Zdzisław Dyląg


Definicja

Nieorganiczny materiał w postaci waty z luźno ułożonych, sfilcowanych, bardzo cienkich (grubości kilku m) włókien mineralnych stosowany do wytwarzania izolacji termicznych i akustycznych w budownictwie i przemyśle. Sztukę wyciągania cienkich włókien szklanych znano już w I w. w Rzymie i w XV w. w Wenecji. W 1830 r. w Wiedniu udoskonalono technikę otrzymywania najdelikatniejszych włókien szklanych. W 1868 r. w Czechach wyprodukowano po raz pierwszy na większą skalę watę szklaną ze sfilcowanych włókien szklanych m.in. do celów izolacji.

W 1930 r. w USA upowszechniono produkcję włókna szklanego, pojawiły się z niego m.in. izolacje cieplne i dźwiękowe. W Polsce pierwszą produkcję wełny szklanej rozpoczęto w 1955 r. w Gliwicach i na dużą skalę tamże w 1999 r. Wełnę skalną produkuje się w Dąbrowie Górniczej. Obecnie wyroby z wełny mineralnej w Polsce produkuje 6 firm.

Surowce
Pierwotnie rozróżniano wełnę skalną (kamienną), szklaną i żużlową, jednak ze względu na zbliżone właściwości i podobne zastosowania bywają one określane ogólnie jako wełna mineralna.

Podstawowymi surowcami dla wełny skalnej są skały, głównie bazalt (ze względu na małą, 40% zawartość krzemionki), dolomit, magnezyt, diabaz; dla wełny szklanej – piasek kwarcowy i stłuczka szklana; dla rzadziej już spotykanej wełny żużlowej – odpady z wielkiego pieca.

Wytwarzanie
Surowce topi się w temperaturze rzędu 1300 !C (bazalt) i w temperaturze powyżej 1300 !C (szkło). Następnym etapem jest rozwłóknienie. Istnieją co najmniej 3 metody tego procesu. Z 1 m 3 surowca otrzymuje się średnio 60 m 3 gotowego wyrobu. Produkty końcowe zawierają ok. 95% powietrza mieszczącego się między włóknami i stanowiącego naturalną izolację cieplną i dźwiękową. Wyroby te o różnych właściwościach, kształtach i wykończeniu to:

  • filc; miękki elastyczny, płaski (dający się rolować) materiał z włókien mineralnych (ewentualnie hydrofobizowanych), połączonych lepiszczem organicznym,
  • mata; filc j.w., lecz z jednostronnym lub dwustronnym pokryciem okładziną dołączoną za pomocą szycia lub klejenia (też może być rolowana),
  • płyta; sztywny, płaski materiał z włókien mineralnych (ewent. hydrofobizowanych), bez lub z przyklejoną okładziną (pokryciem) jedno lub dwustronną, również może być z warstw o różniących się właściwościach (np. górna z wełny szklanej, a dolna z wełny skalnej),
  • wełna luzem; materiał bezkształtny w postaci krótkich, luźno ułożonych włókien (ewentualnie impregnowanych olejem) bądź – luźnego granulatu.

    Okładzinami mogą być: welon z włókien szklanych, folia aluminiowa (ewent. zbrojona siatką szklaną lub metalową), tektura falista dwuwarstwowa lub papier powlekany polietylenem.

    Parametry techniczne i użytkowe wyrobów z wełny mineralnej zależą od: z natury otwartej struktury wełny (może być zaburzona, równoległa lub prostopadła do ograniczających ją płaszczyzn), od zastosowanych lepiszczy, środków hydrofobizujących i od gęstości objętościowej wyrobu. Nawet jeśli są one tego samego typu, to wytwarzane przez różnych producentów, nieraz przy zastosowaniu różniących się technologii występują pod rozmaitymi nazwami handlowymi. W związku z tym mogą charakteryzować się różniącymi się właściwościami. W związku z tym na rynku materiałów izolacyjnych panuje duża różnorodność. Spotyka się np. wyroby, w których znajduje się równocześnie wełna skalna i szklana.

