В этой статье: история создания минеральной ваты; из чего и как производится минвата; виды, свойства и характеристики минеральной ваты; что обеспечивает минвате тепло- и звукоизоляционные свойства; классификация минеральной ваты; как справиться с отрицательными свойствами; на что обратить внимание при покупке.
Среди множества забот о своем жилище проблема утепления и защищенности от шума стоит на первых позициях. Летний зной и зимняя стужа — защиту от этих сезонных явлений человечество изобретало веками, но чаще всего опиралось на источники тепла, будь то открытый огонь или электрообогреватель. Что до звукоизоляции, то часто возникает ощущение, будто живешь как в булгаковском «Трактате о жилище» — в близком подобии «телефонной трубки», в которой звуки проникают часто и отовсюду. Решить две проблемы сразу позволят изоляционные материалы на основе минеральной ваты — только вот выбирать их следует внимательно и крайне придирчиво.
История минеральной ваты
Своим возникновением минеральная вата обязана природе — во время извержения вулканов, помимо лавы и палящих туч, образуются тонкие нити из расплавленных брызг шлака, подхваченных ветром. Заметив это и решив, что такой материал отлично подойдет в качестве утеплителя, английский промышленник Эдвард Перри в 1840 году воспроизвел процесс формирования нитей из доменного шлака. Но им была допущена грубейшая ошибка — создание шлаковой ваты проходило в открытую, поэтому часть произведенных волокон свободно разлеталась по цеху и рабочие были вынуждены вдыхать их. В результате несколько человек пострадало, а сам Перри отказался от идеи производства минеральной ваты.
Спустя 30 лет, в 1871 году на металлургическом заводе германского городка Георгсмариенхютте было запущено промышленное производство минеральной ваты с учетом ошибок Эдварда Перри.
Технология производства минваты
Исходным материалом для каменной ваты служат известняк, диабаз, базальт и доломит, для шлаковой ваты — шлаковые отходы доменной металлургии, а стекловата производится из стеклянного боя либо из известняка, соды и песка. При внешней схожести, скажем, каменной ваты различных производителей, ее характеристики будут несколько различаться, поскольку точное сочетание сырьевых компонентов каждый производитель рассчитывает «под себя», поручая расчет точной формулы технологам производственных лабораторий и сохраняя результаты в строгом секрете.
Необходимо составить рецептуру так, чтобы полученное в результате волокно обладало максимальными качественными свойствами: гидрофобностью и долговечностью, химической нейтральностью к металлам и материалам, используемым в строительстве и отделке. Обладая этими качественными характеристиками, минеральное волокно должно иметь наивысшие теплоизоляционные показатели, сопротивляться любым динамическим нагрузкам. Существуют два критерия качества, применимых к минеральной вате — толщина волокна и его химический состав. И если точные сведения по второму критерию недоступны широкой публике, то зависимость качества от толщины волокон минеральной ваты такова — чем тоньше волокно, тем выше теплоизоляционные свойства минваты.
Производство минеральной ваты начинается с расплава сырьевых компонентов, для этого подготовленная смесь загружается в вагранки, ванные либо шахтные плавильные печи. Температура плавления в диапазоне 1400-1500 градусов — соблюдение точности при разогреве исходной смеси компонентов крайне важно, т.к. от степени вязкости расплава зависит длина и толщина получаемых волокон, а значит динамические и теплоизоляционные свойства самой минеральной ваты.
На следующем технологическом этапе доведенный до заданной вязкости расплав поступает в центрифуги, внутри которых со скоростью свыше 7000 оборотов в минуту вращаются валки, разрывающие расплавленную массу на мириады тонких волокон. В камере центрифуги волокна покрываются связующими компонентами синтетического происхождения — в их роли, как правило, выступают фенолформальдегидные смолы. Затем мощный поток воздуха бросает образовавшиеся волокна в особую камеру, где они осаждаются, образовывая подобие ковра заданных размеров.
Из камеры осаждения волокна поступают на ламельную или гофрировочную машину, где ковру из волокон придается заданная форма и объем. Далее ковер из минеральной ваты помещается в термокамеру — под воздействием высокой температуры органическое связующее проходит полимеризацию, а сама минеральная вата приобретает окончательную форму и объем. Финишная термообработка проходит при строго определенных температурах — именно на этом этапе формируются прочностные свойства минеральной ваты.
На завершающем этапе прошедшая полимеризацию минеральная вата разрезается на блоки заданных размеров и проходит упаковку.
