ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Строительно-эксплуатационные свойства теплоизоляционных материалов

Средняя плотность рср, кг/м3, — физическая величина, определя­емая отношением массы тела или вещества ко всему занимаемому ими объему, включая имеющиеся в них пустоты и поры:

РCV=mJV, (4.9)

Где тс — масса материала в сухом состоянии.

Среднюю плотность материала в естественно-влажном состоя­нии определяют по формуле

Рср. ВЛ - v/d/o. OllF) ' (4Л0)

Где W—влажность материала; тв — масса материала в естествен­но-влажном состоянии.

Средняя плотность материалов в сухом состоянии прямо про­порциональна объему пористости, и с ее помощью приближенно оценивают теплопроводность. При прочих равных условиях по средней плотности можно судить и о прочности теплоизоляционных материалов, конечно, в сугубо приближенном виде.

Физико-механические свойства характеризуют прочность и де - формативность теплоизоляционных материалов, т. е. общестрои­тельные качества.

К прочностным показателям относят прочности при сжатии Rcж, изгибе /?„ и растяжении /?р. Как правило, значение этих показате­лей не велико и зависит от многих факторов: вида пористой струк­туры, прочностных показателей, формы и пространственного распо­ложения каркасообразуюіцих элементов структуры. Вид пористой структуры в значительной мерс предопределяет способность мате­риала воспринимать тот или иной вид нагружения.

В связи с этим стандарты регламентируют проведение испыта­ний теплоизоляционных материалов на один или несколько показа­телей прочности. Так, материалы с волокнистой структурой испы­тывают на изгиб и реже на растяжение, с зернистой и ячеистой структурами — па сжатие и реже на изгиб.

Прочностные показатели наиболее распространенных теплоизо­ляционных материалов приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Прочностные показатели распространенных теплоизоляционных материалов

В современной технологии теплоизоляционных материалов при­меняют ряд приемов, обеспечивающих повышение прочности. Эти приемы будут рассмотрены при изучении технологии конкретных теплоизоляционных материалов.

К физико-механическим свойствам следует отнести сжимае­мость материала Ссж. Этот показатель характеризует уплотня - емость материала, %, под действием сжимающих сил. Его исполь­зуют для определения жесткости теплоизоляционных материалов (см. табл. 3.1). Сжимаемость нилистся характерным показателем для теплоизоляционных материалов с волокнистії пористой струк­турой.

Отношение теплоизоляционных материалов к действию воды. Наличие воды в теплоизоляционных материалах всегда ухудшает

-ю

И' функциональные и строительно-эксплуатационные свойства. У влажны:: материалов резко повышаются теплопроводность и теп­лоемкость, у большинства из них снижаются физико-механические показатели. Поэтому снижение влажности является важным фак­тором улучшения всех свойств теплоизоляции. Отношение тепло - гзоляционных материалов к действию воды, как и всех строитель­ных материалов, оценивается несколькими показателями.

Влажность характеризуется отношением массы (объема) влаги, содержащейся в объеме материала, к его массе в сухом состоянии і влажность по массе) или к его объему (объемная влажность).

Показатель влажности по массе (Й7В) существенно зависит от средней плотности материала, с ее уменьшением WB растет и для теплоизоляционных материалов может достигать значений намного полыле 100%. Поэтому удобнее пользоваться объемной влаж - ; истью Wоб, дающей наглядное представление о степени увлажнен­ности материала.

Для перехода от влажности по объему к влажности по массе,

Пользуются зависимостью

1Гв=100ЭГьб/Рс(, (4.11)

Увлажнение материалов происходит при контакте с водой или воздухом. Свойства материала поглощать (сорбировать) влагу из окружающего воздуха называют гигроскопичностью, а достигаемое при этом увлажнение — сорбционной или равновесной влажностью.

Гигроскопичность зависит от природы материалов, характера пористой структуры, величины поверхности пор, а также от относи­тельной влажности воздуха. При прочих равных условиях гигро­скопичность выше у тех теплоизоляционных материалов, в структу­ре которых больше мелких капилляров, так как в них выше капил­лярная конденсация паров воды. Снижение гигроскопичности теплоизоляционных материалов достигают путем их объемной гид - рофобизации, уменьшения содержания микропор, защиты поверх­ности изделий обкладочными материалами или затирочными рас­творами.

Свойство материала увлажняться при соприкосновении одной из поверхностей с водой называют капиллярным подсосом (насы­щением). Величина капиллярного подсоса главным образом зави­сит от пористой структуры материала и смачиваемости его водой. Чем больше капиллярных пор, тем выше при прочих равных усло­виях этот показатель. Крупные поры в процессе капиллярного под­соса не участвуют.