    Według jednego z podziałów, w zależności od zastosowań w budownictwie, można wyróżnić 3 typy:

  • typ W, elementy wypełniające, przenoszące obciążenia tylko masą własną,
  • typ O, elementy obciążone w ograniczonym zakresie,
  • typ S, elementy o charakterze specjalnym.

    W związku z tym norma PN-B-23116:1997 określa wymagania odnośnie do oznaczania poszczególnych rodzajów wyrobów i podaje przykłady oznaczeń.

    Dla wyrobów z wełny mineralnej nie objętych Polskimi Normami (nowych lub pochodzenia zagranicznego) oraz takich, których właściwości różnią się od określonych tymi normami, mogą być uzyskiwane tzw. Aprobaty Techniczne podające właściwości użytkowe i techniczne oraz zawierające stwierdzenie pozytywnej oceny technicznej i przydatności wyrobu do określonego zastosowania. Stają się dokumentami określającymi wymagania dla konkretnego wyrobu.

    Do dobrowolnego potwierdzenia jakości określonego (produkowanego lub importowanego) wyrobu, na podstawie badań i oceny odpowiedniej niezależnej jednostki, służą tzw. certyfikaty również o określonym czasie ważności. Tak samo metody izolowania mogą uzyskiwać Aprobaty Techniczne i certyfikaty. Aktualnie liczby takich świadectw związanych z wełną mineralną liczą po kilkadziesiąt sztuk.

    Zastosowania
    Można wyróżnić dwie grupy zastosowań poszczególnych wyrobów z wełny skalnej, jak i szklanej (przytoczone przykładowo wartości liczbowe mają jedynie charakter orientacyjny):
    1. Izolacje dla budownictwa:

  • wyroby wypełniające – nie przenoszące obciążeń poza ciężarem własnym, stosowane do izolacji stropów poddaszy nieużytkowych, stropów i dachów (między belkami i krokwiami), sufitów podwieszonych, do podłóg drewnianych (między legary), do murów szczelinowych, ścian działowych i osłonowych, (ciężar objętościowy ??= 20-50 kg/m 3 , współczynnik przewodzenia ciepła ??=0,034-0,039, grubość g = 50-200 mm),
  • wyroby obciążone – przenoszące ograniczone obciążenia prostopadłe do powierzchni, równomiernie rozłożone, do stosowania w podłogach pływających, konstrukcjach szkieletowych, fasadach wentylowanych, jako płyty podkładowe w dwuwarstwowej izolacji cieplnej dachów płaskich, ???= 150 kg/m 3 , ??= 0,039, g = 40-150 mm),
  • wyroby specjalne, przenoszące obciążenie równomiernie rozłożone i skupione o bardzo małej ściśliwości i znacznej odporności na rozrywanie siłą prostopadłą do powierzchni, mało nasiąkliwe, do zastosowania na dachach pod bezpośrednie krycie papą, ???= 120-180 kg/m 3 , ??= 0,033-0,039, g = 15-150 mm).
    2. Izolacje techniczne:

  • otuliny rur z wełny szklanej i skalnej do izolacji cieplnej instalacji technologicznych rurociągów centralnego ogrzewania, rurociągów parowych, rur chłodniczych, rurociągów do ciepłej i zimnej wody, ???= 40-140 kg/m 3 , ??= 0,032, najwyższa dopuszczalna temperatura stosowania T = 250-500 !C),
  • maty z wełny szklanej z powłokami z folii aluminiowej ewent. zbrojonej siatką szklaną lub metalową (lamelowe) do izolacji kanałów wentylacyjnych, zbiorników, rur, podgrzewaczy wody,
  • płyty wentylacyjne z wełny szklanej do izolacji cieplnej i dźwiękowej kanałów wentylacyjnych, tłumików, agregatów, pomieszczeń wentylacyjnych, ???= 35-150 kg/m 3 , ??= 0,033, T = 200-750 !C),
  • maty siatkowe z wełny skalnej zbrojonej siatką z drutu stalowego ocynkowanego do izolacji cieplnej i ogniowej kanałów wentylacyjnych, instalacji, zbiorników, kotłów, pieców, kanałów dymowych, ???= 100 kg/m 3 , ??= 0,033, T = 100-700 !C).

