Соревнование утеплителей: минеральная вата или пенополистирол? Характеристики и применение.

Среди утеплителей наибольшей популярностью пользуются минераловатные и пенополистирольные материалы. Они различаются по своим характеристикам и не всегда взаимозаменяемы в конструкциях.

С ужесточением требований к энергосбережению теплоизоляционные материалы (ТИМ), имеющие низкий коэффициент теплопроводности, стали более востребованы на каждой стройке. Их применяют в составе конструкций наружных стен, фундаментов, скатных и плоских крыш, перекрытий. Кроме того, ими изолируют трубопроводы, баки-аккумуляторы горячей воды и т. п. Дополнительно утеплители способны выполнять шумозащитные функции, и в этом качестве от них требуется обеспечение высоких показателей звукоизоляции. Видов теплоизоляции на украинском рынке представлено несколько, но основной выбор покупатели сегодня делают между минеральной ватой и пенополистиролом. Оба материала характеризуются удобством в использовании, широтой ассортимента и многофункциональными свойствами.

В конструкциях здания утеплителю приходится работать в разнообразных условиях: на горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностях, под нагрузкой или без, при воздействиях, идущих снаружи и изнутри дома. Чтобы утеплитель имел успех у потребителя, он должен быть универсальным, удобным в применении и при этом доступным по цене. Минеральная вата и пенополистирол совместно обеспечивают комплекс этих качеств, хотя выглядят как конкуренты.

Минераловатные ТИМ

Состоят из тонких волокон толщиной 5-15 мк и в массе напоминают вату. В состав материала, чтобы скрепить волокна, добавляют связующие, в качестве которых наиболее распространены фенолформальдегидные смолы (возможно также использование битумных связующих, бетонитовых глин, акрила). Готовые изделия поставляются в виде рулонов, матов (в которых материал прошит) или плит, могут иметь покрытие из алюминиевой фольги, пароизоляционной пленки, стеклохолста (для ветрозащиты и пароизоляции), шпунтованную форму кромок (что предотвращает образование мостиков холода и облегчает монтаж).

Минеральное волокно не горит (и это - его важнейшее качество). Объемный вес (плотность) минераловатных ТИМ варьируется в широком диапазоне. В соответствии с ним, а также способностью выдерживать нагрузки изделия делят на мягкие (11-35 кг/м³), полужесткие (50-100 кг/м³) и жесткие (выше 100 кг/м³), предназначенные для применения в разных условиях. Благодаря пористости, минераловатные утеплители имеют высокую паропроницаемость, однако легко напитываются влагой, после чего теряют свои теплоизолирующие качества. Для снижения влагопоглощения материалы гидрофобизируют.

При укладке минеральной ваты рекомендуется использовать респиратор и плотную одежду, поскольку мелкие волокна и пыль могут действовать раздражающе, попадая в дыхательные пути, проникая сквозь ткани. Правда, производители предлагают и улучшенные экологические материалы, в которых волокна имеют особую структуру, не ломаются и не крошатся во время операций на стройплощадке.

Минеральная вата какая лучше? По составу минераловатные ТИМ делят на две основные группы:

• Каменную вату производят при температуре около 1500 °С из базальтовой породы, получая волокна длиной до 15 мм. Цвет изделий - преимущественно серый, коричневатый. Технологии изготовления позволяют придавать материалу специфические качества (например повышенные звукоизоляционные свойства, прочность на сжатие, сдвиг, отрыв и т. п.) Жесткие плиты без деформаций выдерживают высокие нагрузки (до 700 кг/м²). Эластичность каменной ваты невысока, она не усаживается и не меняет структуру в течение десятков лет.
• Стекловолоконный утеплитель производят при температуре около 1000 °С из песка, соды, известняка, отходов стекольной промышленности и др. Цвет изделий - как правило, желтоватый, встречается также белый. Длина волокон составляет 15-50 мм. Материал имеет высокие прочность на разрыв, упругость (обеспечивающую хорошие звукоизоляционные качества), вибростойкостъ (отсутствие усадки при вибрациях), эластичность (плотное примыкание к неровным поверхностям и криволинейным элементам). Благодаря упругости, упаковку можно сжать в 2-5 раз (что сокращает объемы при перевозке и хранении). Стекловолокно тоньше, чем волокна каменной ваты, материал получается легче при такой же теплоизоляционной способности, и его применение позволяет существенно снизить вес конструкций. Однако оно также более ломкое и образует во время работ больше мелких частиц.

