Основные виды и особенности применения теплоизоляционных материалов

Основные виды неорганических теплоизоляционных материалов. Минеральная вата – рыхлый материал, состоящий из тончайших взаимно переплетающихся стекловидных волокон. Ее вырабатывают из силикатных расплавов, получаемых из горных пород (базальт, мергель, каолины и др.), металлургических шлаков (шлаковая вата), отходов стекла (стекловата). Вид сырья определяет температуростойкость ваты, так у базальтовой ваты: она составляет до 1000⁰С, а у стекловаты – 550-650⁰С.

Для получения изделий волокна скрепляют с помощью связующего вещества, в качестве которого обычно используют синтетические смолы и битумы. Минераловатные изделия (плиты, цилиндры, полуцилиндры) на синтетическом связующем можно использовать для изоляции горячих поверхностей до 400⁰С, а на битумном - от минус 100 до плюс 60⁰С. Прошивные маты из минеральной ваты не содержат связующего и сохраняют форму за счет механического переплетения волокон и дополнительной прошивки слоя волокнистого материала стальной проволокой, стеклянными нитями и др. Отсутствие органического связующего позволяет применять их при температуре изолируемых поверхностей до 700⁰С.

Пеностекло – материал ячеистой структуры с равномерно распределенными замкнутыми порами размером 0,1-5 мм. Его получают из смеси тонкоизмельченного стеклянного порошка (обычно используется стеклобой) с газообразователем.

По сочетанию свойств пеностекло можно отнести к лучшим теплоизоляционным материалам: при плотности 150-400 кг/м³ его теплопроводность составляет 0,06-0,12 Вт/(м.⁰С), прочность на сжатие – 1-3 МПа, интервал рабочих температур – от минус 200 до плюс 500⁰С. Пеностекло имеет очень низкое водопоглощение 2-5% и паронепроницаемость. Ячеистое стекло легко обрабатывается (пилится, сверлится), хорошо сцепляется с цементными материалами. Его можно с успехом применять как в индивидуальном строительстве, так и для тепловой изоляции конструкций и огнезащиты в высотном домостроении.

Ячеистые бетоны – наиболее перспективный вид теплоизоляционных бетонов. Применяют ячеистые бетоны в основном в виде камней правильной формы, заменяющих 8-16 кирпичей. Материал легко обрабатывается, негорючий, долговечный. Изделия из ячеистого бетона применяют для изоляции строительных конструкций и горячего промышленного оборудования с температурой до 400⁰С. Широкому распространению ячеистых бетонов препятствует высокое водопоглощение и гигроскопичность.

Основные виды органических теплоизоляционных материалов. Ячеистые пластмассы – высокопористые материалы (пористость 90-98%) с преимущественно замкнутыми порами. Газонаполненные пластмассы характеризуются высокой теплоизолирующей способностью (теплопроводность у разных видов пластмасс – 0,028-0,043 Вт/(м.⁰С)), низкой плотностью (марки – от 15 до 50), обладают малым расходом полимерного сырья при достаточной прочности. Недостатки пластмасс описаны в главе 9.

Наиболее известный вид строительных пенопластов – пенополистирол. Из беспрессового пенополистирола получают крупноразмерные плиты, применяемые для тепловой изоляции стен, когда необходима паропроницаемость всей конструкции. Прессовый (экструзионный) пенополистирол вследствие особенностей технологии имеет плотные «корки» на обеих поверхностях плит и полностью замкнутую пористость. Он рекомендуется для тепловой изоляции конструкций, где возможен контакт с водой и не нужна паропроницаемость (например, стены подвалов).

Пенополивинилхлорид применяется для теплоизоляции кровельных конструкций. Пенополиэтилен – относительно новый вид строительных пенопластов, изготавливается в виде листового рулонного материала. Дублированный алюминиевой фольгой используется в качестве отражающей теплоизоляции, а в виде трубок - применяется 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 прямо в них.

