11.4. Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Органические теплоизоляционные материалы и изделия производят из различного растительного сырья: отходов древесины (стружек, опилок, горбыля и др.), камыша, торфа, очесов льна, конопли, из шерсти животных, а также на основе полимеров.

Многие органические теплоизоляционные материалы подвержены быстрому загниванию, порче различными насекомыми и способны к возгоранию, поэтому их предварительно подвергают обработке. Поскольку использование органических материалов в качестве засыпок малоэффективно в силу неизбежной осадки и способности к загниванию, последние используют в качестве сырья для изготовления плит. В плитах основной материал почти полностью защищен от увлажнения, а, следовательно, и от загнивания, кроме того, в процессе производства плит его подвергают обработке антисептиками и антипиренами, повышающими его долговечность.

Теплоизоляционные материалы и изделия из органического сырья. Среди большого разнообразия теплоизоляционных изделий из органического сырья наибольший интерес представляют плиты древесноволокнистые, камышитовые, фибролитовые, торфяные, пробковая теплоизоляция натуральная, а также теплоизоляционные пенопласты.

Древесноволокнистые плиты применяют для тепло- и звукоизоляции ограждающих конструкций. Изготовляют их из распущенной древесины или иных растительных волокон — неделовой древесины, отходов лесоперерабатывающей промышленности, костры, соломы, камыша, хлопчатника. Наибольшее распространение получили древесноволокнистые плиты, получаемые из отходов древесины, которые изготовляют путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и добавок (антисептиков, антипиренов, гидрофобизирующих веществ). Для изготовления изоляционных плит применяют отливочную машину, снабженную бесконечной металлической сеткой и вакуумной установкой, где масса обезвоживается, уплотняется и разрезается на плиты необходимых размеров.

Фото. 11.6. Древесноволокнистые плиты

Древесноволокнистые плиты выпускают пяти видов: сверхтвердые, твердые, полутвердые, изоляционно-отделочные и изоляционные. Изоляционные древесноволокнистые плиты имеют длину 1200...3600 мм, ширину 1000...2800 мм и толщину 8...25 мм, плотность 250 кг/м³, предел прочности при изгибе 1,2 МПа и теплопроводность не более 0,07 Вт/(м•°С).

Наряду с изоляционными применяют плиты изоляционно-отделочные с лицевой поверхностью, окрашенной или подготовленной к окраске.

Камышитовые плиты, или просто камышит, применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций малоэтажных жилых домов, небольших производственных помещений, в сельскохозяйственном строительстве.

Фото. 11.7. Камышитовая плита

Это теплоизоляционный материал в виде плит, спрессованных из стеблей камыша, которые затем скрепляются стальной оцинкованной проволокой. Для изготовления камышитовых плит используют зрелые однолетние стебли диаметром 7...15 мм. Заготовку стеблей следует делать в осенне-зимний период. Прессование плит осуществляют на специальных прессах. В зависимости от расположения стеблей камыша различают плиты с поперечным (вдоль короткой стороны плиты) и продольным расположением стеблей. Плиты выпускают длиной 2400х 2800 мм, шириной 550... 1500 мм и толщиной 30...100 мм, марками по плотности Д175, 200 и 250, с пределом прочности при изгибе не менее 0,18...0,5 МПа, теплопроводностью 0,06...0,09 Вт/ (м•°С), влажностью не более 18% по массе.

Торфяные теплоизоляционные изделия изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов и используют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий III класса и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре от - 60 до - 100°С.

Фото. 11.8. Торфяная плита

Сырьем для их производства служит малоразложившийся верховой торф, имеющий волокнистую структуру, что благоприятствует получению из него качественных изделий путем прессования. Плиты изготовляют размером 1000х500х30 мм путем прессования в металлических формах с последующей сушкой при температуре 120...150°С. В зависимости от начальной влажности торфяной массы различают два способа изготовления плит: мокрый (влажность 90...95%) и сухой (влажность около 35%). При мокром способе излишняя влага в период прессования отжимается из торфяной массы через мелкие металлические сетки. При сухом способе такие сетки в формы не закладываются. Торфяные изоляционные плиты по плотности делят на марки Д 170 и 220 с пределом прочности при изгибе 0,3 МПа, теплопроводностью в сухом состоянии 0,6 Вт/(м•°С), влажностью не более 15%.

