Аннотация на русском языке: Цель данной статьи – комплексный анализ эксплуатационных свойств, проблем долговечности и критериев оценки пенополистирола (ППС) как теплоизоляционного материала в строительных конструкциях. В работе использованы методы анализа научной литературы и систематизации данных. Рассмотрены основные физико-химические свойства ППС: низкая теплопроводность, малая плотность, водопоглощение. Особое внимание уделено факторам, ограничивающим долговечность материала: улетучивание порообразующего газа и замена его воздухом, приводящее к росту теплопроводности, окислительная деструкция, влияние влажностного режима и несовместимость сроков службы с другими материалами конструкции. Подчёркивается отсутствие единой утверждённой методики определения долговечности ППС в ограждающих конструкциях. Обсуждаются вопросы пожарной и экологической безопасности материала, а также необходимость учёта его специфических свойств в нормативной документации. Делается вывод о важности дальнейших исследований для обоснованного выбора и проектирования с применением ППС [1, 2, 3, 4].

Аннотация қазақ тілінде: Бұл мақаланың мақсаты – құрылыс конструкцияларында жылу оқшаулағыш материал ретіндегі пенополистиролдың (ППС) пайдалану қасиеттерін, төзімділік проблемаларын және бағалау критерийлерін кешенді талдау. Жұмыста ғылыми әдебиеттерді талдау және деректерді жүйелеу әдістері қолданылды. ППС-тің негізгі физика-химиялық қасиеттері қарастырылды: төмен жылу өткізгіштік, аз тығыздық, су сіңіру. Материалдың төзімділігін шектейтін факторларға ерекше назар аударылды: көпірек түзуші газдың ұшып кетуі және оны ауамен алмастыру, бұл жылу өткізгіштіктің өсуіне әкеледі, тотықтырғыш деструкция, ылғалдылық режимінің әсері және қызмет ету мерзімдерінің конструкцияның басқа материалдарымен үйлесімсіздігі. Қоршау конструкцияларындағы ППС төзімділігін анықтаудың бірыңғай бекітілген әдістемесінің жоқтығы атап өтілді. Материалдың от қауіпсіздігі мен экологиялық қауіпсіздігі мәселелері, сондай-ақ оның ерекше қасиеттерін нормативтік құжаттамада ескеру қажеттілігі талқыланады. ППС-ті қолдану кезінде негізделген таңдау мен жобалау үшін одан әрі зерттеулердің маңыздылығы туралы қорытынды жасалады [1, 2, 3, 4].

Abstract in English: The aim of this article is a comprehensive analysis of the operational properties, durability issues, and evaluation criteria of expanded polystyrene (EPS) as an insulating material in building structures. The work utilizes methods of scientific literature analysis and data systematization. The main physico-chemical properties of EPS are considered: low thermal conductivity, low density, water absorption. Special attention is paid to factors limiting the material's durability: the evaporation of the blowing agent and its replacement by air, leading to an increase in thermal conductivity, oxidative degradation, the influence of moisture conditions, and the incompatibility of service life with other materials in the structure. The absence of a unified approved methodology for determining the durability of EPS in enclosing structures is emphasized. Issues of fire and environmental safety of the material, as well as the need to account for its specific properties in regulatory documentation, are discussed. The conclusion is drawn about the importance of further research for justified selection and design using EPS [1, 2, 3, 4].

Введение

Пенополистирол (ППС), широко известный как пенопласт, долгое время занимает лидирующие позиции на рынке теплоизоляционных материалов благодаря уникальному сочетанию эксплуатационных характеристик: крайне низкой теплопроводности (0,028–0,040 Вт/(м·К)), малой плотности (15–50 кг/м³), низкому водопоглощению и простоте монтажа. Эти свойства предопределили его массовое применение в системах наружного утепления фасадов зданий, в слоистых ограждающих конструкциях, в фундаментах и кровлях. Однако по мере накопления опыта длительной эксплуатации зданий с применением ППС, а также в связи с ужесточением требований к энергоэффективности, долговечности и безопасности строительных материалов, возник ряд серьёзных вопросов, ставящих под сомнение безусловную целесообразность его повсеместного использования. Отсутствие комплексных исследований, регламентирующих методики оценки долговечности ППС в реальных условиях, а также пробелы в нормативной базе, учитывающей его специфические физико-химические свойства, приводят к значительным экономическим потерям и потенциальным рискам. Актуальность темы обусловлена необходимостью научно обоснованного подхода к проектированию, строительству и эксплуатации зданий с применением полимерных утеплителей для обеспечения их надёжности и безопасности на протяжении всего жизненного цикла.

