История и перспективы развития сэндвич-панелей в строительстве

Производство сэндвич  панелей просходит следующим образом: на линию устанавливаются два рулона стали (оцинкованные, алюцинковые, оцинкованные и окрашенные с полимерным покрытием) сверху и снизу; далее происходит автоматическая подача утеплителя на линию; специальные толкатели распределяют этот утеплитель по ширине панели; наносится и равномерно распределяется пенополиуретановый клей по всей поверхности как сверху, так и снизу, и одновременно с этим производится профилирование стали (не листовой, а рулонной), в результате чего сталь и утеплитель становятся одним целым, и поступают под специальный автоматический пресс, где под воздействием большого давления и температуры происходит начальная стадия полимеризации двухкомпонентного полиуретанового клея[6, 8, 10]; на выходе из пресса готовая панель автоматически под действием управляющего всеми процессами компьютера нарезается по любой длине от 1 до 15 метров; такие панели автоматически штабелируются и  упаковываются в пачки высотой до 1.5 метров для их дальнейшей транспортировки.

При изготовлении сэндвич  панелей на металл может наноситься защитная монтажная пленка как с  одной, так и с обеих сторон.

Возможна комплектация доборными элементами (нащельники, отливы, коньки), саморезами, уплотнительной лентой и герметиками.

Полимерное покрытие обладает высоким сопротивлением к истиранию, устойчиво к взаимодействию с  кислотными средами, а также к  ультрафиолетовому излучению. Поверхность панелей идеально подходит для применения в качестве наружных и внутренних стен, так как не требует никакой дополнительной отделки[5]. Сэндвич панели обладают высоким уровнем стойкости к широкому кругу химикатов, масел и растворителей, к коррозионному воздействию окружающей среды.

Покрытия

В обшивках сэндвич панелей используется оцинкованная сталь, алюцинк и окрашенная оцинкованная сталь с полимерным покрытием полиэстер. Также широкое применение получили сэндвич панели с комбинированными обшивками: оцинкованная сталь/алюцинк, оцинкованная сталь/окрашенная сталь, алюцинк/окрашенная сталь. Возможно использование покрытий пластизол (поливинилхлорид), пурал, PVF2 (полидифторинад).

Оцинкованная сталь

Это материал, отличающийся своей невысокой ценой, легкостью в обращении и распространенностью на рынке строительных материалов. Долговечность стали с цинковым покрытием определяется, в первую очередь, толщиной слоя цинкового покрытия [4]. Применяется оцинкованная сталь с цинковым покрытием толщиной 23-24 мкм (расход - 275 – 278 г/ м²), долговечность которой составляет не менее 10-15 лет.

Алюцинк

Aluzinc - это сталь, имеющая покрытие на 55% состоящее из алюминия, на 43,4% из цинка и на 1,6% из кремния. Толщина алюцинкового покрытия составляет 20 мкм (150 г/ м²). Алюцинк демонстрирует высочайшую коррозионную стойкость [5]. При взаимодействии алюминия с кислородом возникает оксидная пленка, препятствующая коррозии стали. Благодаря оксидной пленке, Aluzinc имеет высочайшую коррозионную стойкость и стойкость внешнего вида. В отличие от оцинкованной стали не темнеет и не выцветает а, в отличие от стали с покрытием полиэстер, не царапается[5].

Полиэстер

Наиболее распространенное полимерное покрытие, применяемое в производстве сэндвич панелей[13]. Это недорогой качественный материал, подходящий для практически любых климатических поясов. Полиэстер стоек к механическим и атмосферным воздействиям. Толщина покрытия составляет 25 микрон. Отличительной особенностью является высокая цветостойкость и пластичность. Теплостойкость покрытия составляет +1200 градусов[1]. 
Использование полиэстера наиболее выгодное из полимерных покрытий при строительстве зданий, которые не находятся в агрессивных средах[13].

Пластизол

Это декоративный полимер поливинилхлорид, состоящий из поливинилхлорида и  пластификаторов. Толщина полимерного  покрытия составляет 175-200 микрон, благодаря чему данное покрытие является одним из самых устойчивых к механическим повреждениям и коррозии [7]. Его цветостойкость существенно ниже полиэстера.

Пурал

Это полимерное покрытие на полиуретановой основе модифицированной полиамидом. Хорошо устойчив к химическим воздействиям, высоким температурам и перепадам температур, ультрафиолетовому излучению, пластичен[12]. Толщина покрытия – 50 микрон.

Часто применяется при производстве профилированных листов из-за их удобной  обработки при профилировании и  монтаже[12].

