13.4. Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Органические теплоизоляционные материалы изготовляют с применением растительного сырья и отходов (побочных продуктов) лесного и сельского хозяйства. Для этих материалов с успехом испо­льзуют древесную стружку, горбыли, рейки, опилки, камыш, кост­ру, торф, очесы льна, конопли и др. Другой важной разновидно­стью органических теплоизоляционных материалов являются полимерные, получаемые на основе термопластичных и термореак­тивных полимерных материалов.

К основным теплоизоляционным материалам с применением растительного сырья относятся древесностружечные, древесново­локнистые, фибролит, арбрлит, камышит, торфяные, войлочные (войлок, пакля, шевелин и др.).

Древесностружечные плиты — искусственный строительный кон­гломерат в форме плит, изготовляемый горячим прессованием смеси измельченной древесной стружки с полимерными веществами, выпол­няющими функции связующего компонента. В качестве связующего вещества применяют термореактивные смолы: мочевиноформальдегидные, фенолоформальдегидные и др. Для улучшения свойств плит в них вводят гидрофобизирующие (парафиновая эмульсия), антисептирующие и другие добавки. Количественные соотношения компонентов устанавливают с тем расчетом, чтобы в данных технологических условиях получать плиты оптимальной структуры, но обычно органи­ческое сырье составляет до 85—90% по массе. Древесностружечные плиты различают легкие со средней плотностью 250—400 кг/м³, полу­тяжелые — средняя плотность 400—800 кг/м³ и тяжелые — свыше 800 до 1200 кг/м³. Понятно, что для теплоизоляционных целей исполь­зуют легкие плиты; их коэффициент теплопроводности от 0,046 до 0,093 Вт/(м∙К). Более тяжелые древесностружечные плиты прочно­стью при изгибе от 5 до 35 МПа применяют как отделочный материал. Плиты крепят к конструкциям на гвоздях и на специальных мастиках. В отличие от деловой древесины получаемые плиты обладают изот­ропностью по свойствам и структуре, что облегчает их использование в строительстве.

Древесноволокнистые плиты — разновидность ИСК, изготовля­ются из отходов дровяной древесины путем ее измельчения в руби­льной машине и расщепления в дефибраторе в волокнистую массу. К древесной массе добавляют улучшающие, например гидрофобизирующие (парафиновая эмульсия) или антисептирующие, вещест­ва, и из нее отливают плиты. Их прессуют и сушат при температуре до 165—180°С.

В зависимости от R_изг и технологических особенностей изготов­ления древесноволокнистые плиты разделяют на сверхтвердые, твердые, полутвердые и мягкие, а также твердые плиты отделочные, имеющие различное назначение. Твердые плиты имеют среднюю плотность не менее 850 кг/м³, а прочность на изгиб — не менее 3,5—4 МПа. Для теплоизоляции используют мягкие плиты со сред­ней плотностью не более 150—350 кг/м³ с теплопроводностью не бо­лее 0,064—0,1 Вт/(м∙К) (в сухом состоянии). Размер мягких плит: длина 1200—3000 мм, ширина 1200—1700 мм, толщина 8, 12, 16 и 28 мм, предел прочности при изгибе не менее 0,4; 1,2; 2,0 МПа (соот­ветственно для марок М-4, М-12, М-20).

Древесноволокнистые плиты этих разновидностей используют в строительстве как изоляционный материал, не поражаемый домо­выми грибами, для обшивки стен и потолков (именуется как сухая штукатурка из оргалита), утепления кровельных покрытий, дверных проемов и т. п. Они крепятся к конструкциям с помощью специаль­ных мастик, гвоздей или шу­рупов. При необходимости их размер может быть увеличен, например, до 3x1,6 м, что ускоряет строительные рабо­ты на объекте (рис. 13.7). Древесноволокнистые плиты твердые с лакокрасочным покрытием (декоративные с печатным рисунком либо одноцветные) применяют для отделки жилых, общественных, промышленных зданий, транспорта, мебели, дверных полотен.

Рис. 13.7. Разрез стены, утепленной древесноволокнистыми плитами

Фибролит является ИСК, изготовляемым на основе неорганиче­ских вяжущих веществ (портландцемента, магнезиальных вяжущих) с применением в качестве заполняющего (армирующего) компонен­та древесной шерсти. Так называют тонкую древесную стружку лентообразного вида специального назначения, получаемую на станках из коротких обрезков сосны, ели, липы, березы или осины. Древес­ную шерсть подвергают «минерализации», т. е. обработке химиче­скими веществами (хлористым кальцием, жидким стеклом или сер­нокислым глиноземом и др.). Минерализаторы, проникая в древесную шерсть, уменьшают вредное действие Сахаров, содержа­щихся в древесине. После минерализации древесную шерсть смеши­вают с определенными количествами вяжущего вещества и воды и из смеси формуют плиты под давлением до 0,5 МПа. Отформован­ные плиты в течение суток отвердевают в пропарочных камерах при нормальном давлении и температуре 30—35°С с последующей их сушкой до влажности не более 20%.