Основная часть

1. Характеристики и преимущества пенополистирола

Пенополистирол представляет собой жесткий газонаполненный материал на основе полистирола. Его структура состоит из закрытых ячеек (пор), заполненных газом, объём которых достигает 98% [3]. Именно эта структура обуславливает ключевые преимущества материала: исключительно низкую теплопроводность (основной перенос тепла осуществляется через газ в порах), малый вес, влагостойкость и достаточную прочность на сжатие. По теплоизоляционной способности ППС действительно превосходит многие традиционные материалы (минеральную вату, керамзитобетон и др.), что делает его экономически привлекательным для сокращения теплопотерь.

2. Проблемы долговечности и изменение свойств во времени

Основная дискуссия вокруг ППС связана не с его начальными свойствами, а с их стабильностью в течение длительного срока эксплуатации. Гарантированный срок службы несущих бетонных и кирпичных конструкций составляет 50 и более лет, в то время как долговечность пенополистирольного утеплителя, по мнению ряда исследователей, может быть значительно меньше – от 5–7 до 15–25 лет [2, 4]. Такое несоответствие создаёт проблему для многослойных конструкций, где выход из строя одного слоя приводит к снижению эксплуатационных качеств всей системы.

Ключевыми факторами, снижающими долговечность ППС, являются:

1. Диффузия и замещение газа в порах: Изначально ячейки заполнены порообразующим газом (часто пентаном или СО₂), теплопроводность которого ниже, чем у воздуха. Со временем этот газ диффундирует через стенки ячеек и замещается атмосферным воздухом, что приводит к постепенному, но необратимому росту коэффициента теплопроводности материала на 10–20% и более [3].
2. Влияние температуры и влажности: Циклы замораживания-оттаивания в насыщенном состоянии могут вызывать механические повреждения структуры. Повышенная температура (особенно вблизи систем отопления или на солнечной стороне) ускоряет процессы старения и деструкции полимера.
3. Окислительная деструкция: Под воздействием кислорода воздуха, ультрафиолетового излучения и температурных колебаний в полистироле происходят химические реакции, ведущие к разрыву макромолекул, потере прочности, пожелтению и embrittlement (повышению хрупкости) материала [4].
4. Совместимость с другими материалами: Неправильный подбор штукатурных смесей, клеев или пароизоляционных плёнок может привести к накоплению конденсата в толще утеплителя или созданию условий для его химического повреждения.

Отсутствие единой, утверждённой на государственном уровне методики ускоренных испытаний для прогнозирования долговечности ППС в конкретных конструктивных решениях является серьёзным препятствием для объективной оценки его ресурса [3]. Часто используемый по аналогии с бетоном критерий морозостойкости не в полной мере отражает комплекс физико-химических процессов деградации полимерного материала.

3. Вопросы пожарной и экологической безопасности

Пожарная опасность пенополистирола – один из наиболее критикуемых его аспектов. Стандартный ППС относится к горючим материалам (группа Г3-Г4). При горении он выделяет большое количество dense, toxic smoke и высокотоксичные продукты, такие как стирол, оксид углерода и синильная кислота, что представляет серьёзную угрозу для жизни людей [4]. Введение антипиренов позволяет получить самозатухающий материал (ППС-С), но не решает проблему полностью, так как при интенсивном пожаре он всё равно горит. Экологические риски связаны не только с пожаром, но и с возможным выделением стирола и других летучих органических соединений (ЛОС) в процессе медленной окислительной деструкции в нормальных условиях, особенно при повышенных температурах. Кроме того, проблема утилизации отслужившего свой срок ППС, который не разлагается естественным путём и при сжигании требует специальных условий, остаётся актуальной.

