Строительные материалы специального функционального назначения

К материалам функционального назначения относятся специально созданные композиции для защиты от намокания – гидроизоляционные, для сохранения тепла в помещении – теплоизоляционные, для защиты от шума – акустические, от воздействия кислой среды – кислотостойкие, а также жаростойкие, радиационностойкие, отделочные, т. е. материалы, выполняющие специальные функции.

 

6.1 Гидроизоляционные материалы

Материалы, изготовленные для защиты от воды, должны быть водонепроницаемыми, гидрофобными, стойкими к её воздействию. Самыми доступными и простыми в работе являются органические вяжущие материалы: битум, дёготь, полимеры, а также сера, парафин и др. Эти материалы при нагревании становятся подвижными, легко проникающими в поры другого материала жидкостями, имеют хорошую адгезию ко многим поверхностям, застывают в капиллярах при охлаждении, закрывая не только поры, но и дефекты, трещины.

Чтобы легко покрывать гидроизоляционным слоем большую поверхность, надо было найти гибкую основу, на которую наносится слой битума. Так появились рулонные гидроизоляционные материалы. В наше время выпускают и делают на местах различные составы мастик, паст, эмульсий, но рулонные материалы делают в заводских условиях.

Гидроизоляционные материалы разделяют по структурно-функциональным признакам на мастичные (окрасочная изоляция) и рулонные (оклеечная изоляция) материалы.

Мастичные составы – это те же асфальтовые растворы, где жидкой фазой является битум или дёготь, а наполнителем может быть любой минеральный порошок с добавкой антисептика. Чистый битум недолговечен, хрупок, особенно при низкой температуре, размягчается при повышении температуры, сплывая с поверхности. Чтобы сделать его более температуростойким, менее хрупким, более пластичным и «нестареющим», его наполняют тонкомолотыми порошками, лучше карбонатных пород. Это может быть измельчённый известняк, магнезит, тальк, отходы цемента, зола и волокнистые минеральные материалы: асбест, минеральная вата, стекловолокно. Наполнители адсорбируют на своей поверхности масла, составляют непрерывную каркасную сетку, укрепляя или армируя смесь, защищают углеводороды от воздействия ультрафиолетовых лучей и кислорода, стабилизируя состав на более длительный срок работы. Смесь становится гуще, устойчивее, долговечнее, у неё меньше расход вяжущего.

Мастики бывают по виду вяжущего: битумные, битумно-резиновые, битумно-полимерные. По способу применения: горячие (до 160°С), холодные (с растворителем), используемые без подогрева и с подогревом (до 60-70°С), укладываемые на защищаемую поверхность при температуре не ниже 5°С;

по назначению: приклеивающие, гидроизоляционно-асфальтовые, кровельно-изоляционные и антикоррозионные.

Холодные мастики с растворителем позволяют положить более тонкий слой, чем горячие. Приклеивающими приклеивают рулонные материалы при устройстве покрытий оклеечной гидроизоляцией. Теплостойкость мастики указывается на марке: МБК-Г-65 (мастика битумная кровельная, горячая с температурой размягчения 65°С) или МДК-Г-60 (мастика дёгтевая кровельная, горячая и т. д.).

Антикоррозионные мастики предназначены для защиты строительных конструкций и трубопроводов от намокания и воздействия внешней среды. В этих мастиках наполнитель волокнистой структуры, так как с волокнами легче сохранить битумно-полимерный изоляционный слой без трещин. Для изоляции подземных конструкций и трубопроводов составляют битумно-резиновые мастики. Более качественные мастики получают с добавкой полимеров, каучуков, придающих составу эластичность при низкой температуре.

Мастики, приготовленные из расплавов, используют горячими. При охлаждении покрытие структурируется, образуя твёрдую плёнку в несколько миллиметров.

Битумно-резиновые мастики делают холодными на растворителях. Получают раствор битума: в толуоле, керосине, бензине, и др. Жидкий состав наполняют порошком или волокном, резиновой крошкой, добавляют антисептик. Применяют такие растворы подогретыми и холодными. После нанесения его на защищаемую поверхность растворитель испаряется – появляется изолирующая непрерывная плёнка из оставшегося битума или дёгтя, склеивающая частички наполнителя. Если в составе есть полимер – происходит соединение битума с полимером.

