Тема 6 теплоизоляционные материалы

Методические указания

Теплоизоляционные материалы применяются для изоляции конст-рукций зданий и сооружений, а также различных промышленных устано-вок, аппаратуры, трубопроводов, холодильников и транспортных средств. Они позволяют не только улучшить эксплуатационные условия в зданиях, но и сэкономить значительное количество материалов (кирпи-ча, цемента, древесины, металла), резко снизить массу конструкций и общие затраты на сооружение зданий, а также повысить степень индуст-риализации строительных работ.

Изучение теплоизоляционных материалов рекомендуется проводить, сгруппировав их по виду исходного сырья (органические и минеральные) или по назначению.

При изучении конкретных видов теплоизоляционных материалов полезно сопоставить разные материалы по их основным свойствам: плот-ности, теплопроводности, рабочему пределу температуры, прочности и долговечности.

В качестве контрольных мероприятий следует изучить вопросы к теме и выполнить задания 33-36, 48, 54.

Тема считается зачтенной при наборе 8 баллов.

Теоретический материал

Теплоизоляционные материалы ТИМ - строительные материалы, имеющие малую среднюю плотность и теплопроводность и применяемые

с целью уменьшения теплообмена с окружающей средой. Плотность не более 600 кг/м3, теплопроводность не более 0,175 Вт/м^.град. 1 т эффек-

тивных ТИМ экономит 200 т условного топлива.

1 Органические теплоизоляционные материалы

Сырьем для получения органических теплоизоляционных материа-лов являются древесина (опилки, стружка, горбыль), камыш, солома, торф, шерсть животных, костра льна и конопли, полимеры и синтетиче-ские смолы.

Строительный войлок. Изготовляют из низших сортов шерсти жи-вотных с добавкой растительных волокон и крахмального клейстера.

Плотность 150 кг/м³, l менее 0,5 Вт/м^.град.. Гигроскопичен, может тлеть. Для повышения долговечности необходимо, чтобы был сухим и обрабо-тан антисептиком. Применяется для тепловой и звуковой изоляции стен и

потолков под штукатурку, утепления углов, обивки наружных дверей, тепловой изоляции труб до 100^оС.

Пакля. Представляет собой спутанное волокно из отходов при об-работке льна. Должна быть мягкой, без посторонних включений, сухой. Применяется при законопачивании бревенчатых стен, оконных и двер-ных коробок. Лучше просмолить.

Шевелин. Представляет собой паклю, расположенную между двумя листами толя, пергамина или плотной бумаги, пропитанной битумом. Малогигроскопичен, пропускает воздух, горит, разрушается грызунами.

Применяется как утеплитель стен и перекрытий во временных построй-ках, а также для теплоизоляции труб до 100^оС.

Камышит. Изготовляется в виде плит прессованием с последующей прошивкой стальной оцинкованной проволокой. Лучше если камыш был рублен осенью или зимой. Отрицательные показатели – загнивает, имеет плохую гвоздимость, тлеет. Не стоек против грызунов.

Фибролит. Изготовляется в виде прессованных плит из смеси мине-рального вяжущего вещества и древесной стружки. Применяется для уте-пления стен и покрытий, устройства перегородок, каркасных стен и пере-крытий в сухих условиях.

Арболит. Представляет собой разновидность легкого бетона из сме-си вяжущего, органических заполнителей (отходы древесины, сечка ка-мыша, костра льна, подсолнечная лузга), химических добавок и воды. Применяется в виде навесных и самонесущих стен и перегородок, для те-плоизоляции стен, перегородок и перекрытий.

Древесно-волокнистая плита ДВП – оргалит. Изготовляется из неделовой древесины, отходов деревообрабатывающей промышленно-сти, макулатуры, соломы. Крупноразмерные изделия в виде листов. Мяг-

кие ДВП (по прочности при изгибе) марок М-4, 12, 20 и твердые ДВП (по плотности) марок Т-350, 400, СТ-500. l = 0,04…0,09. Вт/м^.град.

Применяется для теплоизоляции стен, потолков, полов, перекрытий, уте-пления кровель, акустической отделки, внутренней отделки вместо шту-катурки. Толщина 2,5…25,0 мм, длина 1200…5500 мм, ширина 1200…2140 мм.