Цементно-фибролитовые плиты представляют собой теплоизоляционный материал, полученный из затвердевшей смеси портландцемента, воды и древесной шерсти.

Древесная шерсть выполняет в фибролите роль армирующего каркаса. По внешнему виду тонкие древесные стружки длиной до 500 мм, шириной 4...7 мм, толщиной 0,25...0,5 мм приготовляют из неделовой древесины хвойных пород на специальных древесношерстяных станках.

Фото. 11. 9. Цемнтно-фибролитовая плита

Шерсть предварительно высушивают, пропитывают минерализаторами (хлористым кальцием, жидким стеклом) и смешивают с цементным тестом по мокрому способу или с цементом по сухому (древесная шерсть посыпается или опыляется цементом) в смесительных машинах различного типа. При этом следят, чтобы древесная шерсть была равномерно покрыта цементом. Формуют плиты двумя способами: прессованием и на конвейерах, где фибролит формуют в виде непрерывно движущейся ленты, которую затем разрезают на отдельные плиты (подобно вибропрокату железобетонных изделий). При прессовании плит удельное давление для теплоизоляционного фибролита принимают до 0,1 МПа, а для конструктивного — до 0,4 МПа. После формования плиты пропаривают в течение 24 ч при температуре 30...35°С. Цементно-фибролитовые плиты выпускают длиной 2400...3000 мм, шириной 600... 1200 мм, толщиной 30, 50, 75, 100 и 150 мм. Цементный фибролит выпускают трех марок по плотности: Ф300, 400 и 500, теплопроводностью 0,09...0,15 Вт/(м•°С), водопоглощением не более 20%. Фибролитовые плиты марки Ф300 применяют в качестве теплоизоляционного материала, марки Ф400 и 500 — конструкционно-теплоизоляционного материала для стен, перегородок, перекрытий и покрытий зданий.

Арболитовые плиты получают также формованием и тепловой обработкой (или без нее) органического коротковолнистого сырья (дробленой станочной стружки или цепы, сечки соломы или камыша, опилок, костры и др.), обработанного раствором минерализатора.

Фото. 11 .10. Арболитовые плиты

Химическими добавками служат хлорид кальция, растворимое стекло, сернокислый глинозем. Вторым компонентом при изготовлении арболитовых плит является портландцемент. Плиты формуют длиной и шириной 500, 600 и 700 мм, толщиной 50, 60 и 70 мм. Плотность в сухом состоянии составляет 500 кг/м³, прочность на сжатие 0,3...3,5 МПа, предел прочности при изгибе не менее 0,4 МПа, теплопроводность в сухом состоянии не более 0,12 Вт/(м• °С), влажность не более 20% по массе.

Цементно-стружечные плиты отечественная промышленность производит двух марок: ЦСП-1 и ЦСП-2. Плиты изготовляют путем прессования древесных частиц с цементным вяжущим и химическими добавками.

ЦСП относятся к группе трудносгораемых материалов повышенной биостойкости. Их производят длиной 3200...3600 мм, шириной 1200, 1250 и тощиной 8...10, 12...16, 18...28 и 30...40 мм со шлифованной и нешлифованной поверхностью. ЦСП выпускают плотностью 1100...1400 кг/м³, влажностью до 9%, водопоглощением за 24 ч не более 16% и разбуханием по толщине не более 2%.

