3.2. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия

К группе неорганических теплоизоляционных материалов относятся: минеральная и стеклянная вата, базальтовое волокно и изделия из них; ячеистое стекло (пеностекло), ячеистые теплоизоляционные бетоны, легкие бетоны с применением вспученного перлита и вермикулита, асбестоцементные изделия, теплоизоляционная керамика. Неорганические теплоизоляционные материалы отличаются высокой огнестойкостью, малой гигроскопичностью, неподверженностью гниению и низкой теплопроводностью.

Минераловатные изделия. Минеральная вата – волокнистый бесформенный материал, состоящий из тонких стекловидных волокон диаметром 5–15 мкм, которые получают из расплава легкоплавких горных пород (мергелей, доломитов, базальтов и др.), металлургических и топливных шлаков и их смесей. Наилучшим видом минерального волокна является базальтовое волокно, которое выдерживает температуру до 1000°С, обладает высокой коррозионной стойкостью. Широко используются стеклянные волокна. Их получают из расплавленного стекла. Стекловолокно характеризуется высокой прочностью при растяжении, вибростойкостью, тепло- и биостойкостью, малой гигроскопичностью, хорошими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью.

Минераловатные изделия на основе указанных волокон различают как по структуре и внешнему виду (плиты, маты, скорлупы и т.д.), так и по эксплуатационным свойствам (прочности, сжимаемости, теплопроводности, атмосферостойкости и др.).

Высокие теплоизоляционные свойства минеральной ваты обусловлены наличием большого количества воздушных пор: пористость достигает 95–96 %. С уменьшением диаметра волокна снижается теплопроводность. Чем длиннее волокно, тем более упругими и прочными получаются изделия.

Маты в рулонах выпускают с синтетическим связующим (плотность 35–75 кг/м³); прошивные с металлическими, тканевыми, бумажными обкладками, а также с обкладкой из стеклохолста (100–200 кг/м³); из штапельного стекловолокна (25–50 кг/м³); из непрерывного стекловолокна (80–120 кг/м³); в виде холста из базальтового волокна (15–20 кг/м³).

а б

Рис. 21. Минераловатный прошивной мат (а);

полужесткие минераловатные плиты (б)

Прошивные маты – это гибкие изделия из слоя прошитого волокнистого материала (рис. 21, а). В последнее время используются вертикально-слоистые гибкие маты, состоящие из приклеенных к покровному материалу полос волокнистых плит при преимущественно перпендикулярном расположении волокон. Гибкие изделия, состоящие из слоя волокнистого материала со связующим веществом, называются войлоком.

Полужесткие и мягкие плиты изготавливают с синтетическим, битумным и крахмальным связующим. Изделия (плиты, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, более прочны и привлекательны на вид по сравнению с изделиями на битумном связующем. Плотность плит 35–250 кг/м³, теплопроводность – 0,041–0,07 Вт/(м·К) (рис. 21, б).

Жесткие плиты и фасонные изделия (скорлупы, сегменты) выпускают с синтетическим, битумным и неорганическим связующим (цементом, глиной, жидким стеклом и др.). Для повышения прочности и снижения количества связующего в состав изделий вводят коротковолокнистый асбест. Плиты толщиной 40–100 мм выпускают плотностью 100–300 кг/м³ и теплопроводностью 0,051–0,135 Вт/(м∙К).

Твердые плиты, имеющие пониженную сжимаемость, изготовляют на синтетическом связующем (фенолоспирте, растворе или дисперсии карбамидного полимера и др.). Прочность при сжатии минераловатных изделий повышается с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Прочность при сжатии при 10 %-ной деформации в 100 кПа может быть достигнута для минераловатных плит.

Изделия на основе минеральной ваты и стекловаты используются для строительной и монтажной изоляции, а также в качестве акустических материалов. Благодаря высокой вибростойкости стекловата и изделия из нее могут служить для теплоизоляции трубопроводов и оборудования, подвергаемого сотрясениям и вибрации. Однако, следует иметь в виду, что со временем минвата осыпается, являясь источником пыли, зависающей в воздухе и проникающей в легкие человека, т.е. минвата является экологически опасным материалом и требует осторожного к себе обращения.