Древесно-стружечная плита ДСтП. Получается горячим прессова-нием массы из 90% древесной стружки (шерсти) и 10% синтетических смол (фенолоформальдегидной или мочевиноформальдегидной). В со-

став смеси вводят гидрофобные вещества, антисептики, антипирены. Об-ладают хорошей гвоздимостью. Плотность до 850 кг/м³, l до 0,093 Вт/м^.град. Применяется для устройства полов, дверей.

Торфяные изделия. Изготовляют из волокнистого торфа, содержа-щего много мха-сфагнума прессованием и последующей тепловой обра-ботки, в результате которой выделяются клеящие смолистые вещества,

обеспечивающие связывание. Обладают большой гигроскопичностью, водопоглощением. Сгораемы. Плотность 170 и 220 кг/м³, l = 0,06…0,075 Вт/м^.град.. Прочность при изгибе не менее 0,3 МПа. Применяют для уте-

пления стен и перекрытий зданий и холодильников, изоляции труб до 100^оС.

Ячеистые пластмассы. Поры занимают 90…98% объема материала, l = 0,026…0,058 Вт/м^.град.. Водостойки, не загнивают. Применяют для

утепления стен и покрытий, теплоизоляции промышленного оборудова-ния до 60^оС. Можно пилить, строгать, хорошо склеиваются с бетоном,

металлом, древесиной:

- пенопласты имеют преимущественно закрытые поры в виде ячеек, разделенных тонкими перегородками;

- поропласты имеют сообщающиеся поры.

Пенополиуретан. Получается в результате химических реакций, протекающих при смешении полиэфира, диизоцианита, воды, катализа-торов и эмульгаторов:

- жесткий пенополиуретан используется в широком интервале тем-ператур, отличается легкостью и экономичностью обработки, высокой прочностью устойчивостью к износу и химической и биологической стойкостью;

- эластичный пенополиуретан служит для герметизации стыков па-нелей. Существуют заливочные композиции, которые могут вспенивать-ся даже на холоде.

Пенополистирол. Жесткий пластик, изготовленный из полистирола с порообразователем. Плотность до 25 кг/м³, стоек к истиранию, трудно

воспламеняется, практически не поглощает воду. Изготовляют в виде трехслойных панелей на гибких связях совместно с жесткими минерало-ватными плитами для теплоизоляции стен и кровель. Широко применя-ются плиты «Пеноплекс» плотностью 35 и 45 кг/м3 и коэффициентом те-плопроводности 0,025…0,03 Вт/м.град, которые не подвержены гниению, легко обрабатываются даже обычным ножом.

Пенополивинилхлорид. Жесткий и эластичный. Менее горюч чем пенополистирол.

Мипора. Получается вспениванием мочевиноформальдегидных

смол или отверждением отлитых из вспененной массы блоков с после-дующей сушкой. Плотность 1…20, кг/м³ l = 0,026…0,03 Вт/м^.град.

Сотопласты. Получаются склеиванием гофрированных листов бу-маги, стекло- или хлопчатобумажной ткани, пропитанных полимерами. Применяется как эффективный утеплитель в трехслойных панелях.

2 Неорганические теплоизоляционные материалы

Отличительной особенностью неорганических ТИМ является то, что они не подвергаются гниению, огнестойки и более долговечны. Получа-ют из горных пород, шлаков, стекла, асбеста.

Минеральная вата. Получают из тонких стекловидных спутанных волокон диаметром 5…15 мкм и длиной до 30 см, получаемые распыле-нием расплавов горных пород (мергелей, доломитов), шлаков, стекла воздухом или валками (дисками) центрифуги. Волокно собирается в ка-мере волокнообразования на непрерывно движущейся сетке. Одновре-менно вводят органические или минеральные связующие. С увеличением диаметра волокна увеличивается теплопроводность. Чем длиннее волок-но, тем более упругими и прочными получаются изделия. Теплоизоляци-онные свойства снижают корольки, т.е. не вытянутые в нити отвердевший

расплав в виде крупинок. Пористость достигает 96%. Применяют для те-плоизоляции поверхностей от 200 до 600^оС, в качестве засыпки после

грануляции во вращающемся барабане:

- твердые плиты изготовляют на синтетическом связующем (фено-

лоспирт, карбамид). Вводится пенообразователь. Формование проводят в вакуум-прессе с последующей тепловой обработкой при 150…180^оС. Плотность 180…200 кг/м³ l = 0,047 Вт/м^.град.. Водопоглощение £ 15%.