Материалы на основе древесного сырья: изоляционные древесно-волокнистые плиты (ДВП), фибролит, арболит. ДВП – листовой материал, состоящий из древесных или растительных волокон, получаемых из отходов деревообработки, неделовой древесины, а также костры, камыша, хлопчатника и др. При изготовлении плит вводят специальные добавки: водные эмульсии синтетических смол, антипирены, антисептики. Средняя плотность плит 150-350 кг/м³, теплопроводность 0,046-0,093 Вт/(м.⁰С), предел прочности при изгибе – 0,4-2 МПа. Большие размеры плит (длина до 3 м, ширина до1,6 м) ускоряют проведение строительно-монтажных работ. Их применяют для тепло- и звукоизоляции стен и перекрытий, устройства подстилающих слоев в конструкциях полов и т.п.

Фибролит - плитный материал, изготавливаемый из древесной шерсти (длинная стружка) и неорганического вяжущего (портландцемента или магнезиального вяжущего). Фибролит применяют для изоляции перекрытий, перегородок, каркасных стен с последующим оштукатуриванием. Арболит – разновидность легкого бетона на заполнителях из древесных отходов.

Целлюлозная вата (эковата) – волокнистый материал серого цвета, изготавливаемый из макулатуры. Это тонкоизмельченная газетная бумага, обработанная модифицирующими борными добавками, антисептиками и антипиренами. Эффективным методов устройства теплоизоляции из эковаты является ее напыление компрессором на вертикальные, наклонные и горизонтальные потолочные поверхности совместно с клеевым составом. Получается сплошной (без швов и стыков) теплоизоляционный слой, плотно прилегающий к изолируемой поверхности.

Вопросы для самоконтроля к главе 10

1. Какие материалы называют теплоизоляционными? В чем их назначение?

2. Какова эффективность применения теплоизоляционных материалов?

3. По каким признакам классифицируют теплоизоляционные материалы? Каковы особенности их структуры?

4. Какими способами получают материалы высокопористого строения?

5. Каковы основные свойства теплоизоляционных материалов?

6. От каких факторов зависит теплопроводность материала?

7. Что такое марка теплоизоляционного материала?

8. Назовите и кратко охарактеризуйте основные виды неорганических и органических теплоизоляционных материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Строительные материалы и изделия очень многообразны. В условиях ограниченного объема данного учебного пособия рассмотрены лишь важнейшие из них. С составом, строением, свойствами, применением, основами технологии других материалов (стекло, ситаллы, плавленые каменные изделия, сборные железобетонные изделия и конструкции, силикатные изделия автоклавного твердения, строительные растворы, металлические материалы и изделия, акустические материалы, лакокрасочные материалы и т.п.) студенты - заочники могут ознакомиться, воспользовавшись рекомендуемой литературой.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Примеры вариантов контрольного задания

 

 

Вариант № 1

 

В лаборатории испытали три образца-цилиндра (D = 7 см, H = 14 см) известняка, который предполагается использовать для облицовки наружных стен. Были получены следующие результаты:

- масса в естественном состоянии, г - 1211, 1224, 1219;

- масса в сухом состоянии, г - 1204, 1213, 1210;

- масса в насыщенном водой состоянии, г - 1227, 1236, 1232;

- разрушающая сила при сжатии, кн:

- в сухом состоянии - 112, 117, 123;

- в насыщенном водой состоянии - 89, 86, 94.

Для справки: истинная плотность данной горной породы – 2,6 г/см³.

Определить: влажность горной породы, среднюю плотность в естественном и сухом состоянии, пористость и коэффициент плотности, водопоглощение по массе и объему, коэффициент насыщения пор водой, пределы прочности при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, удельную прочность, коэффициент размягчения. Оценить морозостойкость и водостойкость горной породы.

Составить паспорт на материал и дать заключение о его пригодности для облицовки наружных стен.

Дополнительно: пользуясь учебником и при необходимости специальной литературой описать классификацию горных пород и место известняка в ней, дать характеристику отдельных групп горных пород, основных породообразующих минералов. Какие виды известняка существуют и каковы рациональные области их применения?

 

 

Вариант № 2

 

В лаборатории испытали три блока (размер 40х30х20 см) из ячеистого бетона, который предполагается использовать для кладки наружных стен. Были получены следующие результаты:

- масса в естественном состоянии, кг – 15,4; 14,7; 15;

- масса в сухом состоянии, кг – 14,3; 13,8; 14,1;

- масса в насыщенном водой состоянии, кг – 28,6; 28,2; 29,0;

- разрушающая сила при сжатии, кн (образцы-кубы 10х10х10 см):

- в сухом состоянии – 48, 61, 56;

- в насыщенном водой состоянии - 36, 42, 40.