Пенополистирольные ТИМ

Это - плотные органические материалы, на 98 % состоящие из воздуха, заключенного в закрытых порах. Изделия представляют собой плиты разных размера и толщины, иногда со шпунтованными кромками. Низкий объемный вес при высоких прочности и жесткости позволяет максимально облегчить конструкции. Пенополистиролы слабо впитывают влагу, имеют низкую паропроницаемостъ. Они плохо изолируют воздушный шум, но хорошо защищают от ударного.

Пенополистирол не боится щелочной и кислой сред, однако разлагается (практически растворяется) при контакте с ацетоном, скипидаром, спиртом, нефтепродуктами и др. (поэтому его нельзя применять совместно с материалами, содержащими битум). Кроме того, при нагревании выше 75 °С происходит деструкция пенополистирола (она также медленно идет при воздействии ультрафиолетового излучения). Горение начинается при низкой температуре (загорается от спички), при этом выделяется ядовитый дым. Чтобы снизить пожароопасностъ и придать свойства самозатухания при возгорании, в состав материала включают антипирены (но они не исключают дыма при тлении). При работе с пенополистиролом не используют средства защиты, поскольку без нагревания он не выделяет вредных веществ, не имеет запаха, при обработке не образует взвешенную в воздухе пыль (хотя может крошиться). В строительстве применяют два вида пенополистирола, различающиеся по технологии производства, структуре и свойствам.

• Экспандированный пенополистирол (EPS или ПСБ-С) получают из полистирола путем вспенивания и спекания гранул друг с другом. Материал поставляется в виде плит с размером сторон 50-100 см и толщиной 2-10 см, как правило, белого цвета, хотя есть цветной и «графитовый» EPS. С повышением объемного веса растет плотность и прочность материала, а также марка (в строительстве применяют марку не ниже ПСБ-20, наиболее универсальная марка - ПСБ-25 с весом l6-l8 кг/м3). Хотя EPS имеет малое водопоглощение, при постоянном контакте с водой (например в грунте) он набухает, теряет прочность и теплоизолирующие качества (поэтому в конструкции его следует ограждать от воды).
• Экструдированный пенополистирол (XPS, ЭППС) получают из гранул полистирола при высоких температуре и давлении с выдавливанием из экструдера. Он имеет равномерную структуру с мельчайшими закрытыми порами (диаметром 0,1-0,2 мм). Материал, как правило, представляет собой крупноразмерные плиты (с величиной сторон - 100-200 см, толщиной — от 2 до 10 см) оранжевого, зеленого, голубого и др. цветов. XPS обладает высокой прочностью, практически водонепроницаем, сохраняет теплозащитные свойства даже в воде, не подвержен гниению (поэтому его можно применять в конструкциях, соприкасающихся с влагой, например в грунте). При больших объемном весе и прочности имеет более высокие теплоизоляционные показатели, чем EPS, лучше изолирует ударный шум (поэтому требуется меньшая толщина материала). Низкая адгезия клеевых смесей к XPS и очень гладкая поверхность затрудняют монтаж материала на вертикальных поверхностях (плиты приходится матировать и прокатывать игольчатым валиком).

Опасения и объяснения

Некоторые качества минеральных ват и пенополистиролов (а также конкуренция между их производителями на рынке) способствуют распространению заявлений об их небезопасности для здоровья человека. Такие утверждения не всегда оправданы, но в тех случаях, когда они имеют под собой основание, залогом большей безопасности будет выбор качественного материала и правильное его применение.

