Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

Обеспечение тепловой защиты зданий и сооружений является неотъемлемой частью программы энергосбережения в России. Гарантирование комфорта условий проживания человека, контроль потребления энергоресурсов, соблюдение экологической и пожарной безопасности – вот одни из того множества условий, предъявляемых к современным строительным проектам. В связи с этим особо актуально стоит вопрос разработки, внедрения и мониторинга новых энергоэффективных теплоизоляционных материалов в соответствии с нормативными требованиями «СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003».

Широкий спектр изоляционных изделий, представленный на современном рынке, охватывает собой волокнистые материалы (на основе стеклянного и базальтового волокна, минеральной и шлаковой ваты), жесткие виды утеплителей, теплоотражающие пленки и др. [1; 2].

Утеплители можно разделить на:

– отражающего типа. Этот вид теплоизоляции снижает расход тепла из-за уменьшения инфракрасного излучения. Материал состоит из двух слоев: основного и отражающего. Последний имеет высокий коэффициент отражающей способности (алюминиевая полированная фольга);

– предотвращающего типа. По виду исходного сырья они делятся на органические, неорганические и смешанные. Предотвращающие виды утеплителей являются основным элементом отделки конструкций дома благодаря присущему им низкому коэффициенту теплопроводности. Материалы предотвращающего типа по агрегатному состоянию при монтаже подразделяются на жидкие (пеноизол, пенополиуретан), твердые (пеностекло, пенополистирол), мягкие (мин. вата), сыпучие (керамзит, шлак) [3]. Их выбор зависит от изолируемой поверхности сооружения (зачастую мягкая теплоизоляция применяется для вертикальных конструкций, жесткая и сыпучая – для горизонтальных).

Рассмотрим основные характеристики теплоизоляционных материалов, подлежащих обязательной сертификации на территории РФ согласно нормативному акту «О внесении изменений в Постановление Правительства Российской Федерации от 1 декабря 2009 г. № 982» (табл. 1).

Но основным критерием подбора теплоизоляции является коэффициент теплопроводности. От данного коэффициента напрямую зависит минимальная толщина применяемого теплоизоляционного материала. Так как современные тенденции развития рынка строительных материалов направлены на облегчение конструкций сооружения за счёт толщины конструкции, а также обеспечение значительной экономии технологических процессов возведения и обслуживания здания, стоить выделить относительно новый для строительной практики энергоэффективный материал с заявленным производителями низким коэффициентом теплопроводности и малой толщиной нанесения – жидкую теплоизоляцию (термокраску) [4; 5].

Материалы и методы исследования

Термокраска представляет собой жидкую композицию, состоящую из наполнителя, связующего и добавок (рис. 1).

В основу производства термокраски заложена стандартизированная технология внедрения полых микросфер и микросфер с вакуумом в состав связующего. При смешивании всех компонентов кластеры, скрепленные между собой при помощи полимера, образуют структурированную суспензию. В результате полимерная основа приобретает теплоизоляционные свойства. Несмотря на простоту принципа производства, данная схема требует достаточно сложных соотношений компонентов, правильный баланс которых и позволяет получить высокие адгезионные свойства и долговечность готовых покрытий. Особенно важно проследить за процентным содержанием наполнителя (80–85 %) в теплоизоляционной краске, который является основным элементом состава, препятствующим передаче тепла через утепляемую конструкцию: микросферы наполнителя обладают свойствами вакуума и имеют коэффициент теплопроводности 0,0012 Вт/м*К, за счёт чего и достигается максимальный теплоизоляционный эффект. Именно эту цифру зачастую приводят производители термокраски как коэффициент теплопроводности. Но стоит уточнить, что суммарное значение коэффициента в конечном продукте, согласно проведённым экспериментам, составляет от 0,053 до 0,082 Вт/м*К, значительно уступая по данному показателю таким классическим утеплителям, как минеральная вата, пенополистерол и др. (табл. 1).

