m33170

9.3. Неорганические теплоизоляционные материалы

Для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий из неорганического сырья применяют горные породы, шлаки, стекло и асбест.

Минеральная вата – волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый путем распыления расплавленных горных пород или металлургических шлаков. Сырьем для производства минеральной ваты служат мергели, сланцы, смеси известняков и доломитов с глинистыми и кремнеземистыми породами. Производство ваты состоит из двух основных процессов: расплавление сырьевой смеси и превращение расплава в волокна. Расплав сырья производят в ваграночных печах при температуре 1500–1800 °С. Вытекающий из нижней части печи расплав разбрызгивается давлением струи пара или сжатого воздуха на отдельные капли, которые, пролетая вдоль камеры волокнообразователя, вытягиваются в волокна, затвердевают и падают на пол камеры, представляющей собой транспортер. Для предотвращения пылеобразования при раздувке расплава вводят битум или парафиновое масло.

В зависимости от степени уплотнения средняя плотность минеральной ваты составляет 75–150 кг/м3, коэффициент тепло-

проводности - 0,035–0,046 Вт/(м·°С).

Стеклянная вата – волокнистый материал, состоящий из тонких и гибких стеклянных нитей, получаемых из расплавленной стекломассы. Средние плотности – 75–125 кг/м3, коэффициент теплопроводности – 0,041–0,052 Вт/(м·0С). Как и минеральная вата, стекловата не горит и не тлеет, не подвергается гниению, имеет малую гигроскопичность, высокую химическую стойкость и морозостойкость. Применяют для теплоизоляции холодных и горячих поверхностей (до 600 °С) оборудования. В строительстве эти материалы используют в виде изделий: войлока, матов и плит.

Пеностекло получают путем спекания порошка и стекольного боя с газообразователями (молотый известняк, уголь). Выпускают в виде плит и блоков размерами 500х400 мм и толщиной 8, 10, 12 и 14 см. Средняя плотность – 100–700 кг/м3, коэффициент теплопроводности – 0,058–0,128 Вт/м·°С, предел прочности на сжатие – 2–12,5 МПа.

211

Применяют пеностекло для утепления стен, покрытий, полов и кровли промышленных и гражданских зданий, а также для изоляции камер холодильников и горячих поверхностей тепловых установок.

Вспученный вермикулит – сыпучий теплоизоляционный материал, получаемый путем измельчения и кратковременного обжига в течение 3–5 мин природного вермикулита. Вермикулит

– это сложный алюмосиликат магния, продукт изменения слюд, преимущественно биотита.

В процессе обжига при температуре 800–1000 °С вермикулит вспучивается, увеличиваясь в объеме в 20 раз и более. Насыпная средняя плотность составляет 80–150 кг/м3, коэффициент теплопроводности –0,09–0,14 Вт/м·°С.

Вспученный перлит получают кратковременным обжигом при температуре 700–1200 °С измельченного перлита. Перлит является кремнеземистой горной породой вулканического происхождения. Обжиг перлита, как и вермикулита, ведут в шахтных или вращающихся печах. Перлит вспучивается в основном за счет интенсивного выделения паров воды. Коэффициент вспучивания достигает 10–12 раз. До обжига сырье подвергают предварительной термической обработке с целью предотвращения последующего растрескивания породы и получения перлита с пониженной плотностью. В этом случае при температуре 250–450 °С удаляется свободная и слабосвязанная вода. Насыпная средняя плотность вспученного перлита составляет 160–260 кг/м3, а коэффициент теплопроводности – 0,052 Вт/м·°С (рис. 47).

Вспученный перлит и вермикулит применяют для изготовления тепло- и звукоизоляционной штукатурки, для засыпки кожухов технологического оборудования, в качестве заполнителя в бетонах и для засыпок чердачных и междуэтажных перекрытий.

Вулканит изготавляют путем формования и пропаривания в автоклавах смеси, состоящей из асбеста (20%), извести (20%) и диатомита (60%). Средняя плотность этого материала – до 400 кг/м3, коэффициент теплопроводности – 0,09 Вт/м °С.

