Вермикулит в качестве утеплителя: применение, плюсы и минусы материала

В большинстве случаев если речь заводится про термоизоляционные материалы, применяемые для утепления жилых домов, то прежде всего вспоминаются минеральная вата в том или ином варианте, пенополистирол, керамзит. Редко кто вспомнит вермикулит, а многие – так и не знают даже о его существовании.

И совершенно напрасно. Незаслуженно находящийся на «вторых ролях», вермикулит утеплитель природного происхождения, в производстве которого не используется не только вредных, но и вообще никаких химических соединений. И, вместе с тем, его термоизоляционные и эксплуатационные качества не просто сравнимы, но в ряде случаев серьезно превосходят аналогичные показатели других широко применяемых утеплителей. Одним словом, этот материал заслуживает того, чтобы с ним познакомиться как можно ближе.

Что такое вермикулит и каковы его основные характеристики

Хотя вермикулит, как утеплительный материал, относится к минеральным, природного происхождения, полезные его свойства, к удивлению, были распознаны не столь давно. Как горная порода он был описан только лишь в конце XIX века, но потребовалось еще почти столетние, чтобы характерные особенности этого минерала были поставлены на службу человеку.

По сути, природный вермикулит – это горная порода силикатного класса, группы гидрослюд. От обычной слюды он отличается повышенным содержанием связанной в кристаллической решетке воды и низким уровнем связей между слоями материала. Так, общая молекула исходного, природного вермикулита включают четыре «прикрепленных» к ней молекулы воды.

В обычном состоянии это достаточно твердая порода, с высокой плотностью, доходящей до 2400?2700 кг/м?, не поддающаяся истиранию, но легко расслаиваемая на пластинки. Температура ее плавления – около 1350 °С. Но была замечена и использована интересная особенность минерала – если его не доводить до плавления, а разогреть до температур порядка 900?1000 °С, то материал полностью меняет свою кристаллическую структуру. Тонкие пластинки вспучиваются – увеличиваются в размерах в 15?25 раз и превращаются в пористые столбики червеобразного вида или даже тонкие нити, с выраженных золотистым или серебристым отливом. По всей видимости, отсюда и пошло принятое название минерала – вермикулит, от латинского «vermiculus», что дословно означает «червяк».

В итоге получается вспученный вермикулит – именно тот материал, который в дальнейшем широко применяется в самых разных отраслях строительства, промышленности и сельского хозяйства. Воздухонаполненная структура имеет очень невысокую плотность – она намного легче воды, и ее удельная масса становится всего от 60 до 130 кг/м?.

В настоящее время производство вспученного вермикулита поставлено на промышленную основу. В нашей стране имеются богатые месторождения необходимых слюдяных пород – в Мурманской, Челябинской, Иркутской областях, в Краснодарском и Приморском крае.

Производственный цикл заключается в нескольких этапах. Это сортировка сырья, обогащение (удаление балластных примесей), дробление в мелкую фракцию и обжиг. Процесс обжига занимает считанные минуты – а затем вспученные столбики проходят стадию дробления до нужной фракции с последующей сортировкой, расфасовкой и отгрузкой потребителям.

Выпускаемый на предприятиях вермикулит должен соответствовать определенным стандартам, введённым ГОСТ12865-67. Так, его подразделяют на:

— крупный – зерна размером от 5 до 10 мм;

— средний – от 0,6 до 5 мм.

— мелкий – зерна до 0,5 мм.

Средний размер фракции, мм	Средняя насыпная плотность материала, кг/м?	Средний коэффициент теплопроводности, Вт/мx°С
		при температуре +25 °С	при температуре +100 °С
0,5	до 130	0,056	0,062
1,0	до 120	0,052	0,059
2,0	до 110	0,051	0,057
4,0	до 95	0,048	0,054
8,0	до 65	0,046	0,052

Вермикулит в настоящее время широко стал применяться в строительстве, так как обладает целым рядом достоинств:

• Низкий коэффициент теплопроводности позволяет использовать вермикулит в качестве эффективного термоизолятора строительных конструкций. По этим показателям материал вполне сопоставим с другими популярными утеплителями, например, с  минеральной ватой или пенополистиролом, но существенно превосходит их по другим своим характеристикам.
• Диапазон рабочих температур – чрезвычайно широк. Так, и сам вермикулит, и многие конструкционные материалы на его основе способны выдерживать заморозку ниже -200 °С и нагрев до 900 ? 1000 °С. Сам же материал – абсолютно не горючий и не содержит никаких присадок, которые могут способствовать горению или распространению огня. При нагреве вермикулит не выделяет никаких газов, опасных для органов дыхания человека. Эти качества используется для создания эффективных противопожарных барьеров или защиты металлических конструкций зданий и сооружений.

• Выраженная гранулированная и в то же время – слоистая структура вермикулита становится отличным звукоизоляционным барьером. И воздушные, и ударные шумы затухают в толще материала, и строительная конструкция (стена или перекрытие), утепленная вермикулитом или изготовленная на его основе, не будет передаточной «мембраной», распространяющей дальше звуковые волны. Коэффициент звукопоглощения на частоте 1 кГц достигает от 0,56 (у материала с минимальной фракцией 0,5 мм) до 0,7?0,8 (с фракцией 4?8 мм).
• Несмотря на слоистую и, казалось бы, неустойчива структуру, зерна вермикулита отличаются высокой прочностью. Так, если сравнивать его с другим вспученным материалом – перлитовым песком, то вермикулит не боится транспортировок, вибрации, он не дает усадки, не дробится при этом на мелкие фракции, не пылит.
• Материал химически стоек и совершенно инертен – он безо всякой потери своих качеств способен выдерживать воздействия всех известных кислот, щелочей, органических растворителей или иных технических жидкостей, применяемых в строительстве.
• Совершенно особенное свойство материала – его выраженная адсорбирующая способность и высочайшее влагопоглощение. Так, вермикулит способен впитать в себя объем воды, по весу впятеро превосходящий собственную массу. Это, конечно, можно отнести и недостаткам материала. Однако, вермикулит столь же легко и отдает влагу в атмосферу, абсолютно не теряя при этом своих качеств.

Кстати, адсорбирующие качества вермикулита активно применяются для систем фильтрации, для очистки почвы и водоемов от пятен нефтепродуктов и в других аналогичных целях.

Достоинством можно считать то, что на утеплительном слое из вермикулита никогда не образовывается капель конденсата – вода впитывается в пористую структуру, и при нормализации условий влага свободно испаряется. Таким образом, материал способствует поддержанию в помещениях оптимального температурно-влажностного баланса. Тем не менее, следует учитывать эту особенность материала при планировании утепления строительных конструкций.

• Материал отличается высочайшей биологической стойкостью. Несмотря на пористую структуру и выраженное водопоглощение, он никогда не разлагается, в нем не проходит процессов гниения или прения. Вермикулит не становится питательной средой ни для каких форм жизни – в нем не появляется очагов плесени, не заводят гнезда насекомые, его обходят стороной грызуны.
• Материал не вызывает аллергических реакций даже у людей, склонным к таким проявлениям. Исследования показывают, что вермикулит даже способен отражать определенную часть спектра радиоактивного излучения.
• Материал не подвержен «старению» — со временем он нисколько не теряет своих специфических качеств, ни под действием влаги, ни под влиянием экстремально низких или высоких температур.
• Наконец, сам вспученный вермикулит обладает отменной сыпучестью. При заполнении им полостей в строительных конструкциях, он способен полностью заполнить весь объем, не оставляя при этом воздушных пустот.

К условным недостаткам материала можно отнести всего две позиции:

• Уже упоминавшаяся высокая гигроскопичность материала. При использовании вермикулита в сыпучем виде необходимо предусматривать надежную гидроизоляцию и возможность свободного испарения влаги. Это достигается правильным размещением пароизоляционных и паропроницаемых диффузных мембран.
• Достаточно высокая стоимость материала. Так, цена на вермикулит в несколько раз выше, чем на другие сыпучие минеральные утеплители – керамзит или перлитовый песок. Стоимость одного кубометра материала может достигать 6,5 ? 7 тысяч рублей. Это, конечно, несколько ограничивает его широкое применение для термоизоляции частных домов. Правда, достоинства и долговечность вермикулита полностью оправдывают подобные затраты.