Вопрос о токсичности минераловатных утеплителей связан с наличием в их составе фенол формальдегидных смол, которые со временем разлагаются с выделением вредного фенола. Другое опасение - мелкие волокна, попадая в дыхательные пути человека, могут вызывать заболевания, в том числе онкологические.

Потенциальная опасность минераловолокнистых ТИМ как источника канцерогенных веществ послужила основанием для многих исследований. В 1997 году Европейским Союзом была выпущена директива, классифицирующая различные сорта изделий по степени опасности. К потенциально опасным материал относили в зависимости от содержания в нем оксидов щелочных и щелочноземельных металлов и размера волокон. После этого требования к составу и технологии производства минеральных ват ужесточили. В настоящее время по классификации Международного агентства по изучению рака, подтвержденной в 2009 году токсикологической программой NTP (National Toxicology Program, США), изделия из минеральной ваты не относят к источникам канцерогенных факторов (лишь в Германии, где требования к экологичности особенно высоки, запрещены некоторые виды минеральных волокон, разрешенные в других странах).

Таким образом, подтверждена безопасность для человека и животных минераловолокнистых утеплителей (из каменного и стеклянного волокна), при производстве которых выдержаны современные технологические требования. Применение смол в материале регламентируется (их менее 4 % и они устойчивы при эксплуатации), нормируется также эмиссия их составляющих. Тем не менее, для приверженцев экологической чистоты существуют материалы с совершенно безопасным акрилом в качестве связующего.

Замеры по содержанию волокон в воздухе изолированных помещений показывают, что даже во время монтажа конструкций их содержание значительно ниже установленной в Евросоюзе предельно допустимой концентрации. Тем не менее, волокна могут действовать на дыхательные пути раздражающе, поэтому для профилактики в процессе монтажа плит или матов следует работать в респираторе, рекомендуется также обработка кромок клеем. Но во время эксплуатации утепленных крыши, стен, перегородок риск вдыхания волокон полностью исключается, так как теплоизолятор надежно скрыт в толще конструкции.

Заявления о токсичности пенополистирола обычно связаны с наличием в его составе стирола - ядовитого вещества, которое якобы выделяется из материала в атмосферу. Однако в плите стирол находится в связанном состоянии и может освобождаться только в результате деструкции, происходящей при температуре выше 75 °С. В обычных условиях эксплуатации, а также при соприкосновении с большинством химических веществ пенополистирол полностью инертен. Чтобы не опасаться выделения стирола, достаточно не изолировать пенополистиролом конструкции, подверженные нагреванию (например южные фасады, покрашенные темной краской) и не использовать под солнцем в открытом виде.

Действительная опасность связана с поведением пенополистирола во время пожара. Температура его сгорания в три раза больше, чем у дерева, брызгают капли расплава (горящие или нет, в зависимости от состава), выделяется токсичный дым. Поэтому в конструкции (и снаружи, и внутри) пенополистирол должен быть защищен слоем негорючего материала (цементной штукатурки, огнеупорного гипсокартона и т. п.) Чтобы не допустить распространения пламени, этот утеплитель запрещено использовать в конструкциях с воздушной прослойкой, например в вентилируемых фасадах.

Конструкция диктует выбор. Применение минеральной ваты и пенополистирола.

Сравнение качеств минераловатных и пенополистирольных ТИМ показывает, что при высокой теплоизолирующей способности и легкости по большинству других параметров они диаметрально отличаются. Соответственно, эти материалы не всегда взаимозаменяемы, и выбирать их нужно в зависимости от типа и конструктивного решения элемента. Решающими являются такие параметры:

• Минеральная вата - негорючий, впитывающий влагу, паропроницаемый, мягкий, упругий, хорошо защищающий от шума и легко сгибаемый материал. При необходимости можно обеспечить его жесткость и прочность, уменьшить водопоглощение, но показателей пенополистирола по этим характеристикам достичь не удастся.
• Пенополистирол - горючий, исключительно легкий при высоких жесткости и прочности, с низкими водо-/паропроницаемостью и звукоизоляционной способностью, неупругий, не допускающий изгибов и работы при высоких температурах. Можно уменьшить его горючесть, но негорючим, как минеральная вата, он не станет.