Материал выпускается в виде плит размером 500х170 мм и толщиной 20–50 мм, применяют для изоляции поверхностей, имеющих температуру до 600 °С.

212

9.4. Смешанные теплоизоляционные материалы и изделия

Теплоизоляционные материалы этой группы получают из органических наполнителей и минеральных вяжущих или минеральных наполнителей и органических вяжущих.

Фибролит – теплоизоляционный материал, получаемый в виде плит в результате затвердевания спрессованной массы, состоящей из древесной шерсти и цементного теста. Фибролитовые плиты помимо теплоизоляционных качеств обладают достаточной прочностью. Основная составная часть фибролита – древесная шерсть – представляет собой тонкую древесную стружку длиной 400–500 мм, шириной 4–7 мм и толщиной 0,25–0,5 мм. Плиты выпускают двух размеров: 200х50 см (при толщине 2,5; 5; 7,5 и 10 см) и 240х55 см (при толщине 5; 7,5; 10 см). По средней плотности фибролит разделяют на четыре марки 300, 350, 400 и 500. Плиты средней плотностью 300, 350 кг/м3 относят к теплоизоляционным, а 400 и 500 кг/м3 – к конструктивным материалам.

Фибролит хорошо поддается пилению, сверлению, обладает хорошей гвоздимостью, шероховатая поверхность плит способствует прочному сцеплению их со штукатуркой. Цементный фибролит не горит открытым пламенем, а только тлеет. Нельзя применять фибролит в зданиях, находящихся в условиях повышенной влажности и где он может оказаться под воздействием температуры свыше 70 °С.

Минераловатные плиты на битумной связке получают в результате обработки волокон минеральной ваты битумом. В зависимости от уплотнения под удельной нагрузкой 0,2 МПа плиты разделяют на мягкие (войлок) и полужесткие.

Мягкие плиты выпускают длиной 100, 150 и 200 см, шириной 45, 50 и 100 см и толщиной 5, 6, 7, 8, 9 и 10 см. Полужесткие плиты имеют длину 50 и 100 см, ширину 45 и 60 см и толщину 5, 6, 7, 8, 9 и 10 см.

Применяют минераловатные плиты на битумной связке для теплоизоляции в ограждающих конструкциях зданий, для теплоизоляции промышленных установок и оборудования при температуре не выше 60 °С.

214

Плиты минераловатные на синтетическом связующем.

В качестве связующего для получения этих изделий используют фенолоформальдегидные и карбамидоформальдегидные смолы.

Эти плиты пригодны для теплоизоляции поверхности строительных конструкций и промышленного оборудования с рабочей температурой от – 60 до + 400 °С. Кроме плит разных видов и назначения из минеральной ваты изготовляют и другие теплоизоляционные изделия – скорлупы, сегменты, шнуры.

Изделия из стеклянной ваты. Для теплоизоляционных целей используют главным образом маты и полосы, плиты, скорлупы и сегменты. Наибольшее применение получили маты, которые изготовляют путем прошивки стеклянной ваты, покрытой сверху и снизу проклеенным слоем стеклянных волокон. В строительстве их используют в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях.

10. ДРЕВЕСНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ

10.1. Свойства древесины как строительного материала

Как строительный материал древесина обладает рядом положительных свойств: сравнительно высокой прочностью при небольшой средней плотности, достаточной упругостью и малой теплопроводностью. В благоприятных условиях эксплуатации деревянные постройки и строительные детали сохраняются очень долго. Благодаря этим качествам и относительно невысокой стоимости древесину широко применяют в строительстве.

К недостаткам древесины как строительного материала можно отнести анизотропность, гигроскопичность, загниваемость, сгораемость, пороки древесины.

Анизотропность - это неоднородность строения, обусловливающая различие показателей прочности и теплопроводности древесины вдоль и поперек волокон, что создает некоторые затруднения при применении древесины в строительстве.

Гигроскопичность – способность поглощать и отдавать влагу в весьма значительных количествах при изменении температуры и влажности окружающего воздуха. Это приводит к набу-

215

ханию древесины (при увеличении влажности) и усушке (при уменьшении влажности) с изменением объема.

Загниваемость древесины выражается в способности разрушаться под действием микроорганизмов, особенно при нахождении в неблагоприятных условиях эксплуатации – повышенной влажности.