Применение вермикулита для термоизоляционных работ

Вермикулит для обеспечения необходимых термоизоляционных характеристик здания может использоваться в нескольких вариантах:

• В сыпучем виде – для заполнения полостей утепляемых конструкций.
• В составе специальных строительных растворов.
• В виде готовых строительных элементов (плит), выполненных из композитных материалов на основе вермикулита.

Применение вермикулита в виде засыпок

Один из популярных методов применения вермикулита – это засыпка полостей утепляемых конструкций.

а. Утепление кровельной конструкции 

На рисунке показана примерная схема утепления скатной кровли, например, при строительстве жилой мансарды.

1 – стропильные ноги.

2 – слой пароизоляционной пленки, не дающей влаге из помещений проникать в слой утеплителя.

3 – внутренняя обшивка скатов и потолка мансарды.

4 – каркасная конструкция – обрешетка под дальнейший настил кровли.

5 – в образовавшиеся полости засыпается сухой вермикулит.

6 – поверх утеплителя застилается ветрозащита – диффузная мембрана, не допускающая выветривания сыпучего вермикулита и прямого попадания на него воды, но не препятствующая свободному испарению влаги.

7 – затем, поверх мембраны устанавливается контробрешетка, производится настил кровельного материала.

б. Утепление перекрытий

Схема утепления перекрытий, в принципе, схожая.

На подшитый «черновой» потолок между балками перекрытия укладывается надежный гидроизоляционный материал, с обязательным перехлестом полотен и герметизацией стыков.. Монтируется система обрешетки (лаг) для последующего настила чердачного пола.

Затем, образовавшие полости засыпаются сухим вермикулитом. Обычно для этого достаточно слоя в 100 ? 150 мм.

Цены на вермикулит

Сверху по балкам и лагам крепится диффузная мембрана, а затем настилается (при необходимости) дощатое или фанерное покрытие пола.

При обеспечении проветривания чердака (мансарды) в таком утеплительном слое влага скапливаться не станет – у нее будет свободный выход к испарению в атмосферу.

в. Утепление полых стен

При возведении стен по технологии «колодезной кладки», пространство между кирпичами модно заполнить сухим вермикулитом. Аналогичный подход может применяться и при утеплении каркасных стен.

Засыпка выполняется поэтапно, по мере возведения несущей стены и облицовочного слоя (обшивки каркасной конструкции), с легкой трамбовкой материала.

Другой вариант создание «теплых стен» — это заполнение пустот строительных блоков. Термоизоляционный эффект подобной конструкции резко возрастает, повышается показатели шумопоглощения стены.

Стена при этом остается «дышащей» — свободный парообмен в ней не нарушается.

г. Термоизоляция дымоходных труб

Важным моментом при установке печи или котла всегда является термоизоляция проходов дымоходных труб через стены и перекрытия. И эту проблему очень эффективно можно решить с использованием вермикулита.

Один из вариантов – установка металлического короба в месте прохода. Образовавшаяся полость между трубой и перекрытием заполняется сухим вермикулитом – и термоизоляция дымохода будет обеспечена.

Другой вариант – использование проходных гильз, которые также внутри заполняются вермикулитом.

Применение вермикулита в качестве компонента для строительных и отделочных растворов

Утепление вермикулитов в виде сухой засыпки – высокоэффективное, но все же – весьма дорогостоящее решение. Поэтому в практике частного строительства этот материал чаще используют для приготовления строительных растворов – так можно существенно повысить их термоизоляционные характеристики.

а. Приготовление растворов для стяжки

Если пол предполагается заливать стяжкой, и в то же время он требует дополнительной термоизоляции, есть смысл использовать для этих целей бетонный раствор с включением в него значительной доли вермикулита.

Для приготовления подобных составов используется стандартный портландцемент М400, песок и вермикулит с насыпной плотностью от 80 до 150 кг/м?, фракцией от 0,5 до 5 мм. В итоге такая заливка будет отличаться небольшой общей массивностью и выраженными термоизоляционными и звукоизоляционными качествами.