Совместный ассортимент минераловолокнистых и пенополистирольных ТИМ отличается большим выбором ценовых и конструктивных вариантов и способен полностью удовлетворить все потребности строительства.

Наружные стены:

• В вентилируемых фасадах утеплитель не нагружен (а значит, его прочность и плотность здесь практически не имеют значения), но он должен быть негорючим, паропроницаемым. Рекомендуется применять мягкие или полужесткие минераловатные утеплители, которые хорошо заполняют неровности фасада. Использование пенополистирола исключено.
• В стенах со штукатурными системами отделки от утеплителя требуется прочность, а для домов из газобетона и керамоблоков - еще и хотя бы минимальная паропроницаемость. Возможно применение жестких минераловатных плит или EPS (последнего - только для кирпичных стен). Применение XPS исключено (кроме отсутствия паропроницаемости, он обладает значительной тепловой линейной деформацией, что приводит к растрескиванию штукатурки на южных фасадах).
• В каркасных стенах утеплитель не несет нагрузки, но должен быть упругим, не подверженным усадке, негорючим, а вот паропроницаемостъ значения не имеет. Рекомендуется применять мягкие материалы из каменной ваты или стекловолокна. Использование EPS допустимо с наружной стороны в стенах с повышенной энергосберегающей способностью при наличии слоя из минеральной ваты внутри конструкции.
• В трехслойных стенах доступ к утеплителю для его замены затруднен, следует исключить его усадку, гниение, необходима паропроницаемость. Лучшим выбором здесь будут полужесткие гидрофобизированные минераловатные плиты (лучше из каменного волокна, так как стекловолоконные больше склонны к усадке). В кирпичных стенах возможно использование XPS (допустимость определяется расчетом).
• В деревянных стенах (при необходимости повысить их энергосберегающие качества) главные требования к утеплителю - паропроницаемость и негорючесть. Единственная возможность - использование минеральной ваты.

Крыши:

• В скатной крыше утеплитель не нагружен, от него требуется негорючесть, упругость, отсутствие усадки, желательно низкое водопоглощение. Используют минераловатные утеплители (при крутых скатах - полужесткие, при пологих - мягкие), защищая их от влаги пароизоляцией и гидроизоляцией. Пенополистиролы с внутренней стороны крыши не используют, однако для повышения энергосбережения допустимо уложить XPS поверх стропил (его отделит от помещения негорючая минвата).
• В плоской крыше (которую, как правило, выполняют из железобетонных конструкций) утеплитель должен быть жестким. Используют соответствующую минеральную вату или пенополистирол обоих типов.

Перекрытия и полы:

• Для междуэтажных перекрытий необходимы высокие звукоизолирующие качества. Их обеспечивает укладка минеральной ваты. В составе перекрытий по деревянным балкам удобно использовать мягкую изоляцию (уложенную между лагами), по железобетонным конструкциям укладывают полужесткие и жесткие плиты под стяжкой.
• Для перекрытий над подвалами и чердачных важны такие качества, как негорючесть (если конструкция выполнена из дерева) и жесткость (в случае с железобетоном). В первом варианте делают утепление пола минеральной ватой, во втором - применяют жесткую вату или производят утепление экструдированным пенополистиролом.
• В полах, выполненных по грунту, утеплитель должен быть жестким. Подойдут полужесткая и жесткая минеральная вата или пенополистирол. При этом XPS можно уложить непосредственно по фунту.

Перегородки:

• Для каркасных перегородок важны шумозащитные качества материала, отсутствие усадки, экологичность. Поэтому оптимальным будет утепление каркасного дома минеральной ватой. Среди специальных материалов - плиты с повышенными звукоизоляционными качествами и акриловым связующим в составе.

Подземные конструкции (цоколи, фундаменты, стены подвалов и др.):

• Здесь требуется от утеплителя водонепроницаемость, устойчивость к воздействию химически агрессивной грунтовой влаги. Материал, пригодный для использования, - XPS, уложенный поверх гидроизолированной поверхности. Применение пенополистирола оптимальное.