Строение и свойства теплоизоляционных материалов. Классификация теплоизоляционных материалов.

Теплоизоляционные работы на данный момент являются одними из самых важных в строительстве. При выполнении теплоизоляции трубопроводов большое значение имеет не только тщательное соблюдение строительной технологии монтажа теплоизоляционных материалов, но и соответствие качества и технических характеристик применяемыхутеплителейнормативным требованиям.

Характеристики утеплителей отличаются очень низкой теплопроводностью (к <0,18Вт/ м К) и небольшой плотностью, которая не превышает 600 кг/м3. Их используют для теплоизоляции всех наружных строительных конструкций, в качестве звукоизоляции помещений — для внутренних стен и перегородок, а также при выполнении работ по теплоизоляции различных тепловых агрегатов и холодильного оборудования.

Материалы для тепловой изоляции очень разнообразны, поэтому классифицируются они по многим параметрам.

Классификация теплоизоляционных материалов и их характеристики, в зависимости от структуры:

Волокнистые. К ним относятся минераловатные и стекловолокнистые утеплители органического и неорганического происхождения, состоящие из волокон. Перенос тепла в таких материалах осуществляется от волокна к волокну при касаниях, чем меньше сечение волокна, тем выше теплоизолирующие свойства. Минимальная толщина волокон неорганического происхождения — 5-8мк, при превышении этого значения нарушается прочность волокон;
Зернистые. К ним относятся вспученные вермикулит, шлак, асбозурит и перлит;
Ячеистые. В эту группу входят различные виды пенопласта, пеностекло, конструкции из ячеистого бетона, вулканитовые плиты.
В зависимости от формы и внешнего вида, утеплители делятся на:

Штучные. К этому виду относятся выполненные из теплоизоляционных материалов блоки, кирпич, плиты,теплоизоляционные цилиндрыи полуцилиндры, скорлупы ппу для изоляции труб, сегменты и другие изделия;
Рулонные и шнуровые. К ним относятся различныематы прошивные, жгуты ишнуры.
Рыхлые и сыпучие — это минеральная, базальтоваяи стекловата, перлитовый песок и др.
По степени горючести современные теплоизоляционные материалы подразделяются на:

Несгораемые (минеральная вата, керамзит, ячеистый бетон и др.)
Трудносгораемые (ксилолит, цементно — стружечные)
Сгораемые ячеистые (торфоплита, камышит, различные пластмассы)
В зависимости от сырья утеплители подразделяются на:

Неорганические (различные виды минеральной ваты и изделия на её основе, стекловолокно и производимые из него изделия, асбест, а также содержащие его материалы, вспученные вермикулит и перлит, ячеистые материалы, диатомит-трепел, алюминиевая фольга)
Органические (торфяные изделия, древесно-волокнистые плиты, эковата, поропласты, пенопласты). Технология теплоизоляционных материалов, в которой утеплитель производится из смеси сырья органического и неорганического происхождения, при превышении неорганического сырья более чем на 50% от массы, позволяет получать неорганический материал.
По содержанию связующего вещества материалы и изделия подразделяют на:

Современные теплоизоляционные материалы, которые содержат связующее вещество (ячеистый бетон, фибролит и т. д.);
Утеплитель, не содержащий связующего вещества (стекло — и минераловатное волокна).
По плотности утеплители делятся на:

Обладающие особо низкой плотностью (ОНП) — 15,25,35,50,75;
Обладающие низкой плотностью (НП) — 100,125,150,175;
Обладающие средней плотностью (СП) — 200,225,250,300,350;
Плотные (ПЛ) — 400,450,500,600.
Если для утеплителей, обладающих жесткостью, плотность соответствует отношению массы находящегося в сухом состоянии материала к его объему, то для волокнистых утеплителей такое соотношение определяется при воздействии на него заданной нагрузке.

