Основа дома — панели SIP. Что это такое, и чего от них ждать?

Ключевая особенность технологии строительства из SIP-панелей, отличающей такие здания от построенных по традиционной каркасной технологии, заключается в том, что каркас дома не возводится отдельно. Единственные «самостоятельные» элементы здесь — верхний и нижний обвязочный брус, скрепляющий, соответственно, фундамент и верхний венец здания. Силовой же брус, то есть горизонтальные и вертикальные ребра каркаса, собирается параллельно стенам и перекрытиям, буквально «вживляясь» в них. Жесткость конструкции достигается не только благодаря прочности каркаса, но и исключительным свойствам СИП-панелей, также являющихся несущим элементом.

Свойства стен дома из SIP-панелей мы уже рассмотрели в предыдущем материале, однако качества и конструкция самих панелей тоже заслуживают отдельного упоминания.

Сама концепция конструкционной теплоизолированной панели не нова. О том, что фанера или шпон твердых пород дерева может взять на себя часть структурных нагрузок, действующих на стену дома, задумались еще в 1935 в США инженеры Лаборатории лесной промышленности (FPL) в Мэдисон, штат Висконсин. Их прототип конструкционной теплоизолированной панели (Structural Insulated Panel, или просто «СИП») был создан с использованием существовавшей на тот момент фанеры и теплоизоляционного материала.

К чести инженеров, дело продвинулось гораздо дальше разработки концепции и создания прототипов: самые первые SIP-панели были использованы для строительства экспериментальных домов, которые постоянно контролировались на протяжении тридцати лет, а затем были разобраны и исследованы. И параллельно в лаборатории FPL продолжали экспериментировать с новыми конструкционными материалами.

Архитектор Фрэнк Ллойд Райт стал знаменит, использовав конструкционную теплоизолированную панель в некоторых своих домах, построенных еще в 1930 и 1940 годах. Сама же технология СИП (SIP) делает качественный скачок, когда один из студентов Райта, Элдэн Доу (Alden B. Dow), сын основателя крупнейшей в мире химической корпорации Доу Кемикл (Dow Chemical Company) в порядке эксперимента запрессовал между двумя листами толстой фанеры принципиально иной утеплитель – изолирующую пену, напоминающую современный пенополистирол . Это случилось в 1952 году, и уже восемь лет спустя СИП-панели стали легкодоступным строительным материалом в результате начала их массового производства.

В 1990 году была основана Ассоциация производителей СИП для оказания поддержки и ознакомления промышленных и строительных отраслей с новой технологией строительства. И с этого же года в технологии СИП (SIP) начинается эра современного компьютерного автоматизированного производства. Использование компьютеризированных архитектурных чертежей (CAD-чертежи) позволило начать создавать программы, способные полностью автоматизировать процессы кроя и производить из SIP панелей отдельные элементы здания в условиях производства. Примерно в это время панели приобретают тот вид, который мы знаем сегодня.

Так что же собой представляют SIP-панели? Конструктивно они являются, если можно так выразиться, композитным материалом, и состоят из трех слоев. Внешние поверхности панелей — это стандартизированные OSB-плиты толщиной 12 миллиметров, внутренний слой — пенополистирол марки ПСБ-С-25-Ф, толщина которого может составлять 150 или 200 мм. В конструкции здания такая панель является несущей, что и вызывает больше всего вопросов у заказчиков. Мол, две деревяшки толщиной в сантиметр — какая тут прочность?

Тем не менее, благодаря своей конструкции, СИП-панель выдерживает все нагрузки (подробнее про расчетные нагрузки сип панелей читайте здесь), требуемые СНиП по гражданскому строительству домов.

Чем обусловлены характеристики SIP-панелей? Рассмотрим их составляющие подробнее.

OSB (ОСП) (ориентированно стружечные плиты) принадлежат к последним изобретениям в области деревообрабатывающей промышленности. Разработанная в США в 1978 году, на сегодняшний день ОСП включена во все основные своды строительных правил США и имеет допуск Использования Конструкционных Плит на древесной основе DOC PS2-92. В Канаде ОСП сертифицирована в соответствии с CSA 0325 и CSA 0437, включена в Национальный Строительный Кодекс.

В Европе производство OSB регулируется в соответствии с Европейским Стандартом EN 300-OSB. В 2001 году OSB прошла полную сертификацию национального комитета «British Board Agrement», который подобно другим странам разрешил ее применение в промышленном и жилищном строительстве: малоэтажном домостроении, кровле, полах, несущих конструкциях и проч. В Германии, Австрии и Швейцарии применение OSB регламентировано Списком строительных правил и огнезащиты DIN, Onorm, SIA соответственно. В Японии — согласно требованиям стандарта JAS к строительным плитам. В России этот материал сертифицируется по ГОСТ 10632-89.

