Теплоизоляционные материалы. 5

Содержание:

1.  Введение

2.  Общие принципы устройства теплоизоляции

3.  Классификация теплоизоляционных материалов

4.  Основные технические характеристики

5.  Органические материалы

5.1.  Общие сведения.

5.2.  Древесноволокнистые плиты

5.3.  Древесностружечные плиты

5.4.  Арболит

5.5.  Фибролит

5.6.  Торфоизоляционные изделия

5.7.  Эковата

5.8.  Войлок строительный

5.9.  Камышит

5.10.  Пробковые плиты

5.11.  Теплоизоляционный материал РАЙВ

5.12.  Отражательные теплоизоляционные материалы

6.  Неорганические теплоизоляционные материалы

6.1.  Минеральная вата

6.2.  Стеклянная вата

6.3.  Пеностекло

6.4.  Асбест и изделия на его основе

6.4.1.  Хризотил-асбест

6.4.2.  Асбестовая бумага

6.4.3.  Асбесто-магнезиальный порошок

6.4.4.  Асбестовый шнур

6.4.5.  Асбестовый картон

6.5.  Вспученные минеральные теплоизоляционные материалы

6.5.1.  Вермикулит

6.5.2.  Шунгизит

6.5.3.  Газобетон и газосиликат

6.5.4.  Вспученный перлит

6.5.5.  Пеностекло

6.6.  Вспененные минеральные теплоизоляционные материалы

6.6.1.  Шамот

6.6.2.  Диатомитовый ультралегковес

6.6.3.  Пенодиатомитовый ультралегковес

7.  Общие рекомендации

8.  Заключение

9. Список используемой литературы

 

Введение

Целью работы является ознакомление со свойствами теплоизоляционных материалов, их использованием и предназначением.

Теплоизоляционные материалы (ТИМ) предназначены для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений.

Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность. Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет снизить массу конструкций, уменьшить потребление конструкционных строительных материалов (бетон, кирпич, древесина и др.).

Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания.

Общие принципы устройства теплоизоляции

1. Теплоизоляция строительных  конструкций должна быть запроектирована  так, чтобы выполнять возложенные  на нее функции в течение  всего жизненного цикла конструкции.

2. В проекте должны  быть описаны способы укладки  и защиты теплоизоляционных материалов  для обеспечения заданной теплопроводности. Изоляционный материал должен  заполнять весь предусмотренный  проектом объем и выдерживать  нагрузки, возникающие как при  укладке, так и в процессе эксплуатации. При необходимости проект должен  содержать описание способов  заполнения стыковочных швов.

3. Слой теплоизоляционного  материала с подветренной стороны  здания необходимо защищать от  ветра. Ветрозащитный слой должен  покрывать весь изоляционный  материал и быть настолько  плотным, чтобы препятствовать проникновению  в строительные конструкции или сквозь них воздушных потоков, существенно снижающих изоляционные свойства материала.

4. Если в многослойной  ограждающей конструкции паропроницаемость слоёв уменьшается по мере движения от тёплой стороны к холодной, существует опасность накопления внутри конструкции конденсирующейся влаги. Для минимизации этого эффекта на теплой стороне ограждения устраивают специальный пароизоляцонный барьер, паропроницаемость которого не менее чем в несколько раз выше, чем у наружных слоёв. Швы и соединения пароизоляционного барьера должны быть загерметизированы.

5. Ограждающая конструкция  должна быть спроектирована так, чтобы создать как можно более  благоприятные условия для свободного  выхода за её пределы паров  неизбежно проникающей в неё  влаги. При необходимости защиты  теплоизоляционных материалов от  ветра или атмосферной влаги  целесообразно использовать специальные "дышащие" мембраны, прозрачные  для выхода водяных паров.

6. Исследования  показали, что многие негативные  явления, возникающие в многослойных  ограждающих конструкциях (плесень, гниль, формальдегид, радон и др.), как правило, связаны с сыростью. Залог надёжной работы ограждающей  конструкции - учёт на стадии проектировании  всего комплекса вопросов тепломассопереноса.

Классификация теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы в зависимости от назначения подразделяют на изоляционно-строительные, которые применяют для утепления строительных ограждений, и изоляционно-монтажные - для утепления трубопроводов и промышленного оборудования. Деление это условно, так как некоторые материалы используют как для изоляции строительных конструкций, так и для изоляции промышленных объектов.