Высота 30…70 мм;

- жесткие плиты, скорлупы, сегменты, цилиндры на синтетических битумных и неорганических связующих (цемент, глина, жидкое стекло).

Для прочности вводят коротко волокнистый асбест. Плотность 100…400 кг/м³, l = 0,051…0,135 Вт/м^.град.. Высота 40…100 мм;

- полужесткие и мягкие плиты готовятся на синтетических, битум-ных и крахмальных связующих. Плотность 35…250 кг/м³, l = 0,041…0,07 Вт/м^.град;

- прошитые маты в рулонах. Различают маты на синтетическом связующем, плотностью 35…75 кг/м³; из штапельного (текстильного) стекловолокна, плотностью 25…50. кг/м³; из непрерывного стекловолок-на, плотностью 80…175 кг/м³; в виде холста из базальтового волокна, плотностью 15…20 кг/м³.

Стекловолокно. Получают фильерным и штапиковым способами. Применяют в виде текстильного волокна диаметром 3…7 мкм и тепло-изоляционного волокна диаметром до 70 мкм. Обладают высокой проч-ностью, химической стойкостью, диэлектрик, малой гигроскопичностью. На основе волокна изготовляют стеклоткани, холсты, жгуты, крученые нити, ленты, ткани, нетканый материал (стеклопластик).

Современные стекловолокнистые ТИМ марки URSA* позволяют реализовать новые нормы по теплоизоляции, сократить расходы на ото-

пление и уменьшить нагрузку на природу. В частности, при использова-нии бетона, кирпича, керамзитобетона и дерева толщина стен должна быть, соответственно, не менее 4м20см, 2м10см. 90см, 45см, а при ис-пользовании ТИМ марки URSA* -- только 18см. Они могут применяться для изоляции от крыши до потолка. В виде матов, плит, цилиндров при-меняют для изоляции трубопроводов.

Ячеистое стекло (пеностекло). Получают из стекла или стеклобоя с равномерно распределенными ячейками:

- введением в состав стекольной шихты веществ, вызывающих обильное пенообразование в процессе стекловарения. Наиболее сложный способ;

- холодный способ -- вспенивание размягченного стекла пенообра-зующими веществами на холоде с последующим закреплением структу-ры спеканием частиц;

- порошкообразный способ -- спекание смеси порошкообразного стекла с газообразователем (мрамор, кокс, известняк, графит, уголь). Наиболее широко распространен.

Ячеистое стекло применяется для изоляции тепловых сетей при под-земной бесканальной прокладке, для теплоизоляции стен, перекрытий, кровель, холодильников. Хорошо сцепляется с цементом, пилится, свер-лится.

Материалы на основе асбеста:

- совелит получают из смеси доломита и асбеста (15%). Применяет-ся для изоляции промышленного оборудования до 500^оС в виде порош-

ков для засыпки, плит, скорлуп, сегментов;

- асбестовая бумага – в виде листов и рулонов из асбестового во-

локна с небольшим количеством крахмала или казеина. Изоляция до 450^оС. Плотность 450…900 кг/м³, l = 0,14…0,20 Вт/м^.град. Толщина до

1,5 мм;

- асбестовый картон применяется для изоляция до 500^оС. Плот-ность 900…1000 кг/м³, l = 0,18 Вт/м^.град. Толщина до 10 мм;

- асбестовый войлок представляет собой несколько слоев асбестовой бумаги толщиной до 50 мм;

- асбестоизвестковотрепельные изделия (вулканит). Получаются при формовании смеси трепела (диатомита) – 60%, воздушной извести –

20%, асбеста – 20% и воды в результате автоклавной обработки. Приме-няется для изоляции теплового оборудования. Плотность до 400, кг/м³ l менее 0,19 Вт/м^.град.

