4.2.2. Органические теплоизоляционные материалы

Органические теплоизоляционные материалы в зависимости от при­роды исходного сырья можно условно разделить на два вида: материалы на основе природного органического сырья (древесина, отходы деревообра­ботки, торф, однолетние растения, шерсть животных и т. д.) и материалы на основе синтетических смол, так называемые теплоизоляционные пластмассы.

Теплоизоляционные материалы из органического сырья могут быть жесткими и гибкими. К жёстким относят древесностружечные, древес­новолокнистые, фибролитовые, арболитовые, камышитовые и торфяные, к гибким - строительный войлок и гофрированный картон. Эти теплоизоляци­онные материалы имеют малую водо- и биостойкость.

Древесноволокнистые теплоизоляционные плиты получают из от­ходов древесины, а также из различных сельскохозяйственных отходов (со­лома, камыш, костра, стебли кукурузы и др.). Процесс изготовления плит со­стоит из следующих основных операций: дробление и размол древесного сы­рья, пропитка волокнистой массы связующим, формование, сушка и обрезка.

Древесноволокнистые плиты выпускают длиной 1200-2700, шириной 1200-1700 и толщиной 8-25 мм. По плотности их делят на изоляционные (150-250 кг/м³) и изоляционно-отделочные (250-350 кг/м³). Теплопроводность изоляционных плит 0,047-0,07 Вт/(м·°С), а изоляционно-отделочных - 0,07-0,08 Вт/(м·°С).

Изоляционные и изоляционно-отделочные плиты. Применяют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий зданий, акустической изоляции концертных залов и театров (подвесные по­толки и облицовка стен).

Арболит изготовляют из смеси цемента, органических заполнителей, химических добавок и воды. В качестве органических заполнителей исполь­зуют дробленые отходы древесных пород, сечку камыша, костру конопли или льна и т. п. Технология изготовления изделий из арболита проста и включает операции по подготовке органических заполнителей, например дробление отходов древесных пород, смешивание заполнителя с цементным раствором, укладку полученной смеси в формы и ее уплотнение, отвердение отформованных изделий.

Теплоизоляционные материалы из пластмасс. В последние годы создана довольно большая группа новых теплоизоляционных материалов из пластмасс. Сырьём для их изготовления служат термопластичные (полисти­рольные, поливинилхлоридные, полиуретановые) и термореактивные (моче­вино-формальдегидные) смолы, газообразующие и вспенивающие вещества, наполнители, пластификаторы, красители и другие.

В строительстве наибольшее распространение в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов полу­чили пластмассы пористо-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек или полостей, заполненных газами или воздухом, вызвано химиче­скими, физическими или механическими процессами или их сочетанием.

В зависимости от структуры теплоизоляционные пластмассы могут быть разделены на две группы: пенопласты и поропласты.

Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотностью и наличием не сообщающихся между собой полостей или ячеек, заполненных газами или воздухом.

Поропласты - пористые пластмассы, структура которых имеет сооб­щающиеся между собой полости. Наибольший интерес для современного индустриального строительства представляют пенополистпрол, пенополи­ви­нилхлорид, пенополиуретан и мипора.

Пенополистирол - материал в виде белой твердой пены с равномерной замкнутопористой структурой. Пенополистирол выпускают марки ПСБС в виде плит размером 1000х500х100 мм и плотностью 25-40 кг/м³. Этот мате­риал имеет теплопроводность 0,05 Вт/(м·°С), максимальная температура его применения 70 °С. Плиты из пенополистирола применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий, изоляции промышленных холодильников и для звукоизоляции.

Наряду с нулевой капиллярностью и пренебрежимо малым водопогло­щением (менее 0,2 объемных %), экструдированный пенополистирол (благодаря своей структуре) обладает очень высокой прочностью на сжатие, а также стабильными теплоизоляционными характеристиками, сильно превышаю­щими средние значения большинства других изоляционных мате­риалов - теп­лопроводность Вт/(м·°С). Он морозостоек и долговечен, хи­мически ус­тойчив (за исключением органических растворителей, безводных кислот и бензина) и не подвержен гниению. Может приклеиваться горячим битумом.

