51

Глава 10.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

10.1. Теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционными называют материалы и изделия, препятствующие перемещению тепловых потоков через строительные ограждающие конструкции (стены, крыша, полы) и технологическое оборудование. Для них характерна высокая пористость, низкая средняя плотность и теплопроводность. Чем выше содержание воздуха, тем эффективнее теплоизоляционный материал. Применение этих материалов позволяет сократить расход топлива на отопление здания, снизить массу ограждающих конструкций.

Основные показатели качества этих материалов:

• интервал температуры применения от минусовой до плюсовой, ^оС (Т);

• средняя плотность, кг/м³ ();

• отклонение от средней плотности, кг/м³ ();

• теплопроводность, Вт/(мК) ();

• группа горючести;

• предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ и пыли, выделяемых из изделия при хранении и эксплуатации, мг/м³;

• удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг (А_эфф).

Теплоизоляционные материалы классифицируют по виду исходного сырья на органические и неорганические. Каждый класс в свою очередь подразделяют в зависимости от структуры, формы и внешнего вида следующим образом. Неорганические материалы: штучные волокнистые и ячеистые изделия, рулонные, рыхлые волокнистые и сыпучие – зернистые материалы. К органическим относятся волокнистые изделия, ячеистые материалы и рыхлые сыпучие.

В России и Беларуси выпуск теплоизоляционных материалов распределяется следующим образом: минераловатные – 65 %, стекловатные – 9,3 %, пенопласты – 6,6 %, ячеистые бетоны – 6,6 %, базальтовые, перлитовые и вермикулитовые изделия – 12,5 %.

Большой объем отечественных шлаковых минераловатных изделий, которые имеют такие недостатки, как относительно высокий коэффициент теплопроводности, токсичность, способность впитывать воду, сжимаемость (слеживаемость), увеличивающуюся со временем, связан с их низкой стоимостью.

За рубежом преобладают материалы на основе базальтового и стеклянного волокон, трудногорючие пенопласты, влагостойкие пеностирольные плиты, ячеистый бетон с плотностью до 400 кг/м³.

Определены следующие перспективные направления в развитии производства теплоизоляционных материалов на ближайшие годы:

• значительное увеличение выпуска ячеистых автоклавных и неавтоклавных пенобетонов с плотностью 200 – 400 кг/м³– теплоизоляционных и 400 – 600 кг/м³– конструкционно-теплоизоляционных;

• осуществление промышленного выпуска поризованного полистиролбетона с растительными отходами;

• внедрение в практику строительства теплоизоляционных плит из пеноизола и карбамидоформальдегидного пенопласта;

• расширение производства и внедрения перлитосодержащих материалов: перлитоцементных, перлитобитумных, перлитофосфогелиевых, перлитопластбетонных, лигноперлитовых, перлитодиатомитовых и др.;

• увеличение выпуска и применения материалов на основе торфа (геокар), диатомита (диатем), гипса (тизол).

В табл. 10.1 представлены свойства и применение наиболее распространенных теплоизоляционных материалов.

При выборе неорганических волокнистых изделий необходимо учитывать, что по свойствам стекловатные изделия несколько отличаются от минераловатных. Они имеют меньшую среднюю плотность, большую прочность, вибростойкость, но обладают меньшей температуростойкостью.Применяют их наряду с минераловатными для тепловой изоляции строительных конструкций, но основной областью использования является изоляция холодильников, трубопроводов, промышленного оборудования, работающего в условиях вибрации.

Область применения минераловатных плит определяется структурой и плотностью изделий. Так для теплоизоляции горизонтальных ненагруженных конструкций (кровли) используют плиты марки 75 и 125, утепления вертикальных ограждающих конструкций с применением легких защитных штукатурок – 175 и тяжелых – 225.

Кроме перечисленных в последние годы изобретено много новых теплоизоляционных материалов, в которых значительно больший эффект достигается за счет использования комплекса мер.

Российские ученые в качестве заменителя керамзита – энергоемкого материала предлагают пенопорит, который представляет собой поризованные цементно-песчаные пеногранулы. Получают этот материал из смеси цемента, песка и пены. Состав определенной пластичности пропускают через гранулятор с последующим цементным опудриванием и сушкой гранул.

