Что такое пенопласт

Вначале уточним терминологию. Название «пенопласт» можно отнести к группе вспененных ячеистых пластмассов или газонаполненных полимеров, куда относятся, например, пенополиуретан, о котором мы писали в статье «Раскрываем секреты пенополиуретана как теплоизолятора для стен, изучаем его достоинства и недостатки», а также поропласт, пенополиэтилен вспененный, синтетический каучук и другие. Здесь мы будем говорить исключительно о пенополистироле.

Пенопласт – пенополистирол, или ППС, имеет много положительных характеристик, таких как приемлемая цена при достаточно низкой теплопроводности, легкость в обработке и монтаже, малый вес материала и т. д. Но этот материал наделяют и рядом отрицательных свойств: возможностью выделения токсичных веществ в воздух при возгорании, способностью к постепенному разложению под воздействием кислорода, находящегося в воздухе, перепадов температуры и в этой связи с низкой долговечностью и т. п. Мы подробнее коснемся всего этого ниже и поможем читателю самому составить объективную оценку свойствам ППС и оценить возможности использования пенопласта для утепления.

Производство пенопласта и его разновидности

Промышленное производство пенопласта, или пенополистирола, началось в середине прошлого века. Этот материал получил применение во многих областях человеческой деятельности – в качестве удобной упаковки для различных бытовых товаров и промышленного оборудования, продуктов питания, термоизоляции холодильных установок и т. д. Во второй половине прошлого века пенопласт получил широкое распространение в качестве теплоизоляции в ограждающих строительных конструкциях.

Пенополистирол можно подразделить на два основных типа:

  • материал марки ПСБ (пенополистирол беспрессовый) по терминологии, принятой в РФ, или EPS - по международной терминологии, получаемый беспрессовым методом. Если в маркировке присутствует буква «С» – ПСБ-С, то это значит, что в материал при производстве добавлены антипирены, затрудняющие горение;
  • экструдированный пенополистирол марки ЭППС (экструдированный пенополистирол) по отечественной терминологии, или XPS - по международной терминологии, отличающейся способом изготовления и свойствами.

Технология производства пенопласта ПСБ (пенополистирола беспрессового)

Беспрессовый метод производства пенополистирола был разработан технологами химической компании  BASF в Германии в 50-х годах XX века и с того времени практически без изменений применяется при выпуске пенопластовых изделий. Технологическая линия выпуска пенопластовых плит для строительства включает в себя генератор водяного пара, производящий пар температурой до 170 °C, предвспениватель, бункер вылеживания, блок-форму, устройство для резки пенопластовых блоков.

Линия по производству пенопласта

Линия по производству пенопласта

Исходным сырьем для производства изделий из пенопласта служит суспензионный полистирол в виде мелких гранул размером 0,5—1,5 мм. Выбор исходного сырья, его качество и размер гранул имеет значение для производства конечной продукции. Из полистирола с мелкими гранулами производятся пенопластовые плиты большей плотности, кроме того, в исходное сырье могут быть добавлены антипиреновые добавки, которые увеличивают противопожарную стойкость утеплителя.

Процесс производства пенопластовых плит состоит из последовательного выполнения следующих операций:

  • первичного вспенивания массы полистироловых гранул в агрегате, называемом предвспениватель, под воздействием водяного пара при температуре более 100 °C. При этом содержащийся в гранулах полистирола углеводород изопентан вскипает, что вызывает увеличение гранул в объеме в десятки раз. Из 15 кг исходного сырья получается примерно 1 м³ вспененных гранул;
  • из предвспенивателя вспененные гранулы поступают в бункер, где под воздействием горячего воздуха, поступающего снизу и перемешивающего всю массу, освобождаются от излишней влаги;
  • далее с помощью системы пневмотранспорта высушенные гранулы подаются в бункер вылеживания, в котором происходит стабилизация гранул после первичного вспенивания. Там же при остывании гранул внутри них образуется разрежение, при этом большая часть вспенивающего агента – изопентана – замещается воздухом;
  • основная операция по изготовлению пенопласта состоит в подаче вспененных и вылежанных гранул в блок-форму, в которой под воздействием водяного пара производится спекание массы в блоки определенного размера. Во время процесса спекания гранулы сферической формы под воздействием давления деформируются, образуя замкнутые ячейки в виде многогранников;
  • после формования блоков они поступают на выдерживание, в течение которого из блоков удаляются излишки влаги;
  • затем выдержанные блоки подаются на стол для резки, где с помощью системы струн нарезаются на плиты определенной толщины и размера. Обрезки через дробилку возвращаются в приемный бункер, где смешиваются с новым сырьем, таким образом, производство пенопласта становится безотходным.

Пенопластовые плиты должны соответствовать ГОСТ 15588-86 (ред. 1987 г.) «Плиты пенополистирольные», в котором установлены требования к эксплуатационным характеристикам, размерам, условиям транспортировки и хранения.

Характеристики пенопласта ПСБ (пенополистирола беспрессового)

Свойства пенопласта для наиболее распространенных марок ПСБ покажем в таблице:

Наименование показателяСвойства пенопласта для марок ПСБ
ПСБ-15ПСБ-25ПСБ-35
Плотность, кг/м³ в пределахдо 15от 15,1 до 25от 25,1 до 35
Прочность на сжатие, МПа, не менее0,050,10,16
Прочность при изгибе, МПа, не менее0,070,180,25
Теплопроводность, λ, Вт/(м²*°C), не более0,0420,0390,037
Водопоглощение за 24 часа, в % по объему, не более3,02,02,0

Технология производства экструдированного пенополистирола

Технология производства экструдированного пенополистирола (ЭППС) отличается от способа изготовления обычного ППС наличием специального агрегата – экструдера, в котором происходит расплавление исходной массы полистирольных гранул до вязко-текучего состояния под давлением. В качестве вспенивателя при этом используется углекислый газ. Далее эта масса продавливается через щелевидные фильеры, где она уплотняется и принимает нужную форму, в результате образуется длинная лента утеплителя, которую затем нарезают на плиты нужной длины.

Производство экструдированного ППС

Производство экструдированного ППС

Усовершенствованная технология позволяет получать утеплитель, обладающий лучшими характеристиками. ЭППС обладает большей плотностью, прочностью, меньшей теплопроводностью и другими улучшенными качествами по сравнению с ПСБ за счет более цельной микроструктуры, образованной воздухонаполненными ячейками меньшего размера с непроницаемыми стенками размером 90—140 мкм и более плотно скрепленных между собой.

Отличия характеристик ПСБ и ЭППС можно посмотреть в следующей таблице:

ХарактеристикиЭППСПСБ
Плотность, кг/м³ 28-4515-35
Прочность на сжатие, МПа0,25-0,50,05-0,2
Прочность при изгибе, МПа0,4-10,07-0,20
Теплопроводность, λ, Вт/(м·°C)0,028-0,0340,036-0,050
Водопоглощение, % от объема за 24 часа0,22

Принцип работы ППС (пенополистирола) как теплоизолятора, положительные и отрицательные свойства

Применение пенопласта в качестве утеплителя стало возможно благодаря его структуре. Если рассмотреть срез пенопластовой плиты под микроскопом, то можно увидеть, что этот материал состоит из пористых гранул, склеенных между собой. Воздух, наполняющий гранулы, в конечном продукте составляет большую часть объема – до 98 %, что и придает пенопласту легкость и высокие теплозащитные свойства.