Фото. 11.11. Цементно-стружечные плиты

Плиты имеют достаточно высокую прочность на изгиб, для плит толщиной 8... 16 мм она составляет 9... 12 МПа, а для плит толщиной 26...40 мм — 7...9 МПа, теплопроводность— 0,26 Вт/(м•°С). ЦСП применяют в стеновых панелях, 'плитах покрытий, в элементах подвесных потолков, вентиляционных коробах, при устройстве полов, в качестве подоконных досок, обшивок, облицовочных и других строительных изделий.

Пробковые теплоизоляционные материалы и изделия (плиты, скорлупы и сегменты) применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, холодильников и поверхностей холодильного оборудования, трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей от —150 до +70°С, для изоляции корпуса кораблей. Изготовляют их путем прессования измельченной пробковой крошки, которую получают как отход при производстве закупорочных пробок из коры пробкового дуба или так называемого бархатного дерева.

Пробка вследствие высокой пористости и наличия смолистых веществ является одним из наилучших теплоизоляционных материалов и служит для производства плит, скорлуп и сегментов.

Фото. 11.12. Пробковые плиты

Теплоизоляционные пенопласты в виде газонаполненных пластмасс, а также минераловатных и стекловатных изделий изготовляют с использованием полимерном связующем.

По физической структуре газонаполненные пластмассы могут быть разделены на три группы: ячеистые или пенистые (пенопласты), пористые (поропласты) и сотовые (сотопласты). Пенопласты и сотопласты на основе полимеров являются не только теплоизоляционным, но и конструктивным материалом. Теплоизоляционные материалы из пластмасс по виду применяемых для их изготовления полимеров делят: на полистирольные — пористые пластмассы на основе суспензионного (бисерного) или эмульсионного полистирола; поливинилхлоридные — пористые пластмассы на основе поливинилхлорида; фенольные — пористые пластмассы на основе формальдегида.

Поризация полимеров основана на применении специальных веществ, интенсивно выделяющих газы и вспучивающих размельченный при нагревании полимер. Такие вспучивающиеся вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Фото. 11.13. Пенопластовые плиты

К твердым вспенивающим веществам, имеющим наибольшее практическое значение, относятся карбонаты, бикарбонаты натрия и аммония, выделяющие при разложении СО₂. К жидким вспенивающим веществам относятся бензол, легкие фракции бензола, спирт и т. п. К газообразным вспенивающим веществам относятся воздух, азот, углекислый газ, аммиак. Для придания эластичности пористым пластмассам в полимеры вводят пластификаторы — фосфаты, фталаты и др.

Пористые и ячеистые пластмассы можно получать двумя способами: прессовым и беспрессовым. При изготовлении пористых пластмасс прессовым способом тонкоизмельченный порошок полимера с газообразователем и другими добавками спрессовывается под давлением 15...16 МПа, после чего взятую навеску (обычно 2...2,5 кг) вспенивают, в результате чего получают материал ячеистого строения.

При изготовлении пористых пластмасс беспрессовым способом полимер с добавками газообразователя, отвердителя и; других компонентов нагревают в формах до соответствующей температуры. От нагревания полимер расплавляется, газообразователь разлагается, и выделяющийся газ вспенивает полимер. Образуется материал ячеистого строения с равномерно распределенными в нем мелкими порами.

Плиты, скорлупы и сегменты из пористых пластмасс применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 70°С.

Изделия из пористых пластмасс на суспензионном полистироле по плотности в сухом состоянии делят на марки Д 25 и 35 с пределом прочности при изгибе не менее 0,1...0,2 МПа, теплопроводностью 0,04 Вт/(м•°С), влажностью не более 2% по массе.

Такие же изделия на эмульсионном полистироле по плотности имеют марки Д 50...200, предел прочности при изгибе не менее 1,0...7,5 МПа, теплопроводность не более 0,04...0,05 Вт/(м• °С), влажность не более 1% по массе. Плиты из пористых пластмасс; изготовляют длиной 500...1000 мм, шириной 400...700 мм, толщиной 25...80 мм.

