Теплоизоляционные материалы. 10

 

 

 

 

 

Кафедра строительных материалов

 

 

 

Теплоизоляционные материалы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень – 2010 год

 

Теплоизоляционные  материалы.

Виды и свойства теплоизоляционных материалов.

    Теплоизоляционными называют материалы, применяемые в строительстве

жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов и трубопроводов  с целью

уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Теплоизоляционные  материалы

характеризуются  пористым  строением  и, как следствие  этого, малой

плотностью (не более 600 кг/м3) и  низкой теплопроводностью (не более 0,18

Вт/(м*°С).

    Использование  теплоизоляционных материалов позволяет  уменьшить толщину

и массу стен и других ограждающих конструкций, снизить  расход основных

конструктивных  материалов, уменьшить транспортные расходы  и соответственно

снизить стоимость строительства. Наряду с этим при сокращении потерь тепла

отапливаемыми зданиями уменьшается  расход топлива. Многие теплоизоляционные

 материалы вследствие  высокой пористости обладают  способностью поглощать

звуки, что позволяет употреблять  их также в качестве акустических

материалов для борьбы с шумом.

     Теплоизоляционные  материалы   классифицируют  по:

  -виду  основного сырья;

 -форме и внешнему виду;

 -структуре;

 -плотности;

 -жесткости;

-теплопроводности.

Теплоизоляционные материалы по виду основного сырья подразделяются на

неорганические, изготовляемые на основе различных видов минерального сырья

(горных пород, шлаков, стекла, асбеста);

-органические, сырьем для производства которых служат природные органические материалы (торфяные,древесноволокнистые) и материалы из пластических масс.

     По форме и внешнему виду различают теплоизоляционные материалы:

- штучные:жесткие (плиты, скорлупы, сегменты, кирпичи, цилиндры) и гибкие (маты, шнуры, жгуты);

-рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок, вермикулит).

     По структуре теплоизоляционные материалы классифицируют на:

 -волокнистые ( минераловатные, стекло - волокнистые);

-зернистые (перлитовые, вермикулитовые);

 -ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло).

     По плотности теплоизоляционные материалы делят на марки: 15, 25, 35,

50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600.

     В зависимости от жесткости (относительной деформации) выделяют:

-материалы мягкие (М) - минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и

базальтового волокна;

-полужесткие (П) - плиты из  шпательного стекловолокна на синтетическом связующем и др.;

-жесткие (Ж) -плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем, повышенной жесткости (ПЖ);

-твердые (Т).

     По теплопроводности теплоизоляционные материалы разделяются на классы:

А - низкой теплопроводности до 0,06 Вт/(м-°С);

Б - средней теплопроводности - от 006 до 0,115 Вт/(м-°С);

В - повышенной  теплопроводности -от 0,115 до 0,175 Вт/(м.°С).

     По назначению теплоизоляционные материалы бывают:

 -теплоизоляционно-строительные (для утепления строительных конструкций);

-теплоизоляционно-монтажные (для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов).

     Теплоизоляционные  материалы должны быть  биостойкими  т. е. не

подвергаться загниванию и порче насекомыми  и грызунами, сухими, с малой

гигроскопичностью так как при увлажнении их теплопроводность значительно

повышается, химически стойкими, а также обладать тепло-  и огнестойкостью.

 

Органические  теплоизоляционные материалы.

     Органические теплоизоляционные материалы в зависимости от природы

исходного сырья  можно условно разделить на два  вида:

 -материалы на основе природного органического сырья (древесина, отходы деревообработки, торф, однолетние растения, шерсть животных и т. д.),

 -материалы на основе синтетических смол, так называемые теплоизоляционные пластмассы.

     Теплоизоляционные  материалы из органического сырья  могут быть жесткими

и гибкими. К жестким относят древесносткужечные, древесноволокнистые,

фибролитовые, арболитовые, камышитовые и торфяные, к гибким - строительный

войлок и гофрированный  картон. Эти теплоизоляционные материалы  отличаются

низкой  водо - и  биостойкостью.

     Древесноволокнистые  теплоизоляционные плиты получают  из отходов

древесины, а также из различных сельскохозяйственных отходов (солома,

камыш, костра, стебли кукурузы и др.). Процесс изготовления плит состоит из

следующих основных операций: дробление и размол древесного сырья, пропитка

волокнистой массы  связующим, формование, сушка и обрезка плит.

     Древесноволокнистые  плиты выпускают   длиной 1200-2700, шириной 1200-

1700 и толщиной 8-25 мм. По плотности их делят на изоляционные (150-250

кг/м3) и изоляционно-отделочные (250-350 кг/м3). Теплопроводность

изоляционных плит 0,047-0,07, а изоля-ционно-отделочных-0,07-0,08 Вт/(м-

°С). Предел  прочности  плит   при изгибе  составляет  0,4-2  МПа.

Древесноволокнистые плиты  обладают высокими звукоизоляционными свойствами.

     Изоляционные  и  изоляционно - отделочные плиты применяют для тепло- и

звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий зданий,

акустической изоляции концертных залов и театров (подвесные потолки  и

облицовка стен).

