СЕКЦИЯ «ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА»

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Г. С. Фомина, студ. 4 курса

Научный руководитель – к. т. н., доц. М. И. Зайцева

К теплоизоляционным материалам относятся строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений, технологического оборудования и трубопроводов. Такие материалы имеют низкую теплопроводность (при температуре 25°С коэффициент теплопроводности не более 0,175 Вт/(м°С)) и плотность (не выше 500 кг/м³).

Основная техническая характеристика теплоизоляционных материалов – это теплопроводность, т. е. способность материала передавать тепло. Для количественного определения этой характеристики используется коэффициент теплопроводности, который равен количеству тепла, проходящему за 1 час через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м² при разности температур на противоположных поверхностях 1°С. Также сильное влияние на теплопроводность оказывают температура и влажность материала.

Теплоизоляционные материалы и изделия можно систематизировать по следующим основным признакам.

По виду исходного сырья: неорганические (минеральная и стеклянная вата, ячеистые бетоны, материалы на основе асбеста, керамические и др.)

иорганические (древесно-волокнистые плиты, пенно- и поропласты, торфяные плиты и пр.). Также изготавливаются комбинированные материалы с использование органических и неорганических компонентов [4].

По структуре: волокнистые (минеральная и стеклянная вата, шерсть

ипр.), ячеистые (ячеистые бетоны и полимеры, пенно- и газокерамика и пр .) и зернистые или сыпучие (керамический и шлаковый гравий, пемзовый и шлаковый песок и пр.

По форме: рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др.), шнуровые (шнуры из неорганических волокон).

По возгораемости (горючести): несгораемые (керамзит, ячеистые бетоны и др.), трудносгораемые (цементно-стружечные, ксилолит) и сгораемые (ячеистые пластмассы, торфоплиты).

Маркировку теплоизоляционных материалов связывают с их плотностью. Поэтому основным показателем качества таких материалов яв-

230

ляется их марка плотности: D15-35-50-100-125-150-175-200-250-300- 350-400-500-600.

Температуростойкость оценивают предельной температурой применения материала. Выше этой температуры материал изменяет свою структуру, теряет механическую прочность и разрушается, а органические материалы могут загораться. Предельную температуру применения устанавливают несколько ниже значения температуростойкости в целях предосторожности и указывают в технической характеристике материала.

Теплоемкость имеет существенное значение в условиях частых теплосмен, так как в этих условиях необходимо учитывать теплоту, поглощаемую (аккумулированную) теплоизоляционным слоем. Теплоемкость неорганических материалов колеблется от 0,67 до 1 кДж/кг°С. С увеличением влажности материала его теплоемкость резко возрастает, т. к. для воды при 4°С она составляет 4,2 кдж/кг°С. Увеличение теплоемкости отмечается и при повышении температуры [4].

Огнестойкость характеризует сгораемость материала, т. е. его способность воспламеняться и гореть при воздействии открытого пламени. Сгораемые материалы можно применить только при осуществлении мероприятий по защите от возгорания и возможности использования средств пожаротушения. Возгораемость определяется при воздействии температуры 800-850°С и выдержке в течение 20 мин.

Плотность для жестких материалов – отношение массы сухого материала к его объему, а плотность волокнистого – это отношение массы сухого материала к его объему, но определенному при заданнойнагрузке.

Прочность при сжатии определяется при 10% деформации. Это величина напряжения, вызывающего изменение толщины изделия на 10%.

Сжимаемость – способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Материалы по сжимаемости мягкие (М) – деформация свыше 30%, полужесткие (ПЖ) – деформация 6–30%, жесткие – деформация не более 6%. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала при сжатии под действием удельной 0,002 МПа нагрузки.

Водопоглощение значительно ухудшает теплоизоляционные свойства и понижает прочность и долговечность. Материалы с закрытыми порами, например, пеностекло, имеют низкое водопоглощение (менее 1%). Для уменьшения водопоглощения, например, при изготовлении минераловатных изделий, зачастую вводят гидрофобные добавки, которые позволяют уменьшить сорбционную влажность в процессе эксплуатации.

231

Виды теплоизоляционных материалов

Пенополиуретан, пенополистирол, пенополипропилен, вспененный каучук, вспененный полиэтилен, каменная вата, каолиновая вата, минеральная вата, задувная вата, стекловата, пенобетоны, пеностекло, пенопласты (поропласты), фибролит, целлюлозный утеплитель, отражающая изоляция.

