Резольноноволачный пенопласт
Крыша дома. Современная укладка мягкой кровли. Итальянская технология.
| Резольноноволачный пенопласт |
|
В данной статье суммирована информация об энергосберегающей технологии теплоизоляции строительных конструкций многопланового назначения с использованием резольноноволачного пенопласта (РНП), получаемого на основе жидких новолачнорезольных смол и являющегося первым представителем фенолоформальдегидных (ФФ) пенопластов нового поколения. В отличие от него отечественные и зарубежные резольные ФФ пенопласты (ФРП) первого поколения получают из жидких резольных смол. В обобщенном анализе наличной информации рассмотрено многообразие критериев в их единстве, позволяющее считать РНП на сегодняшний день по технико-экономической эффективности наилучшим теплоизоляционным материалом для строительства. Подготовленная к производственному использованию в необходимом масштабе технология теплогидроизоляции (ТГИ) трубопроводов тепловых сетей с РНП в гидроизоляционной оболочке из пенополиэтилена (ППЭ) в России безальтернативна по сочетанию ее индустриальной простоты, высокого качества, долговечности эксплуатации и относительно низкой ее стоимости. Плиты негорючего РНП низкой плотности и низкой теплопроводности при малой их толщине в сочетании с относительно низкой стоимостью исходных компонентов при массовом производстве будут вне конкуренции среди негорючих минеральных и полимерных теплоизоляционных материалов. Высокий уровень энергосбережения обеспечивает применение плит РНП в производстве разного рода легких 2-х слойных кровельных и 3-х слойных стеновых панелей. Наилучший по сопротивлению теплопередаче полимерный материал – пенополиуретан (ППУ) малой плотности при малой толщине изоляционного слоя уже на протяжении десятилетий не имеют конкурента в массовом производстве холодильников и навесных стеновых панелей из профилированного металлического листа. Но на горячих трубопроводах тепловых сетей пары фреона с большим перепадом давления по толщине изоляционного слоя быстро прорывают тонкие стенки ячеек и замещаются на воздух. Поэтому, почти при одинаковом сопротивлении теплопередаче через одинаковый по толщине слой изоляции на горячей трубе предпочтительный выбор ППУ или ФФ пенопласта определяется не сопротивлением теплопередаче, а другими, более весомыми критериями. Гидрофильные по своей природе минеральные теплоизоляционные материалы в бесканальных подземных или в непроходных каналах теплотрасс по тем или иным причинам увлажняются вплоть до значительного водонасыщения, теряя, соответственно, в большой мере изначальное сопротивление теплопередаче, а стальные трубы при контакте с мокрым теплоизоляционным материалом подвержены коррозии и достаточно быстро ржавеют. В постсоветские годы в России возник вопрос конкуренции между двумя видами пенополимеров, ФФ и ППУ пенопластами, для теплоизоляции труб тепловых сетей. На ряде предприятий в начале 70-х годов минувшего века началось производство скорлуп из ФРП-1 для изоляции труб тепловых сетей, а к началу 90-х годов оно стало массовым. Производства скорлуп из ППУ в этот период не было, поскольку получаемый из дорогих импортных компонентов ППУ был втрое дороже. В те же годы была разработана эффективная отечественная технология ТГИ труб ФФ пенопластами рецептур ФЛ, ФРП-1 и последующих рецептур с гидроизоляционной оболочкой из битумных, затем из полимерных материалов, таких как ПВХ и другие водонепроницаемые пленки и пенополиэтилен. Из предизолированных труб в разных климатических зонах (г.Санкт-Петербург и область, г.Владимир и районы области, г.Сургут) были смонтированы бесканальные теплотрассы ограниченной протяженности и производилась оценка их состояния при многолетней эксплуатации, в частности, путем вскрытия и осмотра отдельных участков этих теплотрасс. Оказалось, что первые теплотрассы эксплуатируются без аварий в Санкт_Петербурге и области около 30-ти лет (с пенопластом ФЛ), в ряде районов Владимирской области 28 лет (с пенопластом ФРП-1), в г.