Теплоизоляционные материалы классифицируют по следующим признакам:

форме и внешнему виду:

·  штучные (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты);

·  рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты);

·  рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок и др.);

структуре:

·  волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.);

·  зернистые (перлитовые, вермикулитовые);

·  ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пенстекло, пенопласты, совелитовые и др.);

виду исходного сырья:

неорганические и органические;

средней плотности:

на группы и марки, указанные в табл. 1; материалы, которые имеют промежуточные значения плотности, не совпадающие с указанными выше, относятся к ближайшей большей марке;

жесткости:

·  мягкие (М) - сжимаемость по объему выше 30% при удельной нагрузке 0,002 МПа (минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна, вата из супертонкого стекловолокна, маты и плиты из штапельного стекловолокна);

·  полужесткие (П) - сжимаемость от 6 до 30% при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты минераловатные и из штапельного стекловолокна на синтетическом связующем);

·  жесткие (Ж) - сжимаемость до 6% при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты из минеральной ваты на синтетическом или битумном связующем);

·  повышенной жесткости (ПЖ) — сжимаемость до 10% при удельной нагрузке 0,04 МПа (плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем);

·  твердые (Т) - сжимаемость до 10% при удельной нагрузке 0,1 МПа;

теплопроводности:

·  класс А — низкой теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К (25 °С) до 0,06 Вт/(м·К);

·  класс Б — средней теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К от 0,06 до 0,115 Вт/(м·К);

·  класс В — повышенной теплопроводности — теплопроводность от 0,115 до 0,175 Вт/(м·К);

возгораемости:

несгораемые, трудносгораемые, сгораемые, трудновоспламеняющиеся (материалы из пластмасс).

 

Основные технические характеристики

Свойства теплоизоляционных материалов применительно к строительству характеризуются следующими основными параметрами.

Важнейшей технической характеристикой ТИМ является теплопроводность - способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции. Количественно определяется коэффициентом теплопроводности λ, выражающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур на противолежащих поверхностях 1°С за 1 ч. Коэффициент теплопроводности в справочной и нормативной документации имеет размерность Вт/(м·°С).

 

Плотность

- отношение массы сухого  материала к его объему, определенному  при заданной нагрузке (кг/м3).

Прочность на сжатие

- это величина нагрузки (КПа), вызывающей изменение толщины  изделия на 10%.

Сжимаемость

- способность материала  изменять толщину под действием  заданного давления. Сжимаемость  характеризуется относительной  деформацией материала под действием  нагрузки 2 КПа.

Водопоглощение

- способность материала  впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном  контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала.

Сорбционная влажность

- равновесная гигроскопическая  влажность материала при определенных  условиях в течение заданного  времени. С повышением влажности  теплоизоляционных материалов повышается  их теплопроводность.

Морозостойкость

- способность материала  в насыщенном влагой состоянии  выдерживать многократное попеременное  замораживание и оттаивание без  признаков разрушения. От этого  показателя существенно зависит  долговечность всей конструкции, однако, данные по морозостойкости  не приводятся в ГОСТ или  ТУ.

Паропроницаемость

- способность материала  обеспечивать диффузионный перенос  водяного пара.

Во избежание накопления влаги в многослойной ограждающей конструкции и связанного с этим падения термического сопротивления паропроницаемость слоёв должна расти в направлении от тёплой стороны ограждения к холодной.

Воздухопроницаемость

Теплоизолирующие свойства тем выше, чем ниже воздухопроницаемость ТИМ. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты.

Огнестойкость

- способность материала  выдерживать воздействие высоких  температур без воспламенения, нарушения  структуры, прочности и других  его свойств.

По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала.  

Химическая стойкость

Минеральные теплоизоляционные материалы обладают хорошей стойкостью к действию органических веществ, таких как масла и растворители.

Слабые кислые или щелочные вещества также не вызывают проблем. В условиях нормальной влажности они не способствуют появлению коррозии, хотя и не могут предотвратить ее.

 

Органические материалы

Общие сведения.

Большинство органических теплоизоляционных материалов изготавливают в виде плит, обычно крупноразмерных, что упрощает и ускоряет производство работ и способствует удешевлению строительства.

Основным сырьем для их изготовления служит древесина в виде отходов (опилки, стружка, горбыль, рейка) и другое растительное сырье волокнистого строения (камыш, солома, малоразложившийся верховой торф, костра льна и конопли).