Для справки: истинная плотность бетона - 2,5 г/см³.

Определить: влажность материала, среднюю плотность в естественном и сухом состоянии, пористость и коэффициент плотности, теплопроводность, удельную прочность, водопоглощение по массе и объему, коэффициент насыщения пор водой, пределы прочности при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, коэффициент размягчения. Оценить морозостойкость и водостойкость данного ячеистого бетона.

Составить паспорт на материал и дать заключение о его пригодности для кладки наружных стен.

Дополнительно: пользуясь учебником и при необходимости специальной литературой описать классификацию бетонов по различным признакам и место ячеистых бетонов в ней. Дать характеристику разновидностей ячеистого бетона и указать рациональные области их применения.

 

Вариант № 3

 

При испытании трех образцов- кубов (7,07х7,07х7,07 см) песчаника, который предполагается использовать для облицовки цоколя здания, были получены следующие результаты:

- масса в естественном состоянии, г – 860, 875, 889;

- масса в сухом состоянии, г – 855, 869, 873;

- масса в насыщенном водой состоянии, г – 870, 881, 895;

- разрушающая сила при сжатии, кн:

- в сухом состоянии – 86,4; 87; 88,6;

- в насыщенном водой состоянии - 84,9; 84,0; 84,9.

Для справки: истинная плотность данной горной породы – 2,63 г/см³.

Определить: влажность горной породы, среднюю плотность в естественном и сухом состоянии, пористость и коэффициент плотности, водопоглощение по массе и объему, коэффициент насыщения пор водой, пределы прочности при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, удельную прочность, коэффициент размягчения. Оценить морозостойкость и водостойкость горной породы.

Составить паспорт на материал и дать заключение о его пригодности для облицовки цокольной части наружных стен.

Дополнительно: пользуясь учебником и при необходимости специальной литературой описать виды и свойства материалов, используемых для облицовки наружных стен.

 

Методические указания к выполнению контрольного задания

 

Контрольное задание представляет собой задачу, в которой приведены результаты лабораторных испытаний определенного материала и задается вопрос о пригодности этого материала для какой-либо области применения. Например, даны результаты испытаний горной породы – известняка, и спрашивается, можно ли его применять для облицовки фасадов зданий.

 

Необходимо, пользуясь учебником, данным методическим пособием, материалом лекций, рассчитать требуемые в задаче характеристики свойств материала и на основании сделанных расчетов дать аргументированный вывод о пригодности материала для указанной цели. Расчеты должны быть подробными и сопровождаться необходимыми пояснениями.

Паспорт на материал может представлять собой сводную таблицу результатов.

Вводная (или заключительная) часть контрольного задания должна содержать описание материала, о котором идет речь в задаче. Например, если речь идет об известняке, следует дать описание этой горной породы, ее место в общей классификации горных пород, способы добычи, разновидности известняка, свойства, рациональные области его применения.

Следует предложить альтернативные варианты – другие материалы, пригодные для предлагаемой в задаче области применения.

Контрольное задание представляется на листах формата А4, в сброшюрованном виде. Желательно, чтобы общий объем работы не превышал 10 с.

Контрольное задание подлежит обсуждению и защите при сдаче зачета.

 

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

 

Строительные материалы: Учебник /под общей ред. В.Г.Микульского. - М.: Изд-во АСВ, 2000, 2002, 2004.

Строительные материалы: Учебник /под общей ред. Г.П. Сахарова. - М.: Изд-во АСВ, 2007.

 

Дополнительная:

Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков О.В. Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2004.

Смирнов В.А., Ефимов Б.А., Кульков О.В., Баландина И.В., Сканави Н.А. Материаловедение, Отделочные работы. – Учебник, М.: Издательский центр «Академия», 2001, 2002, 2006, 2007,2010.

Строительные материалы и изделия: Учебник для учреждений среднего проф. обр./ К.Н. Попов, М.Б. Каддо. – 3-е изд., – М.: Высш. шк., 2006.

Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе. Учебник для вузов, 4-е изд-е, М.: Изд-во «Высш. школа», 2005.

Рыбьев И.А., Казеннова Е.П., Кузнецова Л.Г. и др. Материаловедение в строительстве. Учебное пособие для ВУЗов, Изд. центр «Академия», 2006.