Таблица 10.1

Свойства и применение теплоизоляционных материалов

Вид материала	Основные показатели			Область применения
	средняя плотность, кг/м^3, 	коэффициент теплопроводности, Вт/(мК), 	интервал температуры применения Т, ^оС	Стены					Крыши	Полы	Потолки
				фасадные	наружные	внутренние	кладка	3-х сл. панели
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Неорганические материалы
Штучные волокнистые: Плиты минераловатные (шлаковатные) на синтетическом связующем (фенольная смола)	50-175	0,040-0,052	до +600	+	+	+	+	-	+	+	+
Плиты минераловатные (шлаковатные) на органическом (битумном) связующем	50-350	0,048-0,091	до +600	+	+	+	+	-	+	+	+
Плиты стекловатные на синтетическом связующем	15-45	0,025-0,037	от -60 до +400	+	+	+	+	-	+	+	+
Штучные ячеистые Плиты из ячеистого бетона на цементном и известково-кремнеземистом вяжущем	350-400	0,08-0,10	до 400	+	-	-	-	+	+	-	-
Плиты и блоки из пеностекла	200-400	0,085-0,11	до 400	+	-	-	-	+	+	-	-

Продолжение табл. 10.1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Рулонные Маты минераловатные (стекловатные) прошивные	10-35	0,04-0,48	от -60 до +700(400)	-	–	+	–	–	–	+	+
Рыхлые волокнистые Вата минеральная	30 (насыпная)	0,050	до 400	-	-	-	+	-	+	-	-
Сыпучие зернистые Щебень (аглопоритовый, керамзитовый), гравий керамзитовый, песок (аглопоритовый, керамзитовый)	200-300	0,099-0,108		-	-	-	+	-	+	+	+
Органические материалы
Штучные ячеистые Плиты пенополистирольные (экструзионные)	15-50	0,038-0,041	от -60 - до +80	+	+	+	+	+	+	+	+
Плиты пенополиуретановые	40-80	0,029-0,041	до +170	-	+	+	-	+	+	-	-
Плиты и блоки фенолформальдегидные (пеноизол-мипора)	10-20	0,02-0,03	до 110	-	-	+	-	-	-	-	+
Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные	230-300	0,068-0,085	до 200	+	+	-	+	-	+	-	-
Плиты пенополиэтиленовые фольгированные	50-100	0,04-0,05	от -60 – до +160	+	+	+	-	-	+	+	+
Штучные волокнистые Плиты древесноволокнистые (мягкие)	230-270	0,04-0,045	до 100	-	+	-	-	-	+	-	+
Плиты древесностружечные	250-400	0,045-0,09	до 100	-	+	-	-	-	+	-	+

Окончание табл. 10.1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Плиты теплоизоляционные фибролитовые	300-350	0,01-0,11	до 100	-	-	-	-	+	+	-	-
Плиты теплоизоляционные арболитовые	< 350	0,12	до 100	-	-	-	-	+	+	-	-
Плиты и блоки торфяные (геокар)	150-430	0,06-0,08	до 100	+	+	+	-	-	+	-	-
Плиты льнокостричные на сапропелевом связующем	< 200	0,046	до 100	-	+	-	-	-	+	+	+
Плиты камышитовые	175-250	0,046-0,093	до 100	-	+	+	-	-	+	-	-
Эковата (рыхлая)	35-65 (насыпн.)	0,041-0,05	до 100	-	+	+	+	-	+	-	+

Плитный материал силопор, применяемый для теплоизоляции стен и крыш в жилищном и промышленном строительстве, изготавливают из смеси песка, цемента, извести и комплексной пеногазообразующей добавки. Он характеризуется высокой огне- и биостойкостью, плотностью 150 –300 кг/м³, коэффициентом теплопроводности 0,04 – 0,06 Вт/(мК).

Большое разнообразие имеют материалы, полученные на основе вспученного гранулированного полуфабриката – бисерного стеклопора, насыпная плотность которого 70 – 200 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,04 – 0,10 Вт/(мК). Путем смешивания этого материала с минеральными и органическими связующими получают такие плитные и блочные материалы, как стеклосиликат, стеклоцемент, стеклопенополиуретан.

