряется.
При ускорении окислительного или теплового процессов создаются возможности протекания разнообразных химических реакций в результате чего наблюдается резкое снижение физико-механических свойств не только пенополистирольных плит, но и прилегающих материалов. Хорошим примером этого процесса служат покрытия зданий и сооружений, в которых применяются гидроизоляционные материалы, несов- местимые по своей химической основе с пенополистиролом. В условиях эксплуатации они выделяют летучие химические вещества. В результате разрушается не только теплоизоляционный материал, но и пароизоляционный ковер. В этом случае предсказание срока службы пенополистирольных плит как теплоизоляционного материала из-за случайных факторов воздействия в наружном ограждении сильно затруднено.
До введения новых норм по теплоизоляции ограждающих конструкций жилых зданий проблема методики оценки долговечности пенополистирола не стояла из-за малого объема его применения. Например, в трехслойных железобетонных панелях и стенах с гибкими металлическими связями было достаточным иметь толщину пенополистирольных плит 4-9 см в зданиях, возводимых практически по всей России от Краснодара до Якутска. И, как правило, в капитальных жилых и общественных зданиях пенополистирол применялся в редких случаях.
Согласно новым нормативам толщину пенополистирольного слоя в стенах и панелях с гибкими металлическими связями приходится увеличивать соответственно до 15-30 см. При повышенной толщине утеплителей в стенах возрастают усадочные явления и температурные де- формации, что приводит к образованию трещин, разрывам контактных зон с конструкционными материалами, изменяется воздухопроницаемость, паропроницаемость и, в конечном счете, снижаются теплозащитные качества наружных ограждающих конструкций. В северных районах страны с коротким холодным летом стены с увеличенной толщиной теплоизоляции не успевают войти в квазистационарное влажностное состояние, что приводит к систематическому накоплению влаги и ускоренному морозному разрушению, снижению срока службы и более частым капитальным ремонтам.
При активном применении пенополистирола в многослойных строительных конструкциях совершенно не принимается во внимание значительное несоответствие сроков службы утеплителя и зданий, в ограждающие конструкции которых замурован пенополистирол. По данным (9) срок службы пенополистирола без изменения свойств составляет величину порядка 4-5 лет. Авторы статьи (17) приводят результаты расчета критического срока выработки ресурса пенополистирола фирмы ОАО СП «Тиги-Кнауф». По их данным, этот срок составляет от 14 до 20 лет в различных условиях эксплуатации этого утеплителя. При этом нормативный срок дома составляет 150 лет. Аналогичные данные, свидетельствующие о недолговечности пенополистирола как теплоизоляционного материала в жилых домах, приведены и в других работах.
Со временем к нам приходит истинное понимание серьезных недостатков и даже вреда пенополистирола, особенно для будущих поколений. Значительно возрастает интерес научной и строительной общественности к поднятой проблеме. Появляется все больше публикаций на эту тему. Стало проводиться больше исследований действительной работы пенополистирольных плит и конструкций, где они применяются. Чаще звучит тревога самих проектировщиков и строителей по поводу слабой изученности пенополистирола.
К сожалению, производители пенополистирола, их деловые партнеры, а также поддерживающие их государственные чиновники не перестают утверждать, что пенополистирол – это идеальный утеплитель; делаются широковещательные и совершенно бездоказательные заявления об экологической чистоте, о потрясающей долговечности пенополистирола. Им не важно, что эти россказни никак не подтверждаются научными исследованиями, результатами анализов, испытаний. Обычно приводится пример, согласно которому пенополистирол в некой стене прослужил 20 (варианты 15, 17) лет и не претерпел никаких изменений. Как правило, такие заявления никакими документами не подтверждаются. Обычно приводят данные рекламных публикаций, взятых на выставках и из Интернета, где на основании испытаний неких образцов материала прогнозируется его долговечность в 40, 60, 80 и даже 120 лет.
Прогноз долговечности пенополистирола, полученный по методам разных авторов, дает разительное расхождение результатов – от 10-12 до 60-80 лет(!). Каких-либо доказательств в пользу больших сроков пока нет. А вот доказательств в пользу малых сроков – очень много. И их становится все больше.
Производители пенополистирола и те, кто способствует его широкому применению, хотят, чтобы потребитель не знал, что с этими утеплителями случаются непоправимые вещи. И поэтому их не заботит вопрос о защите потребителя, то есть жильцов таких домов, где утеплителем является пенополистирол.
Ученые ставят вопрос именно так: есть опасность – надо разрабатывать меры по защите от нее. Вот тогда пенополистирол может стать действительно идеальным утеплителем.