Эмульсии – коллоидные системы, которые приготавливают из водного раствора эмульгатора – нерастворимого в воде минерального порошка или мыла, с добавлением в него взбитого в миксере с горячей водой ПАВ, битума или дёгтя. Устойчивость не смачивающемуся водой битуму, превращённому в мельчайшие капли, обеспечивают эмульгаторы: это мыла, ССБ, казеин, суспензия из порошков извести, глин, алеата натрия и др. Эти тонкие частички адсорбируются на поверхности капель битума или дёгтя, препятствуя их слипанию. Сначала подогретый битум или дёготь диспергируют в воде с ПАВ, затем вводят 5-15% эмульгатора.

Содержание битума в эмульсиях – 50-60%, в пастах – 60-70%.

Паста – это высоко концентрированная эмульсия, которую разводят водой до нужной консистенции. Пасты используют для приклеивания рулонных и штучных листов, грунтовок – оснований под гидроизоляцию, а также в качестве вяжущего при изготовлении асфальторастворов, асфальтобетонов. Для большей пластичности при низких температурах вводят 3-8% нефтяных масел в качестве пластификатора. Добавки полимеров, включаясь в коллоидную структуру битумов, улучшают их свойства, модифицируют битумы.

Рулонные гидроизоляционные материалы изготавливают в условиях завода, тогда как мастичные делают часто на месте строительства. Рулонные могут быть основными и безосновными, покровными и беспокровными.

Основные гидроизоляционные материалы содержат в структуре основу: бумагу, картон, ткань, фольгу или плёнку, которые пропитываются гидрофобным составом (легкоплавким битумом, дёгтем или их смесью с полимером). Затем на этот рулонный материал наносят дополнительно с одной или двух сторон покровный состав из тугоплавких битумов с посыпкой из минеральных порошков. После охлаждения рулон скатывается.

Посыпка бывает крупнозернистая (К) из молотых горных пород, мелкозернистая (М), пылевидная (П), чешуйчатая (Ч). Посыпки на поверхности битумного слоя повышают атмосферостойкость, твёрдость, температуростойкость покровного слоя. Основу для них получают из бумажной макулатуры, тряпья, древесной целлюлозы, стекловолокна, асбестоволокна, полимерных волокон, плёнок, фольги и металлических сеток.

Если это картон, пропитанный битумом, получают рубероид, если пропитан дёгтем – толь. Если основа из стекловолокна – получают стеклорубероид, если фольга – фольгорубероид, если бумага – пергамин, если несколько слоёв ткани пропитаны полимером – текстолиты.

Рубероид может быть кровельным (К) и подкладочным (П). Для районов Севера выпускают рубероид эластичный модифицированный РЭМ-350 с покровным слоем из битума с полимером. Добавка полимера, гудрона и наполнителя (волокон) снижает температуру хрупкости покровного слоя до -50°С, увеличивает долговечность.

Выпускают наплавляемый рубероид с утолщённым нижним покровным слоем. При его расстилке наклейка на основание осуществляется расплавлением пламенем горелки этого покровного слоя.

Рулонными изоляционными материалами изолируют от увлажнения пролётные строения мостов, путепроводов, туннелей, герметизируют сооружения в стыках, уплотняют деформационные швы.

Если к гидроизоляционному слою добавляют слой из пенистой пластмассы – получают ещё и теплоизоляцию. Таким материалом является пенофол, он служит для паро- и теплоизоляции стен, потолков подвалов.

Безосновные рулонные материалы получают в виде полотнищ, применяя способ формования – прокатку смеси до определённой толщины из битума, измельчённой резины или каучука, латекса и наполнителя, а также добавок пластификатора и антисептика.

Таким способом делают штучные изделия и рулонные покрытия, фасонные листы, кровлелит, черепицу (мягкую) и др. Изделия могут быть армированы металлической сеткой или стеклотканью.

К безосновным рулонным материалам относятся: изол, бризол, гидробутил. Толщина их – до 2 мм, поэтому используют для защиты подземных металлических конструкций и трубопроводов от коррозии, приклеивая к поверхности битумно-резиновой мастикой; изолируют резервуары, подвалы, фундаменты, плоские и пологие кровли, купола.

К гидроизоляционным относят плёночные полимерные материалы. Толщина плёнки зависит от назначения, она может быть от 0,2 до 2 мм, выпускается в рулонах из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида. Для повышения прочности её армируют стеклотканью, синтетическими волокнами.

