Пути повышения эксплуатационных свойств теплоизоляционных материалов
Определяющими функциональными свойствами теплоизоляционных материалов являются плотность, пористость и связанные с ними теплопроводность и прочность. Не менее значимы и такие характеристики материалов как гидрофобность, воздухо- и паропроницаемость, а также их горючесть или огнестойкость. Анализ технико-эксплуатационных свойств теплоизоляционных материалов свидетельствует, что практически все свойства зависят от показателя пористости, а именно объема и вида пор, их размера и структуры.
Идеальными по теплотехническим показателям являются материалы с ячеистой (в основном замкнутой) пористостью. Однако, минеральная ячеистая теплоизоляция (пеностекло, пеностеклокристаллит, теплоизоляционные ячеистые бетоны) применяются ограниченно, а пенопласты обладают существенным недостатком всех органических материалов – горючестью. В связи с возрождением и активным развитием производства автоклавных (силикатных) ячеистых бетонов, являющимися универсальными по назначению материалами, представляется возможным применение их в качестве теплоизоляции будущего.
Эффективность применения теплоизоляционных материалов значительно повышается при использовании их в составе различных строительных систем. В современном строительстве наибольшее распространение получили системы теплоизоляции по наружному утеплению зданий со штукатурным покрытием, с устройством вентилируемых фасадов и др.; системы утепления плоских и скатных кровель; системы утепления полов и перекрытий; системы утепления периметра здания. В каждом случае выбор теплоизоляционного материала должен соответствовать требованиям, предъявляемым к конструкции и самому материалу в этой конструкции. При этом материал должен обеспечить теплотехническую эффективность при минимальных рисках (пожарных. экологических и др.)
Производство современных теплоизоляционных материалов должно осуществляться по следующим направлениям:
создание искусственных пористых зернистых или порошкообразных материалов и формованием из них высокопористых изделий;
формование изделий из природных пористых материалов путем дополнительной поризации в процессе изготовления;
производство высокопористых изделий из плотных искусственных и природных волокнистых материалов путем поризации;
производство поризованных сыпучих и рыхлых материалов для тепло- изоляционных засыпок;
создание экологически чистых негорючих материалов и изделий на основе новых связующих (акрил на водной основе).
Основные виды теплоизоляционных материалов для изоляции строительных конструкций
Для утепления ограждающих конструкций, кровли, чердачных перекрытий и дополнительной изоляции зданий наиболее широко применяются минераловатные изделия. Около 90% от общего объема применяемых в строительстве теплоизоляционных материалов приходится на два вида изделий: минераловатные (до 70%) и пенопласты (до 20%). Это объясняется простотой технологии, большой сырьевой базой и высокими эксплуатационными свойствами.Преимущество принадлежит неорганическим теплоизоляционным материалам: изделиям из минеральной ваты, пеностеклу, ячеистым бетонам, асбестосодержащим засыпкам и мастичным составам, а также пористым заполнителям (керамзит, перлит, вермикулит и др.)
Минеральная вата представляет собой рыхлый материал, состоящий из тончайших переплетенных волокон, находящихся в стекловидном состоянии, и неволокнистых включений. В качестве сырья используют магматические горные породы (базальт, диабаз, габбро), многокомпонентные смеси осадочных и вулканических пород, промышленные отходы (щебень из доменного шлака) и другие материалы.
Анализ отечественных и зарубежных сырьевых материалов показывает, что наиболее качественную и долговечную минеральную вату можно получить из смеси на основе горных пород габбро-базальтового типа с небольшой добавкой известняков или доломитов. Полученные изделия обладают повышенной химической стойкостью, водо- и температуростойкостью, высокими физико-механическими и теплотехническими показателями.
Производство минеральной ваты включает плавление сырьевой смеси в вагранках и волокнообразование из силикатного расплава одним из трех основных способов: центробежно-дутьевым, центробежно-валковым и фильерно-вертикально-дутьевым. Минеральное волокно в виде ковра собирается в камере волокноосаждения, туда же вводятся обеспыливающие замасливающие добавки в количестве до 1 % (эмульсол, битум, пек, мазут и др.)