Вспученный перлит. Получают измельчением и обжигом обсидиа-на, перлита, витрофира. При обжиге за счет удаления химически связан-

ной воды объем увеличивается до 10 раз. Применяют в виде засыпки при 200…1000^оС. Плотность 70…500 кг/м³, l = 0,04…0,09 Вт/м^.град.

Вспученный вермикулит. При обжиге объем увеличивается до 20 раз. Применяют в качестве засыпки до1200^оС. Плотность 100…300 кг/м³, l = 0,075…0,104 Вт/м^.град. Температура применения зависит от вида свя-зующего: на битуме – 60^оС, на жидком стекле – 500^оС, на глине – 1100^оС

Выводы

Анализируя отличительные особенности теплоизоляционных мате-риалов, можно сказать, что основная их особенность – высокая пористость. Следует отметить, что важным является величина и характер пор.

Теплоизоляционные материалы являются материалами функциональ-ного назначения. Они предназначены для тепловой изоляции. Они позво-ляют улучшить эксплуатационные условия в зданиях, сэкономить значи-тельное количество материалов (кирпича, цемента, древесины, металла), резко снизить массу зданий, повысить степень индустриализации работ.

Тест для самоконтроля

1. Разновидности способов создания пористости.

1. Вспучивание, выгорание и контактное омоноличивание.

2. Контактное омоноличивание, прессование и испарение добавок.

3. Объемное омоноличивание, испарение добавок и насыщение воздухом. 4. Контактное и объемное омоноличивание, вспучивание, прессование, вы-горание.

2. Как влияет увеличение доли мелких пор на теплопроводность материа-ла с неизменной общей пористостью?

1. Теплопроводность увеличивается. 2. Теплопроводность уменьшается.

3. Теплопроводность у минеральных материалов увеличивается, а у орга-нических - уменьшается.

4. Теплопроводность не изменится.

3. Почему при увлажнении материалов теплопроводность увеличивается? 1. Из-за увеличения средней плотности.

2. Из-за изменения характера пористости.

3. При увлажнении ухудшаются прочностные характеристики. 4. Теплопроводность воды выше теплопроводности воздуха.

4. По какому показателю теплоизоляционные материалы делят на марки? 1. По сжимаемости.

2. По коэффициенту теплопроводности. 3. По средней плотности.

4. По виду исходного сырья.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Промышленность строительных материалов, изделий и конструкций является крупной отраслью индустрии, располагающей механизированны-ми предприятиями, квалифицированными кадрами и крупной научной ба-зой.

Однако потребности капитального строительства по объему и ассор-тименту строительных материалов полностью не удовлетворяются, про-должает существовать противоречие между масштабами их производства и структурой выпуска. Планомерно осуществляемый технический прогресс в промышленности, новые технологические решения способствуют не толь-ко увеличению объема продукции, но и облегчают создание новых. Более эффективных строительных материалов, применение которых меняет при-вычные представления о конструкциях, конструктивных схемах и общем архитектурном облике зданий и сооружений.

Расширение выпуска и повышение качества высокопрочных, много-компонентных и специальных цементов, стекла, эффективных отделочных, тепло- и звукоизоляционных материалов, перевооружение кирпичного производства, строительного фаянса и сантехнических изделий на базе но-вейшей техники повысит уровень индустриализации строительного произ-водства и степень заводской готовности конструкций и деталей, расширит применение новых эффективных конструкций.

Ускорение разработки и внедрения энергосберегающих технологий в производстве цемента, извести и стекла, экономических методов обжига керамических материалов, эффективных способов изоляции тепловых аг-регатов и использование вторичного тепла позволит обеспечить экономию топлива и энергетических ресурсов.

Для охраны окружающей седы и экономии топливно-энергетических ресурсов большое значение приобретает малоотходное и безотходное про-изводство строительных материалов, включающие комплексную перера-ботку побочных продуктов промышленности.

Решение вышеуказанных задач неразрывно связано с подготовкой инженерных кадров для строительства. Инженеры-строители должны об-ладать широкими знаниями оптимальной технологии строительных мате-риалов.