Минеральная вата — свойства и характеристики
ГОСТ 52953-2008 относит к теплоизоляционным материалам этой группы стеклянную вату, шлаковую вату и каменную вату. Эти виды теплоизоляционных материалов различаются не только по сырьевому материалу, но также по ряду других параметров: длине и толщине волокон; термостойкости; сопротивлению динамическим нагрузкам; гигроскопичности; коэффициенту теплопроводности. Кроме того, с каменной и шлаковой ватой гораздо проще работать, чем со стекловатой — ее колкость широко известна, ведь в СССР ее применяли повсеместно по причине дешевизны.
Рассмотрим характеристики каждого типа минеральной ваты по отдельности.
Стекловата
Толщина волокон стекловаты от 5 до 15 мкм, длина — от 15 до 50 мм. Такие волокна придают стекловате высокую прочность и упругость, практически не влияя на теплопроводность, равную 0,030-0,052 Вт/м·К. Оптимальная температура нагрева, которую выдерживает стекловата — 450 оС, предельно допустимая — 500 оС, предельная температура охлаждения — 60 оС. Основная сложность работы со стекловатой — ее высокая хрупкость и колкость. Сломанные волокна легко пронзают кожу, проникают в легкие и глаза, поэтому защитные очки и респиратор, одноразовая спецодежда (очистить ее от волокон стекловаты не удастся) и перчатки обязательны;
Шлаковая вата
Толщина волокон которой от 4 до 12 мкм, длина — 16 мм, среди всех прочих видов минеральной ваты выдерживает наименьшую температуру — до 300 оС, выше которой ее волокна спекаются, а функции теплоизоляции полностью прекращаются. Шлаковата имеет высокую гигроскопичность, поэтому не допускается к работам на фасадах зданий и для теплоизоляции водопроводных труб. Еще один минус шлаковаты — доменные шлаки, из которых она производится, обладают остаточной кислотностью, что при малейшем увлажнении приводит к кислотообразованию и возникновению агрессивной среды для металлов. В сухом состоянии ее теплопроводность находится в диапазоне 0,46 — 0,48 Вт/м·К, т.е. является наибольшей среди теплоизоляционных материалов ее группы. В довершении — волокна шлаковаты хрупки и колки, подобно волокнам стекловаты;
Каменная вата
Толщина и длина составляющих ее волокон такая же, как у шлаковаты. В остальном ее характеристики лучше — теплопроводность в пределах 0,077–0,12 Вт/м·К, предельно выдерживаемая температура нагрева равна 600 оС. Ее волокна не колки, с каменной ватой намного проще работать, чем со стекловатой или шлаковатой. Лучшими характеристиками обладает базальтовая вата, производимая практически из того же исходного материала, что и каменная. Разница лишь в том, что в исходный материал (диабаз или габбро) для каменной ваты производители добавляют минералы (известняк, доломит и глину), шихту или доменные шлаки, что увеличивает текучесть расплава — доля минеральных и иных примесей в каменной вате может составлять до 35%. Кстати, на строительных рынках минеральной ватой называют именно каменную вату.
Помимо теплоизоляционных материалов, относящихся к минеральной вате, существует еще базальтовое волокно. Оно не содержит каких-либо примесей или связующих компонентов, поэтому выдерживает наибольшие температуры нагрева (до + 1000 оС) и охлаждения (до — 190 оС). Отсутствие связующего не позволяет сформировать из базальтового волокна листы или рулоны, этот теплоизоляционный материал используют в насыпном виде или набивают им маты.
Любой теплоизоляционный материал, относящийся к минеральной вате, имеет высокие показатели по звукопоглощению — практически абсолютное звукопоглощение у базальтового супертонкого волокна (БСТВ).
Все виды минеральной ваты, за исключением базальтового супертонкого волокна, содержат от 2,5 до 10% связующего на основе, как правило, фенолформальдегидных смол. Чем меньший процент этого связующего содержит минеральная вата, тем менее вероятна угроза испарения фенола, но, с другой стороны, большее содержание фенолформальдегидных смол дает большую устойчивость к воздействию влаги.
Любой вид минеральной ваты не горит и не поддерживает горения — если температура превышает допустимую для данного вида минваты, ее волоски будут лишь сплавляться между собой.
Почему минеральная вата — эффективный тепло- и звукоизолятор
Теплоизоляция минеральной ваты основана на двух элементах: малый диаметр составляющих ее волокон не позволяет накапливать тепло; хаотичная внутренняя структура образует множество воздушных пазух, препятствующих свободной передаче лучевого теплоизлучения. Теплоизоляция жесткой плит из минваты обеспечивается хаотичной ориентацией и расположением волокон. Кстати, их стойкость к динамическим нагрузкам будет тем выше, чем больший процент образующих волокон будет расположен вертикально — т.е. производители минераловатных плит вынуждены находить оптимальный баланс между теплопроводностью и устойчивостью к сжатию.