Из стеклопластиков изготавливают кровельные листы; из кровельного картона или стеклянной ткани, пропитанных полимером, изготавливают рулонные кровельные покрытия.

Герметики служат для заполнения и уплотнения швов. Они могут быть нетвердеющими и отвердевающими. Нетвердеющие – это каучуки с добавкой тонкодисперсного минерального наполнителя (мел, известняк). Этот состав нагнетают шприцем после нагрева в разъем и закрывают строительным раствором.

Если герметик состоит из двух компонентов, то один из них вулканизирующая добавка или отвердитель. Смесь наносят из мундштука, затем идёт процесс полимеризации, герметик отвердевает.

Разработаны силиконовые герметики с отвердителем, переходящие из пастообразного состояния в резиноподобное.

Пористые жгуты – пороизол – делают из резиновой крошки, мягчителя, порообразователя и антисептика. Используют при заделке вертикальных и горизонтальных швов, зазоров между оконными коробками. Гернит – мягкий жгут в водонепроницаемой плёнке, более долговечен.

Применяют герметики сплошного и полого сечения, где можно создать вакуум. При размещении прокладки внутри стыка конец жгута отрезают, его полость наполняется воздухом, он, увеличиваясь в объёме, заполняет герметизируемое пространство.

Кремнийорганическими полимерами (силиконовыми) пропитывают пористые материалы и получают гидрофобные поверхности и гидрофобные ткани.

Разработано большое количество гидроизоляционных составов в зависимости от технических требований и имеющихся на месте компонентов. Небольшое количество модифицирующих добавок (полимера, резины, каучука, газообразователя, вулканизатора) позволило создать составы с улучшенными свойствами и новыми названиями.

 

 

6.2 Теплоизоляционные материалы

Материалы, имеющие низкую теплопроводность, называются теплоизоляционными. Самая низкая теплопроводность у замкнутого воздуха или у материалов, имеющих много закрытых воздушных пор, поэтому у них низкая плотность и низкая теплопроводность. К теплоизоляционным относятся материалы с плотностью менее 500 кг/м³.

Как можно сделать материалы низкой плотности? Есть в технологии производства строительных материалов способы, позволяющие из плотных каменных материалов делать пористые лёгкие структуры. Изготавливают теплоизоляционные структуры, насыщая материал воздухом. Воздух может попасть в структуру только тогда, когда смесь находится в вязко-пластичном состоянии. Есть несколько способов поризации структуры: газо- и пенообразование, воздухововлечение, способ высокого водозатворения и с помощью выгорающих добавок. Есть горные породы, содержащие воду в кристаллической решётке, которые при нагревании вспучиваются, их используют в качестве лёгкого заполнителя в лёгкие бетоны (керамзит, перлит).

Легкие бетоны имеют широкий диапазон по плотности от 250 до 1800 кг/м³, но в качестве теплоизоляционных могут рассматриваться не только бетоны, поэтому марки у теплоизоляционных материалов обозначают по плотности: Д 15, Д 25, Д 50, Д125, Д150, Д 175, Д 200, Д 250, Д 300, Д 350, Д 400, Д 500, Д 600.

С помощью технической пены, вводимой в смесь с водой затворения, получают цементные пенобетоны и силикатные ячеистые бетоны. Плотность пенобетонов в зависимости от состава может быть от 100 до 500 кг/м³, прочность– от 2 до 35 кг/см², коэффициент теплопроводности – λ = 0,04-0,25 Вт/м °С.

Когда цементную смесь поризуют с помощью газообразователей, получают более мелкопористую структуру, и более прочную – даже с крупным лёгким заполнителем. В качестве газообразователя чаще всего берут порошок алюминия, добавляют ПАВ и вводят с водой затворения в бетонную смесь. С началом гидратации цемента в растворной смеси появляется Са(ОН)₂, который вступает в реакцию с алюминиевой пудрой, выделяя водород. Выделяющийся газ по всему объёму смеси поризуют её, увеличивает в объёме, заполняет все неплотности так, что даже можно срезать появившуюся «горбушку» смеси. Плотность бетонной смеси в этом случае снижается. Получают газобетоны плотностью от 250 до 1200 кг/м³ с прочностью от 2 до 150 кг/см² с коэффициентом теплопроводности от 0,05 до 0,4 Вт/м°С. Из газобетонов формуют ограждающие конструкции как самонесущие, так и несущие.