Исследованиями установлено, что цементный камень в фиб­ролите оптимальной структуры, особенно в контактных зонах, имеет повышенное содержание гидратных новообразований Са(ОН)₂, 2СаО∙SiO₂∙2Н₂О, 3СаО∙А1₂О₃∙3CaSO₄∙31Н₂О, СаСОз, 3СаО∙А1₂О₃∙СаCl₂∙10Н₂О по сравнению с цементным камнем при неоптимальной структуре фибролита. В связи с этим обеспе­чивается повышение прочности цементного камня как каркаса фибролита. Так, например, по данным М.М. Чернова, плотность, прочность, модуль упругости фибролита при оптимальных струк­турах как при кратковременном, так и при длительном воздейст­вии нагрузки в 1,2—1,4 раза превосходят эти же показатели этого материала, не имеющего оптимальности структуры.

Обычная длина плит 3000 и 2400 мм, ширина 600 и 1200 мм при толщинах от 30 до 150 мм. Плиты разделяют по средней плотности на марки 300 (т. е. теплоизоляционный фибролит), 400 и 500 (тепло­изоляционно-конструкционный фибролит) (в кг/м³) с пределом прочности при изгибе не менее 0,35—1,3 МПа в зависимости от мар­ки и толщины плиты и теплопроводностью не более 0,08— 0,10 Вт/(м∙К).

Используют фибролит для утепления стен и покрытий; так, сте­на из фибролитовых плит толщиной 15 см равноценна по теплосопротивлению кирпичной стене из двух кирпичей.

Арболит — ИСК, полученный из правильно подобранной смеси цемента, древесного заполнителя, химических добавок и воды. По своей структуре он представляет собой разновидность легкого бето­на, матричной частью в котором является цементный камень. Имеются обоснованные предложения о замене портландцемента, подверженного коррозии при действии экстрактивных веществ и целлюлозы с образованием водорастворимых сахаратов кальция, на высокопрочный гипс (α-модификация гипса). В этом случае в отде­льных районах может потребоваться штукатурный слой по арболи-товой ограждающей конструкции, так как гипс не вполне водостой­кий материал, тем более если он долго не просыхает. Вместе с тем практически отпадает необходимость в замачивании древесной-дробленки и щепы в минерализаторах — водных растворах хлори­стого кальция или растворимого силикатного стекла. Пример тех­нологической схемы производства арболитовых изделий способом силового вибропроката представлен на рис. 13.8. Мощность завода по такой технологии составляет до 40 тыс. м³ изделий в год [1].

Рис. 13.8. Технологическая схема производства арболитовых изделий способом

силового вибропроката:

1 — цех подготовки древесной дробленки; 2 — склад цемента; 3 — склады щебня и песка; 4 — бункер для щебня; 5 — бункер для песка; 6 — бункер для цемента; 7 — бак для воды; 8 — бак для раствора хлористого кальция; 9 — бункер древесной дробленки; 10 — весы; 11 — ванна для зама­чивания дробленки; 12 — пересыпной бункер; 13 — дозатор для раствора хлористого кальция; 14 — дозатор воды; 15 — дозатор цемента; 16 — дозатор песка; 17 — дозатор щебня; 18 — мешал­ка для арболитовой смеси; 19 — бетономешалка; 20 — бункер для арболитовой смеси; 21 — бун­кер для бетонной или растворной смеси; 22 — бетоно- или раствороукладчик; 23 — арболитоук-ладчик; 24— арматурное отделение; 25 — вибровалок; 26 — прокатная секция; 27— кран-балка; 28 — стопа арболитовых изделий; 29 — камера термообработки; 30 — пост распалубки; 31 — склад готовой продукции

Арболит вырабатывают теплоизоляционным со средней плотно­стью до 500 кг/м³ и конструкционным со средней плотностью 500—850 кг/м³. Марки теплоизоляционного арболита М5, M10, М15; марки конструкционного арболита М25, М35, М50. Теплопроводность арболита колеблется в пределах 0,07—0,17 Вт/(м∙К) в зави­симости от вида заполнителя (древесный, стебли хлопчатника, соло­ма и др), а прочность при изгибе — от 0,4 до 1,0 МПа. Этот материал применяют в стеновых конструкциях и как теплоизоля­цию в стенах, перегородках и покрытиях зданий, особенно мало­этажных сельскохозяйственного назначения.