Путем резкого нагрева до температуры 1050 ^оС дробленых природных вулканических стекол (перлит), в состав которых входит кристаллизационная вода, происходит пятикратное увеличение объема материала – вспучивание. В зависимости от применяемого вяжущего (связующего) с использованием перлита производят теплоизоляционные плитные изделия на жидком стекле (= 200 – 300 кг/м³) – перлитосиликатные, перлитобетонные на портландцементе (до 600 кг/м³,до 0,12 В/(мК), перлитобитумные на органическом вяжущем (= 200 – 300 кг/м³,= 0,076 –0,87 В/(мК), перлитопластбетонные – на полимерном связующем ( = 100 –175 кг/м³,= 0,039 – 0,046 Вт/(мК).

Основные показатели полистиролбетона и, следовательно, его назначение в качестве блочного теплоизоляционного материала можно в значительной степени варьировать за счет регулирования структуры межзернового пространства: плотной, поризованной или крупнопористой. Поставленную цель решают путем подбора расхода цемента (120 – 500 кг/м³), размером гранул и насыпной плотностью пенополистирола (8 – 15 кг/м³), вводом эффективных пено- и газообразующих добавок. К этому материалу предъявляют жесткие требования по содержанию свободного мономера (стирола), которое не должно превышать 0,002 % по массе. Достигается это специальной обработкой (детоксикацией) полистирольного заполнителя, бетонной смеси или изделий и конструкций.

При использовании пенополиуретановых материалов необходимо учитывать их недостаточную светостойкость, которую можно повысить за счет защиты (каширования) поверхности металлической фольгой, рулонными материалами и стеклопластиками. Перспективны разработки по замене пенополиуретановых плит, требующих использования импортных компонентов, более дешевыми из пеноизола. Этот материал характеризуют следующие свойства: шумонепроницаемость, коэффициент теплопроводности 0,02 Втм/К, плотность 15 кг/м³, не токсичен, марка по горючести Т2, воспламеняемости В2. Плиты толщиной 50 мм могут по теплопроводности заменить кирпичную стену в 1000 мм.

Фольгирование используют также при получении пенофольгированного полиэтилена. К недостаткам этого материала можно отнести паро- и газонепроницаемость. Поэтому при теплозащите фасадов для исключения парникового эффекта необходимо предусматривать вентилируемое пространство. Пенополиэтилен (ППЭ) экструдированный, обладающий закрытой пористой структурой применяют для термо-, звуко- и гидроизоляции в виде листов, настилов толщиной до 15 мм и рулонного материала «Изолон».

Наряду со штучными рулонными, рыхлыми сыпучими материалами применяют монолитную теплоизоляцию,используя специальные напыляемые пенополиуретановые и полистиролбетонные смеси и гипсовые штукатурки, в которые в качестве мелкого заполнителя (наполнителя) входят неорганические или органические волокнистые материалы (минераловатные – асбест, отходы растительного сырья, обработанные жидким стеклом, синтетические волокна.)

Как показали работы российских ученых, эффект теплозащиты достигается не только за счет создания высокопористой замкнутой структуры, но и путем отражения инфракрасного излучения. Именно на этом основано применение лакокрасочного долговечного (10 лет) термоизоляционного покрытия «Термо-Шилд», представляющего собой водный раствор высококачественных акриловых и латексных смол, в котором находится очень большое количество (около двух миллиардов в одном литре) керамических вакуумированных шариков диаметром 8 микрон.

Общая толщина слоя составляет около 1 мм, он обладает высокой паропроницаемостью, влагонепроницаемостью и декоративностью. Теплоизоляционный механизм «Термо-Шилд» заключается в низкой излучательной способности покрытия, которая отражает 90 – 92 % солнечного излучения при защите фасадов и крыш. При использовании в помещении «Термо-Шилд интерьер» выравнивается градиент температур внутреннего воздуха и внутренних поверхностей наружных стен. Повышается температура этих поверхностей, уменьшается коэффициент теплообмена. Для обеспечения комфортности пребывания в таком помещении достаточно поддерживать температуру 15 ^оС. В зависимости от того, где используют покрытие (фасад, крыша, интерьер), корректируют соотношение компонентов.