Вследствие легкой воспламеняемости древесины деревян-

ные постройки и конструкции огнеопасны, особенно если не приняты специальные меры защиты от возгорания.

Физико-механические свойства древесины существенно зависят от ее влажности. Условно нормальной считают влажность древесины 12%, и при определении физико-механических свойств результаты следует соотносить с этой влажностью.

Различают влагу, находящуюся в древесине в свободном состоянии (она заполняет полости клеток, сосудов и межклеточное пространство), и гигроскопическую влагу, находящуюся в стенках клеток и сосудов в виде микроскопически тонких слоев.

По степени влажности различают древесину мокрую (влажность больше, чем у свежесрубленной древесины), свежесрубленную (влажность 35% и выше), воздушно-сухую (влажность 15–20%), комнатно-сухую (влажность 8–13%).

При высыхании древесина теряет сначала свободную влагу и только затем из нее начинает выделяться гигроскопическая влага. Максимальное количество гигроскопической влаги в древесине называют точкой насыщения волокон. У древесины разных пород она колеблется в узких пределах (23–31 %). Влажность, которую приобретает древесина, находясь долгое время на воздухе с постоянной температурой и относительной влажностью воздуха, называют равновесной влажностью.

Так как влажность воздуха непостоянна, то происходят колебания влажности древесины. В результате чего изменяется ее объем, что ведет к усушке, разбуханию, короблению древесины в строительных конструкциях, а также к появлению в ней трещин.

Для уменьшения гигроскопичности древесины и предохранения деревянных конструкций от усушки и разбухания разработаны меры ее защиты. Наиболее простым способом уменьшения гигроскопичности древесины является покрытие ее поверхности красками и лаками, создающими водо- и пароне-

216

проницаемую пленку, которая механически препятствует проникновению влаги в древесину.

При уменьшении влажности древесины ниже точки насыщения происходит усушка. Вследствие неоднородности строения древесины она усыхает или набухает неравномерно. Вдоль волокон усушка не превышает 0,1–0,3%, в радиальном направлении она составляет 3–6 %, в тангентальном направлении – от 7 до 12 %. Степень усушки характеризуется коэффициентом объемной усушки – величиной уменьшения объема древесины, соответствующего понижению влажности на 1 % в пределах от точки насыщения до абсолютно сухого состояния.

Объемную усушку вычисляют по формуле:

У0 = V1 − V2 ×100%,

V2

где V1 и V2 – объемы образца до и после высушивания. Коэффициент объемной усушки определяют по формуле:

К0 = УW0 ,

где W – влажность образца.

Вследствие усушки образуются щели в местах соединения отдельных деревянных конструктивных элементов, а при увлажнении отдельные элементы конструкций увеличиваются в объеме. Поэтому целесообразно применять древесину с такой влажностью, которая соответствует условиям ее будущей службы в конструкции.

Средняя плотность древесины зависит от ее влажности и объема пор. Обычно среднюю плотность древесины приводят к нормальной 12% влажности, пользуясь формулой:

К0=0,5);

W – влажность древесины в момент определения средней плотности.

217

Прочность древесины вследствие ее анизотропности неодинакова в различных направлениях. Эту особенность необходимо учитывать при использовании древесины в строительных конструкциях.

Различают сжатие вдоль и поперек волокон. Предел прочности при сжатии определяют по формуле:

σw = аР×максв ,

где Рмакс. – максимальная разрушающая нагрузка, кг; а и в - размеры поперечного сечения испытуемого образца.

Образец изготавливают в виде прямоугольной призмы с основанием 20х20 мм и высотой 30 мм (вдоль волокон).

Полученный при испытании данной древесины предел прочности при сжатии пересчитывают на стандартную влажность при 12% по формуле:

σ 12 = σ w [1+α (W −12)],

α = 0,04.

Предел прочности при сжатии вдоль волокон для различных древесных пород находится в пределах от 35,0 до 70,0 МПа.

Для древесины определяют также предел прочности при сжатии поперек волокон в радиальном и тангентальном направлениях, при растяжении вдоль волокон, статическом изгибе. Результаты пересчитывают при 12% влажности.