Камышит и камышитовые плиты получают из стеблей камыша и тростника путем прессования и скрепления стальной проволокой поперек стеблей. Применяют для заполнения каркасных стен и пере­городок.

Камыш является растительным веществом, по химическому со­ставу он близок к древесине (см. гл. 6). Стебли камыша содержат до 43% целлюлозы, 24% лигнина и свыше 20% пентазанов, поэто­му камышит подвержен загниванию в условиях повышенной влаж­ности. Возможна и коррозия проволоки, скрепляющей плиты. Ка­мышитовые плиты изготовляют длиной 2400—2600 мм, шириной 550—1500 мм, толщиной 30—100 мм.

В зависимости от степени подпрессовки средняя плотность плит колеблется в пределах 175—250 кг/м³ при теплопроводности от 0,055 до 0,095 Вт/(м∙К). Из теплоизоляционных материалов камы­шит наиболее дешевый, но менее огнестоек, хотя, будучи спрессо­ванным, он не горит открытым пламенем, но может длительное время тлеть. Его существенные недостатки — подверженность по­рче грызунами, загниваемость и плохая гвоздимость. Необходимо оштукатуривать камышитовые стены и перегородки с обеих сторон. В сухих условиях эти плиты в конструкциях относятся к долговеч­ным материалам. В качестве антисептирующих веществ используют фтористый натрий, кремнефтористый аммоний и др. Транспортиру­ют плиты в крытых вагонах или под брезентом плашмя и без свеса концов.

Торфяные теплоизоляционные плиты, скорлупы и сегменты произ­водят из малоразложившегося торфа, сохранившего волокнистое строение. С этой целью торфяную массу доводят смешением до одно­родного состояния с добавлением (или без добавления) антисептиков, антипиренов, гидрофобизаторов, заполняют ею металлические фор­мы и прессуют. Отпрессованные изделия подвергают тепловой обра­ботке при температуре 120—150°С. В процессе тепловой обработки из торфа выделяются смолистые вещества, которые склеивают волокна без внесения каких-либо дополнительных вяжущих веществ. Размеры плит 1000x500x30 мм (выпускаются плиты шириной и 1000 мм), а мар­ки по средней плотности равны: 170,200,230,260, что обеспечивает ве­личину теплопроводности в пределах 0,052—0,075 Вт/(м∙К), а предел прочности при изгибе — не менее 0,4 МПа.

Торфяные плиты применяют для утепления стен и перегородок в зданиях III класса, а также для изоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температурах в пределах от -60 до +100°С, однако следует учитывать их высокую гигроско­пичность и водопоглощаемость.

Войлочные материалы изготовляют из грубой конской или коро­вьей шерсти с примесью льняной пакли. Пакля представляет собой спутанное волокно, получаемое как отход при мытье и трепании льна. В мягкой пакле допускается небольшое содержание костры, но не должно быть гнилостного запаха. Шерстяной войлок выпус­кают в виде прямоугольных полотнищ длиной 1 и 2 м, шириной 1 м при толщине 10 и 15 мм. Его средняя плотность 100—300 кг/м³, теплопроводность 0,045—0,065 Вт/(м∙К). Войлок используют при утеп­лении стен и потолков, помещая его под штукатурку, которую устраивают по древесной драни, при утеплении оконных и дверных коробок, наружных дверей и углов в рубленых домах.

Войлок не гниет и не горит, но он может тлеть, имеет большое водопоглощение, служит средой для размножения моли. Паклю ис­пользуют в просмоленном (уплотнение пазов водохозяйственных сооружений) и в непросмоленном (для конопатки бревенчатых стен) состоянии.

Простейшим теплоизоляционный материалом из льняной пакли является шевелин — слой пакли, помещенный между двумя листами беспокровного толя или пергамина. Шевелин прошивают по длине крепкими кручеными нитями. Длина полотнища составляет 25 м, ширина 1 м, толщина 12,5 и 25 мм; полотнища связывают в рулоны. Средняя плотность шевелина 100—150 кг/м³, теплопроводность — около 0,05 Вт/(м∙К). Используется этот простейший теплоизоляци­онный материал для утепления стен и перекрытий в облегченном де­ревянном строительстве.