Структура пенополистирола

Структура пенополистирола

Плюсы пенопласта

Пенополистирол, применяемый в строительстве, обладает следующими положительными свойствами:

  • достаточно низкой теплопроводностью, на уровне минераловатных утеплителей, чтобы обеспечить достаточную тепловую защиту зданий при оптимальном расходе материала;
  • водопоглощением, практически равным нулю;
  • относительно низкой стоимостью по сравнению с большинством эффективных утеплителей;
  • легкостью в монтаже – плиты ППС режутся с помощью ручного инструмента по нужному размеру;
  • прочностью, градуированной или сгруппированной по маркам, позволяющей использовать утеплитель в ограждающих конструкциях, подверженных разным нагрузкам.

Минусы пенопласта

Есть и ряд недостатков:

  • пенополистирол ПСБ относится к классу Г3 – нормально горючим материалам, согласно классификации нормативного документа Федеральный закон №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Испытания производителей, касающиеся поведения материала при пожаре, свидетельствуют, что утеплитель ПСБ-С с антипиреновыми добавками при воздействии открытого пламени самозатухает в течение нескольких секунд. Однако известны многочисленные случаи, когда происходили пожары с человеческими жертвами из-за отравления токсичными веществами, выделяемыми не при горении, но даже при оплавлении пенополистирола под действием высоких температур;
  • паропроницаемость пенопласта ПСБ и ЭППС нулевая – это свойство можно отнести к отрицательным, что проявляется в случае, когда производится утепление пенопластом наружной стены дома;
  • пенополистирол разлагается при воздействии кислорода воздуха и солнечного ультрафиолетового излучения, поэтому слой утеплителя необходимо обязательно защищать с помощью различных покрытий: обшивки гипсокартонными листами, оштукатуриванием, облицовкой фасадными материалами. На фасадах слой утеплителя может быть скрыт под сайдинг, керамогранитную плитку, фасадные панели, изготовленные из композитных материалов, и т. п.;
  • низкая стойкость по отношению к органическим растворителям – бензина и дизтоплива, спиртов, концентрированных кислот. Если вылить на пенопласт какой-либо из органических растворителей, то он расплавится и превратится в жидкую массу, которая после испарения растворителя застынет и превратится в твердое пластмассовое пятно;
  • высокая гидрофобность материала не позволяет развиваться внутри него микроорганизмам, но вредные для человека плесневые грибки способны заводиться на поверхности утеплителя при загрязнении. Кроме того, грызуны легко могут прогрызать в слое утеплителя ходы и устраивать там гнезда;
  • низкая долговечность по сравнению с капитальностью строений. Многие производители заявляют о долговечности пенопласта в 15—30 лет, однако прежде чем производить утепление стены пенопластом своими руками, следует подумать о том, что возможно через 20 лет придется делать ремонт с полной заменой утеплителя.

Пожароопасность пенопласта

Самый известный случай с множеством жертв, отравившихся продуктами горения, – это пожар в ночном клубе «Хромая лошадь» в Перми, где загорелся подвесной потолок из пенопласта. Нормативы по пожарной безопасности прямо запрещают использование материалов с такой группой горючести, как пенопласт, на путях эвакуации и в местах, где возможно массовое скопление людей - в жилых дома и общественных зданиях, развлекательных заведениях, ресторанах, кафе и т. п. В случае с пожаром в ночном клубе пенопласт был использован в качестве звукоизоляции, что неправильно, так как этот материал для шумоизоляции не применяется. Какие материалы можно использовать для звукоизоляции, можно прочитать в статье «Как сделать звукоизоляцию стен квартиры в многоэтажных домах из кирпича, газобетона, панелей, блок-комнат современными материалами».

Использование пенопласта для утепления малоэтажных частных домов не регламентируется противопожарными нормами, но в случае, когда приходится утеплять стены изнутри, следует предусмотреть покрытие утепляющего слоя материалами, имеющими высокую степень огнестойкости, например, оштукатуриванием по сетке или обшивкой гипсокартонными листами. Эти материалы на определенное время могут защитить утеплитель от пламени при пожаре и предохранят от выделения токсичных веществ в воздух из слоя утеплителя.

