Водостойкость теплоизоляционных конструкций
Применение в современных конструкциях специальных теплоизоляционных материалов с высоким термосопротивлением [коэффициент теплопроводности равен 0,3 0,04 Вт/м • К] считается наиболее действенным способом повышения энергоэффективности зданий и инженерных сооружений. Такое решение позволяет при относительно небольших денежных затратах существенно повысить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляции жилых и производственных зданий, а также сократить эксплуатационные расходы и добиться весомой экономии топливных ресурсов. Поэтому круг задач, для выполнения которых в настоящее время используют теплоизоляционные материалы, весьма широк: утепление фасадов, покрытий, фундаментов и подвалов зданий, различных видов коммуникаций и трубопроводов.
Теплотехническая эффективность и эксплуатационная надежность конструкций зависят от физико-технических свойств используемых в строительстве теплоизоляционных материалов. Основными показателями качества таких материалов являются плотность, теплопроводность, химическая стойкость, водостойкость [устойчивость структуры волокна к долговременному воздействию влаги] и паропроницаемость.
Как известно, теплозащитные свойства утеплителей обусловлены содержанием в них влаги, поскольку низкий коэффициент теплопроводности этих материалов определяется тем, что их структура [на 85-92%] состоит из пор, которые в сухом состоянии заполнены воздухом. В случае если поры насыщаются влагой (коэффициент теплопроводности которой в 20 раз больше, чем у воздуха), ухудшаются теплоизоляционные характеристики материалов и всей конструкции. Способность теплоизоляционных покрытий поглощать влагу и удерживать ее в порах [пустотах] связана со степенью их водопоглощения. Данная величина зависит от количества воды [той, которая впитывается сухим материалом], отнесенного к массе или объему материала. Это один из самых важных показателей, характеризующих эксплуатационные свойства утеплителя, поскольку с повышением влажности теплоизоляционных покрытий усиливается их теплопроводность, что приводит к возникновению таких деструктивных явлений, как коррозия или развитие плесневых грибков. Подсчитано, что увеличение влажности теплоизоляции на один процент ухудшает коэффициент теплопроводности [по сравнению с сухим состоянием) в среднем на 6-8%.
Для ячеистых теплоизоляционных материалов с относительно большим водопоглощением актуальным считается еще один параметр — морозостойкость, то есть способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократные замораживание и оттаивание без разрушения структуры. От данного показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, так как влага, находящаяся в порах, промерзает и сначала ослабляет, а затем и разрывает связи в твердой основе, что приводит к значительному ухудшению физико-механических свойств утеплителя и ограничению срока его службы.
Водостойкость и способность к водопоглощению у теплоизоляционных материалов различны и зависят как от их структуры, так и от химического состава твердой основы. По структуре последней теплоизоляционные материалы делятся на ячеистые (твердые пены) и волокнистые. В ячеистых [вспененных] композициях чаще применяют органические полимеры и реже — минеральную основу (вспененное стекло, пенобетон). Такие теплоизолирующие материалы на основе органических полимеров, как Пенополистирол, пенополиуретан, пенополиэти-лен, вспененный каучук и т. п., ввиду высокой гидрофобности твердой основы и закрытой ячеистости структуры обладают малым водопоглощением, ничтожной паропроницаемостью и негигроскопичны. Например, водопоглощение Пенополистирола при погружении его в воду на 7 дней составляет всего О,5—1,5% от объема Поэтому перечисленные материалы подходят для утепления конструкций и инженерных коммуникаций, подверженных обильному увлажнению: фундаментов, тепловых сетей, водопроводов и др. Притом горючесть этих утеплителей, сравнительно узкие температурные рамки эксплуатации и прочие негативные свойства значительно ограничивают их использование для теплоизоляции фасадов и покрытий зданий.
В волокнистых материалах, как правило, присутствует твердая основа минерального происхождения [базальтовые горные породы, доменные шлаки или стекло). Такие волокнистые теплоизоляционные материалы, как минеральная вата и стекловата, характеризуются хорошей паропроницаемостью. Столь ценное свойства особенно важно при утеплении многослойных фасадных систем и покрытий, а также при акустической изоляции подвесных потолков, перекрытий, полов и перегородок зданий различного назначения, поскольку позволяет избыточным водяным парам беспрепятственно проходить через конструкцию, не скапливаясь в толще утепляющего слоя и не снижая его теплозащитных и звукоизолирующих свойств. Однако наряду с этим многие волокнистые материалы податливы к увлажнению и гигроскопичны. В частности, распространенные в прежние годы в России шлаковата из доменных шлаков и негидрофобизированные марки стекловаты из отходов стекольной промышленности способны впитывать значительное количество влаги (до 200-300% по объему]. Это значительно снижает срок службы материалов, а также создает неблагоприятную химическую среду для защищаемых несущих конструкций или инженерных коммуникаций. То есть долговечность теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях помимо свойств самих материалов напрямую зависит от степени их увлажнения.
Для теплоизоляционных материалов из минерального и стеклянного волокна, применяемых в наружных ограждающих конструкциях зданий, показатель водостойкости является особенно важным.
Водостойкость минеральной ваты зависит от модуля кислотности [отношение суммы кислотных окислов [SiO2+ AI2О3) к сумме щелочных окислов (СаО + МgО) и характеризуется показателем рН. Модуль кислотности продукции разных производителей находится в диапазоне от 1,2 до 2-2,5 единиц. Водостойкость минеральной ваты возрастает с увеличением модуля кислотности волокна.
Водостойкость стеклянных волокон определяется химическим составом и диаметром волокна. Увеличение содержания щелочных окислов до значений более 15-16% и уменьшение диаметра волокна приводит к снижению его водостойкости.
