В строительстве наибольшее распространение получило два типа утеплителей: неорганические волокнистые теплоизоляционные изделия из минеральной ваты или стекловолокна, такие как плиты и маты, а также органические материалы из вспененных полимеров (пенопластов), такие как плиты из пенополистирола или напыляемый и заливочный пенополиуретан.
На российском рынке потребителю предлагается широкий ассортимент указанных материалов от различных производителей, как отечественных, так и зарубежных.
У каждого из этих материалов есть свои достоинства и недостатки. Идентичные же материалы (произведенные по одной технологии, но разных производителей) хоть и отличаются по своим техническим характеристикам, но незначительно. Очевидным является тот факт, что для конечного потребителя важны такие показатели как цена, качество и долговечность используемых материалов.
Ниже рассмотрены основные «плюсы» и «минусы» представленных материалов, с точки зрения их применения в строительстве.
Волокнистые неорганические материалы разделяются на изделия из минеральной (каменной, базальтовой) ваты и штапельного стекловолокна. Технологии производства этих материалов принципиально похожи, отличие заключается в исходном сырье.
При производстве каменной ваты в печах при высоких температурах (свыше 1500°C) плавятся горные породы габбро-базальтовой группы (такие как габбро, базальт, порфирит, диабаз и др), после чего из расплава преобразованием в тонкие волокна получают минераловатный ковер, из которого затем после обработки связующими веществами и термической обработки в камере полимеризации получают изделия – плиты или маты.
При производстве изделий из штапельного стекловолокна исходным сырьем являются кремнеземистые материалы, такие как кварцевый песок, стеклобой, сода, известняк. Температура плавления этих материалов составляет около 1300°C.
Пенополистирол - лёгкий газонаполненный материал класса пенопласт на основе полистирола с равномерной структурой, состоящий из мелких, полностью закрытых ячеек с размерами 0,1-0,2 мм. При этом различают пенополистирол (ПСБ-С) и экструдированный пенополистирол (XPS). Различие состоит в технологии производства и, соответственно, в свойствах готовой продукции.
Пенополистирол формируют путем спекания гранул друг с другом при повышенных температурах. В качестве строительной теплоизоляции наиболее распространены плиты пенополистирольные по ГОСТ 15588-86.
Экструдированный (экструзионный) представляет собой прессованный теплоизоляционный пенопласт, получаемый методом вспучивания и сваривания гранул полистирола между собой при нагревании водой или паром с температурой 80-100°C и последующим выдавливанием из экструдера.
В отличие от обычного пенополистирола, XPS характеризуется повышенной жесткостью, а также меньшим водопоглощением. Еще одно существенное различие обусловленное технологией производства – это ограничение толщины выпускаемых плит из экструдированного пенополистирола. Максимально возможная толщина XPS составляет 100 мм, плиты из пенополистирола ПСБС производятся путем резкой отформованных блоков на плиты. Это позволяет производить изделия из пенополистирола любых геометрических размеров, не превышающих размеры исходного блока, и даже производить из пенопласта декоративные конструкции различных конфигураций, размеров и форм.
Область применения определяет требования к техническим и эксплуатационным характеристикам утеплителя. А технология производства и исходные сырьевые материалы обуславливают эти характеристики и свойства готовой продукции.
Волокнистые материалы из минеральной (каменной) ваты и стекловолокна обладают более высокой температуростойкостью в сравнении с материалами из пенополистирола. Волокна каменной ваты спекаются и теряют свою волокнистую форму при температуре около 1200°C, волокна стекловолокна спекаются при температурах около 500-550°C. Однако температура применения этих материалов ограничивается за счет применяемых связующих веществ из органических смол. Таким образом, температура применения изделий из каменной ваты находится в диапазоне от - 60°C до + 400°C и от - 60°C до +270°C для изделий из стеклянного штапельного волокна. Верхняя граница обусловлена как раз температурой выгорания органических смол, после чего изделия, потерявшие связку, теряют и свои эксплуатационные свойства. Однако изделия, производимые без использования органических связующих, такие как прошивные маты, лишены этого недостатка и могут использоваться в качестве огнезащитных материалов.
Изделия из пенополистирола имеют температуру применения от -50°C до +75°C.
