Теплоизоляционные материалы

К теплоизоляционным материалам относятся легкие, обычно пористые материалы, имеющие низкий коэффициент теплопроводности. Например, легкие бетоны на пористых заполнителях имеют плотность 500—1800 кг/м и обладают большим количеством пор. Выполненные из легкого бетона изделия имеют шероховатую поверхность. Их теплоизоляционные свойства зависят от количества и характера пор.

Передача теплоты в легком бетоне происходит через каменный остов материала вследствие теплопроводности и через поры, заполненные воздухом, путем конвекции. Чем меньше размер пор, тем меньшей подвижностью будет обладать в них воздух, передавая минимальное количество теплоты, и тем более высокими теплозащитными показателями будет обладать бетон.

Легкие бетоны получают на основе портландцемента. Если бетон автоклавного твердения, то используют известково-шлаковые, известково-зольные и другие вяжущие. В качестве заполнителей применяют пористые материалы с насыпной плотностью 1000—1200 кг/м: гранулированный шлак, шлаковую пемзу, аглопорит, керамзит, вспученный перлит и др.

При использовании в качестве заполнителя керамзита получают керамзитобетон. Если заполнителем является перлит, то получают перлитобетон, если аглопорит — аглопоритобетон и т.д.

Керамзит — один из основных пористых заполнителей, использующихся в строительстве. Это прочный и легкий материал, имеющий плотность 250—800 кг/м. Керамзит выпускается в виде песка, гравия и щебня.

Керамзитовый гравий получают в результате обжига легкоплавких вспучивающихся глин при температуре около 1200°С. В результате образуются гранулы размером 5— 40 мм. Спекшаяся оболочка на поверхности гранулы придает ей прочность. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены.

Керамзитовый песок имеет зерна до 5 мм, его получают при производстве керамзитового гравия в небольших количествах. Кроме того, его можно получить дроблением зерен гравия диаметром свыше 50 мм.

Шлаковая пемза — искусственный пористый заполнитель ячеистой структуры — получают из отходов металлургии — расплавленных доменных шлаков. При быстром охлаждении шлаков с помощью воздуха, воды или пара происходит их вспучивание. Образовавшиеся куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают на щебень и песок.

Гранулированный шлак представляет собой мелкозернистый пористый материал в виде крупного песка с зернами размером 5—7 мм.

Вспученный перлит — сыпучий теплоизоляционный материал в виде мелких пористых зерен белого цвета, который получают при кратковременном обжиге гранул из вулканических водосодержащих стеклообразных пород. При температуре 950—1200°С из материала энергично испаряется вода, пар вспучивает и увеличивает частицы перлита в 10—20 раз. Вспученный перлит выпускается в виде зерен диаметром 5 мм или песка и применяется для производства легких бетонов, теплоизоляционных изделий и огнезащитных штукатурок. Для производства бетонов плотность вспученного перлита должна составлять 150—430 кг/м³, для теплоизоляционных засыпок — 50—100 кг/м³. Коэффициент теплопроводности равен 0,04—0,08 Вт/(мˑ°С).

Вспученный вермикулит — сыпучий теплоизоляционный материал в виде чешуйчатых частиц серебристого цвета, получаемый в результате измельчения и обжига водосодержащих слюд. При быстром нагреве вермикулит расщепляется на отдельные пластинки, частично соединенные друг с другом. В результате его объем увеличивается в 15—20 раз. Насыпная плотность вермикулита составляет 75—200 кг/м³.

Вспученный вермикулит используется для изготовления теплоизоляционных плит для утепления облегченных стеновых панелей и легких бетонов в качестве теплоизоляционной засыпки.

Топливные шлаки — пористые кусковые материалы, образующиеся в топке в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного и бурого угля и другого твердого топлива.

Аглопорит получают в результате спекания гранул из смеси глинистого сырья с углем. Спекание гранул происходит в результате сгорания угля. Одновременно с выгоранием угля масса вспучивается. Насыпная плотность аглопоритового щебня 300—1000 кг/м.

В настоящее время широкое распространение в строительстве получил керамзитобетон, из которого изготовляют однослойные и трехслойные панели.

Пенобетоны получают из смеси цементного теста с пеной (взбитой из канифольного мыла и животного клея или другого компонента), имеющей устойчивую структуру. После затвердения ячейки пены образуют бетон ячеистой структуры. Из пенобетона выпускают ряд изделий.

Газобетон получают из смеси портландцемента, кремнеземистого компонента и газообразователя (чаще всего алюминиевой пудры). Нередко в эту смесь добавляют воздушную известь или едкий натрий. Полученную смесь заливают в формы, для улучшения структуры подвергают вибрации и обрабатывают преимущественно в автоклавах. Изделия из газобетона формуют большого размера, а затем разрезают на элементы.