По степени сжатия материалы классифицируются на:

Мягкие (М) — свыше 30
Полужесткие утеплители (ПЖ) — 6-30
Жесткая теплоизоляция (Ж) — до 6;
Материалы повышенной жесткости (ПЖ) — до 10 (при воздействии давления 40 Н/кВ. см)
Твердые — до 10 (под давлением 100 Н/кВ. см).
Свойства материала изменять свою толщину под воздействием определенного давления называется сжатием.

Классификация современных теплоизоляционных материалов по теплопроводности:

Низкая — 0,06 Вт/(м*°С);
Средняя — 0,06 — 0,115 Вт/ (м*°С);
Повышенная — 0,115-0,175 Вт/ (м*°С).
Плотность утепляющих материалов служит показателем качества, поэтому эти данные обязательно вносятся в маркировку материала.

Разновидности утеплителей:

Ваты минеральные и неминеральные (имеющие стеклянную, каменную, целлюлозную основу)
Теплоизоляционные блоки (газобетон, пенопласты и другие плитные теплоизоляционные материалы для стен и перекрытий)
Тонколистовая теплоизоляция;
Теплоизоляционные материалы для труб;
Уплотняющие ленты, шнуры и профили;
Вспенивающийся герметик;
Засыпной утеплитель;
Асбестовые теплоизолирующие материалы.
Сырьем для производства теплоизоляционных материалов служат минеральные, композиционные и полимерные материалы. Комплексное использование теплоизоляции с различного рода паро- и гидроизолирующими пленочными и мембранными материалами, применение тонколистового металла и фольги в качестве экранирующего защитного слоя позволяет значительно увеличить срок службы утеплителя в любых самых агрессивных условиях эксплуатации.

Учитывая свойства теплоизоляционных материалов, компоновки теплоизолирующего слоя по различным техническим параметрам позволяют:

Создавать в зданиях оптимальный для жизнедеятельности человека температурно — климатический режим, который улучшает самочувствие находящихся в них людей;
Снизить продолжительность строительства путем применения конструктивных элементов и конструкций заводского изготовления;
Существенно уменьшить применение традиционных строительных материалов (бетон, дерево, кирпич), заменяя их более технологичными;
За счет применения легких теплоизоляционных материалов для стен и перекрытий уменьшить вес конструкций стен и перекрытий, что даст возможность выполнять фундаменты и несущий каркас здания менее материалоемкими;
Снизить экономические затраты на обогрев здания при его дальнейшей эксплуатации.
Минеральная вата

Оптимальным и универсальным утеплителем, который можно применять практически во всех конструкциях, начиная от фундаментов и заканчивая крышей, является минеральная вата. Свойства теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты (низкая теплопроводность, экологическая чистота и огнестойкость) делают её оправданным лидером среди утеплителей.

Минеральную вату производят или из камней базальтовой группы или из шлаков металлургической промышленности с применением небольшой, до 4,5%, органической добавки в виде синтетической смолы, обеспыливателя и гидрофобизатора.
Шлаковая вата по многим параметрам уступает вате из камня, она теряет свои свойства при повышенной влажности и при критических плюсовых и минусовых температурах. Поэтому сфера применения её очень ограничена и распространяется только на дачные домики и временные сооружения.

Производство теплоизоляционных материалов в виде минеральной ваты основано на выдувании из расплавленной базальтовой породы тончайшего волокна (диаметр — до 8мкм, длинна — от2 до 10мм), которое при смешивании с органическим связующим позволяет получать волокнистую структуру материала, прочно удерживающего в себе воздух.

