Пеностекло - незаслуженно забытый материал будущего

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пеностекло - незаслуженно забытый материал будущего

Со дня введения новых СНиПов [1] проектировщики и строители оказались в весьма затруднительном положении. Ситуацию точно охарактеризовал профессор Баталин Б.С. [2]: …новые нормы теплозащиты поначалу были восприняты как недостижимые. Да и было от чего прийти в отчаяние - ведь если строить из традиционных материалов… пришлось бы толщину стен увеличить чуть ли не втрое!"

Действительно, приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (стен), определенное исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения [1] будет равно 3,3 м2·K/Вт. Таким образом, при использовании в строительстве ограждающих конструкций только кирпича, без применения утеплителя, толщина стен должна быть более 2,5 метра. Однако, если расчетное термическое сопротивление такой конструкции увеличить до 6,35 м2ЧK/Вт, как рекомендуют, например, авторы [3], то для создания энергоэкономичных зданий требуется увеличение толщины ограждающей стены из кирпича до толщины более пяти метров!

Выход из данного положения один - применение новых высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Однако ситуация с ними является весьма непростой. С одной стороны, ужесточение требований к ограждающим конструкциям и заказчики, вполне справедливо не желающие отапливать наружный воздух, обязывают использовать теплоизоляционные материалы с низким коэффициентом теплопроводности. А с другой стороны, реальный рынок этих материалов практически ограничен всего тремя типами таких изделий: пенопластами (главным образом, пенополистиролом), газобетонами и минеральными ватами. Определенные СНиПом характеристики этих материалов в сухом состоянии предполагают коэффициенты теплопроводности 0,038-0,005 Вт/м.K для пенополистиролов различной плотности, 0,08-0,21 Вт/м.K для газобетонов различной плотности и 0,064 Вт/м.K для плит минераловатных. То есть их использование позволяет уменьшить толщину стен по отношению к кирпичу при одинаковом термическом сопротивлении в 7-20 раз.

Однако любой человек, имевший дело с этими материалами, расскажет и о проблемах, связанных с их использованием. Когда говорим о пенопласте, то трудно даже сказать, какое его свойство вызывает наибольшее неприятие. Или это прекрасная горючесть или экологическая опасность. Но самая главная проблема, связанная с ним, "прячется" в ограждающей конструкции многие годы. Попробуйте посмотреть, во что превратился пенопласт, заложенный в стены 10-15 лет назад. Увидеть пенопласт, скорее всего не удастся - он просто рассыпается и разрушается от времени. А как же стены? Стены будут стоять еще долгие годы и не особенно греть их обитателей. То есть, по моему мнению, пенопласт нельзя использовать в строительстве именно как теплотехнический материал, рассчитанный на длительный срок эксплуатации. Аналогично обстоит дело с минераловатными изделиями. Уже через несколько лет они рассыпаются в пыль, весьма экологически небезопасную.

В России до сих пор нет официальных документов, регламентирующих срок службы теплоизоляционных материалов. Между тем, за рубежом давно доказано, что их разрушение происходит в исторически короткие сроки. Так, например, по данным немецких исследователей [4] полная потеря теплотехнических свойств пенополистирола происходит через 10 лет, пеополиуретана - также через 10 лет, а стекловолоконных материалов через 7 лет.

Следовательно, использование пенопласта и минераловатных изделий в строительстве ведет к осознанному обману потребителей, так как уже через 7-10 лет ограждающие конструкции не будут обеспечивать требуемого термического сопротивления.

Пожалуй, только газобетон из используемых теплоизоляционных материалов является наиболее безопасным и долговечным. Поэтому такой материал наиболее широко применяется в строительстве и уходит с ОАО "Пермский завод силикатных панелей", практически единственного производителя этих материалов в регионе, как говорится, "с колес". Но, несмотря на явные преимущества газобетона по сравнению с другими теплоизоляционными материалами, и ему присущи существенные недостатки. Во-первых, высокое водопоглощение приводит к низкой влаго- и морозостойкости. Высокая гидрофобность поверхности снижает адгезию к поверхности и затрудняет штукатурные работы и прочность конструкций. Да и прочность самого газобетона невысока. Например, прочность газобетона плотностью 300 кг/м3 составляет всего 8 кгс/см2, плотностью 500 кг/м3- 25-30 кгс/см2, и плотностью 600 кг/м3 - 35 кгс/см2 соответственно.