Существует несколько опробованных пропорций приготовления таких растворов. Выбираются они в зависимости от необходимых прочностных и утеплительных качеств создаваемых покрытий. Пропорции и основные растворов для стяжек представлены в таблице:

Пропорции раствора (цемент песок вермикулит)	Доля компонентов на 1 м? раствора			Плотность раствора, кг/м?	Прочность, кг/см?		Коэф. теплопроводности, Вт/мx°С
	Цемент	Песок	Вермикулит		Сжатие	Изгиб
1 / 0,5 / 2	495 кг	247 кг	865 л.	1000?1100	45	24,5	0,25
1 / 0,75 / 2,25	430 кг	320 кг	895 л.	1120?1180	35,5	30	0,28
1 / 0,75 / 1,75	410 кг	307 кг	800 л.	1210?1275	58,5	30	0,33
1 / 1 / 2	380 кг	380 кг	785 л.	1300?1350	47	30,5	0,35
1 / 1,25 / 1,75	365 кг	455 кг	740 л.	1400?1425	66	32	0,41
1 / 1,65 / 2,5	365 кг	685 кг	640 л.	1450-1550	72	35	0,44

Ввиду того, что вермикулит обладает повышенной гигроскопичностью, раствор готовится непосредственно по месту его применения, и должен быть израсходован в течение 30 минут с момента его затворения водой.

Обычно для надёжного утепления перекрытия над неотапливаемым помещением (подвалом, цоколем) достаточно 100 мм стяжки. Для межэтажных перекрытий вполне хватит слоя в 30 мм.

При использовании подобных составом нужно помнить, что в растворах с массовой долей цемента менее 450 кг/м? залитое покрытие не будет обладать морозоустойчивостью – выдержит не более 5?7 циклов. Так что такие стяжки рекомендованы исключительно для внутренних отапливаемых помещений.

б. Приготовление кладочных растворов

При кладке стен оптимальным будет использование материалов с повышенными термоизоляционными характеристиками – газосиликатные блоки, пустотные кирпичи и т.п. Но уязвимым участком все равно остаются швы – если теплопроводность кладочного раствора выше, чем у самого стенового материала, в этих местах образуются мощные «мостики холода» что резко снижает теплотехнические показатели всей конструкции в целом.

Выход – подбирать растворы таким образом, чтобы их теплопроводность была сопоставима с аналогичным показателем блоков (кирпичей). И в этом случае опять на помощь может прийти вермикулит.

Пропорциональный состав кладочных растворов, в принципе, такой же, как показан в таблице выше. Значит, выбирая стеновой материал, необходимо сравнить его показатели теплопроводности с аналогичными параметрами растворов, и выбрать наиболее близкий по этому значению. Чтобы было проще, ниже расположена таблица, в которой указаны коэффициенты теплопроводности материалов, наиболее часто используемых для кладки стен.

Тип материала	Плотность, кг/м?	Коэффициент теплопроводности, Вт/мx°С
Керамзитобетон	1000	0.27
Керамзитобетон	800	0.21
Керамзитобетон	600	0.16
Керамзитобетон	500	0.14
Перлитобетон	800	0.16
Перлитобетон	600	0.12
Газосиликатные блоки	1000	0.29
Газосиликатные блоки	800	0.21
Газосиликатные блоки	600	0.14
Пено-газо-золобетонные блоки	1200	0.29
Вермикулитобетон	800	0.21
Вермикулитобетон	600	0.14
Вермикулитобетон	400	0.09
Бетон с полистирольной крошкой	600	0.145
Бетон с полистирольной крошкой	500	0.125
Бетон с полистирольной крошкой	400	0.105
Кирпич керамический	1600	0.47
Кирпич керамический	1400	0.41
Кирпич керамический	1200	0.35
Раствор кладочный цементно-песчаный	1800	0.58
Раствор кладочный известково-песчаный	1600	0.47

Сопоставив данные двух таблиц, несложно будет определиться с оптимальным составом кладочного раствора.