В последние годы в качестве ограждающих все шире используют слоистые конструкции (двух-трёхслойные), когда несущие функции выполняет более прочный и плотный материал, а теплоизолятором служит другой слой из более лёгкого материала. В качестве обшивок применяют: тонколистовой металл, стеклопластик, асбестоцементные листы, фанеру, а также ДСП и ДВП. В качестве утеплителя, расположенного между обшивками, берут пористые пластмассы, минеральное и синтетическое волокно, сотопласты и др.

Способ высокого водозатворения используют при изготовлении формовочных масс из природных пористых или волокнистых пород. Эти материалы химически с водой не соединяются. После перемешивания и формования вода испаряется. Изделия сушат, обжигают или запаривают с вяжущими в автоклаве и получают пористую структуру с низкой плотностью. Так изготавливают изделия из диатомитов, трепелов, опоки, асбеста. Их получают плотностью от 300 до 700 кг/м³, прочностью от 6 до 10 кг/см², коэффициентом теплопроводности λ = 0,07-0,2 Вт/м°С.

Создавая волокнистый каркас из органических волокон (отходы деревообработки, сельскохозяйственные) с полимерной или минеральной матрицей, получают: ДСП, ДВП, фибролиты, ксилолиты и др. Их плотность – от 300 до 800 кг/м³, коэффициент теплопроводности – от λ = 0,06 до 0,1 Вт/м°С. Температуростойкость – 250-300°С.

Эффективными и дешёвыми теплоизоляторами являются волокна минерального происхождения. Их делают из расплавленной массы каменного сырья (отходы камнедробления от переработки базальтов, диабазов, доломитов или кремнезёма, глины, стеклобоя). Дроблёный камень с добавками плавней (для снижения температуры плавления) расплавляют до 1400°С. Когда вязкость расплава становится минимальной, её направляют в фильеры и раздувают горячим воздухом или паром под давлением, подавая в камеру волокноосаждения. Из камеры на конвейерной сетке волокна (d = 5-15 мкм) быстро охлаждают, сбрызгивая раствором органического состава (масло, полимер или битум) для предотвращения слипаемости, гранулируют или укладывают в рулоны. Если рулон делают в оболочке из фольги, стеклохолста, плёнки, бумаги, то получают маты, которые используют в качестве штучных теплоизоляционных изделий. Плотность их – от 15 до 75 кг/м³, коэффициент теплопроводности – от 0,035 до 0,05 Вт/м°С. Теплостойкость 600°С. По такой же технологии получают стекловолокно, силикатное, керамическое, синтетическое волокно. Керамические волокна имеют самую высокую температуростойкость – 900-1000°С.

Высокую температуростойкость имеют все керамические изделия. Эффективными их делает воздух, который в структуре появляется на месте выгорающих добавок, в качестве которых в глиняную массу вводят угольную пыль, мазут, опилки и др., сгорающие при температуре обжига (1000°С), оставляющие после выгорания поры. Эффективный кирпич делают с выгорающими добавками, а вместо кварцевого песка (в качестве отощителя) берут более лёгкие пористые молотые породы – диатомит, трепел, вулканические породы. Плотность эффективного кирпича может быть от 700-1300 кг/м³, коэффициент теплопроводности – от 0,07 до 0,4 Вт/м°С.

Штучные изделия всегда удобнее использовать в работе, чем насыпные теплоизоляторы или в форме рулонов. Они рвутся, изоляция становится неравномерной, со временем волокна уплотняются, поэтому делают маты, плиты, гофрированные изделия. Они могут быть жёсткими (Ж), полужесткими (ПЖ), мягкими (М), с хаотичным, горизонтальным и вертикальным направлением волокон. Оказалось, что при вертикальном направлении волокон прочность растёт, теплопроводность снижается. Плотность таких изделий – от 80 до 200 кг/м³, прочность – 0,2-2,5 МПа, коэффициент теплопроводности – от 0,04 до 0,07 Вт/м°С. Самым эффективным и тонким является базальтовое волокно с плотностью 15-20 кг/м³, теплостойкость его до 900°С.