Свойства минеральной ваты

Воздух, содержащийся между волокнами материала, а также маленький диаметр волокон, по которым передается температура, обеспечивает низкую теплопроводность утеплителя. Чем хаотичнее структура минеральной ваты и меньше диаметр волокон, тем ниже коэффициент теплопроводности.
Так как сырьем для изготовления минваты служит базальт, температура плавления которого составляет 1000°С, готовый утеплитель также обладает хорошей огнестойкостью. Температурный режим эксплуатации минеральной ваты составляет от -180 до +400°С при отсутствии приложенных к утеплителю нагрузок.
Водостойкость минваты обусловлена её негигроскопичностью. В нормальных условиях в ней содержится всего 0,5% влаги от объема материала. Но даже при таких естественных свойствах минеральную вату при изготовлении пропитывают водоотталкивающими соединениями.
Волокнистая структура способствует затуханию звуковых волн и поглощению шума, что дает возможность применять этот материал при устройстве перегородок и полов.
Минеральная вата обладает химической пассивностью при соприкосновении с различными строительными материалами, не вызывает коррозии и гниения.
Благодаря хаотической волокнистой структуре минвата не теряет свою первоначальную форму и почти не подвержена усадке.
Утеплители из минеральной ваты бывают разными:

по плотности (мягкие, полужесткие, жесткие):
по форме (маты, плиты, цилиндры);
по обработке (фольгированные, гидрофобизированные);
по огнестойкости.
Технология теплоизоляционных материалов позволяет на основе минеральной ваты изготовлять минераловатные плиты, минераловатные прошивные и жесткие плиты, маты с защитным слоем из алюминиевой фольги, а также плиты из ваты повышенной жесткости.

82. Физико-химические основы получения материалов волокнистого и высокопористого строения.

Вспучивание. Этот способ получил весьма широкое применение при изготовлении нысокоиористых материалов. Его используют в производстве ячеистых бетонов, керамических и огнеупорных тепло­изоляционных изделий, изделий из ячеистого стекла, пенопластов, вспученных перлита, вермикулита, гранул из растворимого стекла. Наиболее широкое применение получил способ газообразования.
Газообразование. Сущность этого способа состоит в выделении газообразных продуктов во всем объеме поризуемого материала, находящегося в пластично-вязком (в том числе и пиропластиче ском) состоянии. Газообразование имеет ряд разновидностей, раз­личающихся но следующим признакам: химизму процесса газообра­зования; виду газообразователя; температуре газообразования и вспучивания массы.
По химизму процесса газообразование подразделяют на два спо­соба: первый основан на выделении газа при взаимодействии газо - образователя с компонентами вспучиваемой массы (газообразова - тели — алюминиевая пудра, карбонаты, кислоты и др.); второй — на выделении газа из газообразователя без его взаимодействия с поризуемой массой (газообразователи — пероксид водорода, поро - форы, углеродсодержащие вещества).
По виду различают газообразователи, вводимые в поризуемую массу (алюминиевая пудра, карбонаты, порофоры и т. д.); газооб­разователи, являющиеся составной частью вспучиваемою материа­ла (гидратная вода).
По температуре газообразования и вспучивания способ газооб­разования подразделяют на низкотемпературный (температура про­цессов до 100°С), среднетемпературный (120...400°С) и высокотем­пературный (выше 800СС).
К га. юобра. тнлгелям иредьинляюг определенные требования: обеспечивать плавное течение процесса газовыделения с получени­ем нетоксичных и не вызывающих коррозию продуктов; выделять большой объем газа, т. е. характеризоваться большим газовым чис­лом (см. ниже); обеспечивать наиболее интенсивное газовыделение в температурном интервале, соответствующем размягчению поризу - емого материала, т. е. нахождению его в пиропластическом состоя­нии; быть доступным, иметь невысокую стоимость, обладать устой­чивостью свойств при хранении и транспортировании.
Газовое число — это объем газа, мл, приведенный к нормальным условиям, выделяемый в единицу времени 1 г газообразователя при температуре максимального газовыделения. Этот показа­тель служит для первичной оценки эффективности газообразова - телей.
Способ газообразования наиболее широко применяют для произ­водства высокопористых материалов из масс, представляющих со­бой высококонцентрированные суспензии. Типичными представите­лями таких материалов являются ячеистые бетоны, получаемые на основе портландцемента, извести, смешанного цементно-известково­го вяжущего и кремнеземистого компонента. В данном случае в ка­честве газообразователя наиболее широко применяют алюминиевую пудру. Она представляет собой тонкодиспергированный порошок алюминия, частицы которого имеют форму лепестков со средним диаметром 20..50 и толщиной 1...3 мкм. Каждая частица алюминия покрыта тонкой пленкой стеарина, придающего пудре гидрофоб - ность. В результате пудра, предназначенная главным образом для производства краски, приобретает высокую кроющую способность и всплываемость. Однако в технологии теплоизоляционных и акус­тических материалов это обстоятельство существенно усложняет равномерное распределение ее как газообразователя в массе.
Для предотвращения венлыпанни частиц пудры необходимо при­менять массы, вязкость которых не позволяет этим частицам сво­бодно перемещаться п их объеме. Существуют также способы уда­ления стеариновой пленки непосредственно перед введением пудры в поризусмую массу.

