Аэрогель в строительстве

Приход нанотехнологий в строительство ознаменовал буквально начало новой эпохи в нашей консервативной отрасли. Создание различных материалов со сложной структурой и уникальными прочностными или температурными свойствами, а также процессы самоорганизации веществ на атомно-молекулярном уровне, позволяющие создавать объекты без внешнего влияния. Одним из самых перспективных и революционных материалов является наноструктурированный Аэрогель на основе диоксида кремния, который становится всё более и более востребованным в последние десятилетия.

aerogel choise

Он находит применение в таких сферах как аэрокосмическая промышленность, медицина, военные технологии, электроника, оптика, криогеника и многих других. Особенно бурный рост применения отмечен как раз в строительстве, где уникальные свойства аэрогеля буквально задали новые стандарты теплоизоляционных систем в отрасли. И теперь, хотя многие слышали об этом материале, но, к сожалению, имеют весьма смутное представление о нём. Цель настоящей статьи дать представление о том, почему аэрогель так уверенно теснит традиционные виды теплоизоляции.

История открытия аэрогеля началась со спора двух американских химиков Тихоокеанского колледжа Стивена Кистлера и его коллеги Чарльза Лернеда. Кистлер утверждал, что сможет заменить всю жидкость в желе на газ без малейшей усадки объёма вещества. В 1931 году Стивен Кистлер получает первый образец «твёрдого газа» и публикует свои результаты в журнале «Nature». До 1990-ых годов аэрогель почти не использовался из-за высокой хрупкости. Основной вклад в развитие производства аэрогеля внесла компания «Aspen Systems». Впоследствии инженеры отделившейся компании «Aspen Aerogels» научились наполнять аэрогелем ткань (на основе керамического волокна, стеклохолста), получая таким образом гибкий и сплошной материал, что позволило существенно расширить область применения аэрогеля.

Получение рулонного материала из аэрогеля позволило применять его в качестве тепловой изоляции ограждающих конструкций. Эффективность использования аэрогеля в строительстве обусловлена рядом уникальных свойств, которыми обладает этот материал. В первую очередь это низкий коэффициент теплопроводности, значение которого составляет около 0,016 Вт/м∙К при температуре 10 ⁰С. Объясняется это структурой аэрогеля: разветвлённая сеть из сферических кластеров диоксида кремния диаметром до 5 нм и пор между ними размерами до 100 нм, большую часть которой составляет воздух в статическом состоянии. Благодаря величине пор и колоссальной площади поверхности структуры затруднены не только смачивание и последующая фильтрация влаги внутрь кластеров, но и даже сорбция влаги поверхностью аэрогеля, то есть материал является гидрофобным.

Аэрогель в силу своей структуры обладают своеобразными акустическими свойствами. Низкая скорость распространения звука в аэрогелях (до 100 м/с) позволяет использовать его в разных случаях: для изготовления звуконепроницаемых перегородок, линий звуковой задержки, разных акустических систем, в том числе систем с выделенным направлением распространения звука.

В сумме с высокой прочностью при растяжении и сжатии и химической стойкостью всё перечисленное обеспечивает комбинацию самых востребованных свойств тепловой изоляции, включая уникальные долговечность и надежность, что является необходимым условием эксплуатации ограждающих конструкций.

Останавливаясь подробнее на использовании данного материала в строительстве, можно выделить непосредственно части сооружения, где широко применяется аэрогель.

Наружное утепление стен здания, предотвращающее промерзание фасада и продлевающее срок службы конструкции. Наружное утепление всегда предпочтительнее внутреннего, так как, например, для многослойных конструкций, смещает плоскость образования конденсата за пределы несущей конструкции. Но бывают ситуации, когда вынужденно применяется внутренняя изоляция. В таких случаях использование аэрогеля для внутреннего утепления позволяет сохранить площадь используемого пространства за счет малой необходимой толщины теплоизоляции. То же самое наблюдается при теплоизоляции аэрогелем плавающего пола – за счёт малой толщины изоляции уменьшается высота бетонной стяжки.

Еще одна востребованная область применения – это утепление наружных и внутренних углов строения. Понижение температуры поверхности стены на внутреннем углу особенно неблагоприятно с санитарно-гигиенической точки зрения, так как приводит к отсыреванию и образованию плесени. К мерам по повышению температуры на внутренней поверхности углов относятся: скругления наружных углов, установка в них стояков отопления, утепляющие пилястры на наружной поверхности угла. А также скашивание внутренних поверхностей угла вертикальной плоскостью, которое нужно изолировать аэрогелем. Эта мера актуальнее всего в зданиях, теплотехнический режим которых оказывается неудовлетворительным.

 При невыполнении должного утепления оконных и дверных проёмов при низких температурах на улице происходит промерзание стены по оконным проемам, например, по четвертям, с образованием влаги или льда по периметру окна или двери внутри помещения. Это ведёт к разрушению слоёв ограждающей конструкции. За счет низкой теплопроводности и уникальной влагостойкости изоляция аэрогелем предотвращает подобного рода негативные последствия.

Широкое применение аэрогель нашёл в проектах реновации зданий культурного и исторического наследия, где сочетаются высокие требования к теплоизоляции и ограничения по толщине теплоизоляционного слоя.

Являясь гидрофобным материалом, аэрогель при этом воздухопроницаем, что позволяет использовать его для теплоизоляции крыш, фронтонов и кровельных свесов, обеспечивая проветривание подкровельного пространства.

Также аэрогель применяется в теплоизоляции цокольных этажей и фундаментов, на долю которых приходится 20 % теплопотерь здания; перекрытий неотапливаемых чердаков для уменьшения тепловых потерь и, как следствие – затрат на отопление; поэтажных бетонных поясов; мостиков холода различной геометрической сложности. Аэрогель отлично себя показал для изоляции вентканалов и дымовых труб, проходящих через неотапливаемые чердаки.

Один из важных вопросов использования материала на основе аэрогеля – экономическая целесообразность. Имеющийся большой опыт использования данного материала за рубежом и возрастающая востребованность в российской строительной индустрии позволяют сделать вывод об эффективности применения теплоизоляции из аэрогеля. Применение аэрогеля в строительстве обусловлено уникальными теплотехническими и физико-механическими свойствами, легкостью монтажа, экологичностью и сроком службы.

ЗАДАТЬ ВОПРОС
1000 максимум символов