Строительные материалы и изделия

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Номенклатура теплоизоляционных материалов очень широка. Но около 90 % от общего объема применения в строительстве составляют два вида изделий: из искусственных минеральных волокон (около 70 %) и ячеистых пластмасс — пенопластов (около 20 %). Это объясняется простотой технологии их производства (это касается пенопластов), огромной сырьевой базой (это касается минеральных волокон) и высокими эксплуатационными свойствами.

Неорганические материалы изготовляют на основе минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла, вяжущих веществ, асбеста и т. п.). К этим материалам относятся изделия из минеральной ваты, пеностекло, ячеистые бетоны, асбестосодержащие засыпки и мастич­ные составы, а также пористые заполнители, используемые как тепло­изоляционные засыпки (керамзит, перлит, вермикулит и др.).

Неорганические теплоизоляционные материалы теплостойки, негорю­чи, не подвержены загниванию. Как уже говорилось, наибольшее применение находят изделия на основе минеральной ваты.

Минераловатные изделия получают на основе коротких и очень тонких минеральных волокон (минеральной ваты), скрепляемых в изделия с помощью связующего или другими способами.

Минеральную вату вырабатывают из силикатных расплавов, сырьем для которых служат металлургические шлаки, осадочные (мергели, каолины и др.) и изверженные (базальт и др.) горные породы, отходы стекла и другие силикатные материалы. Название минеральная вата получает по виду сырья: например, шлаковая, базальтовая или стекло­вата. Вид сырья определяет, в частности, температуростойкость ваты (у базальтовой ваты — до 1000° С, а у стекловаты 550...650° С), тонкость и упругость волокна и другие свойства.

Силикатный расплав раздувом или разбрызгиванием центрифугой превращают в тончайшие стекловидные волокна диаметром 1...10 мкм и длиной в несколько сантиметров. Волокно собирается в камере волокноосаждения на непрерывно движущейся сетке. Сюда же пода­ется связующее вещество для получения из рыхлого минерального волокна ковра и дальнейшего формования изделий (в исходном виде минеральная вата в настоящее время не применяется).

Минераловатные изделия применяют для тепловой изоляций в широком диапазоне температур: — 200... + 600° С; изделия на основе

специал ьных минеральных волокон (на­пример, базальтовых) выдерживают до 1000° С. Они слабо адсорбируют влагу, не поражаются грызунами.

Производят следующие виды мине­раловатных изделий: мягкие плиты (ми­неральный войлок) и прошивные маты, полутвердые и твердые плиты и скорлу­пы (рис. 17.2).

Мягкие маты и плиты (минеральный

войлок) получают как с помощью прошивки минераловатного ковра, сдублированного С фольгой ИЛИ метал - Рис - !7-3- Структура пеностекла: ЛИЧЄСКОЙ сеткой, так И С ПОМОЩЬЮ МИ - 7 “ п°Ры; -2— стеклянные прослойки

нерального связующего путем его лег­кой гюдлрессовки. Такие маты выпуска­ют в виде рулонов. Плотность 30... 100 кг/м3; теплопроводность 0,033...0,035 Вт/(м - К).

Полужесткие и жесткие плиты и фасонные изделия получают с использованием полимерных связующих (размер плит обычно 600 х 1200 мм при толщине от 50 до 120 мм). Для получения большой жесткости плиты без, увеличения ее плотности применяют технологию с частичной вертикальной ориентацией волокон. Плотность плит

50.. . 150 кг/м3; теплопроводность 0,04...0,06 Вт/(м • К). Подобные плиты используют для устройства теплоизоляции стен и кровельных покры­тий. Плиты легко режутся и укрепляются на стенах клеющими масти­ками. Скорлупы и сегменты используют для изоляции трубопроводов.

Пеностекло (ячеистое стекло) — материал, получаемый термиче­ской обработкой порошкообразного стекла (обычно для этого исполь­зуется стеклобой), смешанного с порошком газообразователя (мел, известняк, кокс). В момент перехода стекла в пластично-вязкое состо­яние газообразователь выделяет газ (в данном случае С02), который вспучивает стекломассу.