Паронепроницаемость пенопласта

Мы уже писали о принципе конструирования наружных многослойных стен в статье «Точное определение понятия «Точка росы» с универсальными расчетами по формулам и калькулятору», согласно которому паропроницаемость материалов в ограждающей конструкции, состоящей из нескольких слоев, должна повышаться в направлении изнутри наружу. Это позволяет водяным парам, которые накапливаются в воздухе внутри за счет свободного газообмена, выходить через стены наружу, поддерживая нормальный микроклимат в помещениях. Если же в составе стены имеется паронепроницаемый слой, как в случае с пенополистиролом, то водяные пары будут ввести себя по-разному - в  зависимости от расположения слоя.

Когда утепление дома пенопластом производится изнутри, водяные пары будут переувлажнять воздух в помещении, создавая некомфортные условия, и при близком нахождении точки росы к внутренней поверхности будут стремиться конденсироваться в местах стыков внутренних и наружных стен, на углах и откосах оконных проемов. Если слой утеплителя расположен снаружи стены или внутри нее, как в случае трехслойной каменной кладки, то водяные пары будут проникать в стену и насыщать ее до границы расположения утеплителя. Насыщение влагой любой строительной конструкции нежелательно, так как при постоянном увлажнении вызывает множество негативных последствий – повышенную коррозию, снижение эксплуатационных качеств и разрушение материала.

Все вышеописанные процессы происходят не одномоментно, а в течение продолжительного времени, на протяжении смены времен года, и характер этих процессов сильно зависит от климата в регионе, где построено конкретное здание. Если осенне-зимний период короткий, как в южных регионах России, то увлажнение стены будет незначительным. И за время длительного весенне-летнего периода влага из стены будет испаряться внутрь помещения, не нанося большого ущерба. Если же дом построен в северных регионах, то последствия насыщения влагой стены могут быть более опасными для конструкции.

В любом случае следует правильно рассчитать толщину всей конструкции наружных стен и толщину теплоизоляции, так, чтобы точка росы при самых неблагоприятных условиях находилась в пределах утеплителя, тогда можно избежать всех неприятных последствий от увлажнения конструкций.

Если производится утепление дома пенопластом своими руками снаружи или в составе трехслойной конструкции, то лучший способ защиты стен от насыщения водяными парами — это покрытие стен изнутри пароизоляционной пленкой с последующей отделкой гипсокартоном. В этом случае пары из воздуха не будут проникать в стены, но тогда будет повышаться влажность воздуха внутри помещений. Для решения этой проблемы следует оборудовать дом системой принудительной вентиляции с функцией осушения воздуха.

Применение пенопласта ПСБ (пенополистирола беспрессового) в строительстве

Пенопласт ПСБ в зависимости от плотности используется в строительстве в следующих целях:

  • ПСБ-С-15 может применяться только для устройства утепления временных сооружений – бытовок и контейнеров, так как имеет невысокие показатели по плотности и прочности;
  • ПСБ-С-25 может использоваться при теплоизоляции конструкций, не подверженных высоким нагрузкам – водопроводных труб (изоляция тепловых сетей не допускается, так как при воздействии высокой температуры материал ускоренно разлагается), лоджий и балконов, стен домов с деревянным несущим каркасом, стропильных крыш и мансард, перекрытий из деревянных балок, полов жилых и офисных зданий, трехслойных стен из каменных материалов, наружных стен зданий способом «мокрый фасад» с покрытием штукатурным слоем;
  • ПСБ-С-35 применяется при изготовлении сэндвич-панелей, в том числе железобетонных трехслойных панелей, утеплении полов и эксплуатируемых перекрытий с повышенными нагрузками, плоских кровель. Утепление наружных стен пенопластом этой марки экономически нецелесообразно, так как он имеет более высокую стоимость, чем ПСБ-С-25.