Кроме температуростойкости (огнестойкости) стоит упомянуть и о понятии горючести строительных материалов. Горючесть – это способность веществ (материалов) к горению.
Строительные материалы в зависимости от значений параметров горючести, определяемых по ГОСТ 30244-94, подразделяют на негорючие (НГ) и горючие (Г). Первые выдерживают высокие температуры без воспламенения, деформации структуры, потери прочности и изменения других свойств. Вторые представляют пожарную опасность. Ее степень определяется, согласно СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений», следующими показателями: горючесть, воспламеняемость, распространение пламени по поверхности, дымообразующая способность и токсичность.
Горючие материалы делятся на четыре группы: Г1 (слабо горючие); Г2 (умеренно горючие); Г3 (нормально горючие); Г4 (сильно горючие).
Важно подчеркнуть: если материалы класса НГ полностью пожаробезопасны, то материалы класса Г опасны всегда. Даже слабо горючие (Г1) могут обладать, например, высокой дымообразующей способностью и выделять при горении ядовитые вещества, тем самым представляя угрозу для жизни человека.
Поскольку волокнистые ТИМ из каменной ваты и стекловолокна являются неорганическими материалами и по своей природе не способны гореть, их степень горючести определяется количеством уже упоминавшихся ранее органических связующих веществ. Как правило, при их содержании в готовой продукции до 4,5% по массе изделиям присваивается группа НГ (негорючие), в случае более высокого содержания органики группа горючести меняется до Г1 или Г2.
Материалы из экструдированного пенополистирола всегда являются горючими и группа горючести этих изделий меняется от Г1 до Г4.
Группа горючести и температура применения теплоизоляционных материалов могут меняться у идентичных материалов разных изготовителей в зависимости от марки и особенностей технологии производства, но принципиально не отличаются.
В конструкциях вентилируемых фасадов, где требования по пожаробезопасности весьма строгие применение горючих утеплителей абсолютно запрещено, а в некоторых других конструкциях, таких как штукатурные фасады и плоские кровли использование горючих утеплителей возможно только в комбинации с негорючими.
Еще одним важным показателем является способность материалов менять свои свойства под воздействие влаги и воды. А именно водопоглощение, измеряемое в % по массе и по объему.
Волокнистые ТИМ, обладая открытой пористостью, способны впитывать и поглощать влагу (водопоглощение по объему до 2%, водопоглощение по массе до 20%). А так как вода является хорошим проводником тепла, основное свойство – теплоизоляция может в разы ухудшиться и сделать эти материалы абсолютно непригодными к применению. Хотя производители и обрабатывают материалы гидрофобизирующими добавками, препятствующими впитывание материалами влаги, сути дела это не меняет. Поэтому не допускается воздействия на волокнистые материалы из каменной и стекловаты атмосферных осадков в период хранения или монтажа, а также их эксплуатация в условиях повышенной влажности. А также необходимо всегда предусматривать дополнительную защиту волокнистых теплоизоляционных материалов в период эксплуатации специальными паро- и гидроизоляционными материалами.
Материалы из пенополистирола наоборот, обладая закрытой замкнутой пористостью, имеют высокое сопротивление диффузии водяных паров и капиллярному водопоглощению (не более 0,4% по объему). Учитывая это, при утеплении фундаментов, полов по грунту, инверсионных кровель и других конструкций, находящихся в условиях повышенной влажности целесообразнее применять плиты из пенополистирола.
Следующим важным показателем являются механические и прочностные характеристики, такие как прочность на сжатие при 10% деформации, прочность на отрыв слоев, прочность на сдвиг/срез, прочность на изгиб. У волокнистых ТИМ прочностные характеристики напрямую зависят от плотности и содержания связующих веществ. У пенополистирольных плит прочностные характеристики также зависят от плотности материала. При этом пенополистирол имеет прочность на сжатие при 10% деформации более высокую, чем у волокнистых плит при гораздо меньших плотностях. Изделия из пенополистирола при плотности 35-45 кг/м3 имеют прочность на сжатие при 10% деформации в пределах от 0,25 до 0,50 МПа соответственно, в то время как у изделий из каменной и стекловаты при плотностях от 80 до 190 кг/м3 значения прочности на сжатие при 10% деформации находятся в пределах от 0,15 до 0,70 МПа соответственно. Для плит из каменной и стекловаты, а также матов выпускаемых с плотностью от 11 до 70 кг/м3 прочностные характеристики не измеряются, вместо этого измеряют значение сжимаемости изделий под нагрузкой 2000 Па, которое находится в пределах от 80 до 15% соответственно.