Пределы прочности при растяжении вдоль волокон колеблются от 80,0 до 150,0 МПа, при статическом изгибе – от 50,0 до

100,0 МПа.

Пороками древесины называют неправильность строения ствола, повреждения и различные заболевания. Пороки значительно снижают механические свойства, поэтому образцы для испытаний приготавливают из древесины, не имеющей дефектов.

218

Оценка качества и сортировка лесоматериалов основаны главным образом на допустимости различных пороков в зависимости от назначения материалов. В каждом стандарте на определенный сортимент древесины имеется таблица допустимых пороков. Основные пороки древесины следующие:

–трещины: метик, отлуп, морозобойные трещины, трещины усушки;

–сучки: сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся;

–гниль: биржевые грибы, плесени, цветные окраски, сине-

ва;

–червоточина: короеды, усачи, домовой точильщик;

–нарушения нормальной формы ствола: кривизна, закоме-

листость, сбежистость, косослой, свилеватость, завиток.

10.2.Виды лесоматериалов, применяемых в строительстве,

итехнология переработки древесины

Встроительстве применяют как хвойные (сосна, ель, лиственница, пихта, кедр), так и лиственные породы (береза, дуб, бук,

осина, ольха, клен, вяз). Хвойные породы применяют для изготовления деревянных конструкций зданий, балок, ферм, стеновых элементов, столярных изделий, для сооружения мостов и т.д. Лиственные породы используют в основном для изготовления столярных изделий, мостовых конструкций, фанеры.

Лесные материалы, применяемые в строительстве, делят на три основные группы: круглые лесоматериалы, пиленые и изделия из древесины.

Круглые лесоматериалы – отрезки древесного ствола разных пород и размеров, очищенные от коры и сучьев.

Отрезки ствола толщиной (диаметром) верхнего отруба не менее 14 см называют бревнами, менее толстые отрезки ствола

(8–13 см) – подтоварником и диаметром 3–7 см – жердями.

Установлены следующие группы бревен по толщине верхнего отруба:

–средние – от 14 до 24 см с градацией 2 см;

–крупные – от 26 см и более с градацией 2 см;

–бревна строительные лиственных и хвойных пород диа-

метром в верхнем отрубе не менее 14 см и длиной 4–6,5 м с градацией через 0,5 м; бревна хвойных пород диаметром 20–32 см,

219

длиной 6,5; 7,0; 7,5; 11; 15; 16; 18 м для линий связи и линий электропередачи; бревна хвойных пород для свай, гидротехнических сооружений и элементов мостов толщиной 22–34 см, длиной

6,5–8,5 м.

Подтоварник применяют для обрешетки в покрытиях, для устройства настилов, ограждений.

По качеству древесины бревна несущих элементов конструкций разделяют на три категории. К первой категории относят бревна высокого качества с минимальным допуском пороков, ко второй – бревна с несколько большим количеством пороков. Для этих категорий гниль и червоточина не допускаются. К третьей категории относят бревна с многими пороками древесины (кроме гнили), червоточина допускается только поверхностная, причиненная короедом.

Бревна лучшего качества применяют для изготовления ответственных элементов несущих конструкций – стропил, ферм, имеющих большие пролеты; бревна среднего качества используются для изготовления балок в конструкциях с небольшими пролетами; бревна низкого качества применяют для неответственных конструкций – настилов, стен мелких деревянных зданий, для крепления откосов траншей.

Пиломатериалы получают продольной распиловкой пиловочных бревен, качество которых обусловлено стандартом.

При распиловке 1 м3 круглого леса получают 0,6 м3 пиломатериала, а в отходы идет: кора – около 6%, горбыль – 18%, опилки – 11% и мелочь – 7%. Отходы используют для изготовления плит, специальной щепы, продуктов химической промышленности.

В промышленности пиломатериалы в зависимости от наличия пороков и их размеров делят на сорта: для хвойных пород – четыре, а для лиственных – три.

Путем простой распиловки получают пластины, четверти и горбыль.

Пластины – половинки дерева, распиленного по оси ство-

ла.

Четвертины получают путем распиловки дерева вдоль оси по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

220