Для лучшего ознакомления с материалом рассмотрим и другие его усредненные показатели (табл. 2).

Результаты исследования и их обсуждение

Чтобы иметь возможность произвести объективную оценку целесообразности использования жидкой теплоизоляции, были проведены испытания. Рассмотрим работу краски в качестве барьера, предотвращающего теплопотери при бетонировании и подогреве буронабивных свай с использованием обсадных труб в условиях Крайнего Севера [6].

Задачи, поставленные при проведении эксперимента:

1. Проведение серии лабораторных испытаний с фиксацией контролируемых величин с помощью профильного оборудования.

2. Создание модели для испытаний, которая имеет максимально схожие характеристики с реальными условиями эксплуатации.

3. Обработка полученных результатов.

4. Формирование вывода о целесообразности применения термокраски на основе проведенных испытаний.

Вид работ – устройство свайного основания из буронабивных свай с использованием обсадных труб на вечномерзлых грунтах [7].

Параметры среды:

? температуры прогреваемой бетонной смеси – 15 °С;

? средняя температура грунта у стенок обсадной трубы – 0 °С;

? параметры обсадной трубы:

- материал – сталь;

- диаметр – 920 мм;

- толщина стенки – 12 мм.

Испытательные образцы (с учетом особенностей реальных условий) представляют собой две стальные трубы диаметром 210 мм и толщиной стенок 5 мм. Чтобы приблизить условия к тем, в которых в дальнейшем подразумевается использование жидкой теплоизоляции, при проведении эксперимента используем климатическую камеру, которая поддерживает температурный режим на уровне 0 °С. Для моделирования тепловых излучений, возникающих при гидратации бетона, применяется тепловой излучатель светового типа, который подключен к реостату для регулирования интенсивности тепловых излучений. Следовательно, получаем перепад температуры воздуха внутри и снаружи трубы – 15 °С, что соответствует реальным условиям [8; 9].

Первый образец обрабатываем согласно рекомендациям по нанесению жидкой теплоизоляции, указанным производителем. Кистью или аппаратом безвоздушного распыления наносим краску в один слой на предварительно подготовленную поверхность (сухую, чистую, прочную). Перед применением тщательно перемешиваем продукт, добавляя воду объеме 10 % от номинального объема использования материалов.

Второй образец испытывается без обработки. Помещаем образцы в климатическую камеру, предварительно установив в каждой трубе по одному тепловому излучатели светового типа, чтобы контролировать повышение температуры внутри трубы [10]. Используя небольшие обрезки плит утеплителя, закрываем торцевые стороны труб во избежание появления мостиков холода. Затем в течение 25 минут испытываем образцы. Далее с помощью тепловизора с интервалом в 1 минуту фиксируем 20 показаний температуры на внешней поверхности обсадной трубы. Таким образом, через 45 минут после начала испытания последняя съемка завершается.

По окончании испытаний источники теплового излучения отключаются и из холодильных камер извлекаются образцы.

Осуществляем обработку результатов испытания. Таким образом, определяем разность температур наружных поверхностей труб на двух образцах: с использованием термокраски и без ее применения (рис. 2).

В течение 20 минут температура на внешней поверхности трубы, которая не обработана термокраской, постоянно растет. Ниже представлен график изменения температуры образца при проведении испытания (рис. 3).

Из графика видно, как вследствие внутреннего подогрева трубы температура ее поверхности изменилась более, чем на 6 градусов [11].

Ниже представлены итоги съемки тепловизором образца, покрытого термокраской. Если сравнивать результаты съемок, можно заметить разницу в изменении температуры. Также видно, что в образце без обработки присутствует ярко выраженное пятно подогрева (рис. 4).

Рис. 4. Данные фотосъемки тепловизором образца трубы с обработкой жидкой теплоизоляцией

Рис. 5. График изменения температуры образца трубы с жидкой теплоизоляцией

Аналогично строим график изменения температуры трубы во втором случае (рис. 5).