    Jeżeli chodzi o izolację dźwiękową to jest ona zwykle realizowana tak w grupie 1., jak i 2. równocześnie z izolacją cieplną, spełniając następujące zadania:

  • blokuje dźwięki przestrzenne (powietrzne),
  • blokuje dźwięki materiałowe w stropach, ścianach, sufitach podwieszonych,
  • izoluje pomieszczenia o specjalnym przeznaczeniu (studia nagrań),
  • blokuje hałas w pomieszczeniach fabrycznych, maszynowniach statków, kanałach wentylacyjnych.

    Właściwości fizyczne
    Jednym z bardzo istotnych parametrów charakteryzujących ciepłochronność wyrobów z wełny mineralnej jest współczynnik przewodzenia ciepła ??(W/mK). Wartości takie określane w warunkach laboratoryjnych przy temperaturze 20 !C nazwano wartością deklarowaną. Wprowadzono również tzw. wartość obliczeniową, którą należy uwzględniać w projektowaniu izolacji, jest ona zależna od deklarowanej oraz od warunków, w jakich będzie się znajdował wyrób po wbudowaniu (średniej temperatury, wilgotności). Zwykle dla gotowych wyrobów podawana jest wartość obliczeniowa dla średniej temperatury 10 !C. Jednym z parametrów dźwiękochronności jest pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku, określany dla płyt o grubości 50 mm oraz dla kilku pasm częstotliwości. Sposoby badania wartości wymienionych wielkości określają normy. Orientacyjne wartości graniczne dla odmian o rozmaitym przeznaczeniu, produkowanych przez różne firmy wg ich informacji (często dla takiego samego rodzaju wyrobów podają one wartości nie tych samych wielkości) podane są w tabeli (w nawiasach przytoczono dla porównania wartości wg PN-B-23116:1997).

    Charakter zależności pomiędzy wartościami gęstości i współczynnika przewodzenia ciepła jest przedstawiony orientacyjnie na rysunku 1. Konkretne wartości tych wielkości zależą w znacznym stopniu od technologii produkcji i przeznaczenia danego wyrobu (czy jest i jakie lepiszcze, okładzina). Poza tym współczynnik niekorzystnie rośnie ze wzrostem temperatury termoizolacji. Na przykład dla mat siatkowych o gęstości ok. 100 kg/m 3 i dopuszczalnej temperaturze stosowania 700 !C wzrasta z 0,033 W/mK przy 10 !C do 0,045 W/mK przy 100 !C i do 0,089 W/mK przy 200 !C; dla płyty wentylacyjnej o gęstości ok. 35 kg/m 3 oraz dop. temp. stos. 200 !C wzrasta z 0,033 W/mK przy 10 !C do 0,038 W/mK przy 50 !C i do 0,051 W/mK przy 100 !C.



    Zależność wartości pogłosowego współczynnika pochłaniania dźwięku od częstotliwości dźwięku oraz grubości izolacji dla płyt z wełny szklanej ilustruje rysunek 2. Odporność na wysokie temperatury jest m.in. zależna od typu lepiszcza. Występowanie okładziny w wyrobie jednolub dwustronnej oraz jej rodzaj obniża maksymalną temperaturę stosowania do 1/2, a nawet do 1/3 wartości dla samej maty, płyty lub otuliny. Skutki działania podwyższonej temperatury na włókna kamienne (skalne), w zależności od czasu jej trwania i porównawczo dla innych materiałów, są poglądowo przedstawione na rysunku 3.

    Właściwości włókien skalnych i szklanych są do siebie zbliżone, w większym stopniu różnią się pomiędzy sobą wytwarzane z nich materiały izolacyjne o różnym przeznaczeniu. Można tylko ogólnie wymienić pewne rozbieżności. Na przykład jeżeli materiał izolacyjny jest wbudowany we wzmacniający go ruszt, wówczas stosuje się giętką wełnę szklaną. Jeśli powinien mieć dużą sztywność i bardzo dobrą odporność pożarową, należy użyć wełnę skalną. Można uznać, że izolacyjność termiczna obu wełen jest prawie równorzędna (z niewielką przewagą na korzyść szklanej). Równorzędna jest też odporność na działanie wody. Sprężystość i zdolność do samouszczelniania nieco lepszą ma wełna szklana. Natomiast większą twardością (sztywnością) i odpornością na działanie ognia charakteryzuje się wełna skalna.