Из неорганических теплоизоляционных материалов надо отметить ячеистое стекло (пеностекло), получаемое из стеклобоя или горных пород с использованием известняка в качестве газообразователя. При температуре плавления из известняка выделяется СО₂, жидкая масса вспучивается. Так же получают стеклопор, сырьём для него служит жидкое стекло. Эти материалы имеют высокую температуростойкость 400-600°С, их добавляют в полимерные ячеистые пластмассы, таким образом повышая температуростойкость пластмасс.

Комбинации неорганических волокон и порошков с минеральными вяжущими дают различные композиционные теплоизоляционные материалы: вулканиты, совелиты, асбестоизвестковые, гипсоволокнистые и др.

В качестве зернистых теплоизоляционных материалов в засыпках используют: вспученный перлит, вермикулит, диатомиты, пемзы, а также специально полученный керамзит и доменные гранулированные шлаки. Плотность сыпучих зернистых материалов – от 50 (для перлита) до 500 кг/м³ (для керамзита); у этих материалов высокая теплостойкость – 600-900°С.

Органические теплоизоляционные материалы могут содержать в качестве наполнителя и неорганические вещества, но если матрица состоит из полимера, она будет определять его температуростойкость.

С помощью прессования получают прочные водонепроницаемые полимерные материалы, которые используют в качестве оболочки к пористым пластмассам.

Сами синтетические полимеры используют для получения наиболее эффективных теплоизоляторов, имеющих самую низкую плотность ρ_m = 8-50 кг/м³ и коэффициент теплопроводности λ = 0,018-0,025 Вт/м°С.

По структуре различают пенопласты, поропласты, сотопласты.

Пенопласты с изолированными ячейками, закрытой структурой; поропласты – с сообщающимися ячейками, сотопласты – с регулярно повторяющимися полостями – сотами.

Поро- и пенопласты делают из жидких полимеров тремя способами:

1) физико-механическим (давление воздуха, пара или газа при нагревании);

2) химическим (разложение химических компонентов с выделением газов);

3) воздушно-механическим (с помощью пенообразователей).

Первый способ (беспрессовый) применяют чаще, так как он обеспечивает более эффективную закрытую пористость (пенополистирол).

В ячеистых пластмассах поры занимают до 90-98% объёма. Прочность повышают при наполнении полимера волокнами или лёгкими порошками, а также увеличивая объёмное содержание полимера – чем его больше, тем жёстче пенопласт. Теплопроводность зависит от вида наполняющего ячейки газа. Если в ячейках не воздух, а газ или вакуум, то теплопроводность их может быть ниже, чем у воздуха.

Сотопласты получают, склеивая в блоки гофрированные листы бумаги или ткани, пропитанные полимером. Если засыпают в соты лёгкий порошок или волокна, то жёсткость увеличивается. Сотопласты используют в качестве утепляющего слоя в 3-х слойных конструкциях.

Самый распространенный в мире ячеистый пенопласт – пенополиуретан. Он может быть жёстким и эластичным, химически и биологически стойким, с низким водопоглощением (0,2%), температуростойкостью до 110-150°С. Жёсткий пенопласт применяют в виде скорлуп, (рис. 11) плит, а вспенивая внутри конструкции, используют для изготовления лодок, жилетов и др. Эластичный пенопласт идёт для утепления щелей, стыков.

Пенополистирол – также распространённый пенопласт с низкой плотностью, жёсткий и мягкий, с низким водопоглощением. Применяется в качестве утеплителя в ограждающих конструкциях, (делают тёплый пол), служит в качестве теплогидроизоляционного материала. Температуростойкость его 100°С.

Рекордным по плотности материалом является поропласт из мипоры 10-20 кг/м³. Мягкая мипора – это губка, которую используют в виде плит и скорлуп для теплоизоляции трубопроводов и оборудования. Её получают с помощью пенообразователя, все поры открыты, она гигроскопична. Теплостойкость – 120°С.

Термореактивные пористые пластмассы более термостойки (до 200-250°С), но ещё более термостойки кремнийорганические полимеры и изделия из них (до 400-500°С). Чтобы повысить теплостойкость, прочность, жёсткость изделий из лёгких пенистых структур, в их состав вводят волокна и модифицирующие добавки – каучук, другие полимеры. Для теплоизоляции горячих труб делают двухслойное покрытие из более теплостойкого материала внутри и менее теплостойкого снаружи – комбинированная структура.