Технологически OSB (ОСП) — это спрессованная древесностружечная плита с ориентированной плоской щепой. Технология ее производства схематически представлена на рисунке:

В отличие от некоторых других типов древесных плит, OSB производится не из отходов деревообрабатывающей промышленности, а из высококачественной древесины, заводским способом расщепляемой на отдельные волокна. Получившиеся в результате прямоугольные узкие щепки толщиной 0,5 — 0,7 мм и длиной до 140 мм укладываются в несколько слоев, причем попеременно: в первом и последующих «нечетных» слоях щепа располагается вдоль главной оси плиты, а в «четных» — перпендикулярно главной оси.

Процесс прессовки проходит в условиях высокого давления и высокой температуры, с использованием фенолформальдегидной водостойкой смолы. В результате за счет конструкции из нескольких разнонаправленных слоев плита приобретает прочность, превышающую таковую даже у древесного массива. А пропитка щепы клеем и гидрофобной эмульсией позволяет избежать пустот и пузырьков воздуха, что не только повышает прочность плиты, но и придает ей устойчивость ко влажности и перепадам температур, что особенно важно в российских погодных условиях.

Таким образом, ориентированно стружечная плита (OSB) объединяет в себе отличные механические свойства с уникальными эксплуатационными характеристиками. Микроструктура спрессованной крупноразмерной стружки предохраняет края плиты от сколов при соединении и придает необходимую для распила жесткость. Распил может осуществляться обычным инструментом, предназначенным для обработки натуральной древесины. При сверлении OSB плиты также подходят сверла, предназначенные для дерева твердых пород.

Благодаря свойствам OSB, стеновые панели не подвержены впитыванию влаги и гниению. Разбухание при нахождении в воде в течение 24 часов составляет 12-17%, при этом материал не разрушается и сохраняет прочность. Это позволяет применять OSB плиты для возведения опалубки.

Кроме того, несмотря на применение синтетических связующих для производства плит, ОСП экологически и гигиенически безвредный материал, соответствующий наивысшему европейскому классу безопасности — Е1. Материалы, сертифицированные по этому классу, выделяют менее 0,1 ppm (частей на миллион) формальдегида, что значительно ниже допустимого министерством жилищного строительства и городского развития США (органа, который и сертифицировал OSB-плиты для жилищного строительства!) уровня.

Соответствие строительных материалов европейскому классу Е1 делает все опасения о возможном вреде для здоровья беспочвенными. Материалы этого класса предназначены не только для конструкций дома, но и для отделки жилых помещений, изготовления детской мебели и других «ответственных» задач.

Пенополистирол, выступающий в качестве теплоизолирующего слоя SIP-панелей, является нейтральным материалом, не выделяющим никаких вредных для человека и его окружения веществ и не имеет ограниченного срока годности. Он экологичен в процессе работы с ним, а также весь период дальнейшей эксплуатации. Пенополистирол долговечен, не дает трещин, не является питательной средой для микроорганизмов, грызунов и другой живности, не загнивает, не плесневеет и не разлагается.

Пенопласты из пенополистирола не являются питательной средой для плесневых грибов и бактерий. Они не разлагаются, не растворяются в воде и не выделяют никаких водорастворимых веществ, которые могли бы вызвать загрязнение грунтовых вод. Биологическая безвредность применения плит из жестких пенопластов пенополистирола подтверждается еще и тем фактом, что во многих странах пенопласты из пенополистирола допущены для изготовления упаковки пищевых продуктов, а полистирол используется для упаковки йогуртов и прочих молочных продуктов, для внутренней обiивки холодильников и в ряде других областей, где возникает прямой контакт с пищей.

1
Типовой пенопластовый контейнер для переноски обеда.
2
Мясо в упаковке с пенопластовой подложкой...
DSCN4041 82a0064cf7
...и свежие овощи в ней же.

Влага не влияет на теплоизолирующие свойства этого материала и не вызывает образование в нем бактерий и плесени. Пенополистирол устойчив к воздействию химических и биологических сред. Он отлично переносит присутствие асфальтовых эмульсий, рубероида с асфальтовым покрытием, искусственных удобрений, каустической соды, аммония, жидких удобрений, вспененных красок, мыла и смягчающих растворов, цемента, гипса, извести, растворов соли (в том числе морской воды) и всякого рода грунтовых вод.