Гаэосиликат автоклавного твердения получают на основе известково-кремнеземистого вяжущего, с использованием местных материалов — воздушной извести, песка, золы, металлургических шлаков. В настоящее время дома, стены которых выполнены из газосиликата, получили широкое распространение в сельской местности.

Опилкобетон также используют для строительства домов. В его состав входит известково-цементное тесто, которое смешивают со смесью опилок с песком. Получаемый бетон состава — вяжущее: песок: опилки — (1:1,1:3,2) — (1:1,3:3,3) (по объему) является хорошим теплоизоляционным материалом.

Наиболее высокими теплоизоляционными характеристиками обладают теплоизоляционные пенопласты, применяемые для утепления стен, покрытий и других элементов жилых зданий. Они представляют собой пористые пластмассы, получаемые при вспенивании и термообработке полимеров. Под действием температуры происходит интенсивное выделение газов, вспучивающих полимер. В результате образуется материал с равномерно распределенными в нем порами. В ячеистых пластмассах поры занимают 90—98% объема материала, в то время как на стенки приходится 2—10%. Поэтому пенопласты очень легки. Кроме того, они не загнивают, достаточно гибки и эластичны. Недостаток теплоизоляционных полимеров — их ограниченная теплостойкость и горючесть.

Пенопласты подразделяются на жесткие и эластичные. В строительстве для изоляции ограждающих конструкций применяют жесткие. Пенопласты легко обрабатываются, им легко можно придать любую форму. Кроме того, их можно склеивать между собой и с другими материалами: алюминием, асбестоцементом, древесиной. Для склеивания применяют дифенольные каучуковые, модифицированные каучуковые и эпоксидные клеи.

Пористые пластмассы вырабатывают на основе полистирольных, поливинилхлоридных, полиуретановых, фенольных и карбамидных смол.

Полистирольный пенопласт (пенополистирол) является наиболее распространенным теплоизоляционным материалом, состоящим из спекшихся между собой сферических частиц вспененного полистирола.

Пенополистирол является твердой пеной с замкнутыми порами. Это жесткий материал, стойкий к действию воды, большинству кислот и щелочей. Существенный недостаток пенополистирола — его горючесть. При температуре 80°С он начинает тлеть, поэтому его рекомендуют устраивать в конструкциях, замкнутых со всех сторон огнестойкими материалами. Он используется в качестве утеплителя в слоистых панелях из железобетона, алюминия, асбестоцемента и пластика.

Пенополиуретан изготовляют жестким и эластичным. Полиуретановый поропласт выпускают в виде матов из пористого полиуретана с коэффициентом теплопроводности 0,04 Вт/(м°С) размером 2×1×(0,03—0,06) м, а также твердых и мягких плит плотностью 30—150 кг/м и теплопроводностью 0,022—0,03 Вт/(м'°С). Простота изготовления позволяет получать из этого материала плиты не только в заводских условиях, но и на стройплощадке. При специальных добавках пенополиуретан не поддерживает горения.

Мипора — пористый теплоизоляционный материал белого цвета, изготовляемый на основе мочевиноформаль-дегидного полимера. Мипору выпускают в виде блоков объемом не менее 0,005 м и коэффициентом теплопроводности 0,03 Вт/(м'°С) или плиток толщиной 10 и 20 мм. Мипора не является горючим материалом. При температуре 200°С она только обугливается, но не загорается. Однако она имеет малую прочность на сжатие и представляет собой гигроскопичный материал. Мипору применяют в виде легкого заполнителя каркасных конструкций или пустот, где нет требований к влагоустойчивости.

Пеноизол относится к новым высокоэффективным теплоизоляционным материалам и представляет собой застывшую пену с замкнутыми порами. В зависимости от введенных в него добавок он может быть жестким и эластичным. При использовании в качестве наполнителя тонко молотого керамзитового песка пеноизол становится трудно возгораемым теплоизоляционным материалом. До температуры 350°С он устойчив к воздействию огня, при температуре до 500°С не выделяет токсичных веществ, кроме углекислого газа. Пеноизол имеет хорошую адгезию к кирпичу, бетонным и металлическим поверхностям. Используется для утепления дачных домов, коттеджей, гаражей, ангаров, покрытий бассейнов.