Свойства минеральной ваты определяются природой минерального сырья и диаметром волокон. По виду сырья различают шлаковую, каменную и стеклянную вату. В зависимости от диаметра волокон вату подразделяют на три вида: из супертонкого волокна диаметром менее 3 мкм; из тонкого волокна диаметром от 3 до 6 мкм и ваты с диаметром волокна от 6 до 12 мкм. При этом длина волокон в вате составляет от 2 до 60 мм. Насыпная плотность ваты в стандартно уплотненном состоянии – 30-100 кг/м3. Теплопроводность при 25оС составляет 0,04-0,06 Вт/(моК). Товарная вата относится к негорючим материалам (НГ) и применяется для производства теплоизоляционных и звукоизоляционных изделий.
Минераловатные изделия в виде плит широко применяются для утепления ограждающих конструкций зданий (покрытий, стен и т.п.). Плиты на синтетическом связующем относятся к негорючим материалам (НГ). Размеры плит (мм): длина 1000 (1200), ширина 500 (600) и толщина от 50 до 200 с шагом 10. В зависимости от вида и содержания связующего и степени обжатия волокнистого ковра при формовании получают изделия различной жесткости. Средняя плотность плит 45-150 кг/м3 (мягкие, полужесткие и жесткие), 175-300 кг/м3 (повышенной жесткости и твердые). Теплопроводность плит – от 0,038 до 0,065 Вт/(моК), диапазон применяемых температур: от минус 200 до плюс 600оС. Плиты легко режутся и укрепляются на стенах клеящими мастиками и др. способами.
Мягкие минераловатные плиты используются для устройства ненагружаемого теплоизоляционного слоя в каркасных стенах, внутреннего слоя в вентилируемых фасадах при двухслойном утеплении, теплоизоляционного слоя в трехслойных стенах из мелкоштучных элементов.
Жесткие минераловатные плиты имеют повышенную прочность при сжатии (до 0,02-0,1 МПа) и, как следствие, более высокую теплопроводность. Они применяются для устройства среднего теплоизоляционного слоя в трехслойных железобетонных панелях; для вентилируемого фасада при однослойном утеплении, в качестве верхнего слоя при двухслойном утеплении; для сэндвич-панелей.
Пеностекло – материал ячеистой структуры с равномерно-распределенными порами размером 0,1-5 мм. Пеностекло получают из смеси стекольного порошка и газообразователя (антрацит, кокс, карбонатные горные породы и др.). При нагревании до 700-850 оС образуется углекислый газ, вспучивающий размягченное стекло. Ячеистую структуру закрепляют быстрым охлаждением массы. Пеностекло имеет двойную пористость: стенки крупных пор (диаметром 0,5-2 мм) содержат микропоры, причем все поры замкнутые. Такое строение пеностекла обеспечивает его низкое водопоглощение (2-5%) и паропроницаемость.
Пеностекло выпускают в виде блоков размерами (мм): длина 200-600 с интервалом 50, ширина 200-450 с интервалом 50, толщина 40-180. Средняя плотность 100-180 кг/м3 , теплопроводность 0,04-0,08 Вт/(моК), прочность при сжатии 0,4-1,6 МПа, предельная температура применения 450 оС. Пеностекло- негорючий материал (НГ) с высокой влагостойкостью, устойчив к действию микроорганизмов, насекомых и грызунов. Пеностекло легко обрабатывается, хорошо сцепляется с цементными материалами. Недостатком пеностекла является повышенная плотность и теплопроводность, а также высокая стоимость. Применяется для теплоизоляции различных частей зданий и сооружений, в т.ч. повышенной ответственности. Используется также для изоляции холодильных установок и тепловых агрегатов.
Теплоизоляционные бетоны плотностью до 500 кг/м3 различной структуры: на пористых заполнителях (керамзитовом гравии и перлитовом песке), крупнопористые (беспесчаные) и ячеистые могут использоваться для теплозащиты.
Наиболее перспективны ячеистые бетоны, отличающиеся простотой технологии. В сухом состоянии ячеистый бетон с плотностью 300-400 кг/м3 имеет теплопроводность 0,073-0,104 Вт/(моК), однако при влажности 8% теплопроводность увеличивается; предел прочности при сжатии 0,8-1,5 МПа. Применяют ячеистые бетоны в виде плит и камней правильной формы, заменяющих от 8 до16 кирпичей. Изделия (камни, блоки) выпускают размерами (мм): длина от 500 до 1000, ширина 400, 500, 600, толщина от 80 до 240 с шагом 20. Изделия легко обрабатываются, не горючи (НГ), представляют собой экологически чистый и долговечный материал, используются для изоляции строительных конструкций, а также промышленного оборудования при температуре до 400оС.