Там, где нельзя использовать штучные изделия или обёртку, делают теплоизоляционные мастичные составы из порошковых материалов, вспученных полимерных пен. Напылённые пенопласты имеют преимущества: хорошую адгезию, теплоизоляцию любых искривлённых поверхностей, отсутствие коррозии и швов.

В строительной практике разработано более 100 видов теплоизоляционных материалов, поэтому их классифицируют по используемому сырью, по плотности, виду, структуре и коэффициенту теплопроводности.

По используемому сырью различают материалы органического происхождения, неорганические и комбинированные материалы.

Органические делают из природного сырья – отходов переработки древесины, растений и искусственного сырья – полимеров.

Неорганические делают из минеральных материалов: каменных пород, вяжущих, ячеистых бетонов, ячеистого стекла, вспученных природных пород.

Теплоизоляционные материалы получают из органических и неорганических, сочетая минеральную матрицу с органическим наполнителем и наоборот. Это композиционные материалы, сделанные по заказу и сочетающие свойства одних и других. У каждого материала есть свои особенности, например, органические имеют самые низкие марки по плотности (ρ_m = 10 кг/м³) и теплопроводности (λ = 0,02 Вт/м°С), но они гигроскопичны, сгораемы, нетермостойки.

Неорганические материалы термостойки, не гниют, не горят, много минерального сырья, но имеют более высокую плотность и теплопроводность.

У комбинированных материалов можно выгодно сочетать то и другое, например, слоистые ограждающие панели или маты из минерального волокна в полимерной оболочке и др. В отличие от композиционных, разные материалы не смешиваются, а дополняют функции друг друга.

По плотности теплоизоляционные материалы разделяют на 3 вида:

1) ОЛ – особо лёгкие с ρ_m = 15-100 кг/м³;

2) Л – лёгкие с ρ_m = 125-350 кг/м³;

3) Т – теплоизоляционные с ρ_m = 400-700 кг/м³.

По виду или форме теплоизоляционные материалы могут быть: штучными (жёсткими, полужёсткими, гибкими), рулонными, шнуровыми, насыпными.

По структуре: ячеистыми, волокнистыми, зернистыми, слоистыми.

По теплопроводности: низкой теплопроводности – класс А с коэффициентом λ < 0,058 Вт/м°С; средней теплопроводности – класс Б с λ = 0,058-0,175 Вт/м°С; повышенной теплопроводности – класс В с λ > 0,175 Вт/м°С.

Эти материалы могут изолировать как горячую, так и холодную поверхности, поэтому важным показателем является их термостойкость.

Термостойкость или теплостойкость – это граничная температура, при которой материал сохраняет свои функциональные качества. Для каждого материала установлена предельная температура применения. Для пластмасс это – 70-100°С, для кремнийорганических полимеров – 300-500°С, для керамических – 1000°С.

Теплоизоляционные материалы создаются из сырья с аморфной структурой, так как кристаллические структуры хорошо проводят тепло.

Теплопроводность – это свойство материала передавать тепловую энергию другому материалу. Скорость передачи тепловой энергии характеризует коэффициент теплопроводности λ. Теплопроводность определяет количество тепла, проходящего сквозь толщину δ через 1 м² поверхности S при градиенте температуры в 1°, :

 

 

Сопротивление потоку тепла прямо пропорционально толщине слоя изоляции и обратно пропорционально коэффициенту теплопроводности, :

 

Способность материала сопротивляться потоку тепла или холода определяет изменение температуры. Чем многослойнее стена, чем ниже λ каждого слоя, тем больше теплосопротивление.

Внутри каждого слоя температура изменяется по закону прямой линии, если слоёв несколько и они из разных материалов (штукатурный слой, за ним кирпичная стена, за ней облицовка), то по ломанной линии, так как каждый слой имеет свою теплопроводность. Температурный поток движется всегда в сторону холода – уменьшения энергии.

Термическое сопротивление многослойных материалов складывается из сопротивления каждого слоя:

 

 

где α (1-2) коэффициенты теплоотдачи, из-за малых величин их опускаем.

 

И тогда:

 

(сколько: в ограждении слоёв, столько будет слагаемых).

R_тр (требуемое) для каждой климатической зоны установлено СНиП, для нашей зоны это 2,95-3,5 м²°С/Вт и этот показатель при расчёте сопротивления теплопередаче стены должен соблюдаться. Если не хватает теплосопротивления стены из проектируемого материала, то легко рассчитать необходимую толщину утеплителя.

