Долговременность эксплуатации и надежность в практических условиях строительства

Пенопласт не гниет и, если выполняются наши инструкции, сопротивляется изнашиванию. Таковы факты, которые подтверждаются независимыми экспертами и научными учреждениями по результатам соответствующих многолетних исследований всевозможных вариантов его использования в строительной промышленности.

Некоторые используемые в этой связи понятия определяются ниже.

Износ

Говорят, что материал подвержен износу в том случае, если его свойства изменяются при данных естественных окружающих условиях независимо от того, что условия использования находятся в допустимых рабочих пределах. В данном частном случае внимание к стабильности эксплуатационных характеристик и сроку службы полностью проявляется и в строительной промышленности. Как правило, изнашивание становится очевидным при разрушении и впоследствии иногда даже приводит к разложению материала.

Причиной таких изменений может быть влияние окружающих условий, например, присутствующих в атмосфере кислорода, воды, тепла и света. Наибольшим воздействием обладает излучение в ультрафиолетовой области спектра. Многие пластики под воздействием излучения становятся хрупкими, если они не стабилизированы или соответствующим образом не защищены. Обычно выбираемый для них способ защиты путем изолирования включает их покрытие после монтажа другими материалами.

Износ и его последствия следует отличать от преждевременного повреждения или даже разрушения материала из-за его неправильного использования, например, из-за превышения предельных характеристик. Примером может служить обработка материала другими агрессивными веществами (см. раздел “Предельные характеристики”).

Гниение

Естественные органические вещества, например, резина, дерево, кожа и ткани, могут гнить под воздействием влаги и атмосферного кислорода. Однако синтетические органические материалы, например, пластмассы, не гниют.

Пенопласт не поддается гниению.

Усталость

Усталость – это повреждение материала под воздействием повторяющихся циклических нагрузок. Если в течение длительного времени воздействовать на материал с изменяющимся усилием, то таким образом можно оценить его срок службы в данных условиях. В ином случае также можно предсказать, достаточен ли запас прочности для его предполагаемого применения.

Усталостные тесты Вёлера для практических условий работы, выполненные на панелях из пенополистирола, показали, что при нормальных условиях эксплуатации зданий усталость отсутствует (может возникать, например, из-за нагрузки на звукоизоляцию при ходьбе).

Проект европейского стандарта “Термоизоляция в строительной промышленности” описывает метод определения сопротивляемости медленным изменениям при сжатии для изоляционных материалов. Он может использоваться на практике для оценки допустимых нагрузок и/или для проверки долговременных характеристик определенных изделий, которые подвергаются воздействию нагрузок сжатия.

Расчет основан на использовании уравнения Финдли. Таким способом можно определить остаточную деформацию при сжатии для заданных условий в течение любого заданного промежутка времени, однако экстраполяцию можно производить только на период времени, который не должен превышать длительность тестирования более чем в 30 раз (см. Диаграммы 1 – 30).



Диаграммы 1 – 3 Кривые ползучести пенополистирола

Предельные характеристики

Предельные характеристики материала определяются его химическими и физическими свойствами. К главным интересующим факторам относится его устойчивость к механическим нагрузкам, теплу и химическим веществам. Соответствующие свойства пенопласта подробно описаны в Техническом информационном бюллетене TI 1-101.

На пенопласт совершенно не влияют цемент, известь, гипс, ангидрит и строительный раствор с пластическими дисперсными добавками. В результате пенополистирол может использоваться совместно со всеми обычными в строительстве типами строительного раствора, штукатурки и бетона, за исключением асфальтовой мастики.

Пенопласт необходимо защищать от воздействия солнечного излучения. Те незакрытые места, в которых пенопласт может подвергнуться воздействию, например, за наружной облицовкой или на плоских вентиляционных крышах, должны герметизироваться для исключения проникновения мышей и других грызунов.

Пенопласт не должен подвергаться длительному воздействию температур, превышающих 95 °C, и не следует допускать его соприкосновения с некоторыми веществами, содержащими растворители. Например, он разрушается холодным битумом с растворителем, многими поверхностными покрытиями, разбавителями краски и их парами, масляными консервантами и смолами (но не битумом). Особенно пригоден для использования в качестве связки во многих применениях горячий битум,- например, для крыш и холодильных камер. Он оказывает кратковременное воздействие с температурой более 100 °C, однако это практически не сказывается на стабильности размеров изоляционного материала.

Подтверждение сопротивляемости износу
Практические испытания, проведенные компанией BASF

Лабораторные исследования часто не позволяют сделать определенное заключение в отношении стабильности долговременных характеристик материалов в практических условиях одновременности воздействий, что зачастую не может быть промоделировано в лаборатории. По этой причине компания BASF в течение многих лет проводила полевые испытания эксплуатационных характеристик в реальных условиях.