ДВП изготавливают из неделовой древесины, отходов лесопильной и деревообрабатывающей промышленности, бумажной макулатуры, стеблей соломы, кукурузы, хлопчатника и некоторых других растений.

С целью увеличения прочности, долговечности и огнестойкости древесноволокнистых изделий применяют специальные добавки: водные эмульсии синтетических смол, эмульсии из парафина, канифоли, битума, антисептики и антипирены, а также асбест, глинозем и гипс.

Древесностружечные плиты

Эти материалы представляют собой изделия, получаемые прессованием древесной стружки с добавкой синтетических смол. Как и древесноволокнистые плиты, они обладают различной плотностью. Для тепловой изоляции используют так называемые легкие плиты, в то время как для конструктивно-отделочных целей - полутяжелые и тяжелые.

Арболит

Этот теплоизоляционный материал представляет собой разновидность легкого бетона, изготавливаемого из рационально подобранной смеси цемента, органических заполнителей, химических добавок и воды (ГОСТ ). Органические заполнители могут быть различного происхождения и с различной формой частиц (дробленые отходы древесных пород, сечка камыша, костра конопли или льна, подсолнечная лузга). В качестве вяжущего чаще применяют портландцемент, реже - другие неорганические вяжущие вещества. Технология изготовления изделий из арболита во многом схожа с таковой при производстве изделий из обычных бетонов.

Фибролит

Этот плитный материал обычно изготавливается из специальных древесных стружек (древесной шерсти) и неорганического вяжущего вещества (ГОСТ ). Древесную шерсть получают на специальных станках в виде тонких и узких лент. В качестве вяжущего используют портландцемент, реже - магнезиальное вяжущее.

Торфоизоляционные изделия

Этот теплоизоляционный материал получают из торфа путем его формовки и тепловой обработки.

Сырьем для производства торфяных изделий служит слаборазложившийся мох - сфагнум («белый мох») из верхних слоев торфяников, сохранивший волокнистое строение и не использующийся в качестве топлива и сельскохозяйственного удобрения. Около 50% мировых запасов торфа находятся в России. Изготавливать торфоизоляционные изделия можно двумя способами - мокрым и сухим.

Эковата - древесный материал, изготавливается из макулатуры. 80% эковаты состоит из газетной бумаги, а 20% приходится на нелетучие, безопасные для здоровья добавки, служащие антисептиками и антипиренами.

Эковата позволяет зданию «дышать». Она не содержит летучих, опасных для здоровья человека химикатов. Входящие в состав эковаты бор и борная кислота благодаря своим антисептическим свойствам защищают эковату и соприкасающиеся с ней деревянные конструкции от гниения и грибковых болезней. Соединения бора, имеющие инсектицидные свойства, не позволяют заводиться в теплоизоляционных материалах насекомым и грызунам.

Камышит

Это теплоизоляционный материал в виде плит, спрессованных из стеблей обыкновенного камыша. В зависимости от расположения стеблей плиты бывают поперечными и продольными. Камышитовые плиты изготавливают из тростника или камыша осенне-зимней рубки. Для производства камышита задействуют передвижные установки, оборудованные прессами высокой производительности, на которых осуществляется прессование, а также прошивка проволокой и торцовка плит.

Пробковые теплоизоляционные плиты производят на основе коры пробкового дуба. Это натуральный природный нестареющий материал. Ячейка, из которой состоит пробка (их приблизительно 40 млн. в 1 см3), состоит из минимального количества твердого вещества и максимального количества воздуха. Еще одна особенность пробки - состав стенок ячейки. Каждая стенка состоит из 5 слоев: 2 слоя клетчатки, к которым прилегает воздух, находящийся в ячейке, 2 плотных и жирных слоя; непроницаемых для воды, и заключительный деревянистый слой, который придает ячейке жесткость и формирует конечную структуру.

Теплоизоляционный материал РАЙВ

Материал производится на основе целлюлозных волокон и имеет превосходные теплоизоляционные свойства.

РАЙВ не удерживает сырость и не передает ее в строение. Он не испаряется и не разрушается в помещениях с повышенной влажностью и высокой температурой (бани, сауны). Волокна не выделяют вредных веществ, не запылят воздух, не вызывают аллергических реакций у пользователя. Утеплитель РАЙВ - легкий, он легко укладывается и крепится в пазы и проемы при сборке строения.