В качестве выводов следует отметить, что:
- в настоящее время для утепления ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий используются три основных разновидности пенополистирола: беспрессовый, прессовый и экструзионный. Все разновидности имеют одинаковый химический состав основного полимера – полистирола и могут различаться по химическому составу лишь добавками: порообразователями, пластификаторами, антипиренами и др.;
- сведения о свойствах пенополистирола, приводимые в рекламных изданиях, часто сильно преувеличивают прогнозируемые сроки службы пенополистирола, не соответствуют реальной экологической и пожарной безопасности материала;
- в настоящее время не существует общепризнанной методики прогноза долговечности пенополистирола, используемого в качестве утеплителя строительных объектов; свойства пенополистирола меняются от воздействия неконтролируемых случайных факторов, и выбор данного материала в качестве утеплителя экономически не выгоден (при эксплуатации здания более 10 лет) и потенциально опасен. Физико-механические свойства пенополистирольных утеплителей – прочность, плотность, теплопроводность, водопоглощение – зависят от способа производства и изменяются с течением времени под воздействием природных, технологических и эксплуатационных воздействий;
- в настоящее время в научной литературе нет подтверждений большинства указываемых в рекламных материалах положительных свойств пенополистиролов;
- особенностью горения пенополистиролов является содержание в дыме ядовитых органических соединений. По заключению Российского научноисследовательского центра пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ значение показателя токсичности образцов составляет (мг/г): СО-101, СО2-2343, стирол-59, бензол-2,6, толуол-165, что близко к граничному значению класса высокоопасных материалов;
- под действием естественной деструкции полимера неизбежно происходит закономерное разрушение структуры утеплителя, приводящее к потере им своих механических и теплозащитных свойств. Наличие деструкции и ее продуктов является закономерным и неизбежным;
- преждевременное и даже катастрофическое старение пенополистирола может происходить под воздействием ряда факторов, к которым следует отнести: отклонения температурно-влажностных параметров в технологии производства пенополистирола; - случайные контакты с органическими жидкостями, повсеместно используемыми при строительных работах – бензином, ацетоном, толуолом, олифой, – при транспортировке, хранении и монтаже конструкций; - расположение утепляющего слоя в ограждающих конструкциях по отношению к расположению внешнего и внутреннего слоя, приводящее к быстрому переувлажнению утеплителя и потере им теплозащитных свойств разрушение структуры под воздействием так называемой тепловой волны, неизбежно распространяющейся по всей стене при локальных возгораниях в любой части зданий;
- независимо от условий производства, транспортировки, монтажа и эксплуатации пенополистирол выделяет в окружающую среду до 25 ядовитых соединений – продуктов деструкции полистирола, концентрация которых в производственных, жилых и других помещениях в отдельных случаях может существенно превышать установленные для этих веществ ПДК. Превышение концентрации над ПДК для стирола разных производителей при температуре 80°С составляет от 22 до 525 раз, при 20°С – от 3,5 до 66,5 раз; для формальдегида до 3,5 и 10 раз соответственно. Отмечается также превышение ПДК для ксилола – до 2,1 раза и для углеводородов до 4 раз при 80°С;
- необходимо к конструкциям, содержащим пенополистирол любого типа, предъявить жесткие требования по ремонтопригодности, установив, что применение пенополистирола в недоступных для его замены местах зданий недопустимо;
- при повышении температуры выше допустимого предела 85-90°С пенополистирол, по данным ЦГСЭН Пермского края, начинает выделять ряд токсичных веществ, которые в случае пожара могут оказаться опасными для жизни людей;
- продолжительность процессов деструкции пенополистирола занимает от года до двух десятков лет. Поэтому определить количество продуктов деструкции при современном уровне знаний процессов не представляется возможным;
- на воздухе при обычных температурах происходит обязательное изменение химического строения полимеров под воздействием кислорода воздуха, т.е. происходит окислительная деструкция;
- огневые испытания показали, что самозатухающий пенополистирол ведет себя в штукатурной системе утепления точно так же, как и обычный пенополистирол;
- необходимо полностью отказаться от применения пенополистирола плотностью ниже 40 кг/м3;
- необходимо запретить теплоизоляцию ограждающих конструкций с внутренней стороны (это часто делают дольщики с последующим покрытием гипсокартоном) плитами пенополистирола.
Таким образом, имеющаяся литература как научно-технического, так и прикладного и даже публицистического характера позволяет однозначно утверждать, что такие свойства пенополистирола, как недолговечность, пожарная опасность и экологическая небезопасность являются неотъемлемыми свойствами пенопластов, присущих им от природы. Этими свойствами в процессе эксплуатации строительной конструкции с применением пенополистирола необходимо придавать повышенное внимание при планировании его применения и использования.
Заказчик, потребитель должны знать об эксплуатационных свойствах самого распространенного теплоизоляционного материала – пенополистирольного пенопласта. Это дает возможность любому человеку задуматься о дальнейшем применении пенополистирола в строительной конструкции и принять оптимальное для себя решение.