В связи с этим были проведены многочисленные исследования применения пенопласта в строительстве. Исходную базу для этих испытаний термоизоляции представили многочисленные сооружения с плоскими крышами на производственной площадке компании BASF. Несмотря на жесткие условия эксплуатации, изоляция на всех этих крышах не вызывала нареканий. Не было случаев, когда бы пенопласт не выдержал или проявились бы последствия изнашивания.

Отчет о состоянии изоляции плоской крыши после 31 года эксплуатации

Один из самых старых примеров использования пенопласта в строительстве – это термоизоляция плоской крыши здания завода компании BASF Aktiengesellschaft. Панели были уложены в 1955 году и сняты для осмотра 20 июня 1986 года в присутствии уполномоченных специалистов по требованию Industrie-verband Hartschaum e.V., Heidel­berg (Немецкой промышленной ассоциации твердого пенопласта, Гейдельберг).

Визуальный осмотр показал, что соединения между отдельными изоляционными панелями были все еще надежно герметизированы. Не наблюдалось никаких необратимых изменений размеров, которые могли бы быть вызваны сжатием или усадкой. Аналогично, не было признаков какой-либо деформации или коробления, которые могли бы произойти из-за воздействия тепла. Непредубежденное мнение по результатам визуального осмотра - панели из пенопласта все еще находились в прекрасном состоянии.

Рис.1 Удаление покрытия крыши для изучения состояния панелей из пенопласта, установленных 31 год назад. Соединения между панелями все еще герметичные.	Рис. 2 Образец, взятый с плоской крыши так, как показано на Рис. 1. В пенопласте нельзя найти изменений.

Многие образцы термоизоляции в процессе осмотра были направлены в исследовательский институт в Мюнхене (Forschungsinsti-tut fur Warmeschutz e.V. [Исследовательский институт по термоизоляции]) для определения:
1. теплопроводности
2. содержания влаги.

Результаты

1. Теплопроводность, измеренная по установленному стандартом DIN 52612 методу, для панели с плотностью 17.4 кг/м3 составила 0,0345 Вт/мK (Отчет о тестировании F.2-351/86 от 16 октября 1986). Это значение соответствует немецкому стандарту для термоизоляции сооружений (DIN 4108), согласно которому расчетное значение составляет 0,04 Вт/мK.

2. Объемная часть воды в панели плотностью 20 кг/м3 составила 0,02%.

Результаты других тестов также подтвердили, что характеристики панелей из пенопласта совершенно не изменились по истечении 31 года эксплуатации и все еще удовлетворяют требованиям немецкого стандарта “Вспененные пластмассы, используемые в качестве изоляционных строительных материалов” (DIN 18164, Часть 1).

Рис. 3 Взятие образца пенопласта из внешней композитной изоляционной системы, состоящей из пенопласта и армированной облицовки.	Рис. 4 Панели из пенопласта во внешней стене фруктового склада Длительность эксплуатации 10 лет Плотность 14.9 кг/м3 Содержание влаги 0.021 объемных % Структура стены изнутри наружу: Цементная штукатурка 1 : 3 Панель из пенопласта 100 мм Обычный бетон 400 мм

Исследования официально признанных институтов тестирования

Практический опыт, полученный на зданиях производственной площадки компании BASF, был дополнен результатами изучения других многочисленных строений, в которых задолго до этого были установлены панели из пенопласта. Во всех случаях институты тестирования и специалисты, проводившие испытания, подтвердили, что состояние панелей из пенопласта не подверглось каким- либо ощутимым изменениям и имущество не пострадало из-за какого-либо ухудшения параметров по истечении более чем 20 лет эксплуатации. Панели по истечении такого периода времени все еще соответствовали требованиям стандарта DIN 18164 Часть 1 (Рис. 5).

Рис. 5 Отчеты об испытаниях долговременных характеристик пенопласта в различных применениях при строительстве.

Содержание влаги в пенопластовой изоляции всех проверенных структур жилых и производственных зданий было меньше допустимых на практике значений, а именно 0,1% в единицах объема.

Особенный интерес представляет обширное исследование, посвященное внешним композитным изоляционным системам с использованием панелей из пенопласта. Оно было выполнено в Институте физики имени Фраунгофера, Хольцкирхенское отделение. Были определены долговременные характеристики термоизоляции для 93 зданий, выбранных из перечня изготовителей.

Критерий, использовавшийся при выборе этих 93 зданий – это воздействующие на изоляционные системы условия, которые связаны с географическим положением, высотой над уровнем моря, типом зданий и разницей в их возрасте. Во время выполнения этого исследования, т.е. в 1974 –1976 г.г., чаще всего возраст внешних композитных изоляционных систем составлял 3 – 4 года, однако некоторые из них имели возраст до 16 лет. Практически все здания не имели повреждений. Специфические примеры повреждений наблюдались только в трех из 93 исследованных случаев. Однако они были отнесены к ошибкам кладки, а не к самим изоляционным системам. Во всех случаях панели из пенопласта оставались стабильными по размеру и полностью сохраняли свои функции. Некоторые произвольно отобранные образцы имели очень низкое содержание влаги, т.е. менее 0,05% по объему.