    Zalety

  • ten sam materiał, uzyskiwany z surowców naturalnych, pełni równocześnie rolę izolacji termicznej i akustycznej, charakteryzuje się:
  • bardzo niską przewodnością cieplną, a tym samym dużym oporem cieplnym,
  • skutecznym pochłanianiem dźwięków, dzięki otwartej strukturze, szczególnie o średnich i wysokich częstotliwościach,
  • sprężystością struktury umożliwiającą łatwe, szczelne wpasowywanie izolacji w przeznaczone dla niej przestrzenie,
  • odpornością na niskie i bardzo wysokie temperatury,
  • odpornością ogniową (niepalnością) i zapobieganiem rozprzestrzeniania się ognia, wiąże się z tym dopuszczalność stosowania w budynkach o nieograniczonej wysokości,
  • trudną zwilżalnością (hydrofobowością) i znikomą tendencją do kapilarnego podciągania wody (objętościowo ??1%),
  • dużą przepuszczalnością pary wodnej i nienasiąkliwością (”oddycha”, wilgoć nie gromadzi się) lecz swobodnie przenika na zewnątrz, co jest istotne np. dla obiektów użyteczności publicznej oraz obiektów o dużej wilgotności powietrza),
  • odpornością biologiczną (nie gnije nie butwieje, nie jest atakowany przez insekty, robactwo i gryzonie),
  • chemiczną neutralnością (nie jest wrażliwy na chemiczne działanie środków konserwacyjnych i impregnujących, nie oddziałuje na inne materiały budowlane),
  • stabilnością wymiarową i trwałością,
  • łatwością cięcia,
  • ułatwionym transportem wyrobów miękkich w związku z możliwością rolowania oraz dwustopniowego ściskania redukującego objętość do 1/7 (dla wyrobów z wełny szklanej),
  • bardzo dużym asortymentem wyrobów o różnorodnym zastosowaniu.

    Ostrzeżenia
    W związku z łamliwością i kruchością włókien mineralnych (szczególnie bez lepiszcza), na etapie transportu, dopasowywania i mocowania izolacji powstają pyły mogące zagrażać zdrowiu pracowników. Istnieją nawet podejrzenia o rakotwórczość tych pyłów. W związku z tym producenci zalecają przy pracy z wełną mineralną: noszenie odpowiednich, obszernych, zapinanych ubrań roboczych, rękawic, okularów ochronnych, a wewnątrz pomieszczeń nawet masek przeciwpyłowych, cięcie nożami lub piłkami a nie nożycami (zwłaszcza mechanicznymi), utrzymywanie miejsc pracy w czystości, a po pracy mycie i odkurzanie ubrań roboczych. Obecnie dla uniknięcia pylenia podczas produkcji, kobierzec szklany tnie się strumieniem wody. Ponadto wojłoki i inne wyroby z włókien niepołączonych lepiszczem raczej nie powinny być stosowane do izolacji pomieszczeń przeznaczonych dla stałego przebywania ludzi.

    Najlżejsze, zwykle najlepiej izolujące odmiany nie mogą przenosić żadnych obciążeń.

    Należy zwracać uwagę, aby stosowane w produkcji spoiwa po wbudowaniu izolacji nie emitowały szkodliwych ilości produktów chemicznych (fenolu, formaldehydu).

    Koszt izolacji z wełny mineralnej o ciężarze objętościowym w granicach do 12-16 kg/m 3 jest porównywalny z kosztem takich samych izolacji ze styropianu; natomiast dla izolacji cięższych jest obecnie raczej wyższy.

