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 (АТ);

- средняя плотность, кг/м (р);

- отклонение от средней плотности, кг/м (Ар);

- теплопроводность, Вт/(мК) (А);

- 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 (Аэфф).

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 пеностироль- ные плиты, ячеистый бетон с плотностью до 400 кг/м.

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/м - теплоизоляционных и 400 - 600 кг/м - конструкционно-теплоизоляционных;

- осуществление промышленного выпуска поризованного полисти- ролбетона 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 ненагру- женных конструкций (кровли) используют плиты марок 75 и 125, утепле­ния вертикальных ограждающих конструкций - 175 и 225 с последующим применением легких защитных штукатурок.

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 поризован- ные 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   Основные показатели Область применения   средняя коэффи- интервал Стены       Вид материала плотность, кг/м3, р циент те- плопро- водности, Вт/(м-К), X темпера­туры при­менения ДТ, оС фасадные наружные внутрен­ние кладка 3-х сл. панели Крыши Полы Потолки                         Неорганические материалы Штучные волокнистые:                       Плиты минераловатные (шлако- 50-175 0,040- до +600 + + + + - + + + ватные) на синтетическом свя­   0,052                   зующем (фенольная смола)                       Плиты минераловатные (шлако- ватные) на органическом (би­ 50-350 0,048- до +600 + + + +   + + + тумном) связующем   0,091                   Плиты стекловатные на синтети- 15-45 0,025- от -60 до + + + + - + + + ческом связующем   0,037 +400                 Штучные ячеистые                       Плиты из ячеистого бетона на 350-400 0,08-0,10 до 400 + - - - + + - - цементном и известково-                       кремнеземистом вяжущем                       Плиты и блоки из пеностекла 200-400 0,085-0,11 до 400 + - - - + + - -

Свойства и применение теплоизоляционных материалов

Рулонные Маты минераловатные (стекло- ватные) 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	0,099­0,108		-	-	-	+	-	+	+	+
Органические материалы
Штучные ячеистые Плиты пенополистирольные (экструзионные) Плиты пенополиуретановые Плиты и блоки фенолформаль- дегидные (пеноизол-мипора) Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Плиты пенополиэтиленовые фольгированные	15-50	0,038­0,041	от-60 - до +80	+	+	+	+	+	+	+	+
40-80	0,029­0,041	до +170	-	+	+	-	+	+	-	-
10-20	0,02-0,03	до 110	-	-	+	-	-	-	-	+
230-300	0,068­0,085	до 200	+	+	-	+	-	+	-	-
50-100	0,04-0,05	от-60 - до +160	+	+	+	-	-	+	+	+
Штучные волокнистые Плиты древесноволокнистые (мягкие) Плиты древесностружечные	230-270	0,04-0,045	до 100	-	+	-	-	-	+	-	+
250-400	0,045-0,09	до 100	-	+	-	-	-	+	-	+

Плиты теплоизоляционные фибролитовые Плиты теплоизоляционные арболитовые	300-350	0,01-0,11	до 100	-	-	-	-	+	+	-	-
< 350	0,12	до 100	-	-	-	-	+	+	-	-
Плиты и блоки торфяные (геокар)	150-430	0,06-0,08	до 100	+	+	+	-	-	+	-	-
Плиты льнокостричные на сапропелевом связующем Плиты камышитовые Эковата (рыхлая)	< 200	0,046	до 100	-	+	-	-	-	+	+	+
175-250	0,046­0,093	до 100	-	+	+	-	-	+	-	-
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/м, 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/м, 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

₃

на жидком стекле

(р = 200 - 300 кг/м³)

- перлитосиликатные, перлитобе- тонные на портландцементе (р до 600 кг/м, X до 0,12 В/(м-К), перлитоби- тумные на органическом вяжущем (р = 200 - 300 кг/м, X = 0,076 - 0,87 В/(м-К), перлитопластбетонные - на полимерном связующем (р = 100 - 175 кг/м³, X = 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/м), 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 пенофольгирован- ного 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 (минерало- ватные - 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 мкм.

Общая толщина слоя составляет около 1 мм, он обладает высокой паропроницаемостью, влагонепроницаемостью и декоративностью. Тепло­изоляционный механизм «Термо-Шилд» заключается в низкой излуча- тельной 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.