PVF2

Полидифторионад состоит на 20 % из акрила и на 80 % из пластизола. Толщина покрытия составляет 25-27 микрон. Прочное, морозостойкое, практически не выцветающее, устойчивое к ультрафиолету и агрессивным средам. Это самое дорогое и качественное из полимерных покрытий.

Утеплители

Пенополистирол самозатухающий

Пенополистирол - это жесткий вспененный термопласт, состоящий из сплавившихся гранул с равномерно распределенными в них микроскопическими плотными клетками, заполненными воздухом. Пенополистирол на 98% состоит из неподвижного воздуха, заключенного в его закрытой ячеистой структуре. Статический воздух, как известно, является самым лучшим природным теплоизолятором[7]. Содержание полистиролового пластика в материале составляет 2% - такая комбинация и обеспечивает плитам замечательные теплоизолирующие свойства[7]. Причем теплоизолирующие свойства пенополистирол сохраняет как и во влажных условиях, так и при низких температурах. На неподвижности воздуха в структуре материала основаны его превосходные теплоизоляционные характеристики. Кратковременная и долговременная стойкость к нагрузкам является одним из важнейших свойств пенополистирола[7]. И она значительно выше, чем у минеральной ваты.

Данный утеплитель остается стабильным в ограждающих конструкциях, причем в течение всего срока эксплуатации строения: не усаживается, не уменьшается в размерах и не сдвигается в конструкции. В течение всего срока жизни строения качество свойств утеплителя не ухудшается[11]. Минимальная влагопоглощаемость материала обеспечивает сохранение стойкости к нагрузкам и теплоизолирующую способность во влажных условиях. Пенополистирол имеет высокую стойкость к разным веществам, включая морскую воду, солевые растворы, цемент и другое. Он не усваивается животными и микроорганизмами, и не создает питательной среды для грибков и бактерий. Благодаря малому весу пенополистирольные плиты удобны и легки в обращении, их легко можно нарезать на изделия нужных размеров с помощью обычных инструментов. Важным является тот факт, что используя в работе пенополистирол, не требуется применять средств защиты: он не ядовит, не имеет запаха, не выделяет пыль при обработке, не вызывает раздражения кожи. Температура эксплуатации пенополистирола составляет от -200 до +85° С. Если контакт с открытым пламенем прекращен, прекращается и горение пенопласта. Учитывая что, пенополистирол используется как средний слой конструкции, его пожароопасность не больше, чем у других материалов. Пенополистирол характеризуется как материал с низкой теплопроводностью 0,038-0,042 Вт/м∙С^о. Пенополистирол не гигроскопичен. Водопоглощение составляет 0,5-3% от объема. Диффузия водного пара в пенополистироле незначительна. Сорбционная влажность полистирола составляет 3-6% от массы. Важное качество пенополистирола - его долговечность. Он не изменяет своих теплоизоляционных свойств и размеров при длительном контакте с водой, при многоразовых перепадах температур, а также при долговременной нагрузке[14]. Плотность пенополистирола, используемого в сэндвич панелях составляет 16-17 кг/м³ . Пенополистирол идеально подходит для использования в качестве сердечника трехслойных панелей, как влагостойкий, легкий, теплый, удобный в монтаже, эффективный в эксплуатации утеплитель[14].

Пенополиуретан

Пенополиуретан - это жесткая неплавкая термоактивная пластмасса с плотной сетчатой структурой. Он не разрушается, имеет нейтральный запах, не поражается грибком и гнилью, стоек к растворителям, кислотам и щелочам, экологически безопасен[15]. Пенополиуретан это материал получаемый вспениванием двух компонентов (полиол и изоционат) и применяющийся как правило для строительства холодильных камер. Он является лидером по показателю сохранения теплопотерь. В теле наполнителя содержится газ, занимающий до 97% объема, который замещается воздухом с течением времени. Порядок замещения составляет 1-2% в год.

Для полиуретановой теплоизоляции  характерно следующее:

- самый низкий коэффициент  теплопроводности;

- высокая адгезия к  различным материалам;

- низкая плотность;

- низкая паропроницаемость;

- малое водопоглощение;

- антикоррозионная защита;

- легкость;

- экологическая безопасность;

- долговечность покрытия.