Закрытая ячеистая структура материала обеспечивает малое изменение теплопроводности во влажных условиях, которая может меняться в пределах 0,001-0,002 Вт/(м·°С), что позволяет применять экструдированный пенополистирол в конструкции подвалов в качестве наруж­ной теплоизоляции без дополнительной гидроизоляции. Он сохраняет теплоизоляционные свойства после 1000 циклов замораживания-оттаивания с изменением термического сопротивления до 5%.

Предел прочности при сжатии зависит от толщины и плотности. Не так давно были разработаны новые разновидности пенополисти­рола, в которых удалось сильно снизить горючесть за счет введения в мате­риал более эффективных антипиренов, что позволило отнести получившиеся виды к группе трудногорючих материалов.

Экструзионный пенополистирол легко обрабатывать (хорошо ре­жется, легко поддается подгонке с помощью обычного ножа) и очень прост в монтаже. Работать с ним можно при любых погодных усло­виях. При выборе клеевых составов надо следовать указаниям изготовителя о их пригодности для склеивания пенополисти­рола.

Экструзионный пенополистирол химиче­ски стоек по отношению к большинству используемых в строитель­стве материалов. Некоторые органические вещества, включая те, что содер­жат растворители, средства для защиты древесины, каменноугольную смолу и ее производные (креозол, и т. д.), разбавители для красок и обще­употребимые растворители (ацетон, этилацетат, нефтяной толуол, уайт-спи­рит, и т. д.), могут вызвать размягчение, усадку и даже растворение плит. Надо использовать адгезивы, не содержащие в своем со­ставе этих веществ.

Плиты можно хранить на открытом воздухе в оригинальной упаковке, но при этом их необходимо предохранять от воздействия солнечного света для предотвращения разрушения верхнего слоя плит.

Высокие теплотехнические свойства экструдированного пенополистирола позволяют применять его для теплоизоляции, например:

- теплоизоляции «мостиков холода»;

- изоляции фундамента, стен подвалов подземных сооружений;

- внутренней теплоизоляции стен;

- теплоизоляции фасадов зданий «мокрого» типа последующим нанесе­нием на теплоизоляционные плиты штукатурки или других облицовочных материалов;

- теплоизоляции зданий изнутри с последующей отделкой сухой штука­туркой, гипсокартоном, деревянными панелями и другими;

- «сэндвич-панелей».

Рис. 10. Теплоизоляция внешних стен подвальных помещений

экструзионным пенополистиролом.

Рис. 11. Применение пенополистирольных плит в конструкции слоистой

кладки: А, Б - конструкции слоистой кладки; В - в системе теплоизоляции «мокрого типа»: 1 - внутренняя штукатурка; 2 - кирпичная кладка;

3 – пенополистирол; 4 - армирующий защитный слой; 5 - штукатурка.

Сотопласты - теплоизоляционные материалы с ячейками, напоми­нающими форму пчелиных сот. Стенки ячеек могут быть выполнены из различных листовых материалов (крафт-бумаги, хлопчатобумажной ткани, стеклоткани и др.), пропитанных синтетическими полимерами. Сотопласты изготовляют в виде плит длиной 1-1,5 метра, шириной 550-650 и толщиной 300-350 мм. Их плотность 30-100 кг/м³, теплопроводность 0,046-0,058 Вт/(м·°С), прочность при сжатии 0,3-4 МПа. Применяют сотопласты как заполнитель трехслойных панелей. Теплоизоляционные свойства сотопластов повыша­ются при заполнении сот крошкой мипоры.