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ТЕСТОВ

№ темы	Номер вопроса
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
1	2	3	1	4	2	1	1	4	3	2	1	4	3	1	2	2	2	2	2	1
2	1	2	3	2	2
3	4	4	1	2	1	3	3	4
4	3	3	4	1	4	1
5	4	1	1	1	3	1	2
6	1	1	4	3

СОКРАЩЕНИЯ

ГОК – горнообогатительный комбинат

ГОС – государственный образовательный стандарт

КЛТР – коэффициент линейного температурного расширения ПАВ – поверхностно-активные вещества

СВАМ -- стекловолокнистый анизотропный материал. Ситаллы – силикатные металлы

СНиП – строительные нормы и правила ТВО – тепло влажностная обработка ТИМ – теплоизоляционные материалы УМК – учебно-методический комплекс

ПРАКТИКУМ

Задание 1 По полученным данным при испытании свойств материалов определите их физические характеристики.

Задание 2 По полученным данным при испытании свойств материалов определите их механические показатели.

Задание 3 Проанализируйте особенности методик для определения мо-розостойкости строительных материалов.

Задание 4 Проанализируйте особенности методик для определения фи-зико-химических свойств строительных материалов.

Задание 5 Проанализируйте особенности методик для определения ис-тинной плотности материала

Задание 6 Проанализируйте особенности методик для определения средней плотности материала

Задание 7 Проанализируйте особенности методик для определения прочности материала в зависимости от его вида

Задание 8 Проведите анализ качества минералов магматических гор-ных пород

Задание 9 Проведите анализ качества минералов осадочных горных пород

Задание 10 Проведите анализ качества минералов метаморфических горных пород

Задание 11 Проведите анализ качества магматических горных пород Задание 12 Проведите анализ качества осадочных горных пород Задание 13 Проведите анализ качества метаморфических горных пород Задание 14 Оцените декоративность горных пород, применяемых для

изготовления облицовочных материалов

Задание 15 Определите основные эксплуатационные характеристики горных пород, применяемых для изготовления конструктивных элементов зданий и сооружений

Задание 16 Определите физические характеристики основных предста-вителей горных пород согласно их генетической классификации.

Задание 17 Проведите анализ качества лиственных древесных пород Задание 18 Проведите анализ качества хвойных древесных пород Задание 19 Проведите анализ пороков древесины

Задание 21 Почему свойства древесины зависят от влажности?

Задание 22 Проведите анализ качества древесины, применяемой для отделочных работ

Задание 23 Проведите анализ качества керамических материалов, по-лученных обжигом до спекания.

Задание 24 Проведите анализ качества керамических материалов, по-лученных обжигом не до спекания.

Задание 25 Проведите анализ физических свойств керамических мате-риалов

Задание 26 Проведите анализ механических свойств стеновых керами-ческих материалов

Задание 27 Проведите анализ качества керамических материалов, при-меняемых для отделочных работ

Задание 28 Проведите анализ качества стекла и стеклянных изделий. Задание 29 Проведите анализ качества ситаллов и шлакоситаллов. Задание 30 Проведите анализ физических свойств изделий из силикат-

ных расплавов

Задание 31 Проведите анализ механических свойств изделий из сили-катных расплавов

Задание 32 Проведите анализ качества изделий из силикатных распла-вов, применяемых для отделочных работ

Задание 33 Проведите анализ органических теплоизоляционных мате-риалов.

Задание 34 Проведите анализ неорганических теплоизоляционных ма-териалов.

Задание 35 Проведите анализ методов создания высокой пористости у теплоизоляционных материалов.

Задание 36 Какими основными показателями технических свойств об-ладают полимерные теплоизоляционные материалы?.

Задание 37 Высушенный до постоянной массы обыкновенный глиня-ный кирпич весит 3,42 кг, а после полного насыщения водой – 3,92 кг. Оп-

ределить плотность кирпича, водопоглощение по массе, открытую, замкну-тую и общую пористость. Плотность вещества 2,68 кг/см³.

Задание 38 Масса образца камня в сухом состоянии 50 г. Определить массу образца после насыщения водой, а также плотность вещества камня,

если известно, что водопоглощение образца по объему равно 18%, общая пористость 25% и плотность материала 1800 кг/м³.