    Zalecenia
    Bardzo istotny jest właściwy, poparty obliczeniami, dobór rodzaju, właściwości i grubości wyrobów z wełny mineralnej stosownie do przeznaczenia i warunków stosowania. Istotne jest fachowe, staranne ich wbudowywanie (mocowanie!, ewentualnie paroizolacja, izolacja przeciwwiatrowa, izolacja przeciwwilgociowa, warstwa ochronna).

    Folie izolacji paroszczelnej (ewentualnie o podwyższonej ognioodporności) charakteryzują się przepuszczalnością pary wodnej w czasie 24 godzin w ilościach 0,5-2,5 g/m 2 . Natomiast izolacje przeciwwiatrowe mają przepuszczalność pary wodnej, w tym samym czasie, rzędu 120-1300 g/m 2 .

    Z punktu widzenia izolacyjności dźwiękowej, pogrubianie warstwy wełny jest bardziej skuteczne dla dźwięków o niższych częstotliwościach.

    Metody wykonywania izolacji z wełny mineralnej są podobne jak przy użyciu innych tego rodzaju materiałów. Istotne różnice wynikają ze znikomej sztywności wielu wyrobów, wymagającej szczególnego utrwalania ich położenia przy użyciu zamocowań mechanicznych w postaci łączników – kołków, osadzanych w ścianach lub stropach (w wierconych otworach lub wstrzeliwanych) i zaopatrzonych w talerzyki dociskowe (o średnicy 60-90 mm) w liczbie ok. 4-10 szt/m 2 , listew oraz ewentualnie rusztów dystansowych i nośnych, drewnianych lub metalowych deskowań (w zależności od wytrzymałości i usytuowania izolacji: pionowego, nachylonego, poziomego). Zależnie od systemu ocieplania, zasadniczą rolę przenoszenia obciążeń pełnią łączniki mechaniczne, a zaprawa klejąca spełnia rolę montażową i uszczelniającą albo – odwrotnie. Do najczęściej stosowanych metod ocieplania ścian zewnętrznych należą: tzw. metoda lekko-sucha (rys. 4) i lekko-mokra (rys. 5). Pierwsza z nich wymaga wprowadzenia rusztu dla właściwego rozmieszczenia i utrwalenia położenia izolacji. Unika się w niej tzw. procesów mokrych. Może być realizowana niezależnie od warunków atmosferycznych. Dzięki szczelinie powietrznej istnieje ciągła wentylacja ściany, usuwanie nadmiaru wilgoci (”oddychanie”), są wyeliminowane tzw. mostki termiczne, poprawia się izolacyjność cieplna. Istnieje możliwość łatwej wymiany poszczególnych elementów izolacji w przypadkach uszkodzeń lub modernizacji całej elewacji. Do wad tej metody należą m.in. trudności z ociepleniem ościeży okiennych, zwykle ograniczona trwałość rusztów (szczególnie drewnianych) i brak ich odporności ogniowej. Druga metoda, nie wymagająca specjalnych rusztów, mimo że do jej zastosowania potrzebna jest temperatura otoczenia, podłoża i materiału nie niższa niż +5 !C, w dalszym ciągu pełni dominującą rolę w wykonawstwie termoizolacji ścian zewnętrznych.







    Przykład wewnętrznego zastosowania izolacji pokazany jest na rys. 6. Podobnie może być umieszczone ocieplenie wewnątrz nowowznoszonej ściany murowanej. Przykład docieplenia masywnego stropu piwnicznego pokazany jest na rys. 7. Docieplenie stropodachu pokazuje rys. 8. Izolacja dachów płaskich może być wykonywana w postaci dwuwarstwowej; warstwę dolną stanowią grubsze płyty z wełny skalnej, stanowiące zasadniczą izolację cieplną, warstwą górną są cieńsze płyty z wełny szklanej nie tylko izolujące cieplnie, ale przede wszystkim chroniące warstwę dolną przed uszkodzeniami mechanicznymi i likwidujące mostki cieplne. Wariant ocieplenia poddasza przedstawia rys. 9. W związku z niepalnością wełny mineralnej, z odpowiednich jej wyrobów mogą być wykonywane ściany oddzieleń przeciwpożarowych.