С технологической точки зрения обосновано использование жидкой теплоизоляции при устройстве буронабивных свай в условиях Крайнего Севера, так как термокраска обладает хорошей адгезией по отношению к стали, легко наносится на поверхность и не нуждается в дополнительных мерах по уходу за поверхностью, которую обработали [12]. Кроме того, эксперимент показал, что жидкая теплоизоляция предотвратила теплопотери в образце.

Хотя термокраска не подходит в качестве универсального материала и не может претендовать на первенство среди современных утеплителей с точки зрения физических свойств, в некоторых случаях использование жидкой теплоизоляции экономически и технологически оправданно. Зачастую применяется в тех местах, где невозможно или затруднительно обойтись традиционными теплоизоляционными материалами. Рассмотрим возможные сферы использования термокраски: это транспортная и нефтяная промышленность, объекты ЖКХ, строительство и конструкции иного назначения (рис. 6).

В настоящий момент производители отображают только общие положения по эксплуатации термокраски в выпускаемых ими инструкциях [13; 14]. Вследствие того что краска имеет достаточно обширную сферу использования, зачастую предоставленных данных оказывается недостаточно для потребителя. Поэтому для массового внедрения продукта на рынок возникает необходимость создания типовых технологических карт (ТТК), которые смогли бы принять во внимание все нюансы использования термокраски. Разработка ТТК позволит грамотно применять жидкую теплоизоляцию с учетом особенностей окружающей среды и утепляемых поверхностей.

Примерный состав технологических операций:

1. Контроль качества.

1.1. Подготовка поверхности.

Согласно заявлениям производителя, жидкая теплоизоляция имеет высокий показатель адгезии, благодаря чему возможно использование продукта на различных по свойствам поверхностях. Основой под термокраску могут служить различные материалы (табл. 3).

Таблица 3

Усредненные характеристики жидкой теплоизоляции

При разработке ТТК для сохранения адгезивных свойств продукта необходимо обозначить процедуру подготовки основания под покраску (в зависимости от вида и состояния обрабатываемой поверхности) [15].

1.2. Подготовка изоляционного покрытия.

Важно учесть изменения характеристик краски и особенности ее работы в зависимости от следующих условий:

- осадки;

- температура изолируемой поверхности;

- температура окружающего воздуха;

- излучения;

- влажность и др.

2. Инструкция по нанесению.

Необходимо подробно описать, с помощью каких приспособлений и инструментов (валик, малярная кисть, пульверизатор и т.д.) возможно осуществить нанесение продукта. А также указать рекомендации по их использованию с учетом площади обрабатываемой поверхности.

3. Техника безопасности.

Чтобы организовать безопасные условия труда при работе с жидкой теплоизоляцией, важно акцентировать внимания на исследованиях, подтверждающих экологичность термокраски [16]. Таким образом, необходимо провести лабораторные испытания и проверить продукт на выделение опасных веществ, сравнив полученные значения с предельно допустимыми согласно «Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) (с изменениями на 10 мая 2018 года)» (табл. 4).

Таблица 4

Допустимый уровень миграции веществ в окружающую среду

4. Обслуживание.

В разрабатываемых ТТК следует привести рекомендации по обновлению теплоизоляционного покрытия и уходу за ним в процессе эксплуатации. К широкому внедрению жидкой теплоизоляции в современное строительное производство можно прийти, соблюдая пять этапов (рис. 7).

Выводы

На основании проведенного анализа можем сделать следующие выводы.

1. Краску целесообразно применять при осуществлении строительства и капитального ремонта гражданских зданий (в том числе подземных частей) в силу ее теплоизоляционных свойств, низких трудозатрат.

2. Для массового внедрения жидкой теплоизоляции на рынок необходимо провести исследования по следующим направлениям:

2.1. Провести испытания, доказывающие безопасность и экологичность продукта.

2.2. Разработать типовые технологические карты с учетом разнообразия сфер применения жидкой теплоизоляции.