Конечно, как и многие другие пластики и полимеры, утеплители из пенополистирола могут воспламеняться, хотя поджечь именно самозатухающие марки пенополистирола, используемые в строительстве, крайне сложно даже если задаться именно такой целью. Но при горении полистирол выделяет от 1000 до 3000 МДж тепловой энергии на килограмм материала и не выделяет никаких опасных газов, поскольку 98% его объема составляет воздух. Для сравнения, при горении сухой древесины выделяется 7000…8000 МДж энергии с каждого кубометра. Таким образом, пенополистирол дает незначительное повышение температуры, в отличие от других участвующих при пожаре материалов (мебель, линолеум и т.д.).

Пенополистирол обладает весьма низкой теплопроводностью, что частично обусловлено воздухом, захваченным в многочисленных плотных порах. По мере возрастания плотности пенополистирола, излучение в процессе теплопередачи уменьшается, тогда, как вклад проводимости через полимерную матрицу увеличивается.

Что же касается долговечности такого утеплителя — пенополистирольные плиты, по существу являясь пластиком, устойчивы к старению и при правильном применении сохраняет стабильные свойства форму и размеры длительное время. Сегодня существуют данные натурных наблюдений и экспертное заключение, которые доказывают, что в материал, заложенный в конструкцию около 30 лет назад, не подвергся необратимым изменениям (например, вследствие усадки или сжатия и т.д.).

Следует отметить, что сама технология производства пенополистирола была разработана в 1950 году, поэтому и возраст натурных испытаний не столь велик. Однако в лаборатории НИИСФ г.Москве были проведены исследования на долговечность и необходимые испытания пенополистирола на анализ характерных циклических изменений температуры наружного воздуха в годовом цикле для климатических условий средней полосы России. В климатической камере было смоделированы температурно-влажностные воздействия на фрагменты конструкций, в которых есть пенополистирол. Всего было проведено 80 циклов испытаний образцов пенополистирольных плит. Получены следующие выводы: пенополистирольные плиты успешно выдержали циклические испытания на температурно-влажностные воздействия в количестве 80 циклов, что может быть интерпретировано как соответствующее количество лет эксплуатации в многослойных ограждающих конструкций с амплитудой температурных воздействий ± 40оС.

Температура окружающей среды не оказывает отрицательного влияния на физические и химические свойства пенополистирола. Однако при длительном ультрафиолетовом воздействии возрастает хрупкость и подверженность эрозии от ветра, дождя и других факторов, поэтому при хранении необходимо укрывать плиты от воздействия прямых солнечных лучей — что, собственно, и предполагается как конструкцией SIP-панели, так и технологией строительства каркасно-панельных домов, в соответствии с которой швы проходят герметизацию.

Таким образом, сегодня панели СИП — высокотехнологичное решение для строительства жилых и нежилых зданий. Она имеет множество вариантов использования: коттеджи разного уровня, надстройка мансардных этажей, реконструкция старых зданий, и т.д. Достижения в области компьютерного автоматизированного проектирования и производства позволяют производить детали из панелей СИП с удивительной точностью, для возведения прямых и идеально ровных стен.

SIP-панели отличаются высокой механической прочностью и устойчивостью к различным атмосферным воздействиям. В отличие от обыкновенной древесины, они даже без дополнительной обработки не подвержены гниению, образованию грибка и появлению различных вредителей.

Кроме того, такая панель полностью сохраняет тепловые характеристики строения в любое время года. Дома из СИП панелей длительное время остаются тёплыми при отключении тепла. Так, в среднем за сутки температура понижается на 2 – 4 градуса, что является немаловажным фактором, а в жару в  доме прохладно и комфортно. Для обогрева дома из СИП панелей нужно значительно меньше времени и ресурсов чем для дома, построенного из  кирпича, что значительно сокращает коммунальные расходы. И более того: сип-панели способны обеспечивать комфортное проживание даже в самых критических климатических условиях.

Фото Международной полярной станции с сайта американской компании Celtic Trade Group:

1102
183 59f38f0b1b68d20b54f33eea3cb247ae
265611566566
OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Operation Deep Freeze
Sip South Pole
Vbyi 19195361a
New Construction South Pole Antarctica
Letter Construction

Международная полярная станция «Амундсен — Скотт» на Южном полюсе.» Основа станции — металлический каркас, который обшит SIP-панелями, что в первую очередь это обусловлено их энергосберегающими, а во вторую — лёгкостью монтажа. И это самая современная полярная станция!

Читайте также:

Игорь Виноградов

Руководитель строительно-монтажного подразделения.