Вот здесь мы и подходим к классическому российскому вопросу - что делать? Вернее - что же использовать? А между тем за рубежом этот вопрос давно уже не стоит. В странах с аналогичным климатом, когда вопросы экономии тепла особенно актуальны, там уже много лет используют пеностекло. Парадокс ситуации заключается в том, что сам материал был впервые получен в России еще в тридцатые годы уходящего века известным ученым, специалистом в области стекла, Китайгородским И.И.

Какие же свойства пеностекла делают его прекрасным материалом для теплоизоляции строительных конструкций? Это уникальное сочетание прочности, теплопроводности и высокой экологичности. Это становятся совершенно очевидным при анализе технических характеристик теплоизоляционных материалов. Сравним характеристики пеностекла с газобетоном. Так на Рис. 1 представлены данные по зависимости теплопроводности сухих материалов в зависимости от их плотности.

Заметим, что, несмотря на то, что источники информации были выбраны различные [1, 5, 6], тем не менее, очевидна однозначная зависимость теплопроводности материалов от их плотности. Причем на теплопроводность практически не влияет состав и метод приготовления силикатных пен (пеностеклостекло или пенобетон, автоклавный или неавтоклавный). Теплопроводность практически однозначно определяется плотностью материала.

Совершенно иную картину мы можем видеть при рассмотрении зависимостей "плотность - прочность", представленных на Рис. 2. Здесь каждый из материалов имеет свою собственную зависимость, определяемую физико-химической природой силиката. Мне могут возразить, что я сравниваю свойства, приведенные в издании тридцатилетней давности. Поэтому на этом же рисунке приведена соответствующая зависимость для газобетона производства ПЗСП. За тридцать лет технология его производства ушла вперед, значительно улучшилось качество, однако прочностные характеристики газобетона по сравнению с пеностеклом все равно ниже в 2,4-2,5 раз (даже если считать, что соответствующего прогресса в технологии пеностекла не было).

Сравнивать влагоемкость и влагостойкость пеностекла и газобетонов вообще не имеет смысла, потому что пеностекло практически не имеет влагоемкости и может эксплуатироваться для гидроизоляции, а проблемы с влагостойкостью газобетонов хорошо известны.

Таким образом, справедлив вопрос: какие же недостатки есть у пеностекла, если его до сих пор не производит в достаточных количествах промышленность? Да, недостатки есть, но заключаются они не в эксплуатационных характеристиках, а в технологии изготовления и законах, регламентирующих строительство и эксплуатацию строений. Если вторая проблема в условиях рыночной экономики сдвинулась с мертвой точки, что выражается в объективном стремлении потребителей к снижению эксплуатационных затрат связанных с отоплением, а, значит, в усилении теплозащитных характеристик строений и росте спроса на теплоизоляционные материалы. То к первой задаче индустрия стройматериалов оказалась не готова. Дело в том, что производство пеностекла всегда была технологией более сложной, чем любого другого теплоизоляционного материала. Принципиально нельзя создать производство в полукустарных условиях, как это принято сейчас, например, для пенополистирола или пенопласта карбамидоформальдегидного. Задача это серьезная и решать ее необходимо на уровне региона. Например, в Нижегородской области предполагается создание мощностей по производству пеностекла в объеме 40-50 тыс. м2/год (толщина плит 50 мм) с объемом инвестиций 2 млн. долларов США [7].

Даже когда на территории бывшего СССР работало четыре завода (на сегодняшний день, по нашим данным, работает только один - в Гомеле), производство сталкивалось с такими проблемами, как растрескивание блоков и большой процент брака. Это было обусловлено, на наш взгляд, недостаточными проработками с точки зрения физико-химических особенностей процесса. Несмотря на то, что по существовавшим технологиям был наработан большой практический материал и изданы специальные монографии [8, 9], многие вопросы, относящиеся к механизму пенообразования и химическим особенностям процесса, остались вне рамок исследователей. Например, даже такой вопрос, как окисление углеродного вспенивателя в бессульфатных стеклах, не нашел ответа. А между тем именно физико-химические процессы, происходящие в силикатном плаве, приводят к формированию микро- и макрогетерогенной структуры материала.