83. Керамические теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные материалы и изделия.

КЕРАМИЧЕСКИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Этот вид теплоизоляционных материалов применяют главным образом для устройства тепловой изоляции различного рода про­мышленных печей и теплопроводов. Температура применения ке­рамических теплоизоляционных изделий зависит от применяемого для их изготовления сырья и находится в пределах 800... 16003С. Немаловажное значение при выборе теплоизоляционного материа­ла имеет коррозионная стойкость в данных условиях службы, а также термическая стойкость изделий, особенно при их применении в тепловых установках периодического действия.
Высокопористое строение керамических теплоизоляционных ма­териалов можно получать различными способами - введением и выжиганием выгорающих добавок, введением высокопористых на­полнителей, способами газового вспучивания (газообразованием) и пенообразования; закрепление же полученной высокопористон структуры и придание прочности изделиям во всех случаях дости­гают только в процессе обжига, что и позволяет объединить все многообразие этих материалов в одну группу керамических изде­лий.

84. Искусственное минеральное волокно и теплоизоляционные материалы на его основе.

Искусственное минеральное волокно широко применяют для производства теплоизоляционных н акустических изделий. Общий объем материалов и изделий на основе искусственных минераль­ных волокон составляет более 60% от выпуска теплоизоляционных и акустических материалов всех видов. В зависимости от сырья и способа производства искусственное минеральное волокно можно подразделить на следующие разновидности: волокно минеральное с температурой применения до 600°С (рядовое); волокно стеклян­ное (стекловолокно) с температурой применения до 400°С; высо - котемпературостойкое и огнеупорное волокно с температурой при­менения соответственно до 1000 и выше 1000°С.
Продукт в виде бесформенной волокнистой массы получил название минеральной или стеклянной ваты, в зависимости от химического состава исходных силикатных расплавов. Стеклянная вата характеризуется более высоким содержанием кремнезема и щелочей.

85. Теплоизоляционные материалы и изделия из вспученного вермикулита и перлита.

Вермикулитами называют минералы из группы гидрослюд, способные вспучиваться при нагревании. Вермикулиты образуют­ся в природных условиях в результате гидратации и других вто­ричных изменений различных слюд (магнезиальных и магнези - ально-железистых, алюминиевых и литиевых). Практическое зна­чение имеют вермикулиты, образовавшиеся из магниожелезистых слюд — биотита и флогопита.
Для слюд характерна слоистая структура: два элементарных слоя кремнекислородных тетраэдров и слой, состоящий из гидрок - сильных групп и ионов магния и железа (у биотита), образуют прочно связанный слюдяной пакет. В результате замещения иона Si4+ ионом. А13+ каждый пакет имеет избыточный отрицательный заряд, который уравновешивается двумя катионами К+, располо­женными между пакетами. Процесс гидратации первичных слюд при их переходе в вермикулит заключается в замене ионов калня молекулами поды, и слой которых втягиваются обменные ионы двухвалентных металлов (чаще всего Mg2+). Между пакетами об­разуется гидратпый слой, состоящий из гндратированных ионов металлов и молекул воды в свободном состоянии