Теплопроводность прямо связана с температуропроводностью, плотностью и теплоёмкостью:

 

 

Если принять температуропроводность и теплоёмкость для теплоизоляционных материалов постоянными, то можно считать, что:

 

 

Приближённо теплопроводность рассчитывают по формуле Некрасова, где надо знать только плотность:

 

.

 

Зависимость термического сопротивления от величины воздушной прослойки показана на рисунке 10. Нет смысла увеличивать её более 0,03-0,05 м из-за высокой доли конвекции и излучения с увеличением слоя воздуха.

 

Рис. 10 – Зависимость теплопроводности (а) и термического сопротивления

(б) от толщины воздушных прослоек

 

Тепловой поток, проходящий через пористую структуру стены, складывается из трёх составляющих: кондукции (λ_Т) – теплоотдачи от электромагнитных колебаний и движения свободных электронов твёрдых частиц материала; конвекции (λ_К) – движение воздуха в порах; излучения (λ_И) – радиационного потока светового и инфракрасного спектра вещества.

Эквивалентная теплопроводность вычисляется по формуле:

 

 

У кристаллических материалов значительна λ_Т – синхронные электромагнитные колебания, у аморфной структуры они слабые.

увеличивается с увеличением воздушной прослойки или с укрупнением пор, поэтому для теплоизоляционного материала эффективнее закрытая мелкопористая структура.

снижается у отражающих поверхностей.

Значит, теплоизоляционные материалы должны иметь аморфную структуру с мелкими закрытыми порами, низкую плотность и светлый тон.

Увлажнение теплоизоляционных материалов увеличивает теплопроводность, снижает прочность, морозостойкость, биостойкость:

 

 

где δ – приращение теплопроводности на каждый процент влажности от 0,002 до 0,004 Вт/м²°С. Чтобы противостоять увлажнению все теплоизоляционные материалы пропитывают гидрофобными и защитными составами или гидроизолируют.

 

Рис. 11 – Скорлупы теплоизоляции

 

 

6.3 Акустические материалы (звукоизоляционные)

Материалы, снижающие уровень шума в помещении, называют звукоизоляционными. Это также пористые структуры, имеющие твёрдый, жёсткий, полужёсткий и мягкий каркас. Лучше всего происходит звукопоглощение мягкой структурой за счёт упругих деформаций каркаса. Все ячеистые бетоны имеют жёсткий каркас; древесно-волокнистые и волокнистые материалы – полужёсткий; мягкий каркас у ячеистых пластмасс: пенополистирола, пенополиуретана, поропласта и др.

Если для теплоизоляции поры в материале должны быть закрытыми и мелкими, чтобы снизить конвекцию, то для снижения уровня звука поры должны быть открытыми и сообщающимися, чтобы туда заходила звуковая волна и блуждала в лабиринте, пока её энергия не погаснет. Поэтому звукопоглощение, особенно низких частот, эффективнее происходит в более крупных открытых порах.

В зависимости от назначения здания и места его строительства необходимо учитывать, от каких шумов надо защищать людей в помещении. Различают материалы звукопоглощающие, звукоизоляционные или прокладочные, вибропоглощающие

Звукопоглощающие материалы используют при изоляции производственных и общественных зданий. Шум станков в цехах или музыкальные классы не должны мешать окружающим. Такие помещения должны предусматривать прокладку крупнопористыми материалами. Чем большую пористость имеет материал, чем больше пор сообщается, тем больше его звукопоглощение. К таким материалам относят: минераловатные плиты, плиты на гипсовом вяжущем, особенно перфорированные (подвесные потолки), газосиликатные плиты, акмигран и даже пустотелый кирпич. Выпускают специально звукопоглощающие материалы с рельефной поверхностью. Для штукатурных растворов (акустических) больше подходит крупный песок, выступающий на поверхности. Увлажнение этих материалов снижает эффект.

Звукоизоляция должна быть заложена в проекте: в стенах, в перекрытиях, в перегородках, в стыках и т. д. Это, главным образом, изоляция от ударного шума. Она становится более эффективной с изготовлением прослоек с разным модулем упругости: мягкий слой через воздушную прослойку граничит с жёстким слоем. Слоистые изделия не должны иметь жёстких связей и должны чередоваться. Звукопоглощающие, как и вибропоглощающие материалы, – это пористые эластичные материалы, которые наносятся на тонкий металлический или пластиковый лист. Применяют также полужёсткие минерало-и стекловатные плиты, пенопласты, пористую резину и др.