Водостойкость теплоизоляционных изделий из минерального и стеклянного волокна обусловлена также свойствами применяемого при их изготовлении связующего. Для производства минераловатных изделий наиболее широко используют синтетическое связующее на основе фенолоспиртов с модифицирующими добавками, а также на базе карбамидных смол, причем синтетическое связующее характеризуется более высоким показателем водостойкости.
Принимая во внимание возможность разрушения минеральных волокон с низким модулем кислотности и стеклянных волокон щелочного состава при контакте с влагой, при разработке конструкций с применением этих теплоизоляционных материалов следует предусматривать технические решения, ограничивающие деструктивное воздействие влаги на материал в процессе эксплуатации.
К таким решениям относится гидрофобизация материалов в процессе производства и применение конструктивных решений, предотвращающих или ограничивающих возможность конденсации влаги в конструкции. В качестве гидрофобизирующего компонента применяют различные водоотталкивающие добавки. При гидрофобизации волокнистых материалов снижается их смачиваемость, т. е. уменьшается поверхность взаимодействия волокон с капельной влагой, что приводит к повышению водостойкости и, соответственно, срока службы материала.
Водопоглощение гидрофобизированных марок утеплителей больше аналогичной величины для негидрофобизированных марок в два-три и более раз. В современных минераловатных материалах с помощью специальных гидрофобизирующих добавок влагопоглощение снижается менее чем до 1 % (по объему).
Основные пути проникновения влаги в теплоизоляционные материалы в составе строительной конструкции — увлажнение атмосферными осадками, грунтовыми водами и водой, образующейся в результате конденсации водяных паров, диффундирующих через толщу конструкций. Способы предупреждения столь негативных проявлений в ограждающих конструкциях обсуждаются на этапе проектирования зданий. Мы рассмотрим наиболее важные из них.
Гидроизоляция
Гидроизоляционный слой, предназначенный для предотвращения проникновения влаги [атмосферных осадков или грунтовых вод) извне в строительные конструкции, весьма важен для предупреждения преждевременного разрушения несущих и теплоизолирующих конструкций. В том или ином виде наличие гидроизоляционного слоя предусмотрено в ограждающих конструкциях, в покрытиях, элементах фундамента и инженерных коммуникациях. Так, для гидроизоляции плоских крыш применяют горячий битум, рулонные водонепроницаемые материалы. В скатной кровле функцию гидроизоляции берет на себя кровельное покрытие (черепица, металлочерепица, листовой металл)в совокупности с ветрозащитной мембраной, располагаемой на утеплителе (зазор 50-100 мм) и граничащей с вентилируемой прослойкой. А в навесных фасадных системах гидроизолирующую функцию берет на себя дождевой экран из облицовочных материалов и та же ветрозащитная пленка.
Устройство пароизоляции
Важная проблема при устройстве покрытий — формирование пароизоляционного слоя для предотвращения проникновения пэра из жилых помещений в толщу строительной конструкции. Как известно, влажность теплого внутреннего воздуха обычно выше, чем холодного наружного, поэтому диффузия водяных паров направлена из помещения наружу. Если с наружной стороны ограждения расположен плотный материал, плохо пропускающий водяные пары, то часть влаги будет скапливаться в толще конструкции и теплоизоляционного слоя, а разница наружных и внутренних температур без наличия слоя пароизоляции и вентиляционных отверстий в кровле может привести к выпадению конденсата в толще утеплителя и на элементах конструкций. Следствием этого могут стать преждевременное разрушение несущей конструкции и ухудшение теплоизолирующих свойств утеплителя.
Утеплитель защищают слоем пароизоляционного материала, расположив последний с внутренней (теплой]стороны утеплителя. Некоторые теплоизоляционные материалы уже имеют на внутренней поверхности основание из фольги, специально предназначенное для обеспечения пароизоляции. В случае отсутствия такового теплоизоляционный материал покрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином, рубероидом или фольгированным пароизоляционным покрытием.
Воздушная прослойка
Для удаления влаги, попавшей по каким-то причинам в теплоизоляционный материал, между слоем утеплителя и наружным (гидроизоляционным) слоем ограждающей конструкции (кровельным покрытием или дождевым экраном в навесных фасадных системах) предусматривают вентилируемую воздушную прослойку.
К примеру, ширина воздушного зазора в скатной кровле между утеплителем и кровельным покрытием зависит от профиля и материала покрытия. В случае использования профилированных листов из оцинкованной стали, черепицы, металлочерепицы и других волнистых листав толщина вентилируемой воздушной прослойки должна составлять не менее 25 мм. При устройстве кровли из плоских листов (асбестоцементные листы, оцинкованная сталь, мягкая битумная черепица, рулонные материалы) необходима воздушная прослойка толщиной не менее 5О мм.
В вентилируемых навесных фасадах ширина воздушной прослойки варьируется в пределах от 40 до 100 мм. Вентиляция воздушной прослойки осуществляется через отверстия, расположенные на разной высоте (чтобы создать перепад давления). Через зазоры удаляется атмосферная влага, попавшая под кровельное покрытие. Благодаря вентиляции деревянные конструкции кровли (контробрешетка и обрешетка) постоянно проветриваются, что обеспечивает их долговечность.
Итак, мы рассмотрели особенности взаимодействия с влагой различных теплоизоляционных материалов и некоторые решения для предотвращения увлажнения утепляющего слоя. Нужно подчеркнуть, что расчет влажностного режима работы утеплителя в конструкции является необходимым условием для обоснованного анализа долговечности и оценки эксплуатационного ресурса утеплителя в конструкции. Результаты расчетов влажностного режима различных вариантов ограждающих конструкций зданий с применением эффективных утеплителей позволяют делать выводы о необходимости дополнительной парозащиты и обоснованности принимаемых технических решений.