    Арболит изготовляют из смеси цемента, органических  заполнителей,

химических добавок и  воды. В  качестве органических  заполнителей

используют  дробленые  отходы  древесных  пород, сечку  камыша, костру

конопли или льна и т. п. Технология изготовления  изделий  из  арболита

проста и включает операции  по подготовке органических  заполнителей,

например дробление отходов древесных пород, смешивание заполнителя с

цементным раствором, укладку  полученной  смеси  в формы  и ее уплотнение,

отвердение  отформованных  изделий.

Теплоизоляционные материалы из пластмасс.

В последние годы создана довольно большая группа новых   теплоизоляционных материалов из пластмасс. Сырьём для их изготовления служат  термопластичные (полистирольные; поливинилхлоридные, полиуретановые) и термореактивные   (мочевино - формальдегидные)   смолы, газообразующие и вспенивающие вещества, наполнители, пластификаторы, красители и др. В строительстве наибольшее распространение в качестве тепло- и звукоизоляционных   материалов получили пластмассы пористо-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек или полостей, заполненных газами или воздухом, вызвано химическими, физическими или механическими процессами или их сочетанием.

    В  зависимости  от структуры теплоизоляционные пластмассы могут быть

разделены на две группы:

-пенопласты;

-поропласты.

Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотностью и наличием  несообщающихся между собой полостей или ячеек, заполненных  газами или воздухом.

Поропласты-пористые  пластмассы, структура которых характеризуется сообщающимися между собой полостями. Наибольший интерес для  современного  индустриального строительства  представляют  пенополистпрол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан  и мипора .

Пенополистирол - материал в виде белой твердой пены с равномерной  замкнутопористой  структурой . Пенополистирол выпускают марки ПСБС в виде плит размером 1000х500х100 мм и плотностью 25-40 кг/м3. Этот материал имеет теплопроводность 0,05 Вт/(м-°С), максимальная температура его применения 70 °С. Плиты из пенополистирола  применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий, изоляции промышленных холодильников, а также  в  качестве  звукоизолирующих  прокладок.

Сотопласты - теплоизоляционные материалы с ячейками, напоминающими форму

пчелиных сот. Стенки  ячеек  могут быть выполнены  из  различных листовых

материалов ( крафт - бумаги, хлопчатобумажной ткани, стекло - ткани и

др.), пропитанных  синтетическими полимерами. Сотопласты изготовляют в виде

плит длиной 1-1,5м,  шириной  550 - 650 и толщиной 300 - 350 мм. Их

плотность 30-100 кг/м3, теплопроводность 0,046-0,058 Вт/(м-°С). прочность при сжатии 0,3-4 МПа. Применяют сотопласты  как заполнитель трехслойных панелей.

Теплоизоляционные свойства  сотопастов повышаются в результата заполнения

сот крошкой мипоры.

Неорганические  теплоизоляционные материалы .

    К  неорганическим  теплоизоляционным материалам относят  минеральную

вату, стеклянное волокно, пенс стекло, вспученные перлит и вермикулит,

асбестосодержащие теплоизоляционные  изделия, ячеистые бетоны , и др.

    Минеральная вата и изделия из нее. Минеральная вата  волокнистый

теплоизоляционный материал, получаемый из силикатных  расплавов. Сырьем для

ее производства  служат  горные  породы (известняки, мергели, диориты и

др.), отходы металлургической промышленности (доменные и топливные  шлаки) и

промышленности  строительных  материалов (бой глиняного и силикатного

кирпича). Производство минеральной ваты состоит из двух основных технологических процессов: получение силикатного расплава и превращение этого расплава в тончайшие волокна. Силикатный расплав образуется  в  вагранках  шахтных плавильных печах, в которые загружают минеральное сырье и топливо (кокс). Расплав  с  температурой 1300-1400°С непрерывно выпускают из нижней части печи. Существует  два  способа  превращения  расплава  в минеральное

волокно: дутьевой и центробежный. Сущность дутьевого способа заключается в

том, что на струю жидкого  расплава, вытекающего из летки  вагранки,

воздействует  струя водяного пара или  сжатого  газа . Центробежный способ

основан на использовании центробежной силы для превращения струи расплава в

тончайшие минеральные волокна  толщиной 2-7 мкм и длиной 2-40 мм. Полученные

волокна осаждаются в камере  волокна осаждения на движущуюся  ленту

транспортера. Минеральная  вата  это  рыхлый материал, состоящий  из

тончайших переплетенных  минеральных волокон  и небольшого количества

стекловидных включений  ( шариков, цилиндриков  и др.), так называемых

корольков. Чем меньше  в  вате  корольков, тем  выше   ее  качество.

     В  зависимости   от  плотности   минеральная   вата  подразделяется на

марки 75, 100, 125 и 150. Она  огнестойка, не гниет, малогигроскопична и

имеет низкую  теплопроводность  0,04 - 0,05 Вт (м.°С).