Сургуте 20 лет (с пенопластом–аналогом ФРП-1). Контрольные вскрытия участков таких теплотрасс через несколько лет их эксплуатации показали, что их изоляция полностью сохранила все свои свойства и, что еще более важно, обеспечила защиту внешней поверхности труб от каких-либо признаков коррозии. В Западной Европе 3-4 десятилетия тому назад началось и развивалось производство скорлуп из ППУ и изоляция ими труб тепловых сетей. Одновременно началось производство предизолированных труб с ППУ теплоизоляцией в наружной водонепроницаемой оболочке из полиэтиленовой трубы по технологии датской фирмы «Logstor Ror» и прокладка бесканальных тепловых сетей из них. Предположение об абсолютной надежности гидроизоляции теплотрассы в полиэтиленовой (ПЭ) трубе не оправдалось. Вскоре были обнаружены первые повреждения на норвежском полиэтилене, «…где на калиброванных муфтах пошли поперечные трещины, после того, как в течение недели они находились под открытым сильным солнцем, а при нормальной эксплуатации они начали растрескиваться через три года. Наружные оболочки из того же материала начали растрескиваться через 4-5 лет». Серии повреждений и растрескиваний зарегистрированы на материалах других производителей, британских, в частности. Объясняется растрескивание такой гидроизоляционной оболочки напряжениями в монолитном полиэтилене трубы, которые суммируются со сдвиговыми напряжениями, возникающими при удлинении горячей и укорачивании холодной стальной трубы при лишенной возможности удлиняться-укорачиваться ПЭ трубы, защемленной грунтом. Всегда наличные напряжения в ПЭ трубе также усиливаются с увеличением перепада температур в слое теплоизоляции от поверхности контакта пенополиуретана с горячей стальной трубой до поверхности ПЭ трубы в холодном грунте. В итоге долговременных исследований, проведенных фирмой для восстановления доверия к своей технологии производства предизолированных труб и смонтированных из них тепловых сетей, она стала использовать в производстве ПЭ труб исключительно высококачественный полиэтилен и увеличила толщину стенок ПЭ трубы для придания ей большей устойчивости к растрескиванию. Одновременно была повышена плотность слоя ППУ до 80-100 кг/м3, спаянного со стальной и полиэтиленовой трубами силами адгезии. В итоге прочность ТГИ на трубе по европейскому стандарту стала достаточной для эксплуатации теплотрассы в течение не менее 30 лет. Но это привело к двух-, трехкратному увеличению расхода полимерных материалов, поскольку механическая прочность слоя ППУ на трубе достаточна при плотности 30-50 кг/м3. В первые постсоветские годы некоторые отечественные бизнесмены на свои капиталы, образовавшиеся при первоначальной приватизации производств, приобрели датскую технологию производства предизолированных труб и, покупая исходные компоненты ППУ у зарубежных фирм, преимущественно у германских, создали несколько заводов с единичной мощностью каждого 200-450 км предизолированных труб, т.е. на 100-225 км 2-х трубных теплотрасс. Но они не учли, что российские климат и протяженность тепловых сетей у нас далеко не европейские - у них единичная протяженность тепловых сетей измеряется десятками метров, а у нас километрами. Что у них почва в отопительный период имеет, как правило, плюсовую температуру, а у нас промерзает до -20..-300С, что замороженный в почве слой полиэтилена в почве особенно хрупок, что у них температура теплоносителя в трубопроводе до 1000С, а у нас нужна от 130 до 1600С. По сочетанию всех этих причин датская ТГИ в российском использовании обречена на массовое растрескивание-разрыв ТГИ на всю толщину в короткие сроки эксплуатации. Кроме того, при перепаде температур в слое изоляции в отопительный период, достигающем от 150 до 1800С, давление паров фреона в ячейках пенополиуретана в пограничной с ним зоне горячей трубы столь велико по отношению к давлению в пограничной зоне с ПЭ трубой, что тонкие стенки закрытых ячеек немедленно рвутся, а пары фреона под давлением находят выход наружу и замещаются воздухом. Соответственно, теплопроводность увеличивается, становясь одинаковой с теплопроводностью открытоячеистого пенопласта равной плотности и при близкой величине мелких ячеек. Поэтому, указанные бизнесмены, зная это, лукавят, вводят в заблуждение доверчивых руководителей строительных предприятий, приписывая своей