Следует отметить, что цена материала напрямую зависит от плотности и с ее увеличением увеличивается и стоимость. Поэтому «легкие» материалы самые дешевые.
С наступлением экономического кризиса, когда все потребители, как частные застройщики, так и профессиональные строители пытаются сэкономить, а производители борются между собой за каждый заказ, производственные программы по снижению плотности готовых изделий при сохранении прочих эксплуатационных характеристик утеплителя является неотъемлемой частью компаний-изготовителей теплоизоляции.
Стоит сказать и еще об одном важном различии между материалами из каменной ваты и стекловаты. Волокна стекловаты расположены в основном параллельно друг другу и имеют большую длину, чем волокна каменной ваты, которые более короткие, но расположены хаотичным переплетенным образом. Это обуславливает более высокую гибкость и упругость изделий из стекловолокна, возможность выпуска изделий очень низких плотностей (порядка 10-30 кг/м3), однако невозможность добиться высокой плотности и жесткости, присущей материалам на основе каменного волокна.
Соответственно, изделия из каменной ваты наоборот имеют более высокие характеристики прочности при сжатии и низкие прочностные характеристики при изгибе. Как правило, для достижения высоких прочностных характеристик при сжатии, например требуемых в конструкциях плоских кровель, производителям стекловаты необходимо увеличивать содержание органики (синтетических связующих), что увеличивает группу горючести. Поэтому стекловата заняла нишу легких и дешевых утеплителей (так называемая «ненагружаемая» теплоизоляция), а минеральная вата сегмент навесных и штукатурных фасадов и плоских кровель.
По показателям теплопроводности все три вида материала имеют значения одного порядка и у эффективных утеплителей, произведенных по современным технологиям, этот показатель находится в пределах от 0,033 до 0,043 Вт/м•°C для изделий из минеральной и стекловаты, и от 0,028 до 0,040 Вт/м•°C для изделий из пенополистирола. При этом, наименьшей теплопроводностью обладает воздух 0,026 Вт/м·ºС. Здесь приведены значения теплопроводности материала в сухом состоянии, измеряемые в заводских лабораториях при 10°C или 25°C (λ10 и λ25). Однако необходимо учитывать, что в условиях эксплуатации утепляемых строительных конструкций, что теплоизоляция будет обладать определенной сорбционной влажностью, впитанной ей из воздуха, поэтому при теплотехнических расчетах используются повышенные коэффициенты теплопроводности в условиях эксплуатации А и Б (λА и λБ). Для изделий из минплиты и стекловаты эти показатели, как правило, на 15-20% выше, чем те же, измеренные в сухих условиях. Для изделий из пенополистирола показатели теплопроводности в условиях эксплуатации практически не отличаются от показателей, измеренных в сухих условиях.
От коэффициента теплопроводности материала зависит сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя или требуемая толщина утеплителя. Поэтому использование материалов с более низкой теплопроводностью позволяет уменьшить толщину теплоизоляции, снизить общее количество материала, соответственно затраты на его приобретение.
Теплоизоляционные материалы должны выпускаться в соответствии с нормативно-технической документацией ГОСТ либо ТУ (Техническими условиями). Это означает, что технические характеристики продукции фактически соответствуют значениям заявленным в этой документации. Изначально, еще с советских времен все материалы выпускались по ГОСТ, в настоящее время с появлением новых технологий производители описывают и декларируют характеристики продукции.
На российском рынке широкое распространение получили следующие торговые марки теплоизоляции:
- Минеральная вата: Rockwool (Роквул), Paroc (Парок), Isoroc (Изорок), Linerock (Лайнрок), ТехноНиколь, Термостепс;
- Стекловата: Isover (Изовер), Ursa (Урса), Knauf Insulation(Кнауф), Тисма;
- Экструдированный пенополистирол (XPS): ПЕНОПЛЭКС, STYROFOAM, ТЕРМОПЛЭКС, Техноплекс, Теплекс, Экстрол;
- Пенополистирол ПСБС (пенопласт) ГОСТ 15588-86.
