Фиброцементные плиты

О фиброцементной плите и индустрии фиброцемента

Официально производство армированной волокном цементной смеси началось в 1895 году на фабрике Людвига Гачека (Ludwig Hatschek) в Австрии, а источником фибры был асбест. Первой фиброцементной плитой стало кровельное покрытие, предложенное Гачеком в качестве альтернативы черепице и изготовленное по запатентованной технологии.

Три четверти прошлого века асбестовое волокно оставалось неизменным армирующим элементом фиброцемента, а в СССР под плоской и волнистой фиброцементной плитой формализовали асбестоцементные листы. В начале 80-х годов ХХ века в развитых странах мира под давлением движения за запрет использования асбеста начали поиск альтернативы асбестовой фибре. После подписания Киотского протокола в 1997 производители фиброцемента в Европе, Австралии, США, Японии и Канаде перешли на армирование композита целлюлозными и синтетическими волокнами.

У нас разработки по замене асбеста древесными волокнами начались во второй половине прошлого века и их результатом стало появление целого сегмента новых материалов – древесных композитов на цементном вяжущем, в который вошли:

• фибролит – теплоизоляционный материал со средней плотностью 300 – 500 кг/м3 и армированием волокнами станочной стружки;
• арболит – теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный материал средней плотности от 400 до 850 кг/м3 с армированием волокнами льна, конопли, хлопчатника, стеблей камыша и т.д.;
• цементно-стружечные плиты – конструкционный материал со средней плотностью 1000-1400кг/м3 с армированием древесной стружкой;
• скопобетон – теплоизоляционный материал средней плотностью 400-600 кг/м3 с армированием волокнами из скопа — отходов целлюлозно-бумажного производства;
• ксилолит – конструкционный материал для покрытий (в основном полов) со средней плотностью 2200-2900 кг/м3 с магнезитовым (или доломитовым) вяжущим и армированием пило-рамными опилками;
• фиброцемент – конструкционно-теплоизоляционный материал средней плотностью от 1300 кг/м3 (поризованный) до 1800 кг/м3 с армированием волокнами щепы, тонкомера, некондиционной древесины.

Однако хорошие наработки в области древесно-цементных композитов (ДЦК) по факту не принесли ощутимой пользы фиброцементной плите в нашей стране — буквально до начала нового века действительно ДЦК поставлялись исключительно из-за рубежа. С появлением первых заводов в России по производству армированных волокном целлюлозы цементных смесей положение улучшилось только отчасти, поскольку:

• ГН 2.1.2-2.2.1.1009-00 разрешили применение асбестоцементных материалов для обустройства перекрытий крыш, отделки наружных стен домов, ограждений балконов, лоджий;
• ГОСТ 8747-88 был заменен в части позиций ГОСТ 18124-2012 и ГОСТ 30340-2012 по плоским и волнистым листам с армированием хризолитом – тем же асбестом, но «белым» и с ограничениями по минимальной длине волокон;
• стандартов по фиброцементной плите с древесными волокнами так и не существует, в сертификатах производителей почти нереально найти перечня сырьевого состава, а протоколы сертификационных испытаний по традиции недоступны.

Как изготавливают фиброцементную плиту

Невзирая на все перипетии с фиброцементной плитой с 1985 года до нашего времени сама технология изготовления, запатентованная Гачеком в момент рождения индустрии, осталась прежней. Безусловно, линии модернизировали, оснастили современным оборудованием, средствами контроля и управления процессом, добавили пропаривание при высокой температуре под давлением в автоклаве (для некоторых видов продукции), но сам принцип производственно-технологического процесса не изменился.

Плиты формируют тонкими слоями, обезвоживают, прессуют и выдерживают до полного затвердения – в естественной среде (воздушно-сухие) или под давлением с обработкой горячим паром (автоклавные). Воздушно-сухую фиброцементную плиту используют только для внутренних работ из-за сравнительно невысокой прочности, большой сорбционной влажности, значительных рисков «высолов» на поверхности и малой стойкости к изменениям температурного режима эксплуатации. С автоклавной фиброцементной плитой можно реализовать проекты наружной защитно-декоративной отделки, в том числе в виде навесных вентилируемых фасадов (навесные фасадные системы с воздушным зазором — НФС по СП 2.13130.2012).

Отдельно следует отметить разные направления отечественного и зарубежного подхода к армированию и вяжущему в фиброцементной плите. Основная доля ФЦП зарубежного производства сегодня армируется и древесным, и искусственным волокном, а на Международной конференции по неорганическим волокнистым композитам (IIBCC — International Inorganic-Bonded Fiber Composite Conference) отмечаются значительные успехи в повышении прочности, морозостойкости, снижении рисков «охрупчивания» материала при смешанном армировании с добавками волокон PET (Polyethylene terephthalate), PVA (Polyvinyl alcohol), фиброй стекловолокна (Alkali Resistant — AR) и полипропилена (PP).