Звукоизоляция с помощью минеральной ваты достигается за счет ее воздушно-ячеистой внутренней структуры — стоячие звуковые волны и акустические шумы немедленно затухают, т.к. не могут продолжать свое распространение.
Области применения и марки минеральной ваты
Маты и плиты на основе минеральной ваты применяются для теплоизоляции прямо- и криволинейных поверхностей — кровли и внутренних стен, потолков и перегородок, полов зданий и щитовых конструкций. Работы по монтажу минеральной ваты не требуют специальных навыков.
Минеральные плиты классифицируются по плотности:
Марка П-75
Плитами и минеральной ватой марки П-75, плотность которой равна 75 кг/м3, изолируют ненагруженные горизонтальные поверхности, к примеру, чердаки зданий, а в некоторых случаях — для теплоизоляции кровли. Используются для утепления трубопроводов теплосети, газо- и нефтепроводов;
Марка П-125
Марка П-125 минеральных плит и ваты применяется для тепло- и звукоизоляции ненагруженных поверхностей любого пространственного положения, в построении внутренних перегородок, теплоизоляции полов и потолков. Плиты этой марки применяются в качестве срединного слоя в трехслойных кирпичных, газобетонных, керамзитобетонных стенах зданий малой этажности;
Марка ПЖ-175
Жесткой плитой марки ПЖ-175 изолируют стены и перекрытия из профилированного металлического листа и железобетонных изделий (без цементной стяжки);
Марка ППЖ-200
Повышенно-жесткая плита ППЖ-200 применяется для повышения огнестойкости инженерных и строительных сооружений — в остальном область ее применения идентична области применения ПЖ-175.
Производители выпускают минеральные плиты и вата меньшей плотности, чем П-75 — соответственно, такая продукция применяется в основном на горизонтальных поверхностях при условии полного отсутствия динамических нагрузок.
Минусы минеральной ваты
Работать с продукцией на ее основе не совсем безопасно, несмотря на отсутствие колкости у волокон каменной ваты. Связующее на основе фенолформальдегидных смол может выделять фенол , что совсем не благоприятствует здоровью домочадцев. Кроме того, мельчайшие частицы волокон минваты неизбежно будут подняты в воздух в процессе монтажа, а их проникновение в легкие весьма не желательно.
Впрочем, отрицательных моментов можно избежать. Во втором случае — воспользоваться респиратором, тщательно затянуть всю поверхность уложенной минеральной ваты или плиты паронепроницаемой пвх-пленкой. Что до опасности выделения фенола — при обычной температуре, называемой условно «комнатной», продукция крупнейших производителей изделий из минерального волокна не будет испускать фенол.
Но — выделение фенола неизбежно при условии нагрева минеральной ваты до предельно расчетных температур, т.к. при таких температурах образованные фенолформальдегидными смолами связи будут утрачены. Итак, решить проблему с фенолом в минвате помогут выбор продукции крупного производителя, исключить возможность нагрева утеплителя до температур, превышающих расчетную, или выстраивать теплоизоляцию на базальтовом супертонком волокне, не содержащем связующего (наиболее дорогостоящее решение).
На что нужно обратить внимание при выборе минваты
На производителя — пусть это будет известная марка, к примеру, «Rockwool», «ISOVER», «PAROC» или «URSA». Если появится возможность приобрести минвату немецкого производителя — сделайте это, ведь органы сертификации Германии считаются наиболее придирчивыми к этой продукции, если сравнивать со всеми прочими странами Евросоюза.
Определитесь с плотностью минеральной ваты — чем она выше, тем дороже сама минвата. Зависимость цены от плотности связана с большим числом волокон в более плотной минеральной вате, соответственно, с большим расходом материала при производстве.
Не соблазняйтесь низкой стоимостью стекловаты и шлаковаты, ведь их тепло- и звукоизоляционные характеристики наиболее низки, да и выполнять монтаж будет не просто из-за колкости.
Выясните, имеют ли волокна в данной минеральной вате вертикальное ориентирование или их расположение хаотично — во втором случае тепло- и звукоизоляционные свойства будут выше, а в первом — выше стойкость к динамическим нагрузкам.
В зависимости от приобретаемого вида минеральной ваты, она должна соответствовать ГОСТу. Вот некоторые из них: для плит из минваты — ГОСТ 9573-96 ; для матов прошивных — ГОСТ 21880-94; для плит повышенной жесткости — ГОСТ 22950-95.
И, наконец, не доверяйте утверждениям продавцов, что «данная минеральная вата действительно имеет толщину 50 мм» — частично вскройте упаковку и убедитесь в этом лично!