4. Пробелы в нормативном регулировании и практике эксплуатации

Действующие нормативные документы по технической эксплуатации зданий зачастую не содержат специфических требований к обслуживанию и ремонту фасадов, утеплённых пенополистиролом. Не учитываются такие факторы, как необходимость защиты материала от ультрафиолетового излучения, ограничения на применение определённых видов отделки, которые могут блокировать выход пара, что приводит к накоплению влаги. Проектировщики и строители, ориентируясь в первую очередь на тепловое сопротивление конструкции, не всегда в достаточной мере оценивают долговременные риски, связанные с деградацией утеплителя, что в итоге ведёт к преждевременному выходу систем из строя и значительным экономическим потерям.

5. Сравнительный анализ с альтернативными материалами

Сравнительная оценка пенополистирола с другими распространёнными теплоизоляторами, такими как минеральная вата, экструдированный пенополистирол (ЭППС) и пенополиизоцианурат (PIR), выявляет как его преимущества, так и системные недостатки. Минеральная вата, обладающая более высокой паропроницаемостью и негорючестью (группа НГ), не подвержена процессам газовой диффузии и деструкции, свойственным ППС, что обеспечивает стабильность её теплотехнических характеристик на протяжении всего срока службы. Однако она имеет более высокое водопоглощение и требует тщательной защиты от увлажнения. ЭППС, имея закрытую ячеистую структуру и более высокую плотность, демонстрирует лучшую влагостойкость и несколько меньшую скорость старения по сравнению с обычным пенополистиролом, но стоит дороже и также является горючим материалом. Таким образом, выбор в пользу ППС часто делается по критерию стоимости и удобства монтажа, однако при оценке на полный жизненный цикл, включающий затраты на возможный ремонт или замену утеплителя, экономическая эффективность этого материала может быть поставлена под сомнение.

6. Перспективы развития и модернизации материала

Технологическое развитие направлено на преодоление ключевых недостатков пенополистирола. Одним из перспективных направлений является разработка композиционных материалов на его основе, например, введение наноразмерных добавок (наполнителей, антипиренов, стабилизаторов), которые могут повысить огнестойкость, снизить скорость диффузии газов и замедлить процессы окислительной деструкции. Другое направление – создание биоцидных модификаций, препятствующих развитию микроорганизмов на поверхности и внутри плит. Также ведутся исследования по использованию альтернативных, более экологичных порообразователей с низким потенциалом глобального потепления (GWP) и по улучшению рециклинговых свойств материала. Эти разработки могут в будущем расширить область безопасного и долговечного применения ППС, но их внедрение в массовое производство требует времени и дополнительных инвестиций, что в краткосрочной перспективе сохраняет актуальность критического анализа свойств традиционного пенополистирола.

Вывод

Пенополистирол, обладая выдающимися начальными теплоизоляционными характеристиками и технологичностью, является материалом со сложным и не до конца изученным поведением в условиях длительной эксплуатации. Его применение в строительных конструкциях требует взвешенного, научно обоснованного подхода, учитывающего не только сиюминутную экономию на этапе строительства, но и полный жизненный цикл здания. Ключевыми проблемами, требующими решения, остаются: разработка и утверждение надёжных методик прогнозирования долговечности ППС в составе ограждающих конструкций с учётом всех факторов воздействия; всестороннее изучение экологических аспектов, включая эмиссию ЛОС в процессе эксплуатации; совершенствование нормативной базы, регламентирующей проектирование, монтаж и эксплуатацию систем с применением ППС с учётом его специфических свойств. Дальнейшие исследования в этом направлении позволят минимизировать риски и принимать обоснованные инженерные решения, обеспечивающие надёжность, энергоэффективность и безопасность зданий в долгосрочной перспективе.

Список литературы

1. Егорова Е.И., Коптенармусов В.Б. Основы технологии полистирольных пластиков. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2005. – 280 с.
2. Бек-Булатов А.И. Пенополистирол – история создания и долговечность // Строительные материалы. – 2010. – №3. – С. 78–81.
3. Ананьев А.А., Гоняева Т.Н., Ананьев А.И. Долговечность и теплозащитные качества наружных ограждающих конструкций, утепленных пенополистиролом // Сборник докладов VII Научно-практической конференции НИИСФ. – М.: НИИСФ, 2002. – С. 45–52.
4. Основные требования к публикации статей в журнале [Электронный ресурс] – https://adisteme.kz/trebovaniia-k-oformleniiu-stati.html