Пеностекло имеет как бы двойную пористость: стенки крупных пор (диаметром 0,5...2 мм) содержат микропоры (рис. 17.3). При этом все поры замкнутые. Такое строение пеностекла объясняет его низкую теплопроводность при достаточно высокой прочности и практически нулевое водопоглощение и паронепроницаемость. Теплопроводность пеностекла при плотности 200...300 кг/м3 составляет 0,06...0,12 Вт/(м • К), а прочность на сжатие —- 3...6 МПа.

Ячеистое стекло легко обрабатывается (пилится, сверлится), хоро­шо сцепляется с цементными материалами. Пеностекло применяют для изоляции металлоконструкций, при бесканальной прокладке тру­бопроводов и благодаря паронепроницаемости и минимальному водо-

поглощению (> 1 %) для теплоизоляции стен, потолков промышлен­ных холодильников.

Теплоизоляционные бетоны — бетоны плотностью не более 500 кг/м3 по структуре могут быть трех видов:

• слитного строения на пористых заполнителях (например, керам­зитовом гравии и перлитовом песке) и цементном или полимерном вяжущем;

• крупнопористые (беспесчаные) на однофракционном керамзито­вом гравии и цементном или полимерном связующем;

• ячеистые.

Крупнопористые бетоны используют в виде плит, заменяющих засыпную теплоизоляцию.

Ячеистые бетоны — наиболее перспективный вид теплоизоляцион­

ных бетонов, отличающиеся сравнительно простой технологией полу­чения. Их широкому распространению препятствует высокое водопог­лощение и гигроскопичность. Сухой ячеистый бетон при плотности

300.. .500 кг/м3 имеет теплопроводность 0,07...0,1 Вт/(м • К); при влаж­ности 8 % теплопроводность возрастает до 0,15...0,18 Вт/(м • К). При­меняют ячеистые бетоны в виде камней правильной формы, заме­няющих 8...16 кирпичей.

Монтажная теплоизоляция — специальная группа неорганических теплоизоляционных материалов (засыпки и мастики) и готовых изде­лий (листы, плиты, скорлупы), используемых для изоляции трубопро­водов и агрегатов с высокими температурами поверхности. К таким материалам относятся асбестосодержащие материалы (чисто асбесто­вые и смешанные), теплоизоляционная керамика и др. Использование асбеста в монтажной теплоизоляции основывается на его огнестойко­сти и низкой теплопроводности, а в мастичных материалах он выпол­няет также армирующие функции. Последнее объясняется волок­нистым строением асбеста (подробнее об асбесте см. § 14.5).

Асбестовый картон и бумагу изготовляют из асбеста 4—5 сортов с

использованием органических клеев (крахмала, казеина). Асбестовая бумага толщиной 0,3...1,5 мм и плотностью 450...900 кг/м3 имеет А. = =0,15...0,25 Вт/(м • К). Ее используют для изоляции поверхностей, работающих при температурах до 500° С.

Асбестовый картон более толстый, чем бумага (2... 10 мм). Его применяют для предохранения деревянных и других конструкций из легкогорючих материалов для защиты от возгорания. У асбеста для этого есть два необходимых свойства: огнестойкость и низкая тепло­проводность.

Асбестосодержащие смешанные материалы представляют собой порошки из асбеста с различными добавками (слюды, диатомит, минеральные вяжущие и т. п.). При затворении водой эти смеси превращаются в пластичное тесто, способное при высыхании затвер - 322

девать. Из него получают покрытия на изолируемых поверхностях или производят изделия — полуфабрикаты (плиты, скорлупы).

Изоляция подобного типа выдерживает температуры до 900° С; при этом теплопроводность таких материалов составляет ОД...0,2 Вт/(м • К). Имея открытую пористость и высокое водопоглощение, асбесто­содержащие материалы требуют защиты от увлажнения; тем более, что большинство из них не водостойки.

Наиболее известны среди таких материалов вулканит и совелит. Вулканит получают из смеси диатомита (60 %), асбеста (20 %) и извести (20 %). Плотность вулканитовых изделий не более 400 кг/м3; тепло­проводность < ОД Вт/(м - К). Совелит получают из смеси асбеста с основным карбонатом кальция и магния, получаемого из доломита; используют его при температурах до 500° С.