в. Изготовление «теплых штукатурок»

Очень эффективным методом существенного повышения теплоизоляционных качеств стен является применение так называемых «теплых штукатурок», изготовленных на базе вермикулита.

Такие покрытия стен имеют массу преимуществ. Прежде всего, удельный вес самого штукатурного слоя – в несколько раз ниже, чем у традиционных составов. Показатели термического сопротивления – наоборот, значительно превосходят. Так, для сравнения, слой всего в 25 мм будет аналогичен по теплотехническим характеристикам 100 – 150 мм обычной цементно-песчаной штукатурки.

Применение «теплых штукатурок» позволяет уменьшить толщину возводимой кирпичной стены примерно на четверть, без каких бы то ни было потерь термоизоляционных качеств.

Помимо этого, сразу существенно возрастают звукоизоляционные качества стеновой конструкции. У обычных штукатурок коэффициент звукопоглощения находится в диапазоне от 0,015 до 0,02, то есть они практически не противостоят распространению шумов. У «теплых» этот показатель несравнимо выше – от 0,2 до 0,65.

Для оштукатуривания стен могут применяться те же составы, которые были рассмотрены в первой таблице. Однако, существуют и более легкие растворы, в которых вообще не используется песка. Компонентами являются только цемент М400 и вермикулит с фракцией от 0,5 до 2 мм.

Параметры штукатурного раствора	Раствор № 1	Раствор № 2
Пропорции раствора:
- цемент, кг	760	600
- вермикулит, л.	1050	1300
- вода, л.	530	455
Плотность в сухом состоянии, кг/м?	1100	880
Предел прочности на сжатие, кг/см?	50	35
Коэффициент теплопроводности, Вт/мx°С
- в сухом состоянии	0.22	0.165
- при влажности 5%	0.27	0.22

Все эти штукатурки вполне применимы для наружных работ по практически любой стеновой поверхности – показатели адгезии у них очень хорошие. Морозоустойчивость таких покрытий оценивается примерно в 25 циклов.

Если планируется отделка стен или даже потолков «теплыми штукатурками» изнутри помещений, то можно воспользоваться и измененными растворами. В таких условиях эксплуатации показатели высокой прочности уже не так важны, и прямого воздействия воды на оштукатуренные стены не предполагается. Но зато на первые позиции наверняка выйдет ровность покрытия, для чего в состав штукатурки целесообразно ввести пластифицирующие компоненты. Чтобы не нарушать природной минеральной структуры смеси, в качестве добавок, повышающих пластичность и улучшающих затираемость отделываемой поверхности, можно использовать известь или очищенную тонкодисперсную глину. «Рецепты» таких штукатурок приведены в таблице ниже («Ц» — цемент, «И» — известь, «Г» — глина, «В» — вермикулит):

Соотношение компонентов в растворе				Примерный расход на 1м? готового раствора		Плотность раствора, кг/м?	Предел прочности на сжатие, кг/см?
Ц	И	Г	В	Вода, л.	Цемент. кг
1	2	-	6	400	185	586	8.1
1	3	-	8	400	125	581	6.7
1	-	2	6	400	185	650	10.3
1	-	3	8	400	135	624	8.1

И внешние, и внутренние штукатурки с вермикулитом обладают высокой паропроницаемостью, что способствует нормальной саморегуляции температурно-влажностного режима.

«Теплые штукатурки» при соблюдении определённых правил их приготовления, имеют еще одно замечательное свойство – природный золотистый или серебристый отлив вермикулита создает очень интересный декоративный эффект при отделке фасадов. Особенно он будет заметен в игре солнечных лучей.

Чтобы придать штукатуркам декоративности, используют или цветные цементы, или применяют с белым цементом минеральные пигменты, например, сурик, охру, умбру и другие составы. Количество пигмента выбирают от 5 до 25% от общей массы белого цемента. При минимальном расходе получаются мягкие пастельные расцветки фасадов. При увеличении содержания пигмента до 15 – 25% фасад получит яркую, насыщенную окраску.