Звукопоглощением обладают и зелёные насаждения вдоль дорог, и лес, и дорожные насыпи из щебня или гравия, наполненные воздушными прослойками.

Вибропоглощающие материалы это также сочетание мягких, гасящих вибрацию слоёв с плотными, отражающими колебания, которые затухают в воздушной прослойке. Для гашения вибрации используют листовые пластмассы или металл, на которые напыляют слой из пенополиуретана или пенопласта, фольгоизол, резину, различные мастики. Напыление на металлическую поверхность пористых масс с хорошей адгезией, защищает металл от коррозии. При разработке проекта предусматривают мягкие прокладки между несущей плитой и полом, в стыках внутренних стен и междуэтажных перекрытий.

 

6.4 Кислотостойкие материалы

 

К кислотоупорным относят материалы, способные работать в кислой среде и защищать другие строительные конструкции. К ним можно отнести керамические, пластмассовые материалы, кислотоупорный бетон, ситаллы, каменное литьё, а также алюминиевые сплавы, кварцевый песок, затворённый жидким стеклом.

Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют тугоплавкие и огнеупорные глины, а также шамот, если получают кирпич для дымовых труб. Из таких составов формуют канализационные трубы, транспортирующие агрессивные жидкости; специальный кислотоупорный кирпич и кислотоупорные плитки для футеровки аппаратов с кислотами.

Кислотоупорный бетон делают на жидком стекле с полимерной добавкой, заполнителями берут кислые горные породы: андезиты, базальты, диабазы и кварцевый песок. Полученную смесь отверждают кремнефтористым натрием. Наносят такую смесь для защиты железобетона и металла от действия кислот.

Высокой стойкостью к воздействию сильных кислот (кроме плавиковой) и щелочей обладают стеклокристаллические материалы – ситаллы, ещё более высокой – ситаллопласты, модифицированные фторопластом. Их используют для изготовления химической аппаратуры и труб, транспортирующих высокоагрессивные среды.

Кислотостойкие полимеры – полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, перхлорвинил, полиизобутилен, эпоксидные, полиэфиры. На их основе с наполнением кислотостойкими компонентами получают кислотостойкие пластмассы, используемые в агрессивной среде.

Из алюминиевых сплавов изготавливают кислотостойкие ёмкости и трубы. Изделия из каменного литья на основе кислых горных пород обладают высокой прочностью и кислотостойкостью.

Кислотостойкость придают материалам жидкая сера и натриевое жидкое стекло, которыми пропитывают пористые материалы.

 

6.5 Жароупорные материалы

Жароупорными называют материалы, не теряющие своих функциональных свойств при высокой температуре эксплуатации. Это: керамические материалы, специальная оксидная керамика, динасовые, шамотные, магнезиальные изделия, бетоны на высокоглинозёмистых цементах и жидком стекле, ситаллы и специальные сплавы.

При температуре до 700°С можно использовать кирпич прочности не ниже марки 125.

Чтобы сделать огнеупорный кирпич, сырьевую массу готовят из огнеупорных глин и обогащают их глинозёмом, получая шамот. Шамотный кирпич идёт на складывание внутренних сводов печей (при температуре до 1000ºС) при более высокой температуре используют изделия на магнезиальном вяжущем и высокоглинозёмистом цементе с пористыми заполнителями.

При меньшей температуре эксплуатации готовят жаростойкий бетон (для облицовки котлов и печей) даже на цементном вяжущем, в состав которого вводят тонкоизмельченный активный кремнезём – активную минеральную добавку. Шлакопортландцемент уже содержит измельчённую активную добавку и применяется при температуре эксплуатации до 700ºС. Когда температура выше и есть агрессивные газы – делают вяжущее на жидком стекле. Ещё более высокую температуру выдерживают глинозёмистые цементы (они стойки в углекислой среде), фосфатные и алюмофосфатные связующие с шамотным или хромомагнезитовым заполнителем.

Сборные элементы и монолитные конструкции из жаростойкого бетона применяют в энергетической, чёрной и цветной металлургии; в химической и нефтеперерабатывающей промышленности; в производстве строительных материалов.

 

 

6.6 Радиационностойкие материалы