ТГИ низкую теплопроводность, присущую только что полученному при вспенивании фреоном закрытоячеистому пенополиуретану. Сухие, гидрофильные по своей природе, минераловатные плиты высокой (до 170 кг/м3) плотности отличаются от гидрофобных пенополимеров низкой (30-50 кг/м3) плотности примерно в 1,9 раз большей величиной теплопередачи, а при долговременной 100%-ной влажности разница в теплопередаче возрастает примерно до 2,4 раз. Долговечность эксплуатации ТГИ на теплотрассахПри температуре эксплуатации до 1300С срок эксплуатации ТГИ из ППУ скорлуп в гибкой наружной оболочке из полимерной пленки, тонкого слоя стеклопластика и т.п., судя по отечественной и зарубежной информации, достигает 30 и более лет. Такая долговечность обеспечивается при условии надежной герметизации продольных по длине трубы и поперечных по наружной окружности скорлуп стыков между ними. Длина этих щелеобразных стыков - швов на стандартной 12-ти метровой трубе 24 м + (12 х х d) м, где d - наружный диаметр ППУ скорлуп, а 12 - число поперечных стыков при длине скорлуп 1 м, что создает немалые трудности при производстве изоляционных работ с герметизацией стыков в полевых условиях. В нашей стране уже достигнут тридцатилетний срок эксплуатации теплотрасс с ТГИ скорлупами из ФРП в гибкой гидроизоляционной оболочке при температуре эксплуатации до 1500С. Это доказано начавшимся в 1969-1971г.г. и продолжавшимся до 1992г. производством ФРП скорлуп всех диаметров и длиной 2 м с использованием их в ТГИ 2-х трубных теплотрасс протяженностью до 1000 км ежегодно.Широкая рекламная информация о долговечности теплотрасс с ТГИ труб ППУ в оболочке из ПЭ трубы по технологии фирмы Logstor Ror, Дания до 30 и более лет для условий нашей страны оказалась абсолютно ложной. ГОСТом 30732-2001 установлен в пункте 11.2 гарантийный срок эксплуатации труб с такой ТГИ в 5 лет со дня отгрузки изготовителем. В Национальном докладе «Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода из кризиса», 04.06.2003г., отмечено, что эксплуатируемые в европейских странах по 30-50 лет трубопроводы с ТГИ из ППУ в оболочке ПЭ трубы у нас часто начинают выходить из строя на 2-4-й год эксплуатации. Авторы доклада объясняют этот факт тем, что «качество ППУ труб большинства предприятий-изготовителей ниже всякой критики, качество строительства еще ниже, система контроля влажности изоляции (единственный источник правдивой информации о качестве строительства и эксплуатации) почти не применяется». ТГИ из ФРП и РНП в гибкой гидроизоляционной оболочке в процессе эксплуатации не испытывает сдвиговых напряжений, поскольку и пенопласт, и наружная оболочка способны удлиняться-укорачиваться вместе со стальной трубой. Поэтому, бесканальные 2-х трубные теплотрассы из предизолированных труб с ТГИ из ФРП в гибкой полимерной оболочке эксплуатируются без ремонтов и аварий уже более 30 лет. К примеру, специалисты-представители Всесоюзного научно-исследовательского института синтетических смол (ВНИИСС) и ЦНИИЭП Жилища в дождливый день в ноябре 1982г. определяли состояние пенопласта ФРП-1 после 11 лет эксплуатации 3-х слойной стеновой панели жилого дома в г.Владимире и составили соответствующий акт, который утвердили в начале января 1983г. руководители этих НИИ. В акте отмечено: «Стеновые железобетонные панели и панели крыши были изготовлены осенью 1971 года Владимирским ДСК и установлены в качестве наружных ограждений в 2-х торцовых квартирах на 4-м и 5-м этажах 5-этажного жилого дома серии 11-121 по адресу: Владимир, ул.Растопчина, д.41, кв.10 и 13. Панели представляют собой 3-слойную железобетонную конструкцию на гибких связях из двух слоев железобетона: внутреннего слоя толщиной 100 и наружного слоя толщиной 50 мм, среднего слоя утеплителя из фенолорезольного пенопласта марки ФРП-1 толщиной 80 мм.». В акте сделаны следующие основные выводы:
Санитарно-токсикологические условия производства ФФ пенопластов и допустимость применения их в строительстве обитаемых домовВ нашей стране иногда имело место безграмотное использование фенолоформальдегидных связующих (фенолоспиртов) в производстве минераловатных изделий как утеплителя и использование последних в жилищном строительстве. Так например, в газете «Московский комсомолец» от 22.07.2004г.сказано, что «Рекордсменами по части вредных испарений являются жилые дома серии II-49 «П», построенные в 1970-х годах по немецкой технологии. Суть ее была в том, что традиционные минеральные утеплители заменили технической ватой, пропитанной фенолоформальдегидными смолами германского производства. Со временем бетон трескался, и ядовитые испарения стали проникать через него в помещение. В Германии, обнаружив это, фенольные дома снесли еще 20 лет назад… Всего таких домов в Москве порядка двухсот…".Каждый специалист-химик объяснит это тем обстоятельством, что в производстве минеральной ваты со связующим - фенолоспиртами не достигается полнота их отверждения, т.е. полнота конверсии в полимере мономеров фенола и формальдегида из-за недостаточно высокой температуры и недостаточной продолжительности процесса отверждения фенолоспиртов. В этой связи нужно упомянуть, что используемая в настоящее время в качестве утеплителя в жилищном строительстве импортная минплита «ROCKWOOL» (3) плотностью 140-175 кг/м3 не имеет в своем составе свободных фенола и формальдегида, а, поэтому, для применения безвредна. В производстве ФРП и РНП полнота отверждения вспенивающейся композиции при кислотном катализе и без внешнего нагревания достигается за несколько минут. В пенопластах типа ФРП в течение нескольких дней ощущается слабый запах фенола, а в пенопласте типа РНП даже слабый запах фенола исчезает в течение первых суток после изготовления, а далее свободные фенол и формальдегид химическим анализом не обнаруживаются: они связаны химически в твердом полимере, не подверженном деструкции. Поэтому, Перечнем полимерных материалов и конструкций, разрешенных к применению в строительстве Министерством здравоохранения СССР, утвержденном заместителем Главного государственного санитарного врача СССР Э.М.Саакъянцем 19.04.1965г., № 3859-85, разработанные ФРП разрешены к применению без ограничений в качестве утеплителя в производстве обитаемых домов всех категорий О горючести и термостойкости ФФ и ПУпенопластов.РНП негорючий теплоизоляционный материал, а его ближайший аналог ППУ легко воспламеняется, выделяя при быстром горении высоко токсичные газы. РНП обладает повышенной огнестойкостью по отношению к ФРП, что показано проведенными двумя простыми опытами. В одном опыте образец РНП длиной около 20 см диаметром около 8 см, будучи наполовину в пламени костра в течение 10-15 мин., а затем поставленный этой половиной на тлеющие дровяные угли на те же 10 мин. горения не поддерживал, а будучи снятым с тлеющих углей, признаков тления не имел. Находившаяся в огне половина образца почернела без потери формы и без разрушений, а другая половина сохранилась неизменной. В огне произошла карбонизация материала с сохранением какой-то доли его исходной прочности. Поэтому можно предположить, что РНП допустимо эксплуатировать при очень высоких температурах. Для подтверждения этого предположения был проведен специальный опыт. На стальную трубу диаметром 76 мм и длиной 1 м была нанесена ТГИ из РНП толщиной слоя 40 мм и наружного слоя пенополиэтилена толщиной 8 мм . В трубу вмонтировали ТЭН и в течение 1 часа нагрели ее до 3000С. Тонкий слой РНП на поверхности трубы почернел, а на глубину 6-8 мм изменил цвет от темно-коричневого до светло-коричневого. На остальную глубину до 30 мм цвет пенопласта не изменился. Наружный пенополиэтиленовый слой сохранился без изменений.Технология производства и применения РНП в строительной индустрииРНП сохранил все положительные качественные характеристики своего предшественника ФРП-1, а при существенно большей его механической прочности, близкой механической прочности ППУ одинаковой плотности, его можно с существенно большей экономической выгодой применять во всех основных областях строительной индустрии.На протяжении десятилетий ФРП-1, образующийся при смешении двух исходных компонентов за счет химического вспенивания жидкой композиции, сопровождающегося ее отверждением за короткий, в несколько минут, отрезок времени, использовался в крупном масштабе в следующих направлениях строительной индустрии:
|