Вспученный перлит (песок и щебень) получают обжигом при 1200 оС вулканических пород: перлита и обсидиана, которые содержат до 7% химически связанной воды. Вспучивание предварительно размягченной породы происходит за счет взрывообразного выделения водяного пара.
Перлитовый песок и щебень имеют насыпную плотность 75-500 кг/м3, теплопроводность 0,047-0,093 Вт/(моК). Перлит – это коррозионно- и биологически стойкий, негорючий материал (НГ). Применяется в качестве теплоизоляционных засыпок при температуре изолируемой поверхности от минус 200 до плюс 875 оС. На основе перлита выпускаются теплоизоляционные и акустические изделия: перлитокерамические, перлитобитумные и др.; в качестве заполнителя перлит используют в теплоизоляционных и жаростойких растворах и бетонах.
Вспученный вермикулит – сыпучий зернистый материал пластинчатого строения, полученный обжигом природного вермикулита (гидрослюды). Нагрев до 900-1000 оС приводит к вспучиванию зерен с 15-20 кратным увеличением объема, при этом вермикулит расщепляется на отдельные пластинки, частично соединенные между собой. Насыпная плотность вермикулита - 100, 150 и 200 кг/м3, теплопроводность составляет 0,065-0,075 Вт/(моК). Вермикулит не горюч (НГ). Его применяют для производства асбестовермикулитовых теплоизоляционных изделий, в составах, предназначенных для защиты от огня деревянных и металлических конструкций, для изготовления огнеупорных и акустических материалов. Температура применения вспученного вермикулита от минус 260 до плюс 1100 оС.
Для тепло- и звукоизоляции стен и перекрытий, устройства подстилающих слоев в конструкциях полов и т.п. в сборно-щитовом и малоэтажном строительстве широко используются древесно-волокнистые плиты (ДВП) -мягкие и полутвердые. ДВП изготавливают из неделовой древесины путем измельчения ее в воде на отдельные волокна. В полученную массу вводят гидрофобные и антисептирующие добавки, отливают на частую медную сетку, слегка подпрессовывают и высушивают.
Толщина изоляционных ДВП 8-25 мм, плотность - 150-350 кг/м3, теплопроводность – 0,05-0,09 Вт/(моК); прочность при изгибе – 0,4-2 МПа. ДВП обладают высокой гигроскопичностью и водопоглощением; при изменении влажности существенно деформируются. ДВП с антипиренами относятся к умеренно горючим материалам (Г2), температура их применения не превышает 100 оС. Большие размеры плит (длина до 3м, ширина до 1,6 м) ускоряют проведение строительно-монтажных работ.
Теплоизоляционныйфибролит и арболит – материалы из древесной стружки (фибролит) и опилок и щепы (арболит) на цементном или магнезиальном вяжущем, благодаря чему у них пониженная горючесть и повышенная биостойкость по сравнению с ДВП. Теплоизоляционный фибролит выпускается в виде плит размером (мм) до 2400х600 и толщиной до 100; по структуре напоминает грубый войлок. Плиты формуют при давлении 0,5 МПа с последующим твердением и сушкой до влажности не более 20%. Плотность теплоизоляционного фибролита – 300-350 кг/м3; теплопроводность - 0,09-0,1 Вт/(моК); предел прочности при изгибе - 0,4-0,5 МПа. Фибролит – слабогорючий материал (Г1) с температурой применения до 100 оС. Фибролитовые плиты применяют для заполнения стен, перегородок, утепления перекрытий, но с обязательной защитой поверхности от продувания оштукатуриванием. При возведении бетонных стен фибролитовые плиты можно использовать в качестве несъемной опалубки: фибролит при этом остается в стене в качестве теплоизоляционного элемента.
Теплоизоляционный арболит в виде блоков и панелей, а также в монолитном варианте применяют для стен, перегородок, теплоизоляционных покрытий жилых и общественных зданий с нормальным режимом эксплуатации. Плотность арболита 400 кг/м3 , теплопроводность – 0,08 Вт/(моК), прочность при сжатии – 0,5-6 МПа.
Ячеистые пластмассы – высокопористые материалы (пористость достигает 90-98%) с преимущественно замкнутыми порами. Ячеистая структура создается в результате поризации полимерных композиций газообразующими добавками, которые представляют собой легкокипящие жидкости, и последующего отверждения. Наиболее широко в строительстве применяют теплоизоляционные изделия на основе полистирола, полиуретана, полиэтилена, феноло-формальдегидных и мочевино-формальдегидных полимеров. Газонаполненные пластмассы характеризуются высокой теплоизолирующей способностью и низкой плотностью при достаточной прочности. Однако, недостатком пластмасс является малая теплостойкость, горючесть и выделение при горении токсичных веществ.