В 1983 году была выполнена последующая работа на тех же зданиях и тем же институтом. Ее целью было получение информации, служащей продолжением полученной в предыдущих тестах и относящейся к долговременным характеристикам внешних композитных изоляционных систем с использованием панелей из пенопласта.

Стало возможным определить воздействие последующих восьми лет работы во внешней среде на изоляционный материал и на защитный слой текстурированной облицовки.

В отчете института было указано, что было обновлено лишь 20% от общего количества исследуемых зданий, однако соответствующие работы были направлены практически исключительно на обновление покрытия текстурированной облицовки по эстетическим причинам. Средний возраст композитных систем, подвергшихся такому обновлению покрытия облицовки, составил 11 лет. Поэтому уверенно можно сделать заключение, что время, прошедшее до возникновения необходимости в обновлении облицовки, сопоставимо с временем, необходимым для возникновения необходимости в обновлении штукатурки и окраски, а именно 10 – 25 лет*.

В отчете указано, что содержание влаги в изоляционной панели из пенополистирола было некритическим, т.е. не более 0,06 объемных %. Таким образом, полученные еще через восемь лет эксплуатации результаты подтвердили ту высказанную в предыдущей работе оценку, что композитные термоизоляционные системы на основе панелей из пенополистирола и текстурированной облицовки представляют собой надежные средства термоизоляции наружных стен.

* Данные представлены профессором Кюнзелем, Institut fur Bauphysik der Fraunhofer Gesellschaft e.V.

Практический опыт, полученный при использовании пенопласта в земляных и фундаментных работах

Особенности пенопласта с закрытыми ячейками заключаются в их большой стабильности и надежности, невосприимчивости к влаге и почвенным организмам, а также в биологической нейтральности, т.е. отсутствии угрозы для почвенных вод. Это было убедительно подтверждено опытом, полученным при проведении земляных и фундаментных работ.

С середины 1960-х пенопласт обеспечивает прекрасную защиту от мороза фундаментов, трубопроводных систем и оснований автомобильных и железных дорог (Рис. 6). Соответствующие методы строительства используются в качестве стандартных в странах Скандинавии, где суровые зимы, и глубоко промерзает почва. Накопленный опыт вылился в разработанный в Норвегии в 1972 году новый метод строительства, который затем был успешно заимствован другими странами.

Состоящие из блоков пенополистирола основания позволяют выполнять равномерное распределение нагрузки для насыпей и мостов в регионах с плохо выдерживающей нагрузку почвой (Рис. 7). Высота складирования блоков из пенополистирола может достигать восьми метров, и их постоянное усилие сжатия позволяет выполнять равномерное распределение давления на болотистых почвах. Легкая насыпь такого состава предотвращает оседание и образование рытвин в дорожной структуре, особенно в зонах критического доступа для структур с глубокими фундаментами, например, мостов (см. Технический информационный бюллетень TI 800).

Многие годы положительного опыта представляют надежный источник информации по сопротивляемости износу и долговременным эксплуатационным характеристикам пенопласта , и это служат основой, полагаясь на которую многие страны выбрали и одобрили такой способ строительства дорог.

Рис. 6 Панель из пенопласта для защиты от замерзания при дорожном строительстве. Образцы взяты через 11 лет после установки. Панели из пенопласта были в таком же состоянии, что и при установке	Рис. 7 Блоки из пенопласта при строительстве насыпей и мостов образуют скаты в регионах с плохо выдерживающими нагрузку почвами (Европейская скоростная автомагистраль Е6, Люндскиле, Швеция).

Сопротивляемость износу невозгораемых панелей из пенопласта

Неизменная эффективность пожароустойчивой системы из пенопласта была подтверждена огневыми испытаниями, проведенными официальным Немецким центром тестирования материалов*. В сертификате испытаний указано, что огневая устойчивость образцов из пенопласта не уменьшилась за 7 1/2 лет (около 4 лет пребывания в стандартных лабораторных условиях при 20 °C и относительной влажности 65%, как определено в стандарте DIN 50014, с последовавшими затем примерно 3 1/2 годами пребывания под крышей, но при условиях внешней среды). Приведенная в Таблице 5 сертификата сводка результатов демонстрирует, что вспененная пластмасса соответствует требованиям к невозгораемым (пожароустойчивым) строительным материалам. Копия сертификата испытаний BAM No. 2.41/14271 будет выслана по запросу.

Примечание

Представленная в настоящей публикации информация основана на наших знаниях и опыте. Ввиду наличия многих факторов, влияющих на соответствующую обработку и применение, эти данные не освобождают участвующих от ответственности за проведение своих собственных испытаний и экспериментов; также не предполагается наличие каких-либо юридических обязательств в отношении определенных свойств или пригодности для специфической цели. Те, кому мы поставляем наши изделия, отвечают за соблюдение всех прав собственности, существующих законов и законодательства.