Применение ЭППС (экструдированного пенополистирола) в строительстве

Экструдированный пенополистирол

Экструдированный пенополистирол

Как мы видим, ЭППС обладает значительно лучшими свойствами по всем показателям, что позволяет применять этот материал при устройстве конструкций, в которых использование обычного пенопласта ПСБ недопустимо:

  • в подземных конструкциях при утеплении стен подвалов, отмосток, малозаглубленных ленточных фундаментов, что предотвращает деформации пучинистых грунтов при сезонном промерзании;
  • в конструкции фундамента УШП – утепленной шведской плиты, где плиты ЭППС укладываются на грунтовое основание под монолитной железобетонной плитой, по ее боковым стенкам и под отмосткой, служа в качестве утепляющей подушки, которая защищает грунт от промерзания и деформаций, а также предохраняет от потерь тепла через конструкции фундамента. Прочность ЭППС позволяет выдерживать высокие сжимающие нагрузки;
  • в качестве подстилающих слоев для дорожного полотна, предохраняющих от морозного пучения основания;
  • в ограждающих конструкциях – стенах, перекрытиях, крышах и полах. В этом случае необходимо просчитать экономическую целесообразность применения ЭППС, так как этот материал дороже обычного пенопласта марок ПСБ.

Технология утепления пенопластом способом «мокрый фасад»

Утепление фасада пенопластом, технология которого подробно разработана в техническом документе «Типовая технологическая карта на устройство утепления фасадов зданий с последующей отделкой по технологии «мокрый фасад», наиболее полно учитывает положительные и отрицательные свойства этого материала и состоит в поэтапном выполнении следующих работ:

  • подготовки поверхности наружной стены – очистки от загрязнений, наплывов раствора и других неровностей;
  • покрытия грунтовочным слоем валиком или кистью за два раза. Покрытие грунтовкой улучшает адгезию утепляющего слоя с поверхностью стены;
  • крепления цокольного металлического профиля с помощью распорных дюбелей на уровне нулевой отметки здания, на который будет опираться первый ряд плит пенопласта;
Установка цокольного профиля

Установка цокольного профиля

  • приклеивания плит пенопласта к стене с помощью клеевого раствора на цементной основе. Сухая смесь разводится водой в пропорции 5, 5 литра на 25 кг смеси и тщательно перемешивается дрелью с насадкой. Клеевую смесь следует израсходовать в течение 4 часов. Клеевую массу наносят на плиту утеплителя по периметру полосой в 40—50 мм шириной и несколькими лепешками по центральной линии толщиной в 30—40 мм. Плита должна быть покрыта слоем клея не меньше чем на 50 % площади;
  • после покрытия клеящим раствором плиту устанавливают на место и прижимают к стене деревянным полутерком, контролируя горизонтальность и вертикальность положения с помощью уровня. Утеплитель приклеивают к стене горизонтальными рядами со смещением каждого последующего ряда в шахматном порядке. Ширина швов между плитами не должна превышать 2 мм. В случае превышения этой величины в швы вставляют узкие полоски утеплителя без использования клеевого раствора для предотвращения возникновения мостиков холода;
Нанесение клеевого раствора

Нанесение клеевого раствора

  • через двое суток после наклеивания плит утеплителя, их дополнительно прикрепляют к стене посредством тарельчатых дюбелей;
Крепление тарельчатыми дюбелями

Крепление тарельчатыми дюбелями

  • через трое суток утеплитель покрывают армированным слоем клеевого раствора. Раствор сначала наносится в один слой, в который утапливается полимерная штукатурная сетка, затем сетка накрывается вторым слоем раствора. Покрытие армированным слоем производится полосами шириной примерно в 1 м, общая толщина слоя не должна быть более 3 мм;
Покрытие армированным слоем

Покрытие армированным слоем

  • после нанесения армированного слоя и его схватывания через 2—3 дня с помощью фетрового валика или кисти производится предварительное нанесение штукатурной подкладочной массы, играющей роль грунтовки для лучшего сцепления последующей штукатурки с основанием;
  • затем терками производится оштукатуривание фасада минеральной или акриловой штукатуркой;
  • заключительный этап – окрашивание фасадов после полного высыхания штукатурки фасадными красками.
Полная схема "мокрого фасада"

Полная схема "мокрого фасада"

Все работы по устройству армированного слоя, оштукатуриванию и окраске следует производить в теплый период в диапазоне температур в 5–25 °С в отсутствие дождя и в безветренную погоду.