Отражательные теплоизоляционные материалы

Особым видом тепловой изоляции является отражательная - ее изготавливают с применением фольги: из алюминия, меди, латуни, стали и других металлов. Чаще других используют алюминиевую фольгу, которую еще называют альфолью. Теплозащитные свойства альфоли обусловлены тем, что она имеет коэффициент излучения приблизительно в 10-15 раз меньший, чем у обычных строительных материалов, гладкую полированную поверхность и поэтому хорошо отражает тепловые лучи, снижая потери тепла в окружающую среду.

Сферы применения отражающей теплоизоляции:

·  изоляция в банях и саунах;

·  в системах «теплый пол»;

·  утепление стен, потолков, кровли, чердачных, мансардных и подвальных помещений;

·  за радиаторами отопления;

·  изоляция трубопроводов в системах водоснабжения и отопления.

К ним относятся: Пенофол, Армофол, Теплоизоляция БАТ, Жидкая фольга.

 

Неорганические теплоизоляционные материалы

Минеральная вата

Если взять за 100% все применяемые в строительстве ТИМ, то на долю минеральных материалов с волокнистым покрытием приходится приблизительно 80%.

Минеральная вата представляет собой изоляционный материал, получаемый из расплава горных пород или металлургических шлаков, состоящий из тонких стекловидных волокон и различных неволокнистых включений (капли силикатного расплава). Расплав получают в шахтных плавильных печах - вагранках или ванных печах. Превращение расплава в минеральное волокно происходит дутьевым или центробежным способом. При дутьевом способе выходящий из печи расплав разбивается на мелкие капельки струей пара или воздуха, которые вдуваются в специальную камеру и в полете сильно вытягиваются, превращаясь в тонкие волокна диаметром 2-10 мкм. При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстро вращающийся диск центрифуги и под действием большой окружной скорости сбрасывается с него и вытягивается в волокна.

Стеклянная вата представляет собой минеральное волокно, которое по технологии изготовления и свойствам имеет много общего с минеральной ватой.

Для получения стеклянного волокна используют то же самое сырье, что и для производства обычного стекла, или отходы стекольной промышленности.

Изготавливают стекловату из стеклянного боя или из тех же компонентов, что и оконное стекло (кварцевый песок, известняк или мел, сода или сульфат натрия).

Пеностекло

Этот материал изготавливают путем спекания стеклянного порошка или некоторых пород вулканического происхождения с газообразователями (известняк, антрацит). При температуре 800-900°С стекло начинает спекаться, а выделяющиеся газы при этом образуют большое количество пор. В результате такого строения пеностекло имеет высокие теплоизоляционные свойства.

Асбестом называются минералы группы серпентинов или амфиболов, имеющих волокнистое строение, способные при механическом воздействии разделяться на тончайшие волоконца. По химическому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа, кальция и натрия. Содержание воды в асбесте группы серпентина составляет 13-14,5%, а в группе амфиболов (в зависимости от вида) - 1,5~3%.

Хризотил-асбест

Этот материал обладает высокой прочностью на разрыв по оси волокнистости. Наибольшей прочностью отличаются волокна асбеста, осторожно отделенные от кускового асбеста. В зависимости от эластичности волокна различают три разновидности хризотил-асбеста:

·  нормальный,

·  полуломкий,

·  ломкий.

Асбестовая бумага

Этот материал изготавливается в виде рулонов и листов из асбестового волокна 5-6-го сортов, с небольшим количеством склеивающих веществ (крахмал, казеин).

Толщина бумаги - 0,3-1,5 мм, предельная температура применения - 5000°С, плотность - 450-950 кг/м3.

Выпускают ее гладкой и гофрированной.

Асбесто-магнезиальный порошок

Этот материал получают путем смешивания измельченного асбеста с водной углекислой солью магния.

Отформованные изделия имеют плотность до 350 кг/м3 и предел прочности при изгибе не менее 0,15 МПа.

Применяют этот вид ТИМ для тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре до 350°С.

Порошок используют не только в виде засыпной теплоизоляции, но и для приготовления мастик, плит, сегментов.

Асбестовый шнур

Этот вид изоляционного материала получают из нескольких крученых нитей или ровницы, сложенных вместе в сердечнике и обвитых или оплетенных снаружи асбестовой нитью (пряжей).