    Literatura
    DREGER M., MATLA A.: Wełna czy styropian? Murator nr 8, s.76-80.
    DZIERŻEWICZ Z.: Ocieplanie przegród zewnętrznych. (w:) Naprawy i wzmocnienia. XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji PZITB Bielsko-Biała 1999, t. I, cz.1, s. 179-207, tamże bogata bibliografia i niektóre z cytowanych rysunków.
    ITW Polska Sp. z o.o.: Mocowanie mechaniczne materiałów izolacyjnych w systemach docieplania budynków metodą wstrzeliwania kołków. (w:) Naprawy i wzmocnienia. XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji PZITB Bielsko-Biała 1999, t. II, s. 73-79.
    Kalendarz Przeglądu Budowlanego 1999. Red. J. Widera. Warsz. Centr. Post. Techn.-Organiz. Bud. PZITB O. Warszawski, Warszawa 1998.
    Kalendarz Przeglądu Budowlanego 2000. Red. J.Widera. Warsz. Centr. Post. Techn.-Organiz. Bud. PZITB O. Warszawski, Warszawa 1999.
    Katalog Normatywny, na podstawie tekstów: POGORZELSKIEGO J., KOSIORKA M., DODACKIEGO J. Gullfiber Polska Sp. z o.o. Kraków 1999, ss. 48.
    Katalog obowiązujących Aprobat Technicznych Instytutu Techniki Budowlanej, Warszawa.
    KRUPA W.: Systemy ociepleniowe BAYOSAN Doutherm. (w:) Naprawy i wzmocnienia. XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji PZITB Bielsko-Biała 1999, t. II, s. 33-39.
    KOSIOREK M., KOLBRECKI A.: Ocieplenia ścian ze względu na bezpieczeństwo pożarowe. Mat. Budowl. nr 1/2000, s. 66-67,92.
    KOSTRZEWSKA-MATYNIA D.: Pierwsza polska fabryka wełny szklanej. Mat. Budowl. nr 7/1999, s. 127. Materiały informacyjne firm: Gullfiber, ROCKWOOL, Therwoolin.
    PATOKA K.: Kryteria doboru pokrycia dachowego. Warstwy nr 4/1999, s. 42-43.
    PŁOÁSKI W.: Termoizolacja obiektów budowlanych. Przegl. Budowl. nr 7-8/1998, s. 16-22. Przegląd systemów ocieplania ścian zewnętrznych. Mat. Budowl. nr 1/2000, s. 82-93.
    RYDZ Z., ZAMDROWSKA R.: Docieplanie ścian zewnętrznych budynków wielkopłytowych. Mat. Budowl. nr 1/2000, s. 41-47.
    Termoizolacje dachów płaskich. Przegląd. Warstwy nr 4/1999, s. I-VI.
    PN-B-23100:1975 Materiały do izolacji cieplnej z włókien mineralnych – Wełna mineralna.
    PN-B-04631:1982 Materiały do izolacji cieplnej z włókien nieorganicznych – Metody badań.
    PN-B-02155:1983 Akustyka budowlana – Pomiar współczynnika pochłaniania dźwięku w komorze pogłosowej.
    PN-B-02421:1985 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo – Izolacja cieplna rurociągów, armatury i urządzeń.
    PN-EN 825:1998 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie płaskości.
    PN-EN 1603+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie stabilności wymiarowej w stałych normalnych warunkach laboratoryjnych (23 !C/50% wilgotności względnej).
    PN-EN 1604+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie stabilności wymiarowej w określonych warunkach temperaturowych i wilgotnościowych.
    PN-EN 1606+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie pełzania przy ściskaniu.
    PN-EN 1608+AC:1999 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie wytrzymałości na rozciąganie równoległe do powierzchni czołowych.
    PN-B-02151-03:1999 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych – Wymagania.
    PrPN-EN 12430 Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie – Określanie zachowania pod obciążeniem punktowym.
    BN-75/6755-10 Materiały do izolacji cieplnej z włókien nieorganicznych. Otuliny z wełny mineralnej.
    BN-86/6755-16 Wojłok z włókien szklanych.
    BN-87/6755-06 Welon z włókien szklanych.