Утепление стен из разных материалов с помощью пенопласта

Технология утепления стен пенопластом, сооруженных из других материалов и другими способами, например, трехслойных кирпичных стен или с помощью конструкции вентилируемого фасада практически не отличается от технологии утепления с помощью каменной ваты, описанной нами в статье «Экспертный анализ свойств базальтового утеплителя с подробными инструкциями выполнения работ этим материалом» в разделах «Устройство вентилируемых фасадов» и «Утепление многослойных стен».

Утепление стен деревянных каркасных домов не представляет большой сложности и легко выполняется своими руками. Пенопластовые плиты вставляются в пространство между стойками каркаса, обтягиваются изнутри пароизоляционной, а снаружи влаговетрозащитной пленками, затем обшиваются изнутри плитами ОСП, снаружи элементами фасадной облицовки.

Схема утепления стен каркасного дома

Схема утепления стен каркасного дома

Утепление стен бревенчатых срубов, деревянных домов из профилированного или клееного бруса пенополистиролом нежелательно в связи с его паронепроницаемостью. Древесина является природным, «дышащим» материалом, который благодаря высокой проницаемости для водяных паров обеспечивает наиболее благоприятный микроклимат в помещениях.

Если создать непроницаемый барьер за счет утеплителя, то внутри будет не комфортно из-за повышенной влажности. Кроме того, древесина сама по себе имеет высокие теплоизолирующие свойства, поэтому если правильно подобрать диаметр бревна или толщину бруса в соответствии с местными климатическими условиями, то никакого дополнительного утепления не потребуется.

Утепление стен из газобетонных, керамзитобетонных и других блоков из легкого и ячеистого бетона выполняется по вышеописанной технологии «мокрый фасад», либо в составе трехслойных стен с облицовкой кирпичом, или по технологии устройства вентилируемого фасада. При этом надо помнить о паропроницаемости. Так как легкобетонные блоки обладают повышенной паропроницаемостью вследствие их высокой пористости, следует защитить их от насыщения влагой из помещений с помощью пароизоляционной пленки, которой нужно обтянуть стены изнутри и затем скрыть под отделкой.

Мнение экспертов портала Glaver.ru

По мнению экспертов портала, при использовании пенополистирола в качестве утеплителя нужно учитывать все его как положительные, так и отрицательные свойства. В особенности следует принять во внимание его пожароопасность и паронепроницаемость. Для минимизации отрицательных свойств материала необходимо:

  • приобретать материал марок, рассчитанных для применения только в определенных ограждающих конструкциях. При этом заказчики и подрядчики должны знать, что заявляемые производителями марки по плотности зачастую могут не соответствовать действительности. Например, пенопласт марки ПСБ-25 с номинальной плотностью 25 кг/м³ на самом деле может иметь плотность 15,1 кг/м³ на уровне упаковочного пенополистирола, который не годится для использования в ответственных строительных конструкциях. Поэтому следует приобретать материал у проверенных производителей, таких как BASF, Styrochem, Polimeri Europa, Nova Chemicals, Технониколь;
  • строго соблюдать технологию устройства утепления ограждающих конструкций и предусматривать все необходимые мероприятия для защиты утепляющего слоя от возгорания, солнечной радиации, воздействия химических и биологических факторов;
  • предусматривать устройство пароизоляции в комплексе с утеплением для защиты несущих конструкций от увлажнения.

В случае выполнения всех требуемых норм утеплитель пенопласт или пенополистирол может прослужить весь заявляемый срок эксплуатации, не теряя теплозащитных качеств.