Неудивительно поэтому, что попытки решения технологических проблем получения пеностекла именно на основании понимания взаимосвязи технологических и химических особенностей процесса, привели к исключительным результатам. Так удалось не только использовать в качестве сырья практически любое стекло и методом химических добавок значительно упростить технологию, получая шихту так называемых "длинных" стекол с широким интервалом спекания, но и практически полностью избавиться от брака. На Рис. 3 продемонстрированы полупромышленные образцы пеностекла. Следует отметить, что технические характеристики полученных материалов полностью укладываются на соответствующие зависимости, пеноматериалов, представленные на Рис.1 и Рис.2. Испытания, проводимые в настоящее время на одном из кирпичных заводов Пермской области, позволяют надеяться на промышленное освоение данного процесса в ближайшем будущем.

Помимо очевидного снижения энергозатрат на отопление при использовании пеностекла, имеется возможность получения декоративных панелей из цветного пеностекла, использования его для повышения пожарной безопасности зданий. Осваиваемая технология предполагает использование стеклобоя. Если учесть, что по данным природоохранных органов г. Перми в составе твердых бытовых отходов количество стеклобоя составляет 16% [10], а только на городскую свалку (п. Софроны) в 1998 году было вывезено 238 тыс. тонн твердых бытовых отходов, то становится очевидна и экологическая направленность планируемого производства. Более того, как проведенные нами исследования, так и данные других авторов [11], говорят о том, что сырьем для производства пеностекла могут быть практически любые силикатные отходы, например, металлургические шлаки. Кроме того, создание производства пеностекла и выход данного материала на рынок теплоизоляционных изделий позволит улучшить экологическую ситуацию и вследствие снижения использования опасных материалов, например, асбестсодержащих, которые полностью запрещены к применению в Европе [12], но продолжают использоваться у нас.

Подводя итоги можно заключить, что альтернативы использованию пеностекла просто не существует, если мы хотим в будущем строить недорогое, безопасное и долговечное жилье. Этот материал неизбежно придется использовать в строительстве если не сегодня, то через год или два - альтернативы просто нет. И вопрос стоит сегодня только так - будет материал импортный или отечественный.

пеностекло теплоизоляция строительный материал

Литература

1. СНиП II--3-79*. Строительная теплотехника / Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 1998. - 29 с.

2. Баталин Б.С. И все-таки гипс! // Журнал Пермские строительные ведомости, Пермь: №2, 1998, с. 14-15.

3. Катаева Л.И., Катаев А.Г. Концепция нормирования при проектировании, реконструкции и эксплуатации гражданских энергоэкономичных зданий // Журнал Пермские строительные ведомости, Пермь: №1, 1999, с. 34-37.

4. Рекламные материалы "Интермако Аэрофлекс АГ" - СН-8050 Цюрих, Доленвег 28.

5. . Технология стекла. Под ред. Китайгородского И.И. Изд. лит. по строительству. М.: 1967.- с. 564.

6. Каталог. Физико-технические показатели материалов и конструкций из ячеистого бетона, изготавливаемых на АО "Пермский завод силикатных панелей". 1999.- С.5.

7. Инвестиции в Нижегородскую область: новые возможности. Наукоемкие технологии. http://cs.ic.sci-nnov.ru/dves/rus/conf_br/ip8.htm

8. Демидович Б.К. Производство и применение пеностекла. Минск, Наука и техника, 1972, с. 304.

9. Демидович Б.К. Пеностекло. Минск, Наука и техника, 1975, с. 248.

10. Состояние окружающей среды и здоровье населения г. Перми в 1998 г.: Справочно-информационные материалы./ Комитет по охране окружающей среды г. Перми. Пермь,1999. 96 с.

11. Баталин Б.С. Отходы - в доходы // Журнал Пермские строительные ведомости, Пермь: №5, 1998, с. 29.

12. Минько Н.И. Стекло в строительстве и архитектуре // Бюллетень строительной техники.- 1999.- №5.- с.39-41.

Размещено на Allbest.ru