В этом случае авторы будут удовлетворены тем, что право выбора использования пенополистирола остается за каждым из нас.
Библиографический список:
1. ГОСТ 15588-86. Плиты пенополистирольные. Технические условия.
2. НТО НИИСФ. Разработка научных основ обеспечения долговечности зданий различного назначения для климатических условий России. Москва. 2001 г.
3. Ананьев А.А., Голева Т.Н., Ананьев А.И. НИИСФ, г. Москва. Долговечность и теплозащитное качество наружных ограждающих конструкций, утепленных пенополистиролом. VII научно- практическая конференция «Актуальные проблемы строительной теплофизики». Москва. 2002 г.
4. Теплоизоляционные системы: выбор, качество, долговечность. «Строительство и недвижимость». Минск. 6 и 13.04.2004 г. 5. Энциклопедия полимеров. Советская энциклопедия. Т. 1. Стр. 685.
6. Мадорский С. Термическое разложение органических полимеров. М. Мир. 1977 г.
7. Санитарно-химический анализ пластмасс. Л. Химия. 1977. Стр. 179, 180.
8. Жуков В.И., Евсеев Л.Д. Сколько стоят плесень и низкая квалификация? Журнал «Строй-инфо». Самара 2005. № 5.
9. Ясин Ю.Д., Ясин В.Ю., Ли А.В. Пенополистирол. Ресурс и старение. Долговечность конструкций. Строительные материалы. 2002. № 5. Стр. 33-35.
10. Павлов Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. Москва. Химия. 1982 г. Стр. 224.
11. Филатов И.С. Климатическая устойчивость полимерных материалов. Москва. Наука. 1983 г. (Обширный экспериментальный материал по разным полимерам).
12. Блази В. Мир строительства. Справочник проектировщика. Строительная физика. Москва. 2004.
13. Александров В. Ставка на пенополистирол. Строительная газета. 04.06.04 г.
14. Центр независимых судебных экспертов Российского экологического фонда «ТЕХЭКО». Заключение экспертов № 1292 от 16 апреля 2007 г. Москва.
15. Евсеев Л.Д., Жуков В.И. Массовое нарушение технической и нормативной документации – залог низкого качества при наружной теплоизоляции стен зданий. Москва. Строительный эксперт. 2007. № 15.
16. Смирнов Н.Е., Дудеров Н.Г., Константинова Н.И., Нагановский Ю.К., Бабкин Е.И., Бороздин В.С. Исследование характеристик пожарной опасности пенополистирола. Отчет Российского научно-испытательного центра пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ об испытаниях на пожарную опасность
. 17. Лудиков В.И. Какие утеплители нам предлагают. Журнал «Мост». М. 1997. № 12. Стр. 46-47.
18. Павлов Н.Н. Старение полистирола в атмосферных условиях сопровождается изменениям молекулярной массы полимера. Монография.
19. Строительство и недвижимость. 6 и 13 апреля 2004 г.
20. Васильев Г.А., Бояркина В.В., Лапунова С.В. Полимерные материалы и пожар. Журнал «Мост». Июль. 1999.
21. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
22. Стандарт организации СТО 00044807- 001-2006 «Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий»
23. Соболев Л.А., Герасименя В.П. Пеноизол. Опыт внедрения и перспективы развития. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. № 3. Стр. 12- 13. 24. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сухомел А.С. Теплопередача. Москва. 1981 г.
От редакции. В ходе подготовки второй части публикации редакция получила рецензию на статью Баталина Б.С. и Евсеева Л.Д. «Эксплуатационные свойства пенополистирола вызывают опасения» за подписью заведующего лабораторией теплофизики и строительной кли- матологии НИИСФ доктора техн. наук, проф. В.К. Савина. В ней, в частности, отмечается, что статья представляет интерес для широкого круга строителей и научных работников. Пенополистирол как теплоизоляционный материал широко применяется в практике строительства. Авторы статьи провели глубокие исследования свойств пенополистирола и обобщили большое количество работ, выполненных другими учеными в этой области. Они не оспаривают достоинства пенополистирола как высоко эффективного теплоизоляцион- ного материала, но в то же время дают жесткую и справедливую оценку его отрицательных свойств. Рецензент, имея некоторый личный опыт в области долговечности строительных материалов, согласен с такой оценкой авторов. В разное время в НИИ строительной физики работали многие специалисты по долговечности строительных материалов и конструкций, которые также отмечали, что долговечность этого материала и других теплоизоляционных материалов, как правило, не превышает 30 лет.
Другим бесспорным фактором является и то, что при горении пенополистирол выделяет вредные для человека вещества, которые приводят к смертельному исходу.
По мнению рецензента, авторы статьи проделали большую плодотворную работу и статью следует опубликовать в открытой печати.
Что редакция и сделала. И готова предоставить свои страницы для открытой дискуссии.