     Минеральная   вата  хрупка, и при ее  укладке   образуется  много

пыли, поэтому вату  гранулируют  т.е. о превращают в рыхлые комочки -

гранулы. Их используют в  качестве  теплоизоляционной  засыпки  пустотелых

стен  и  перекрытий. Сама минеральная  вата  является  как  бы

полуфабрикатом,  из которого  выполняют разнообразные теплоизоляционные

минераловатные  изделия: войлок, маты, полужесткие и жесткие плиты,

скорлупы, сегменты и др.

    Стеклянная вата  и  изделия из нее. Стеклянная  вата  материал,

состоящий из  беспорядочно  расположенных стеклянных  волокон, полученных

из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служит сырьевая

шахта  для  варки  стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат

натрия) или  стекольный  бой. Производство  стеклянной  ваты  и изделий из

нее состоит из следующих  технологических процессов :  варка стекломассы в

 ванных печах  при  1300-1400 °С,  изготовление  стекловолокна и формование

изделий. Стекловолокно из расплавленной  массы  получают способами вытягивания или дутьевым. Стекловолокно вытягивают штабиковым (подогревом стеклянных палочек до расплавления с последующим их вытягиванием в стекловолокно, наматываемое на вращающиеся  барабаны) и фильерным (вытягиванием волокон из расплавленной стекломассы через небольшие отверстия-фильтры  с последующей намоткой волокон на вращающиеся барабаны) способами. При дутьевом способе расплавленная стекломасса распыляется под действием струи сжатого воздуха или пара.       В зависимости от  назначения  вырабатывают  текстильное и теплоизоляционное (штапельное) стекловолокно. Средний диаметр текстильного волокна 3-7 мкм, а теплоизоляционного 10-30 мкм.

      Стеклянное  волокно значительно большей  длины, чем волокна минеральной ваты и  отличается  большими  химической  стойкостью  и прочностью. Плотность стеклянной  ваты 75-125 кг/м3, теплопроводность  0,04-0,052 Вт/(м/°С), предельная температура  применения  стеклянной  ваты 450 °С. Из стекловолокна  выполняют маты, плиты, полосы и другие изделия, в том числе тканые.

     Пеностекло - теплоизоляционный материал ячеистой структуры. Сырьем для

производства изделий  из пеностекла (плит, блоков) служит смесь тонкоизмельченного  стеклянного боя с газообразоватслем (молотым известняком). Сырьевую смесь засыпают в формы и нагревают в печах до 900 "С, при этом происходит плавление частиц и разложение газообразователя. Выделяющиеся газы вспучивают стекломассу, которая при охлаждении превращается в прочный материал ячеистой структуры. Пеностекло обладает  рядом  ценных  свойств,  выгодно  отличающих его  от  многих  других  теплоизоляционных  материалов: пористость

пеностекла 80-95 %, размер пор 0,1-3 мм, плотность  200-600 кг/м3, теплопроводность 0,09-0,14 Вт/(м, /(м* °С),  предел прочности при сжатии пеностекла 2-6 МПа. Кроме того, пеностекло  характеризуется водостойкостью, морозостойкостью, несгораемостью, хорошим  звукопоглощением, его легко обрабатывать режущим инструментом.

     Пеностекло  в виде плит длиной 500, шириной  400 и толщиной 70-140 мм

используют в строительстве  для  утепления стен, перекрытий, кровель и

других частей  зданий, а в виде полуцилиндров, скорлуп  и сегментов - для

изоляции тепловых агрегатов  и теплосетей,  где  температура  не превышает

300 °С. Кроме того, пеностекло служит  звукопоглощающим и одновременно

отделочным  ма-териалом  для аудиторий,  кинотеатров и концертных  залов.

    Асбестосодержащие материалы и изделия. К материалам и изделиям из

асбестового волокна без  добавок или с добавкой связующих  веществ относят

асбестовые  бумагу,  шнур, ткань, плиты и др. Асбест может  быть также

частью композиций, из которых  изготовляют разнообразные теплоизоляционные

материалы ( совелит  и др). В рассматриваемых материалах и изделиях

использованы  ценные  свойства асбеста: температуростойкость,  высокая

прочность, волокнистость  и др.

    Алюминиевая фольга (альфоль)-новый теплоизоляционный материал,

представляющий собой ленту гофрированной бумаги с наклеенной на гребне

гофров алюминиевой фольгой. Данный вид теплоизоляционного материала  в

отличие от любого пористого  материала сочетает низкую теплопроводность

воздуха, заключенного между  листами алюминиевой фольги, с высокой отража-

тельной способностью самой  поверхности алюминиевой фольги. Алюминиевую

фольгу для целей теплоизоляции  выпускают в рулонах шириной  до 100, толщиной

0,005- 0,03 мм.

Практика использования  алюминиевой фольги в теплоизоляции  показала, что

оптимальная толщина воздушной  прослойки между слоями фольги должна быть 8-

10 мм, а количество слоев  должно быть не менее трех. Плотность такой

слоевой конструкции из алюминиевой (фольги  6-9 кг/м3,    теплопроводность

- 0,03 - 0,08 Вт/(м* С ).

Алюминиевую фольгу употребляют  в качестве отражательной изоляции в

теплоизоляционных слоистых  конструкциях  зданий  и сооружений, а также для

теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов  при

температуре 300 °С.