Типовые составы смесей ФЦП зарубежных производителей — 80-90 % цемента, 6-8% целлюлозы, до 1% синтетических волокон и модифицирующие добавки. Причем некоторые компании (Kmew Co., Ltd) дополнительно вводят в смесь гранулы полипропилена, термическая деструкция которых в фиброцементной плите при обработке в автоклаве приводит к поризации материала, улучшающей теплотехнические свойства и морозостойкость. Типичный сырьевой состав ФЦП отечественного производства – до 8% целлюлозы и смесь из цемента, часто извести и 50-70% кремнезема (в составе кварцевого песка и добавок). Некоторые добавляют в смеси небольшие объемы алюмосиликата, трепела, каолина, повышающих прочность готового изделия после автоклавного отжига.

Основные физико-технические требования к фиброцементной плите для НФС

Поскольку фиброцементной плитой формируют наружную оболочку навесных фасадных систем, то материал должен быть:

• стойким к механическим воздействиям, что определяют показатели прочности;
• эстетически эффектным, но устойчивым к ультрафиолетовому излучению солнца и атмосферной эрозии.
• Этих показателей добиваются нанесением фактуры поверхности во время изготовления, окрашиванием (поверхностным или по массе) и защитных (или защитно-декоративных) покрытий;
• паропроницаемым, чтобы выводить излишки влаги из воздушного зазора;
• защищен от влаги снаружи и изнутри.

Эффективная защита от проникновения влаги исключает процессы карбонизации не гидратированного цемента с появлением известковых высолов на поверхности и повышением рисков нарушения целостности, а также потерю теплозащитных свойств. Для снижения водопоглощения и сорбционной влажности в состав ФЦП вводят годрофобизирующие добавки или наносят на поверхность плит гидрофобные покрытия.

Справка: Большинство лакокрасочных водоотталкивающих материалов, парафиново-канифольных эмульсий на самом деле снижают водопоглощение в фиброцементной плите не более, чем на 3-4%, и быстро теряют свои свойства при воздействии солнечного излучения. Более эффективная защита от проникновения влаги на практике осуществляется глубокой пропиткой или объемной гидрофобизацией материала кремнийорганическими соединениями, причем добавки в сырьевой состав благодаря «закупориванию» капилляров и пор позволяют снизить не только водопоглощение (более, чем в 2 раза), но и сорбционную влажность. Стабильным в сохранении физических и теплотехнических свойств в течение долгого времени, в том числе морозостойким.

Здесь определяющую роль играет склонность всех ФЦП с любым армированием к охрупчиванию в течение эксплуатации снаружи, причем трещины в фиброцементной плите могут появиться не только от удара, но и по причине остаточных внутренних напряжений после фиксации крепежными элементами. Степень склонности к снижению ударной вязкости материала с течением времени зависит от состава смеси, подбора добавок и режима автоклавной обработки, отчасти – от профессионализма мастеров, устанавливающих оболочку навесных фасадных систем;

• пожаробезопасным, причем не просто негорючим, но и не выделять при нагреве летучих токсичных или канцерогенных соединений.
• звуко- и теплоизолирующим.

Важно: О защите от потерь тепла фиброцементной плитой

С учетом теплопроводности ФЦП от 0.2 до 0.6 Вт/(м*К) и ограниченной толщине плит в облицовке из-за значительной средней плотности и, соответственно, большой нагрузки на силовой каркас и стену, большого эффекта от теплозащиты фиброцементной плитой ждать не стоит. Так, в 16 мм фиброцементной плите с теплопроводностью в даже сухом состоянии 0.2 Вт/(м*К), приведенный коэффициент теплопередаче самой оболочки будет не более 0.08 град.*м2/Вт, что очень незначительно при текущей, а тем более перспективных нормах этого показателя для жилых домов (см. таблицу ниже).

Таблица. Нормативные значения сопротивлений теплопередаче наружных стен домов для Центрального и Южного федеральных округов согласно Постановления Правительства РФ от 20.05.2017 N 603.

Здесь нужно учитывать, что при всей прогрессивности вентилируемых фасадных систем воздушная прослойка внутри имеет свои позитивные и негативные стороны – убирает излишки влаги из стены и утеплителя, повышая уровень теплозащиты, но имеет прямой воздухообмен с улицей. Т.е. температура внутри вентилируемой прослойки при больших морозах может быть отрицательной и это внесет коррективы в теплотехнические расчеты.

СП 50.13330.2012 в приложении Л дают методику теплотехнического расчета вентилируемого фасада, но изменением N 1 к СП от 14.12.2018 N 807/пр. Минстроя России с 06.2019 приложение удалено и в дальнейшем теплозащиту НФС нужно определять по СП 345.1325800.2017. В СП формализовано использование табличных данных для замкнутых воздушных прослоек разной толщины, но акцентируется внимание на потерях тепла через анкерные крепления (ГОСТ Р 57787-2017), расчет которых нужно вести по ГОСТ Р 56707-2015 и СП 230.1325800.2015.