Главная / Опыт изучения влияния влажности на свойства утеплителя

Опыт изучения влияния влажности на свойства утеплителя

С 2008 года на отечественном рынке наблюдается нарастание негативного отношения к ветрозащитным пленкам в связи с рядом серьезных пожаров. Несмотря на то, что производители пленок освоили выпуск негорючих материалов, а производители теплоизоляции внедрили технологии пропитки утеплителя специальными гидрофобными веществами — вопрос о принципиальной необходимости ветрозащитных пленок в составе ограждающих конструкций периодически «всплывает» и горячо обсуждается специалистами. 

Основная функция ветрозащитной пленки — защита теплоизоляционного слоя от намокания в процессе монтажа и эксплуатации кровли или фасада.

Не так давно, некие немецкие кровельщики столкнулись с вполне конкретной проблемой — потекла кровля на одном из объектов, намок утеплитель и необходимо было решить вопрос о том, менять ли его полностью или же частично. Мнения экспертов разделились — несмотря на то, что большинство опрошенных высказались в пользу полной замены изоляционного материала, звучали также и голоса тех, кто считал, что материал можно заменить лишь частично, или же вообще оставить «все как есть» и уповать на естественную сушку.

В результате, в научно- исследовательском институте теплоизоляционных материалов, в Мюнхене было заказано соответствующее исследование. Чтобы определить, какое влияние оказывает содержание влаги в минераловатном изоляционном материале в конструкциях теплой кровли на устойчивость утеплителя к нагрузкам при сжатии 10%, образцы были подвергнуты различной степени воздействия влаги и испытаны в разных температурных условиях в рамках полномасштабного лабораторного исследования.

На нижней стороне изоляционного материала была задана постоянная температура в пределах 20С. На верхней стороне, перекрываемой кровельной поверхностью, был задан суточный ход темератур по шкале времени 1:1, повторившийся в течении 10 раз (1 цикл), при этом проводилась симуляция зимнего и летнего температурных циклов. Содержание влаги в минераловатном материале составило 50 масс.%, 5 масс.%, 1,5 масс.% и 0 масс.%. Сразу же после испытаний в условиях температурных перепадов образцы были испытаны на прочность при сжатии 10%, при этом были получены следующие данные:

  • существует некоторое пороговое значение влажности, превышение которого приводит к необратимым изменениям структуры утеплителя;
  • устойчивость влажного изоляционного материала к нагрузкам при сжатии 10% значительно уменьшается по сравнению с прочностными свойствами недавно изготовленной изоляционной продукции. При этом существенных различий между воздействием зимних и летних температур (по 10 дней)  или сочетании зимних и летних температур (в общей сложности 20 дней), отмечено не было. Прочность образцов с содержанием влаги 50 масс.% при сжатии 10% составила 50-52 кПа, с содержанием влаги 1,5 масс. % — около 56 кПа. Для сухих образцов были получены показатели 77кПа (как после хранения при комнатной температуре в течение одного года, так и в результате воздействия зимних температур в измерительном приборе).
  • Повторное испытание образцов на прочность, подвергшихся процессу сушки при 70С после первого испытания на прочность, также вызвало еще большее уменьшение прочности материалов при сжатии 10%.

Может нужно придать утеплителю водоотталкивающие свойства?

Основные структурные и химические свойства минеральной ваты хорошо описаны в работах Герда-Рюдигера Клозе, а также Р. Кюнцеля. По приведенным в их работах данным, волокна обычного минераловатного утеплителя, не пропитанного водоотталкивающей добавкой, в ходе цикла намокания-высыхания лопаются. Это приводит к изменению плотности минераловатной плиты, ее геометрических размеров, прочностных свойств, а также осыпанию «чешуек» лопнувших волокон — эмиссии материала утеплителя. Ничего этого не происходит при обработке минераловатного материала специальными гидрофобизирующими пропитками (см. таблицу).

Табл. 1. Влагопоглощаемость изоляционных материалов из минеральной ваты [Kunzel, 1988].

Минераловатные изоляционные материалы с водоотталкивающими свойствами в испытаниях при нормальных условиях (погружение в воду полностью, погружение на 30 мм, хранение под водой) почти не впитывают влагу (не более 1 объем.% для материалов плотностью от 160 кг/куб.) Только хранение под водой и дополнительная большая нагрузка (40 объем % для материалов той же плотности) приводят к скоплению значительного количества влаги.

Действительно, обработка гидрофобизирующими веществами дает прекрасный результат!

Отечественные стандарты, регламентирующие содержание влаги в толще утеплителя

В России действует ГОСТ EN 1609-2011 «Изделия теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Методы определения водопоглощения при кратковременном частичном погружении».  Регламентированные им методы позволяют определить водопоглощение изделий, подвергаемых воздействию дождя продолжительностью 24 часа при проведении строительных работ.

По ГОСТу Р ЕН 1609 водопоглощение при кратковременном и частичном погружении не должно превышать 1,0 кг/кв.м. Как видно из предыдущей таблицы, плиты, не имеющие водоотталкивающих свойств, имеют намного большее водопоглощение даже при минимальном воздействии воды.