Пенополиуретан является неплавкой термореактивной пластмассой с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от его объема занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта кристалличес­кая структура придает материалу механическую прочность. Остальные 97% объема занимают полости и поры, заполненные газом фторхлорметаном с чрезвычайно низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор дости­гает 90-95%.

Пенополиуретановые системы представляют из себя готовые к перера­ботке жидкие смеси, поставляемые в виде двух- или многокомпонентных систем. Нанесение осуществляется методом заливки или напыления (в осо­бых случаях - вручную).

Напыляемые системы являются жесткими пе­нами, которые изготавливаются непосредственно на строительной площадке, в то время как панели из жесткого пенополиуретана создаются на стационар­ных установках предприятием-изготовителем. Данная технология позволяет напылять материал на любые сложные поверхности и создавать теплоизоля­ционный контур в несколько слоев различной толщины.

Поверхность, на которую проводят напыление, должна быть чистой и сухой. Металлические поверхности очищают от отслаивающейся ржавчины, пыли и грязи, а при наличии жировых загрязнений обезжиривают раствори­телем (бензин, и т.п.).

Готовится и наносится пена специальной компрессорной уста­новкой с помощью жиклерного пистолета. Такая мобильная установка, являющаяся пе­ногенератором, смешивает и дозирует два компонента. Благодаря смене со­ставляющих можно получить пенополиуретаны с широким спектром свойств, что, в свою очередь, позволяет производить работы по утеплению, пароизоляции и гидроизоляции объектов с наружных и внутренних сторон. Из-за быстрого времени реагирования напыляемые системы могут перерабатываться лишь на машинах, специально для этого предна­значенных. Современные установки высокого давления обеспечивают тре­буемое качество получаемой пены.

Расход материалов зависит от конкретных условий ведения работ по нанесению теплоизоляционных и гидрозащитных покрытий: таких, как конфигурация изолируемой поверхности, температура окружающей среды и изолируемой поверхности, скорость и направление ветра.

Напыление происходит в жидком состоянии, а вспени­вание материала занимает 6-10 секунд, создавая сильную и долговечную адге­зию с любым материалом - металлом, бетоном, кирпичом или стеклом. В итоге возникает бесшовная и не требующая никакого крепежа теплоизо­ляция, способная нести нагрузку даже от последующей отделки.

Нижний температуры, при которых можно вести ра­боты по теплоизоляции для разных марок, такой: 0 - +5 ^°С/ +10 - +15 ^°С. Толщина пенополиуретана определяют на основе теплотехнического расчета.

Пенополиуретановые системы имеют широкий диапазон плотности. Материалы с плотностями от 30 до 200 кг/м³ выдерживают температуры от -200 ⁰С до +150 ⁰С и высокие механические нагрузки.

Покрытие инертно к кислотным и щелочным средам, может использо­ваться и работать в грунте. Новое поколение пенополиуретана уже не содержит озоно­опасных хлорфторуглеродных вспенивателей, cоответствуeт требованиям по горючести, oбладает высокой химической стойкостью, не подверженo гние­нию и воздействию грызунов, биологически стойкo, обеспечивает антикорро­зийную защиту металла.

Срок службы пенополиуретановых покрытий составляет 25-30 и более лет. Несмотря на высокую прочность и долговечность, покрытия необходимо защищать от воздействия ультрафиолетового излучения и атмосферной влаги. В качестве защитного покрытия можно использовать атмосферостой­кие кремнийорганические эмали, перхлорвиниловую фасадную краску и т.д. Материал способен формировать многослойные структуры с различ­ными облицовочными материалами. Его можно применять в качестве уте­плителя для изготовления трехслойных панелей («сэндвичей»). На рис. 12 указаны его характеристики.

Рис. 12. Некоторые характеристики теплоизоляционных материалов.

Также возможно применение пенополиуретана в качестве заливки для полостей предварительно возведенных конструкций, состоящих из несущего каркаса и облицовочного слоя (колодцевая кладка).

Рис. 13. Напыление пенополиуретана на поверхности.