Диаметр асбестовых шнуров может быть от 3 до 25 мм.

Шнуры имеют маркировку от 100 до 380.

Асбестовый картон

Этот материал производят из асбеста 4-го и 5-го сортов (65%), каолина (30%) и крахмала (5%). Полученную смесь формуют под давлением 5 МПа на гидравлическом прессе. Полученные листы высушивают, а потом разрезают на стандартные размеры.

Плотность теплоизоляционного материала – кг/м3. Предел прочности при растяжении - не менее 0,6 МПа. Влажность - не более 3% по массе. Теплопроводность - 0,157 Вт/(м·К).

Применяют асбестовый картон для теплоизоляции трубопроводов с температурой эксплуатации до 500°С, для защиты деревянных и легковоспламеняющихся предметов. В виде плит он применяется для теплоизоляции плоских поверхностей, в виде полуцилиндрических покрышек - для изоляции трубопроводов.

Вспученные минеральные теплоизоляционные материалы

Вермикулит

Это материал из группы гидрослюд, образовавшийся из биотита или флогопита под влиянием гидротермальных процессов в коре выветривания. Основным свойством вермикулита, определяющим его промышленную ценность, является способность резко увеличиваться в объеме - вспучиваться при обжиге в интервале температур °С.

Шунгизит

Это новый вид пористого заполнителя, получаемого вспучиванием шунгитовых пород Карелии (район Петрозаводска).

Шунгитовые сланцы - камнеподобная порода плотной структуры. Их переработка для изготовления легкого заполнителя сводится к дроблению, классификации и обжигу во вращающихся печах при температуре °С. В результате этого процесса получают сыпучий материал со средней плотностью 200-450 кг/м3.

Газобетон и газосиликат

Газобетон и газосиликат представляют собой ячеистые теплоизоляционные бетоны, получаемые из специального материала - портландцемента (ГОСТ) (газобетон) или из смеси извести с молотым кварцевым песком (газосиликат).

Водопоглощение теплоизоляционного газобетона - до 20%, а газосиликата - до 25-30%, поэтому изделия из него не применяют при относительной влажности окружающей среды более 60%.

Вспученный перлит

Этот материал представляет собой песок с зернами белого или серого цвета с воздушными замкнутыми порами.

Размер зерен - 0,1-5,0 мм. Плотность перлитного песка – 100-250 кг/м3. Пористость - до 90%. Теплопроводность в сухом состоянии - 0,046-0,071 Вт/(м·К).

Вспученный перлит получают путем измельчения и обжига перлита, обсидиана и других вулканических горных пород стекловидного строения, содержащих небольшое количество гидратной воды (3-5%).

Пеностекло

Пеностекло (ячеистое стекло) представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал. В качестве сырья при получении пеностекла используют: кварцевый песок, известняк, соду или сульфат кальция, трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф.

В качестве газообразователей применяют каменноугольный кокс, антрацит, известняк и мрамор.

Шамот

Шамот - обожженная до спекания огнеупорная глина, подвергнутая затем измельчению (тонкость помола: удельная поверхность - до 8000 см2/г).

Для производства шамотных ультралегковесов используют также огнеупорные глины, ПАВ, перлит, вермикулит и керамзит. В вибромельнице готовится пеномасса, из которой формируется кирпич-сырец. Затем он сушится и обжигается при температуре приблизительно 1320°С. В огнеупорную теплоизоляционную керамику добавляют выгорающие добавки: гранулы вспученного полистирола и опилки.

Диатомитовый ультралегковес

Этот теплоизоляционный материал готовят на основе кремнеземистых органических осадочных пород диатомита и трепела, состоящих в основном из амфорного кремнезема с добавлением органических хорошо выгорающих добавок (например, опилок).

Формуют пластическим способом на ленточных прессах, затем сушат и обжигают.

Пенодиатомитовый ультралегковес

Это самый легкий керамический материал, однако он дороже 2-х предыдущих. Готовят его путем смешивания диатомитового шликера и технической пены.

Заключение

По назначению теплоизоляционные материалы бывают теплоизоляционно-строительные (для утепления строительных конструкций) и 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.

Список используемой литературы:

http://pandia.ru/text/77/314/35925.php

http://www.litsoch.ru/referats/read/299674/

http://www.mathsolution.ru/referat/133634