Сотопласты выпускают в виде гофрированных листов бумаги, хлопчатобумажной или стеклянной ткани, пропитанной полимером и антипиреном. Сотопласты представляют собой регулярно повторяющиеся ячейки правильной геометрической формы (в виде пчелиных сот). Его используют в качестве утеплителя в трехслойных панелях из алюминия или асбестоцемента. При заполнении ячеек крошками из мипоры теплоизоляционные характеристики сотопласта повышаются. Применяют сотопласты в виде плит и блоков толщиной 350 мм.

Наиболее рациональными для строительства являются соты из крафт-бумаги, пропитанной фенолформальдегидной смолой с размерами сот 12 и 25 мм. Сотопласты, изготовленные из обычной бумаги и пропитанные мочевино-формальдегидной смолой, хрупки и ломки. При распиловке они сильно крошатся.

Алюминиевая фольга — один из эффективных утеплителей. В то же время она является хорошей воздухоизоляцией и пароизоляцией. В настоящее время промышленность цветной металлургии выпускает фольгу толщиной 0,005—0,2 мм. Алюминиевая фольга имеет блестящую серебристую поверхность с большой отражательной способностью. Большая часть потока лучистой теплоты, падающей на конструкцию, покрытую фольгой, отражается, благодаря этому уменьшаются теплопотери через ограждения и повышается их теплозащита.

Алюминиевая фольга для строительства выпускается в рулонах диаметром 8—43 см, толщиной полотна 0,005— 0,02 мм и шириной 10—460 мм.

Минеральная вата представляет собой теплоизоляционный материал, состоящий из тончайших стекловидных волокон, получаемых путем распыления жидких расплавов шихты из металлургических и топливных шлаков, горных пород типа доломитов, мергелей, базальтов. Длина волокон составляет 2—60 мм. Теплозащитные свойства минеральной ваты обусловлены воздушными порами, заключенными между волокнами. Воздушные поры составляют до 95% общего объема скелета минеральной ваты. Минеральная вата занимает ведущее положение среди неорганических теплоизоляционных материалов благодаря простоте производства, неограниченности сырьевых запасов, малой гигроскопичности и небольшой стоимости.

Недостаток минеральной ваты для тепловой изоляции состоит в том, что при хранении она уплотняется, комкуется, часть волокон ломается и превращается в пыль. Имеющая очень малую прочность, уложенная в конструкциях минеральная вата должна быть защищена от механических воздействий. Поэтому применение в строительстве находят изделия, выпущенные на ее основе, — маты, жесткие и полужесткие плиты.

Маты минераловатные прошивные применяются для теплоизоляции наружных ограждений, а также конструкций, температура которых не менее 400°С. Они имеют при плотности 100—200 кг/м коэффициент теплопроводности 0,052—0,062 Вт/(м'°С). Прошивные маты выпускаются длиной 2 м, шириной 0,9—1,3 м при толщине полотна 0,06 м. В строительстве используются прошивные маты на металлической сетке, на обкладке из стеклохолста, на крахмальном связующем с бумажной и тканевой обкладками.

Маты минераловатные на металлической сетке получают путем прошивки ковра из минеральной ваты на металлической сетке хлопчатобумажными нитками. Маты выпускаются плотностью 100 кг/м с коэффициентом теплопроводности около 0,05 Вт/(м'°С) и размером 3×0,5×0,05 м.

Минераловатные маты на обкладке из стеклохолста изготовляют прошивкой минераловатного ковра стекложгу-том, обработанным в мыльном растворе. Они выпускаются плотностью 125—175 кг/м с коэффициентом теплопроводности 0,044 Вт/(м'°С) размером 2×06×0,04 м и могут быть использованы для изоляции конструкций с температурой до 400°С. Минераловатные маты на крахмальном связующем с бумажной обкладкой выпускают плотностью 100 кг/м с коэффициентом теплопроводности 0,044 Вт/(м'°С) длиной 1—2 м, шириной 0,95—2 м, толщиной от 0,04 до 0,07 м с шагом в 0,01 м.

Теплоизоляционные полужесткие плиты на основе синтетического связующего используют для утепления строительных конструкций и др., в основном в качестве эффективной теплоизоляции покрытий и кровель, в том числе и шиферных. Их использование возможно во всех случаях, где исключается увлажнение и деформация утеплителя во время эксплуатации.

Полужествие плиты состоят из минерального волокна, пропитанного при распылении растворов фенолоспиртов с последующим охлаждением. Плиты марки ПП производят плотностью 100 кг/м с коэффициентом теплопроводности 0,046 Вт/(м'°С) длиной 1 м, шириной 0,5 м, толщиной 0,03; 0,04 и 0,06 м.