Приготовление и нанесение асбестосодержащих теплоизоляцион­ных материалов, сопряженное с выделением асбестовой пыли, должно вестись с соблюдением требований Санитарных правил и норм (СанПиН 2.2.3.757-99).

Для высокотемпературной теплоизоляции (1000° С и более) приме­няют пенокерамические материалы и легковесные огнеупоры.

Органические теплоизоляционные материалы получают как из при­родного сырья (древесины, сельскохозяйственных отходов, торфа и т. п.), так и на основе синтетических полимеров.

Материалы из сельскохозяйственных отхо­дов, камыша, торфа — местные теплоизоляционные материалы. У них не очень высокие технические характеристики и небольшая дол­говечность, но они выгодны экономически.

Материалы на основе древесного сырья: изоляционные древесноволокнистые плиты (ДВП), фибролит и арбо­лит имеют более высокие технические характеристики и соответствен­но находят большее применение в строительстве, в частности, для малоэтажных зданий. "7

Изоляционные древесноволокнистые плиты (мягкие и полутвердые ДВП) изготовляют из неделовой древесины, измельчая ее в воде на отдельные волокна. Полученную массу, в которую вводят гидрофоби - зирующие и антисептирующие добавки, отливают на частую медную сетку, слегка подпрессовывают и высушивают (если эту массу сушить на прессах под большим давлением,' то получается твердая отделочная древесноволокнистая плита — «оргалит» (см. § 3.6).

Толщина изоляционных древесноволокнистых плит 10...25 мм. Плотность таких плит — 150...350 кг/м3, теплопроводность 0,05...0,09 Вт/(м • К); прочность при изгибе 0,4...2 МПа.

Большие размеры плит (длина до 3 м, ширина до 1,6 м) ускоряют проведение строительно-монтажных работ. Эти плиты используют для тепло - и звукоизоляции стен и перекрытий, устройства подстилающих

слоев в конструкциях полов и т. п. Особенно широко используют изоляционные древесноволокнистые плиты в сборно-щитовом строи­тельстве.

Фибролит и арболит — материалы из древесной стружки (фибро­лит), опилок и щепы (арболит) на цементном вяжущем; благодаря этому у них пониженная горючесть и повышенная биостойкость по сравнению с другими древесными материалами (об их изготовлении см. § 14.6).

Теплоизоляционный фибролит представляет собой плиты размером до 2400 х 600 мм и толщиной до 100 мм, по структуре напоминающие грубый войлок из тонких древесных стружек, связанных цементом. Плотность теплоизоляционного фибролита — 300...350 кг/м3; тепло­проводность — 0,09...0,1 Вт/(м-К). Предел прочности при изгибе 0,4...0,5 МПа. Фибролит с плотностью 400...500 кг/м3 и прочностью 0,7... 1,2 МПа применяются как конструкционно-теплоизоляционный

Фибролит не горит открытым пламенем, а тлеет и затухает после удаления источника огня. Он легко обрабатывается — его можно пи­лить, сверлить, вбивать в него гвозди. Стена из фибролитовых плит толщиной 10...15 см эквивалентна по термическому сопротивлению кирпичной стене в два кирпича.

Арболит — разновидность легкого бетона на заполнителях из дре­весных отходов. Его свойства описаны в § 14.6.

Полимерные теплоизоляционные материа - л ы : пенопласты, поропласты и сотопласты широко применяются в строительстве. Их доля в общем объеме теплоизоляционных материа­лов достигает 20%. Они отличаются высокими эксплуатационными характеристиками, достаточно долговечны и технологичны. По внеш­нему виду и способу применения газонаполненные пластмассы могут быть в виде штучных изделий (в основном плит) и в виде жидко-вязких материалов, впучивающихся и отверждающихся на месте применения (заливочные пенопласты, монтажные пены).

Пенопласты — листовые и фасонные изделия получают вспенива­нием различных полимеров: полистирола, поливинилхлорида, поли­этилена, фенольных полимеров и др. Используется прессовый и беспрессовый методы изготовления изделий из пенопластов (см. § 15.2).

Пенополистирол — наиболее известный вид строительных пенопла­стов. Из него получают крупноразмерные плиты толщиной до 100 мм. Марки по плотности (кг/м ) пенополистирола D15...D50; теплопровод­ность — 0,03...0,04 Вт/(м • К); теплостойкость 80...90° С. Пенополисти­рол—горючий материал; однако с помощью антипиренов получают трудновоспламеняемый пенополистирол.