Фото. 11.14. Ячеистая пластмасса

Наиболее распространенными теплоизоляционными материалами из пластмасс являются полистирольный поропласт, мипора и др.

Полистирольный поропласт — отличный утеплитель в слоистых панелях, хорошо сочетающийся с алюминием, асбестоцементом и стеклопластиком. Широко применяется как изоляционный материал в холодильной промышленности, судостроении и вагоностроении для изоляции стен, потолков и крыш в строительстве. Полистирольный поропласт, изготовленный из бисерного (суспензионного) полистирола, представляет собой материал, состоящий из тонкоячеистых сферических частиц, спекшихся между собой. Между частицами имеются пустоты различных размеров. Наиболее ценными свойствами полистирольного поропласта являются его низкая плотность и малая теплопроводность. Полистирольный поропласт выпускают в виде плит или различных фасонных изделий, его производят плотностью до 60 кг/м³, прочностью при 10%-ном сжатии до 0,25 МПа и теплопроводностью 0,03... 0, 04 Вт/(м•°С). Наиболее распространенный размер плит 1200х1000х100(50) мм.

Поропласт полиуретановый применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 100°С.

Получают его из полиэфирных полимеров введением порообразующих и других добавок. Полиэфирные полимеры — это большая группа искусственных полимеров, получаемых с помощью конденсации многоатомных спиртов (гликоля, глицерина, пентаэритрита и др.) и главным образом двухосновных кислот — фталевой, малеиновой и др.

По плотности в сухом состоянии маты из пористого полиуретана делят на марки Д 35 и 50, теплопроводность их в сухом состоянии 0,04 Вт/(м• °С), влажность не более 1 % по массе. На основе пористого полиуретана выпускают также твердые и мягкие плиты плотностью 30...150 кг/м³ и теплопроводностью 0,022...0,03 Вт/(м• °С). Маты из пористого полиуретана изготовляют в виде плит длиной 2000 мм, шириной 1000 мм, толщиной 30...60 мм.

Фото.11.15. Поропласт полиуретановый

Мипора представляет собой пористый материал, получаемый на основе мочевиноформальдегидного полимера. Сырьем для производства мипоры является мочевиноформальдегидный полимер и 10%-ный раствор сульфанафтеновых кислот (контакт Петрова), а также огнезащитные добавки (раствор фосфорнокислого аммония 20%-ной концентрации).

Фото.11.16. Мипора

Мипору применяют для теплоизоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 70°С.

Для получения мипоры в аппарат с мешалкой загружают водный раствор мочевиноформальдегидного полимера и вспениватель, которые энергично перемешивают. Полученную пену спускают в металлические формы, которые направляют в камеры, где масса при температуре 18...22°С отвердевает за 3...4 ч.

Полученные блоки направляют на 60...80 ч в сушила с температурой 30...50°С. Мипору выпускают в виде блоков объемом не менее 0,005 м³, пределом прочности при сжатии 0,5...0,7 МПа, удельной ударной вязкостью 400 МПа, водопоглощением 0,11% за 24 ч, теплопроводностью 0,03 Вт/(м•°С).

Совелитовые теплоизоляционные материалы.

Плиты изготавливаются из доломитовой извести и хризолитового асбеста. Они хорошо выдерживают старение и сохраняют теплоизоляционные свойства на протяжении многих лет. Относятся к группе несгораемых веществ, не воспламеняются и не поддаются гниению. Изделия не содержат коррозийных агентов.

Продукция экологически безопасна.