Что касается максимальной сорбционной влажности утеплителя, то в ТУ производителей теплоизоляционных материалов эта величина равна 1 и 2% при влажности окружающего воздуха 80% и 97% — соответственно.

Однако, в статье Н.П. Умняковой, к.т.н. НИИСФ РАН (Москва), опубликованной в журнале «Жилищное строительство», приводится вот такая таблица:

Табл. 2. Максимальная сорбционная влажность образцов утеплителя в зависимости от времени эксплуатации

Из нее следует, что максимальная сорбционная влажность минераловатного утеплителя достаточно высока и превышает значения, установленные  ГОСТ EN 1609-2011.  Однако полученные данные практически совпадают с показателями, приведенными в актуализированной редакции СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий» для минераловатных утеплителей на основе каменного волокна: содержание влаги в материале для условий А составляет 2%, условий В — 5%. Это говорит о том, что значения макисмальной сорбционной влажности утеплителя, приведенные в ГОСТ EN 1609-2011 скорее всего неоправданно занижены.

В статье приведены данные по сорбции водяного пара минераловатного утеплителя, находившегося в эксплуатации в конструкциях НВФ в течение 5-14 лет. Установлено, что для минеральноватного утеплителя из каменных волокон, эксплуатируемого от 5 до 14 лет в конструкции вентфасадов сорбционная влажность выше, чем у подобных аналогов не находившихся в эксплуатации. Автором проведены экспериментальные исследования по методике приведенной в ГОСТ 24816-31 «Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности». Для оценки сорбционной влажности образцы поещались в боксы, а  затем устанавливались в специальную климатическую камеру КСХИ-0,15, где при температуре +20 и искусственно созданной относительной влажности воздуха 40, 60, 90 и 97% происходило определение сорбционной влажности этих образцов путем взвешивания до постоянного веса. Из анализа изотерм сорбции водяного пара видно, что сорбционная влажность минераловатного утеплителя на поверхности, обращенная к вентилируемой воздушной прослойке и в его толще, отличаются друг от друга.

 Натурные испытания для определения влагопоглощения

Методы, описываемые в ГОСТ EN 1609-2011 довольно просты и могут с допустимой достоверностью воспроизводиться в «офисных» условиях. Что и было сделано силами сотрудников компании «ГЕКСА».

Два образца обычного минераловатного утеплителя, с заявленными характеристиками, позволяющими его эксплуатацию без ветрозащитной мембраны, с гидро-ветрозащитной мембраной и без неё, были опущены в емкость с водой. Значения водопоглощения были рассчитаны после 3 часов воздействия воды, 24 часов, а также после оттаивания предварительно намокшего замороженного образца и выдерживания его в воде в течение опять-таки 24 часов.

Табл. 3. Результаты натурных испытаний и сравнение их с нормативными значениями водопоглощения.

Мы видим, что реальные значения водопоглощения в отсутствие гидро-ветрозащитой мембраны значительно превышают требования СНиП 23-02-2003 и ГОСТ EN 1609-2011.

Если сравнить полученные данные с данными, приведенными в статье Р. Кюнцеля, то мы увидим, что утеплитель(с заявленными характеристиками, позволяющими его эксплуатацию без ветрозащитной мембраны), только защищенный гидро-ветрозащитной пленкой, по своим свойствам не уступает гидрофобизированному образцу из статьи  Р. Кюнцеля (табл.1).

Без  гидро-ветрозащитной пленки наш образец ведёт себя как «плита без водоотталкивающих свойств»!

Можно сделать вывод о том, что обработка минераловатных материалов гидрофобизирующими пропитками и защита необработанных материалов гидро-ветрозащитными пленками имеют одинаковую эффективность. Однако, следует учесть, что обработка гидрофобизирующими пропитками значительно усложняет и удорожает процесс производства утеплителя, этот способ защиты экономически менее выгоден, нежели использование качественных ветрозащитных пленок.

Кроме того, использование ветрозащитных пленок решает ряд других важных проблем, помимо защиты от влаги. Это и защита материала от механического повреждения в процессе монтажа и предотвращение эмиссии волокон внутрь жилых помещений.

При таком подходе, чаша весов сдвигается в пользу использования ветрозащитных пленок со всеми типами базальтовых и стекловолокнистых утеплителей.

И напоследок: а само не высохнет?

В СП 17.13330.2017 «Кровли» приводится расчет времени сушки утеплителя.

— при ωПЕН=22% Т = (4+4,8)/2,684 ≈3,3 летнего сезона

— при ωПЕН=30% Т = (7,2+4,8)/2,684 ≈4,5 летнего сезона

— при ωПЕН=22% Т = (4+4,8)/2,684 ≈3,3 летнего сезона

Эти результаты убедительно доказывают, что чудес не бывает — и намокший утеплитель вряд ли успеет высохнуть естественным путем.  А значит, неприятные последствия будут нарастать при каждом эпизоде намокания-высыхания.

Виктор Валковой, заместитель директора департамента ТМ «Изоспан» ООО «Гекса-нетканые материалы»