Полужесткие плиты на синтетическом вяжущем изготовляют из минераловатного ковра, пропитанного синтетическим связующим (например, карбамидными смолами) с последующей теплообработкой. Их выпускают плотностью 80—100 кг/м с коэффициентом теплопроводности 0,031—0,058 Вт/(м°С).

Жесткие минераловатные плиты на битумном связующем, имеющие коэффициент теплопроводности 0,042 Вт/(м°С), выпускаются размером 1x0,5x0,06 м. Они имеют низкую гигроскопичность, высокую водостойкость и мало подвержены поражению грибками и насекомыми.

Жесткие минераловатные плиты типа ПЭ на синтетическом связующем имеют коэффициент теплопроводности 0,04 Вт/(м'°С) и выпускаются размером 1x0,05x0,06 м. Они обладают повышенной прочностью и могут использоваться для утепления совмещенных кровель и крупнопанельных ограждающих конструкций.

Минераловатные мягкие плиты называют минеральным войлоком. Его выпускают в виде рулонов, упакованных в жесткую тару или водонепроницаемую бумагу. Полотнища минерального войлока выпускают длиной 1; 1,5 и 2 м, шириной 0,45; 0,5 и 1 м, толщиной 0-,05—0,1 м с шагом в 0,01 м. Мягкие минераловатные плиты на битумном связующем используют для утепления строительных конструкций. Серьезным их недостатком является способность войлока уплотняться при незначительных нагрузках, в первую очередь от собственного веса. При этом происходит резкое увеличение плотности, иногда вдвое, что приводит к снижению его теплозащитных качеств.

Строительный войлок получают из низкосортной шерсти животных, к которой добавляют растительные волокна и крахмальный клейстер. Полученные полотнища пропитывают 3%-ным раствором фтористого натрия для защиты от повреждения молью и высушивают. Строительный войлок — хороший утепляющий и звукоизоляционный материал, используется при штукатурке стен и потолков, утепления зазоров между дверными или оконными коробками и стеной.

Стеклянная вата является теплоизоляционным материалом, получаемым вытягиванием расплавленного стекла и состоящим из шелковистых, тонких, гибких стеклянных нитей белого цвета.

Маты из стекловолокна на синтетической связке плотностью 350 кг/м³ с коэффициентом теплопроводности 0,045 Вт/(м°С) выпускают длиной 1—1,5 м, шириной 0,5; 1; 1,5 м, толщиной 0,03—0,06 м.

Базальтовое супертонкое стекловолокно БСТВ является высокоэффективным теплоизоляционным материалом, обладающим малой плотностью 17—25 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности 0,027—0,036 Вт/(м'°С). Из него изготовляют маты, обладающие хорошей теплозащитой и звукоизоляцией.

Пеностекло представляет собой материал, изготовляемый из стекольного боя или кварцевого песка, известняка, соды, т.е. тех же материалов, из которых производят различные виды стекол. Пеностекло образуется в результате спекания порошка стеклобоя с коксом или известняком, которые при высокой температуре выделяют углекислый газ. Благодаря этому в материале образуются крупные поры, стенки которых содержат мельчаший замкнутые микропоры. Двоякий характер пористости позволяет получить пеностекло, имеющее в зависимости от плотности низкий коэффициент теплопроводности 0,058— 0,12 Вт/(м°С). Оно обладает водостойкостью, морозостойкостью, несгораемостью и высокой прочностью. Пеностекло используют для утепления стен, перекрытий, кровель, для изоляции подвалов и холодильников.

Цементный фибролит является хорошим теплоизоляционным материалом, состоящим из смеси тонких древесных стружек длиной 20—50 см (древесной шерсти), портландцемента и воды. Полученную массу формуют, подвергают тепловой обработке и разрезают на отдельные плиты. Древесные стружки, приготовленные из неделовой древесины хвойных пород на специальных станках, выполняют в плитах роль армирующего каркаса. Цементно-фибролитовые плиты выпускают марками по плотности М 300, 350, 400 и 500 с коэффициентом теплопроводности 0,09—0,12 Вт/(м°С), длиной 2—2,4 м и шириной 0,5— 0,55 м и толщиной 5; 7,5 и 10 см.

Арболит изготовляют из смеси портландцемента, дробленой стружки и воды.

Древесно-стружечные плиты изготовляют в результате прессования специально подготовленных стружек с жидкими полимерами. Стружки изготовляют на станках из неделовой древесины, используя отходы фанерного и мебельного производства. Плиты представляют своего рода слоистую конструкцию, средний слой которой состоит из толстых стружек толщиной около 1 мм, а наружные слои из тонких стружек толщиной 0,2 мм. Для обеспечения биостойкости плит в массу из стружек и полимеров вводят антисептик (буру, фтористый натрий и др.), а также антипирены и гидрофобизирующие вещества. Применение гидрофобизаторов позволяет уменьшить набухание плит под действием влаги воздуха.