Сохранение эксплуатационных характеристик  при старении (долговечность) является одним из важнейших показателей  любого материала[1]. Структура пенополиуретана состоит из закрытых пор, в которых отсутствуют воздух и влага, что исключает образование конденсата внутри теплоизоляционного слоя. Этим объясняется высокий показатель долговечности материала и его период эксплуатации. Уже сегодня имеются надежные данные о поведении полиуретана в течение 20 лет эксплуатации, а результаты лабораторных испытаний на ускоренное старение подтверждают долговечность материала[12]. К числу неоспоримых достоинств этого материала относится способность сохранять низкую теплопроводность в течение длительного времени. Плотность пенополиуретана, используемого в сэндвич панелях составляет 35 - 40 кг/ м 3 .

Доборные элементы представляют собой металлические изделия, с помощью которых закрываются торцы, стыки и прочие конструктивные узлы стен и кровли для придания зданию или сооружению завершенного эстетического вида. Доборные элементы также служат для дополнительной защиты против проникновения влаги. Они являются элементами покрытия кровли или отделки фасада. Применяются для комплектации зданий и сооружений, строящихся с применением сэндвич панелей, профильных листов и профнастила. Для оформления перегородок, стыков и примыканий ограждающих конструкций, парапетов, карнизов, оконных блоков и т.д. Для кровли — коньки, ветровые и соединительные нащельники. Для фасадов — наружные и внутренние углы, торцевые, верхние и нижние нащельники, а также боковые нащельники для окон, парапетные, цокольные и переходные доборные элементы.

Доборные элементы играют важную роль в строительстве сооружений из сэндвич панелей и профнастила[12]. При изготовлении используются следующие материалы: оцинкованная сталь (0.5 - 0.7 мм), алюцинк (0.5мм), оцинкованная окрашенная сталь с полимерным покрытием (0.5 – 0.7мм). Конфигурация доборных элементов определяется габаритами зданий и может быть определена как по проекту, так и по натурным измерениям на строительной площадке. Доборные элементы могут изготавливаться из того же материала, что и сэндвич панели, профнастил или профильные листы. Цвет при этом может быть выбран из широкой цветовой гаммы по каталогу RAL или RR.

Сэндвич панели упаковываются в  пачки на поддонах. Между каждой парой панелей укладываются пенополистирольные прокладки. Собранные в пачки панели обматываются полиэтиленовой и стрейч-пленкой, а также фиксируются полипропиленовыми лентами. Максимальная высота пачки составляет 1.5 метра. Заводская упаковка сэндвич панелей исключает повреждения панелей в процессе транспортировки и погрузочно-разгрузочных работ. Запрещается применение жестких стяжных средств (проволоки, тросов). При транспортировке необходимо обеспечить защиту панелей от повреждений[9]. Упаковочные пачки не должны соприкасаться с краями транспортного средства. Разгрузка сэндвич панелей осуществляется краном при помощи специальной траверсы с закрепляемыми на ней грузовыми стропами строго по одной пачке. При поднятии панелей следует обращать внимание на центр тяжести пачки, который должен быть совмещен с центром траверсы.

Перегружать панели необходимо механическим способом. Ручная разгрузка  не рекомендуется. Запрещается разгрузка  методом сбрасывания. При разгрузке сэндвич панелей упакованные пачки следует размещать не прямо на земле, а на специальных подкладках, чтобы исключить деформацию панелей. При длине пачек более 6000 мм следует подложить под пачку дополнительную опору посередине.

Хранить панели рекомендуется  в упакованных пачках под крышей или навесом. При вынужденном хранении пачек с панелями под открытым небом следует расположить пачки под небольшим углом, чтобы обеспечить сток воды с поверхности упаковки панелей.

Запрещается складывать упаковки одна на другую. Также рекомендуется  размещать пачки с панелями в  местах наименьшего движения техники  и людей во избежание риска  их возможной порчи. Необходимо обеспечить свободную циркуляцию воздуха вокруг упаковки панелей. При длительном хранении следует периодически осуществлять осмотр упакованных пачек панелей  и своевременно устранять недостатки хранения продукции.

Монтаж сэндвич панелей  ведется в любое время года и практически при любых погодных условиях. Возможно строительство в  зимнее время, благодаря отсутствию «мокрых процессов»[13].

При монтаже сэндвич панелей  характерным признаком являются низкие эксплуатационные затраты[13,16].

Затраты на эксплуатацию зданий из сэндвич панелей снижаются за счет сокращения расходов на отопление и ремонт[12].

Панели легко режутся, при этом утеплитель не крошится. При необходимости резки панелей необходимо использовать дисковую и сабельную пилу по металлу или лобзик[11].

Важна технологичность сэндвич  панелей, то есть легкость и быстрота монтажа – демонтажа строительных конструкций.