Примерные рецептуры самодельных декоративных «теплых штукатурок» приведены в таблице:

Ингредиенты штукатурного раствора	С использованием белого цемента и пигментов	С использованием цветного цемента
Цемент	200 кг	380 кг
Известь	250 кг	-
Вермикулит	1000 л.	1000 л.
Вода	700 л.	400 л.
Пластификатор	-	0,2 кг
Пигментные красители	20 - 50 кг	-

Можно приобрести и готовую сухую строительную смесь – штукатурку с вермикулитом наполнением. Она готовится непосредственно перед применением по инструкции производителя и наносится в соответствии с приложенными к ней технологическими рекомендациями. В качестве примера можно привести два состава – «ТЕПЛОВЕР standard» «VERMIX»:

Наименование параметров	«ТЕПЛОВЕР STANDARD»	«VERMIX»
Иллюстрация
Срок годности растворной смеси	до 4-х часов	До 2-х часов
Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/мx°С	0.08	0,12?0,13
Паропроницаемость, мг/мxчасxПа	0.09	0.21
Предел прочности, МПа
- на отрыв от основания	0,44	0.6
- на сжатие	2,19	2.3
Срок достижения нормативных значений по прочности	28 суток	28 суток
Морозостойкость	F50	для внутренних работ
Марка смеси по подвижностью	ПК8	ПК3
Допустимая толщина штукатурного слоя, мм
- минимальная	10	-
- максимальная	100	50
Заводская расфасовка	Бумажный мешок на 25 л. (9 кг)	Бумажный мешок на 25 или 50 л. (9 или 17 кг)
Расход сухой смеси	1 упаковка на 1 м? при толщине штукатурного слоя 25 мм	9 кг на 1 м? при толщине штукатурного слоя 25 мм

А в качестве наглядного примера – видео-презентация еще одного типа «теплой штукатурки» на основе вермикулита:

Видео: достоинства теплой штукатурки «ThermoVer»

Готовые плиты на основе вермикулита

Еще одна сфера применения вермикулита в строительстве – использование готовых плит, выполненных на его основе.

Помимо всех уже упомянутых достоинств материала, эти плиты обладают еще и чрезвычайно всякой жаростойкостью, что и предопределяет область их использования. Так, они обычно применяются:

• Для надежной огнезащиты стен и перекрытий, деревянных и металлических конструкций здания, инженерных коммуникаций.
• Для термоизоляции внешних поверхностей печей и каминов.
• Для создания пожарозащищанных помещений и путей эвакуации в общественных зданиях, для которых характерно большое скопление людей.
• Для термоизоляции производственных помещений и оборудования
• Могут использоваться в сочетании с другими материалами для отделки стен и потолков – для обеспечения требуемого уровня пожаробезопасности тех или иных помещений.

Форма выпуска подобных плит может быть различной – толщина от 15 до 120 мм, длина и ширина обычно 600 x 600 мм или 1200 x 600 мм. Впрочем, под заказ производители могут предложить и иные размеры.

Основные характеристики вермикулитовых плит приведены в таблице:

Наименование параметров	Показатели
Плотность, кг/м?	600 ? 700
Предел прочности, Мпа, не менее
- на изгиб	1.1
- на сжатие	1.2
Коэффициент звукопоглощения на частоте 1 кГц	0,45 – 0,6
Коэффициент теплопроводности, Вт/мx°С, не более
- при температуре +25 °С	0,11
- при температуре +400 °С	0,16
Степень горючести	НГ
Водопоглощение за первые сутки, %	12.6
Выделение токсичных газов при нагрве	нет
Огнестойкость:
- толщина 15 мм	45 мин.
- толщина 20 мм	?1 час
- толщина 40 мм	?2 часа
- толщина 50 мм	?2,5 часа

Безусловно, применять такие плиты в качестве строительного материала для возведения стен и перегородок – чрезвычайно дорогое «удовольствие», но если необходимо в каком-либо помещении или на какой-нибудь конструкции добиться выраженных противопожарных качеств, то лучше вермикулитовых плит ничего не придумаешь. Применение в подобных целях асбестосодержащих материалов в жилых и общественных помещениях крайне нежелательно, а вот вермикулит из-за своей экологической чистоты никаких ограничений по использованию не имеет.

Видео: наглядная инструкция по монтажу вермикулитовых плит