Плиты снаружи отделывают полимерными пленочными материалами, бумагой, пропитанной смолой, что также защищает их от увлажнения и истирания. Иногда поверхность плит покрывают водостойкими лаками.

Древесно-стружечные плиты выпускают различной плотности от 350 до 1000 кг/м³. Плиты средней (510— 650 кг/) и высокой (660—800 кг/м) плотностей используют в качестве конструкционного и отделочного материала, а малой плотности (350 кг/м) — как теплоизоляционный, а также звукоизоляционный материал. Плиты изготовляют длиной 1,8—3,5 м, шириной 1,22—1,75 м, толщиной 0,5—1 см.

Древесно-волокнистые плиты изготовляют из древесины или растительных волокон, получаемых из отходов деревообрабатывающих производств, неделовой древесины, а также костры, камыша, хлопчатника. Наибольшее распространение получили плиты на основе древесных отходов. Древесно-волокнистые плиты выпускают различной плотности — от 250 до 950 кг/м³. Твердые плиты (плотностью больше 850 кг/м) применяют для устройства перегородок, подшивки потолков, настилки полов, изготовления полотен и встроенной мебели.

Изоляционные древесно-волокнистые плиты плотностью до 250 кг/м с коэффициентом теплопроводности 0,07 Вт/(м'°С) используют для тепло- и звукоизоляции помещений. Они имеют длину 1,2—3 м, ширину 1,2— 1,6 м, толщину 0,8—2,5 мм.

Оргалит представляет собой теплоизоляционные древесно-волокнистые плиты из измельченной и химически обработанной древесины. При плотности 150 кг/м³ они имеют коэффициент теплопроводности 0,055 Вт/(м'°С) и используются для теплоизоляции стен, кровель и т.д.

Торфяные изоляционные плиты изготовляют прессованием из малоразложившегося торфа, имеющего волокнистую структуру. Торфяные плиты выпускают плотностью 170 и 250 кг/м с коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии 0,06 Вт/(м'°С), длиной 1 м, шириной 0,5 м, толщиной 30 мм и используют для изоляции ограждающих конструкций зданий.

Асбестовый картон получают из асбеста 4-го и 5-го сортов, каолина и крахмала. Его изготовляют на листо-формовочных машинах в виде листов длиной и шириной 0,9—1 м, толщиной 2—10 мм. Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии равен 0,157 Вт/(м'°С).

Опилки древесные получают в результате обработки древесины, в мебельном производстве, при распиловке. Опилки плотностью около 150 кг/м используют в качестве утепляющей засыпки, а также для производства арболита, ксилолита, при изготовлении опилкобетона и других строительных материалов.

Пакля представляет собой коротковолокнистый материал, получаемый из отходов пеньки и льна, имеет плотность 160 кг/м, коэффициент теплопроводности 0,047 Вт/(м°С) и применяется для конопатки стен и зазоров оконных коробок.

Гипсовые плиты для перегородок огнестойки, обладают высокими звукоизоляционными качествами, в них легко забиваются гвозди. Плиты применяются для перегородок в помещениях с относительной влажностью не более 70%. Гипсовые перегородки выпускают сплошными и пустотелыми, длиной 0,8—1,5 м, шириной 0,4, толщиной 80, 90 и 100 мм.

Гипсокартонные листы представляют собой отделочный материал, изготовленный из строительного гипса, армированного растительным волокном. Поверхность листов с обеих сторон оклеена картоном. Сухая штукатурка легко режется, не горит, хорошо прибивается гвоздями. Гипсокартонные листы лопаются при изгибе. Как и все изделия на основе гипса они разрушаются под действием влаги.

Сухая штукатурка выпускается листами длиной 2,5— 3,3 м, шириной 1,2 м, толщиной 10—12 мм и применяется для внутренней отделки помещений. Ее приклеивают к поверхности стен и потолков специальными мастиками. Швы между листами заделывают безусадочной шпатлевкой.

Гипсобетонные камни являются местным строительным материалом, их применяют для наружных стен малоэтажных зданий в районах, где нет других эффективных стеновых материалов.

Гипсобетон изготовляют на основе строительного, высокопрочного гипса или гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. В его состав вводят пористые заполнители — керамзитовый гравий, топливные шлаки, а также смесь из кварцевого песка и древесных опилок. В зависимости от заполнителя гипсобетон имеет плотность 1000—1600 кг/м. Из него изготовляют сплошные и пустотелые плиты перегородок.