Пенополистирол – наиболее известный вид строительных пенопластов. Из него получают крупноразмерные плиты. Размеры плит (мм): длина 900-5000 с интервалом 50, ширина 500-1300 с интервалом 50, толщина 20-500 с интервалом 10. Марки по плотности: 15, 25, 35, 50. Теплопроводность в сухом состоянии 0,037-0,043 Вт/(моК). Беспрессовый пенополистирол (ПСБ) состоит из не полностью склеившихся друг с другом вспененных гранул и отличается гигроскопичностью, высоким водопоглощением (до20%) и, как следствие, повышенной влажностью, что увеличивает теплопроводность до 0,06 Вт/(моК) и снижает его долговечность при эксплуатации.
ПСБ в виде листов и плит применяют для тепловой изоляции стен, когда необходима паропроницаемость всей конструкции. Пенополистирол с добавкой антипирена относится к нормальногорючим (Г3) материалам с временем самостоятельного горения не более 4 с.
Пенополистирольные плиты используют в качестве среднего слоя ограждающих конструкций, для дополнительного утепления наружных стен, теплоизоляции горизонтальных и наклонных крыш, подложки под сайдинг и напольные покрытия. Предельная температура применения 80 оС.
Пенополистирол экструзионный (ЭППС) в виде плит получают переработкой вспенивающейся полистирольной массы в экструдере, на выходе из которого при тепловом воздействии поверхностный слой изделия оплавляется. Материал имеет замкнутую микроячеистую структуру с порами размером 0,1-0,2 мм; характеризуется малой гигроскопичностью, паропроницаемостью и водопоглощением (менее 0,3%).
Размеры плит (мм): длина 1250, 2500, 4000, ширина 600, толщина от 20 до 120. Для упрощения укладки плит и предотвращения образования мостиков холода выпускают плиты с кромками в виде гребня и паза и ступенчатого фальца. Средняя плотность ЭППС 25-45 кг/м3 , теплопроводность 0,028-0,046 Вт/(моК), прочность при сжатии в 2 раза выше чем у ПСБ и достигает 0,2-0,5 МПа, группа горючести (Г3, Г4).
Плиты из ЭППС применяются для утепления различных частей зданий и сооружений, в системах СФТК, эксплуатируемых инверсионных кровлях, для внешнего утепления фундаментов и подвалов, теплоизоляции малозаглубленных фундаментов.
Пенополиуретан получают из многокомпонентной смеси полиэфира, диизоцианата, воды, катализаторов и эмульгаторов. Изготавливают жесткий и эластичный полиуретан. Плотность 30-160 кг/м3, прочность при сжатии 0,05-0,3 МПа, теплопроводность 0,028-0,046 Вт/(моК). Может быть использован при температуре от минус 50 до плюс 110 оС. Обладает нулевой капиллярностью и низким водопоглощением (0,2%). Группа горючести Г3. Недостатком являются высокая стоимость, токсичность и горючесть.
Жесткий пенополиуретан применяют в виде фасонных изделий: плит и скорлуп. Эластичный пенополиуретан служит для герметизации стыков панелей. В виде напыляемой теплоизоляции пенополиуретан используют для утепления стен, чердаков, крыш, полов, фундаментов, подвалов, мансард, теплоизоляции промышленного оборудования.
Целлюлозная вата (эковата) – волокнистый материал, изготовленный из макулатуры (80% массы составляет газетная бумага). Эковата – гигроскопичный материал с малой воздухопроницаемостью. Свойства в стандартно-уплотненном состоянии: плотность 35-70 кг/м3 , теплопроводность 0,042-0,05 Вт/(моК). Антисептики и антипирены, содержащие соединения бора, предохраняют эковату от гниения, поражения насекомыми и грызунами, возгорания (группа горючести Г2). Материал является экологически чистым. Предельная температура применения 100 оС.
Эковата в сухом состоянии может использоваться для утепления перекрытий и каркасных стен. Более эффективным способом является напыление эковаты компрессором совместно с клеевым составом на вертикальные, наклонные и горизонтальные потолочные поверхности. При таком способе получают сплошной (без швов и стыков) теплоизоляционный слой, плотно прилегающий к изолируемой поверхности.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1945; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!