Способность материала впитывать и удерживать воду характе­ризует его водопоглощеиие. Водопоглощеиие имеет место при по­гружении материала н воду. По объему оно всегда меньше объема пористости теплоизоляционного материала, а но массе — часто пре­вышает 100%. Водопоглощеиие зависит от вида и характера по­ристой структуры и смачиваемости твердой фазы водой. Например, водопоглощеиие по. объему и массе ячеистых материалов с закры­той пористостью (пеностекло) составляет соответственно 2... 15 и 80.-120%, с сообщающемся пористостью (перлит) —30...40 и 350...400%; для материалов с волокнистой структурой водопогло - щающая способность равна 80...85 и 400...650%.

Коэффициент размягчения Кразм характеризует влияние влаги на строительные свойства материалов и прежде всего на их проч­ность:

^разм == ^?нас/^?сух - (4.12)

Однако этот показатель непригоден для многих теплоизоляци­онных материалов, так как насыщение водой приводит к необра­тимым изменениям их структуры. Например, минераловатные изде­лия при этом уплотняются и резко снижают теплоизоляционные свойства, древесно-волокнистые плиты набухают и теряют форму. Поэтому их отношение к действию воды оценивают комплексно.

Морозостойкость характеризует способность материалов в насы­щенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. Этот показатель оценивается числом циклов, которое для различных теплоизоляционных материалов устанавливается соответствующими нормативными документами.

Отношение теплоизоляционных материалов к действию высоких температур. Группа показателей, характеризующих поведение теп­лоизоляционных материалов при воздействии на них высоких тем­ператур, позволяет оценить эффективность применения их в тех или иных условиях службы.

Термическая стойкость — способность материалов выдерживать резкое многократное нагревание и охлаждение. Количественно из­меряется числом циклов и характеризует продолжительность служ­бы материалов в периодически действующих тепловых агрегатах. Этот важный показатель у теплоизоляционных материалов зависит главным образом от вида их пористой структуры. В связи с тем что теплопроводность их значительно меньше, чем плотных мате­риалов, то разница температур на горячей и холодной сторонах равновеликих изделий будет значительно больше. Следовательно, и величина температурных напряжений, определяемая расшире­нием материала при нагревании и уменьшением объема при охлаждении, будет намного выше. Если же учесть, что высокопо­ристое строение теплоизоляционных материалов предопределяет невысокую прочность, то становится ясным, что у большинства теплоизоляционных материалов термическая стойкость невысока.

Особенно низка она у материалов с жестким ячеистым карка­сом, например, получаемых пеновым способом. Наличие в структу­ре дефектов (микротрещин) способствует частичной релаксации температурных напряжений и, как следствие, повышению термиче­ской стойкости материалов. Такое строение характерно для кера­мических теплоизоляционных мл іерналов, получаемых способом iii. ilор. иощпх доОанок. Наиболее высокой термической стойкостью обладают материалы, в которых элементы твердой фазы, состав­ів ляющие пористый каркас, имеют возможность свободно деформи­роваться при нагревании и охлаждении. Это прежде всего материа­лы на основе огнеупорных волокон. Их термическая стойкость в десятки, а иногда в сотни раз превышает тот же показатель мате­риалов с ячеистой структурой и гораздо выше термостойкости плотных материалов. Для повышения термостойкости стремятся применять материалы с меньшими значениями коэффициента ли­нейного температурного расширения (ТЛКР), который зависит от природы применяемого сырья.

Огнеупорность — свойство материала противостоять, не дефор­мируясь и не расплавляясь, длительному воздействию высоких тем­ператур. Огнеупорность зависит только от вещественного состава материала, т. е. от огнеупорности минералов, составляющих этот материал, и их соотношения в нем. Огнеупорность является важ­ным признаком для определения предельной температуры примене­ния теплоизоляционного материала.

Температура начала деформации под нагрузкой — показатель, определяющий предельную температуру применения материала. Она соответствует температуре 4%-ной деформации материала под удельной нагрузкой, которая для теплоизоляционных материалов принимается, как правило, в соответствии с их средней плотностью. Температура начала деформации под нагрузкой всегда ниже огне­упорности и с повышением пористости снижается.

Горючесть — способность материала выдерживать без разру­шения действие высоких температур и открытого пламени. Горю­честь характеризуется степенью возгораемости строительных мате­риалов. По степени возгораемости все строительные материалы, в том числе и теплоизоляционные, делят на три группы: несгорае­мые, трудносгораемые, сгораемые.

К несгораемым материалам относят все неорганические тепло­изоляционные материалы. Материалы из органического сырья от­носят к группе сгораемых. Негорючесть материалов повышают вве­дением в их состав минеральных компонентов, пропиткой антипи - ренами, покрытием огнезащитными составами. Модифицированные таким образом материалы и изделия относят к группе трудносго­раемых материалов.