Фото.11.17. Совелитовые плиты

Плиты совелитовые теплоизоляционные предназначаются для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов, обмуровки паровых котлов, ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, предприятиях металлургической и коксогазовой промышленности, а также труб больших диаметров при температуре изолируемых поверхностей до +600^оС. Эта плита является универсальным материалом. Так же их можно применять и в бытовых целях (защита нагревательных элементов, грилей, тен) и т. д

Вермикулит (от лат. vermiculus – червячок) – минерал из группы гидрослюд, имеющих слоистую структуру. Он представляет собой легкий, сыпучий, высокопористый материал без запаха. Крупные пластинчатые кристаллы (вермикулитовые плиты) имеют золотисто-желтый или бурый цвет. При нагревании до температуры 900–1 000°C вермикулит вспучивается, проявляя одно из своих самых замечательных качеств: он увеличивается в объеме в 4,5–12 раз, превращаясь во вспученный вермикулит. Это явление объясняется тем, что при прокаливании молекулярная вода в чешуйках и пачках вермикулита превращается в пар, под напором которого листочки слюды раздвигаются всегда в одном направлении, перпендикулярном спайности слюды.

Вспученный таким образом вермикулит при охлаждении сохраняет приобретенный им объем с тончайшими прокладками воздуха взамен водяного пара между листочками слюды, что и придает минералу многие его ценные свойства, например:

долговечность. Бесспорным преимуществом вермикулита является то, что срок его годности и действия не ограничен!

Фото.11.18. Вермикулитовый гравий

- легкость (0,065–0,130 г/см³), пористость и сыпучесть. При засыпке в ходе работ по утеплению здания он заполняет все пустоты небольшого диаметра и любой неправильной формы;

- термостойкость. Температура плавления вермикулита: 1350°C, диапазон рабочих температур: от –260°C до +1200°C. Материал устойчив к высоким температурам и открытому огню. При воздействии высоких температур не выделяет газов, что является несомненным преимуществом по сравнению с другими утеплителями;

- биологическая и химическая стойкость. Материал не имеет запаха. Он не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, препятствует образованию плесени, к тому же исключено появление насекомых и грызунов. Вермикулит не вступает во взаимодействие с активными химическими веществами среды.

- радиационная защита. Вермикулит имеет способность отражать гамма-излучения, а также поглощать радиоактивные вещества – стронций‑90, цезий‑137, кобальт‑58;

- экологичность. Вспученный вермикулит – абсолютно не токсичный, экологически чистый и радиационно-безопасный современный материал, свободный от канцерогенных примесей;

- малая гигроскопичность и большое водопоглощение. Вермикулит имеет высокий коэффициент поглощения влаги (объем материала массой 100 гр. поглощает 400 мл воды) и при намокании незначительно теряет свою механическую прочность. После высыхания вспученный вермикулит восстанавливает прежние теплозвукоизоляционные и противопожарные свойства.

- высокие тепло- и звукоизоляционные свойства. Благодаря своей пористой структуре вспученный вермикулит является прекрасным тепло - и звукоизолятором (коэффициент звукопоглощения при частоте 1000 Гц в пределах 0,7–0,8), что позволяет с успехом использовать его в качестве насыпного утеплителя при обработке пола и кровли.

- экономичность. Утепление с использованием вермикулита обеспечивает существенную экономию средств, так как по своим энергосберегающим свойствам вспученный вермикулит в 7–10 раз превосходит такие традиционные строительные материалы, как бетон или кирпич.

Все перечисленные свойства определяют необыкновенно широкие возможности его использования в качестве сырья многоцелевого назначения.

Вспученный вермикулит успешно применяется более чем в 200 областях производственной деятельности по всему миру. Благодаря вышеперечисленным качествам, вспученный вермикулит находит широкое применение в строительстве, атомной, пищевой и химической промышленностях, сельском хозяйстве, металлургии, судостроении.

Эффект от применения вермикулита в качестве несгораемого насыпного материала с отличными тепло- и звукоизоляционными качествами уже оценили в строительстве.

Применение вермикулита в строительстве имеет явные преимущества в сравнении с использованием традиционных материалов. Благодаря этому материалу можно не только уменьшить вес отдельных конструкций и улучшить их качества, но и снизить расход ценных материалов, уменьшить затраты на фундаменты и увеличить полезную площадь зданий за счет тонких стен и перегородок.