Беспрессовый пенополистирол состоит из склеившихся друг с другом вспененных гранул полистирола. Этот вид пенополистирола паропроницаем, имеет заметное водопоглощение и невысокую проч­ность. Беспрессовый пенополистирол в виде листов и плит применя­ется для тепловой изоляции стен, когда необходима паропроницае - мость всей конструкции.

Прессовый пенополистирол имеет плотные корки на обеих повер­хностях плит и полностью замкнутую пористость. Поэтому он абсо­лютно паронепроницаем, имеет ничтожное водопоглощение (< 0,3 %) и большую прочность, чем беспрессовый. Этот вид пенополистирола рекомендуется для тепловой изоляции конструкций, где возможен длительный контакт с водой и не нужна паропронйцаемость.

Пенополивинилхлорид — материал в виде плит, по методу получения и структуре аналогичен прессовому пенополистиролу. Плотность пе - нополивинилхлорцда35...70 кг/м3, теплопроводность 0,04...0,054 Вт/(м • К), Теплостойкость пенополивинилхлорида — 130... 140° С; горючесть зна­чительно ниже, чем у пенополистирола. Благодаря повышенной проч­ности применяется для теплоизоляционных слоев кровельных конст­рукций (например, из пенополивинилхлорида выполнена тепловая изоляция кровли зала «Дружба» в Лужниках (Москва), по которой непосредственно сделано собственно кровельное покрытие).

В последние годы получил распространение пенополиэтилен, из­вестный под названием «Вилатерм» (см. § 16.4). Его производят в виде эластичного полотнища, легко скатываемого в рулон. Толщина пено - полиэтилена 5... 10 мм; ширина полотнищ — 1...3 м. Пенополиэтилен , водо - и паронепроницаем. Его можно дублировать с алюминиевой фольгой; такой материал отражает инфракрасные лучи, создавая до­полнительный теплоизоляционный барьер. Кроме листового пенопо - лиэтилена, из него выпускают полые трубки для изоляции трубоп­роводов и герметизации стыков в панельных зданиях.

Заливочные пенопласты — жидко-вязкие олигомерные смолы, за­ливаемые в пазухи, оставленные в изолируемой конструкции, вспучи­вающиеся и отверждающиеся в них.

Фенольный пенопласт — один из первых пенопластов. Он постав­лялся на место использования в двух упаковках (смола с газообразо - вателем и отвердитель), смешиваемых непосредственно перед залив­кой. В качестве газообразователя применяется алюминиевая пудра, а кислотный отвердитель, кроме своей основной роли, реагируя с алю­миниевой пудрой, выделяет газообразный водород. Фенольные пено­пласты жесткие и теплостойкие; они хорошо сцепляются в момент отверждения с другими материалами. Это используется при производ­стве трехслойных легких панелей типа «сэндвич»: два металлических листа, между которыми заключен пенопласт.

В настоящее время все большее распространение получают пено­полиуретаны, обладающие низкой плотностью 30...50 кг/м3 и низкой теплопроводностью при достаточно высокой прочности. Пенополиу­ретаны могут быть как жесткими, так и эластичными. Они, как и фенольные пенопласты, применяются для изготовления трехслойных

конструкций. Выпуска­ется специальный вид пенополиуретана — мон­тажная пена, используе­мая, например, для уст­ройства теплоизоли­рующих уплотнений при установке дверных и оконных коробок.

Сотопласты получа­ют, пропитывая синте-

Р и с. 17.4. Сотопласт ТИЧЄСКИМИ КЛЄЯМИ И

склеивая гофрирован­ные листы бумаги или ткани, так что образуется жесткая конструкция наподобие пчелиных сот (рис. 17.4). Размер ячеек 10...30 мм. Плотность сотопластов — 20...70 кг/м3. Сотопласты оклеивают с обеих сторон листовым материалом (твердой ДВП, фанерой и т. п.); при этом получается прочная трехслойная панель. Прочность при сжатии у такого материала — 5...7 МПа. Применяют сотопласты в конструкциях дверей, перегородок и т. п.