Теплоизоляционные бетоны. Крупнопористые легкие бетоны готовятся на основе пористого заполнителя – вспученного перлита, легкого керамзита или вермикулита и минерального вяжущего. Их плотность может составлять 150–300 кг/м³. Теплоизоляционные ячеистые бетоны (газо- и пенобетоны) получают плотностью от 150 до 500 кг/м³ (рис.22, а). Эти бетоны имеют низкую плотность, достаточную марку по прочности, сравнительно низкое водопоглощение. Они морозостойки, обладают хорошей гвоздимостью и огнестойкостью. Теплоизоляционные бетоны используют для утепления наружных ограждений как в виде сборных плит, так и в качестве монолита.

Ячеистое стекло (пеностекло). Это легкий пористый материал, представляющий как бы затвердевшую стеклянную пену или, точнее, стекло, пронизанное огромным количеством пустот округлой формы размером 0,1–5 мм. Одним из основных его достоинств следует считать сочетание весьма малой тепло- и звукопроводности при небольшой плотности (200–500 кг/м³), достаточной прочности (до 10 МПа) и морозостойкости (до 50 циклов). Теплопроводность пеностекла составляет 0,07–0,08 Вт/(м∙К), а коэффициент звукопоглощения – 0,4–0,5. Кроме того, оно не горит, не поглощает влагу, не набухает, отличается высокой долговечностью.

а б

Рис. 22. Поровая структура газобетона (а);

блок пеностекла (б)

Пеностекло нужно признать незаменимым материалом для заполнения конструкций внутренних и наружных стен зданий, в особенности высотных, где облегчение нагрузки на фундамент играет очень большую роль. Оно легко подвергается механической обработке: его можно пилить, резать, сверлить, шлифовать, обтачивать на токарном станке, склеивать между собой и другими материалами. Все это расширяет области применения пеностекла. Хрупкость и малая термическая устойчивость являются единственными недостатками этого материала, с которыми приходится мириться ради других его ценных свойств.

В строительстве в настоящее время используется пеностекло в виде блоков, отделочных плит и гранулированное. Блоки и плиты из пеностекла применяются как конструкционный и отделочный материал в любых видах строительства. Их можно использовать в качестве наружного и внутреннего утеплителя стен, подвалов, для создания огнепреградительных конструкций (рис. 22, б). Пеностекло обеспечивает паро- и гидроизоляцию любых поверхностей и позволяет создавать ограждающие конструкции, обеспечивающие комфортный микроклимат в помещении. Гравий и щебень из ячеистого стекла используется как самостоятельный засыпной теплоизоляционный материал и в качестве заполнителя для легких бетонов и сэндвич-панелей.

Применение пеностекла в качестве теплоизоляционного материала распространено в промышленном и гражданском строительстве. Им изолируют полы, потолки, междуэтажные бетонные перекрытия. Кро-шку пеностекла используют для теплоизоляции кровли зданий. Достаточная прочность блоков пеностекла позволяет, в отличие от других изоляционных материалов, производить теплозащитную кладку стен без применения специальных креплений и металлической сетки. Пеностекло в качестве тепловой изоляции можно применять от температур глубокого холода до 450°С, кроме того, оно не боится воды [20].

Зернистые материалы (теплоизоляционные засыпки). В виде пористого песка с насыпной плотностью 50–120 кг/м³ и теплопроводностью 0,04–0,075 Вт/(м·К) применяются вспученный перлит и вспученный вермикулит, измельченные диатомиты и трепелы (насыпная плотность 400–700 кг/м³ и теплопроводность 0,11–0,18 Вт/(м·К). В качестве теплоизоляционной засыпки используется также гранулированная и стеклянная вата, дробленая пемза и вулканический туф, топливные шлаки, получаемые при сжигании кускового топлива, топливные золы от сжигания пылевидного топлива, доменные гранулированные шлаки.

Стеклопор получают путем гранулирования и вспучивания жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Технологический процесс включает производство гранулята – «стеклобисера» и его низкотемпературное (при 320–360°С) вспучивание. Стеклопор выпускают трех марок: СЛ (насыпная плотность 5–40 кг/м³ и теплопроводность 0,028–0,035 Вт/(м·К); Л (соответственно 40–80 кг/м³ и 0,032-0,04 Вт/(м·К); Т (соответственно 80–120 кг/м³ и 0,038–0,05 Вт/(м·К). В сочетании с различными связующими стеклопор используют для изготовления штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции. Наиболее эффективно введение стеклопора в наполненные пенопласты, так как это позволяет снизить расход полимера и значительно повысить их теплостойкость.