Вспученный вермикулит обладает одним из самых низких показателей по теплопроводности среди теплоизоляционных материалов –0,04–0,062 Вт/м•^оС. Слой засыпного вермикулита, имеющий толщину всего 12 см, в кирпичной кладке обеспечивают теплоизоляцию, удовлетворяющую современным требованиям.

Засыпная изоляция чердачных помещений и пола.

Слой вермикулита толщиной 5 см, покрывающий чердачные перекрытия, позволяет снизить теплопотери на 75%, а слой толщиной 7,5 см – на 85%. Слой вермикулита толщиной 10 см увеличит теплозащиту на 92%! Часто в чердачных помещениях вермикулит укладывают в мешках, что позволяет легко демонтировать изоляцию в случае необходимости.

Материалы на основе вспученного вермикулита эффективны при решении задач противопожарной и огневой защиты. Высокая температура плавления (1350°С), значительная отражающая способность и высокая термостойкость вермикулита стали решающими факторами при создании огнезащитных вермикулитовых плит и блоков. Это экологически чистый материал, который кроме высокой огнестойкости имеет отличные показатели по звукопоглощению, теплоизоляции.

Применение вермикулита на разных этапах строительства и в различных качествах позволяет решить сразу несколько проблем. Защита сооружений от огня, сохранение тепла, звукоизоляция как снаружи здания, так и внутри между помещениями и их благоустройство – одним словом, сегодня диапазон применения вермикулита в строительстве довольно широк, и в будущем, с развитием строительных технологий, значительно увеличится.

Вспученный перлит.

Перлит (гидроксид обсидиана) является породой вулканического происхождения (по сути, стекло вулканического происхождения). Химический состав: SiО₂-75,5; А1₂О₃ -13,6; Fe₂О₃ - 1,0; CaO -1,0; MgO - 0,3; Na₂О - 3,8; K₂О - 4,8. Отличительной чертой перлита от других вулканических стекол является то, что при нагревании до определенной температуры в диапазоне его размягчения, он увеличивается в объеме от четырех до двадцати раз против его первоначального объема.

Такой процесс вспучивания происходит вследствие присутствия в природном перлите от двух до шести процентов связанной воды. При быстром нагревании этой породы выше 870°C, она лопается наподобие <поп корна>, так как связанная вода испаряясь создает бесчисленные мельчайшие пузырьки в размягченных остекленевших частицах. Поскольку перлит является формой природного стекла, он относится к химически инертным и имеет pH, приблизительно равным 7.

Перлитовые плиты-ПЦ изделия применяются для тепловой изоляции строительных конструкций жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений.

Перлитоцементные плиты предназначены для тепловой изоляции конструкций общественных и промышленных зданий и сооружений, а также для тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности до 600°C (в т. ч. котлов ДКВР и ДЕ).

Фото.11.19. Перлитовая плита

Перлитоцементные плиты упаковываются по 8 плит в упаковке. В 1 кубическом метре 80 плит =10 упаковок.

Физико-механические показатели плит: 1. Плотность, кг/м³ 320±25;

2. Прочность при изгибе, кгс/см² 2,5; 3. Теплопроводность, Вт/м•^оС 0,070-0,120; 4. Температура, °C до 600; 5. Размер, мм 500x500x50.

Керамзитовый гравий. Керамзит — лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига глины или глинистого сланца. Керамзитовый гравий имеет овальную форму. Керамзитовый щебень отличается лишь тем, что его зерна имеют в основном кубическую форму с острыми гранями и углами. Производится также в виде песка — керамзитовый песок (см. Гл. 3).

Шунгизитовый гравий. Шунгизит получают вспучиванием измельченных сланцевых шунгитсодержащих пород, содержащих 1, 2 - 5 % шунгитового вещества. Это особая форма углерода, состоящая из частиц размером 0, 2 мкм, равномерно распределенных в силикатной массе.