Органические теплоизоляционные материалы и изделия. Теплоизоляционные материалы и изделияна основе органического сырья

Большинство теплоизоляционных материалов на основе органического сырья (отходы деревообработки и лесопиления, неделовая древесина, камыш, солома, костра и другие отходы промышленности и сельского хозяйства) изготавливают в виде плит и блоков.

Годовой выпуск пиломатериалов в нашей стране превышает 5000 млн м3, при этом образуется около 15 млн м3 реек, горбылей и обрезков.

Кусковые отходы лесопиления, получаемые из наиболее ценной части древесины, – замечательное сырье для изготовления не только дре- весно-стружечных и древесно-волокнистых плит. Из этих отходов можно получать клееные заготовки и щиты для строительных конструкций, заполнителей для фибролита и арболита.

Древесноволокнистые теплоизоляционные изделия (ГОСТ 4598) изготавливают в виде крупноразмерных плит или листов из древесного сырья, которое последовательно измельчают в волокнистую массу, формуют и подвергают тепловой обработке.

Древесные плиты обладают повышенной гигроскопичностью и водопоглощением. Они легко воспламеняются и могут долго тлеть. Эта способность выражена у древесно-волокнистых плит сильнее, чем у естественной древесины [3].

Древесно-стружечные теплоизоляционные плиты изготавливают горячим прессованием массы, содержащей около 90% органического волокнистого сырья (чаще всего специально приготовленной древесной стружки) и 8–10% синтетических смол (фенолоформальдегидной или мочевиноформальдегидной). Для улучшения свойств плит в сырьевую массу добавляют гидрофобизирующие вещества, антисептики и антипирены. Плиты бывают одно- и многослойные, сплошные и многопустотные. Прочность древесно-стружечных плит гораздо выше, чем аналогичных древесно-волокнистых плит.

Плиты изготавливают толщиной 10,13,16,19, 22 и 25 мм, длиной 3500 мм, шириной 1500 и 1700 мм. Гигроскопическая влажность плит 7–8%, а водопоглощение их может изменяться от 20 до 80%.

232

Технико-экономическое сопоставление по капитальным и эксплуатационным затратам подтверждает преимущество древесностружечных плит перед древесно-волокнистыми [2].

Известны работы по изготовлению теплоизоляционных материалов из измельченного органического сырья без добавления связующих: получены твердые теплоизоляционные плиты из пылевидных отходов камыша. В основу технологии их изготовления была положена способность измельченного камыша при нагревании под давлением в закрытой пресс-форме частично гидролизоваться и выделять химические соединения, которые при остывании образуют неплавкие и нерастворимые продукты, выполняющие функции связующих при изготовлении арболитовых блоков на основе отходов лесоперерабатывающей промышленности (опилок или щепы), вяжущего компонента портландцемента и воды [1].

Технология производства позволяет получать высококачественный строительный материал арболит, не имеющий аналогов по совокупности свойств на рынке строительных материалов. Получаемый материал арболит соответствует всем требованиям ГОСТов. Арболит экологичен и прост в применении.

Основные компоненты для производства арболита – цемент, щепа, вода, сернокислый алюминий. Щепа не должна быть свежеспиленной, необходимо предварительное хранение под навесом. Щепа загружается в смесительную станцию, включается привод, добавляется сернокислый алюминий. Происходят расщепление щепы шнеками смесительной станции до предусмотренных ГОСТом размеров и нейтрализация сахаров в щепе сернокислым алюминием. После этого в смесительную станцию засыпается цемент и добавляется вода в определенной последовательности, происходит окончательное перемешивание арболитовой смеси. Готовая смесь транспортируется к месту уплотнения, загружается в пресс-формы. Уплотнение возможно ручными трамбовками или методом вибрирования с пригрузом. После уплотнения блоки сразу извлекаются из форм. Готовые блоки набирают плотность на месте трамбования или переносятся на стеллажи. Свободно перемещать блоки, складывать один на другой можно через 2-4 дня, помещать на поддоны высотой до 2 метров возможно через неделю, перевозка к месту строительства через 2 недели, окончательная плотность через месяц. При использовании сушильной камеры готовые блоки после трамбования помещают в камеру на ночь, перевозка к месту строительства возможна сразу после выгрузки из камеры.

233