Задание 39 Сколько штук обыкновенного глиняного кирпича получит-ся из 2,5 м³ влажной глины, если плотность кирпича 1700 кг/м³, плотность влажной глины 1600 кг/м³, влажность глины по массе 12%, а потери при

прокаливании составляют 8% от массы сухой глины?

Задание 40 Во сколько раз пористость камня А отличается о пористо-

сти камня В, если известно, что плотность вещества обоих камней одинако-ва и составляет 2,72 г/см³, но плотность камня А на 20% больше, чем плот-

ность камня В, у которого водопоглощение по объему в 1,8 раза больше во-допоглощения по массе.

Задание 41 Обыкновенный керамический кирпич имеет плотность 1800 кг/м³, а легкий строительный кирпич из этой же глины – 1000 кг/м³. Опре-

делить массу древесных опилок, необходимую для получения 1000 штук

легкого кирпича, если плотность древесины в сухом состоянии равна 500 кг/м³

Задание 42 Определить плотность камня неправильной формы, масса которого на воздухе равна 109 г. Масса образца, покрытого слоем парафи-

на, равна 111,5 г, а при взвешивании парафинированного образца в воде по-лучили 73,3 г. Плотность парафина 0,93 г/см³.

Задание 43 Масса образца камня в сухом состоянии 76 г, после насы-щения водой его масса увеличилась на 3 г. Определить плотность и порис-

тость камня, если его водопоглощение по объему 8,2%, а плотность вещест-ва 2,68 г/см³.

Задание 44 Сухой образец известняка при испытании на сжатие разру-шился при показании манометра гидравлического пресса 25 МПа. Опреде-лить предел прочности при сжатии известняка в насыщенном водой состоя-нии, если известно, что коэффициент размягчения равен 0,6, а площадь об-разца в 2 раза меньше площади поршня пресса.

Задание 45 Образец древесины размером 10х10х8 см имеет влажность 20%. После сушки до влажности 8% размеры его стали следующими: 9,65х9,80х7,63 см. Определить объемную усушку и коэффициент объемной усушки.

Задание 46 Манометр гидравлического пресса в момент разрушения стандартного образца древесины сосны с влажностью 19% при сжатии вдоль волокон показал давление 4 МПа. Определить предел прочности со-

сны при сжатии при стандартной влажности, если площадь поршня пресса равна 52 см², а коэффициент пересчета на стандартную влажность равен

0,685.

Задание 47 Укажите возможные виды влаги в древесине. Какое влия-ние оказывает влажность древесины на ее свойства?

Задание 48 Требуется заменить теплоизоляцию из совелитовых плит толщиной 40 мм на теплоизоляцию из минераловатных плит. Определить

толщину теплоизоляции из минераловатных плит, если коэффициент теп-лопроводности совелита 0,087 Вт/м^.град, а минеральной ваты – 0,065 Вт/м^.град.

Задание 49 Преимущества и недостатки древесины, как строительного материала. Влияние пороков древесины на ее качество.

Задание 50 Манометр гидравлического пресса в момент разрушения стандартного образца древесины сосны с влажностью 17% при статическом изгибе показал разрушающую нагрузку 3100 Н. Определить предел прочно-сти сосны при статическом изгибе при стандартной влажности, если коэф-фициент пересчета на стандартную влажность равен 0,815.

Задание 51 Основные древесные породы, применяемые в строительст-ве и особенности их свойств

Задание 52 Способы защиты древесины от возгорания и загнивания. Задание 53 Микростроение древесины и характеристика его состав-

ляющих.

Задание 54. Изобразите и опишите технологическую схему производ-ства минеральной ваты.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Байер В.Е. Архитектурное материаловедение. – М.: Стройиздат, 1989

2 Беженуца Л.П., Пахаренко В.А. Пластмассы в строительстве (изго-товление и применение). – Киев: Будiвельник, 1976.

3 Горшков В.С., Савельев В.Г., Федоров Н.Ф. Физическая химия си-ликатов и других тугоплавких соединений. – М.: Высшая школа, 1988.

4 Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. – М.: Высшая школа, 1981.

5 Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. – М.: Стройиздат, 1986.

6 Григорович М.Б., Блоха Н.Т. Словарь по минеральному сырью для промышленности строительных материалов. – М.: недра. 1976.