Плотность волокнистого материала - отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке.

Прочность на сжатие определяется при 10% деформации, это ве­личина напряжения, вызывающего изменение толщины изделия на 10%. Сжимаемость - способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Материалы по сжимаемости: мягкие М - деформация свыше 30%; полужесткие ПЖ - деформация 6-30%; жесткие Ж - деформация не более 6%. Сжимаемость характеризуют относительной деформацией материала при сжатии под действием удельной нагрузки 0, 002 МПа.

Прочность теплоизоляционных материалов при сжатии срав­нительно невелика - 0, 2-2, 5 МПа. Основной прочностной характе­ристикой волокнистых материалов (плит, скорлуп, сегментов) яв­ляется предел прочности при изгибе. У неорганических материалов он составляет 0, 15-0, 5 МПа; у древесных плит - 0, 4-2 МПа. Гибкие теплоизоляционные материалы (минераловатные маты, войлок, асбе­стовый картон) испытывают на растяхение. Прочность материала должна быть такова, чтобы обеспечивалась его сохранность при пе­ревозке, складировании, монтаже и, кснечно, в эксплуатационных условиях,

Водопоглощение не только ухудшает теплоизоляционные свой­ства пористого материала, но также понижает его прочность и долго­вечность. Материалы с закрытыми порами, например, пеностекло, отличаются небольшим водопоглощением._; Для снижения водопо- глощения при изготовлении материалов вводятся гидрофобизующие добавки.

Газо- и паропроницаемость учитывают при применении в ог­раждающих конструкциях. Теплоизоляция не препятствует возду­хообмену жилых помещений с окружающей средой, происходящему через наружные стены зданий. Теплоизоляцию стен влажных произ­водственных помещений защищают от увлажнения с помощью на­дежной гидроизоляции, устраиваемой с " теллой" стороны.

Огнестойкость связана со сгораемостью материала, т.е. его спо­собностью воспламеняться и гореть. Сгораемые материалы можно применять только при осуществлении мероприятий по защите от воз­горания.

Возгораемость материалов определяется при воздействии тем­пературы 800-850°С и выдержке в течение 20 мин.

Предельная температура применения не должна изменять экс­плуатационные свойства материала.

Химическая и биологическая стойкость. Большая пористость теплоизоляционных материалов благоприятствует проникновению в них агрессивных газов и паров, находящихся в окружающей среде. Органические теплоизоляционные материалы и связующие (клей, крахмал) должны обладать биологической стойкостью, т.е. сопротив­ляться действию микроорганизмов, домовых грибов, насекомых (му­равьев, термитов).

§ 3. Неорганические теплоизоляционные материалы

Минеральная вата - волокнистый бесформенный материал - состоит из тонких стекловидных волокон диаметром 5-15 мкм, полу­чаемых из расплава легкоплавких горных пород (мергелей, доломи­тов и др.), металлургических и топливных шлаков и их смеси. Рас­плав обычно получают в вагранке. Волокна образуются при воздей­ствии подаваемого под давлением пара или воздуха на непрерывно вытекающую из вагранки струю расплава, либо путем подачи рас­плава на валки или фильтры, или диск центрифуги. Полученное ми­неральное волокно собирается в камере волокно-осаждения на непре­рывно движущейся сетке. В эту камеру вводят органические и мине­ральные связующие вещества.

Минераловатные твердые плиты, имеющие повышенную же­сткость, изготовляют на синтетическом связующем' (фенолоспирте, растворе или дисперсии карбамидного полимера и др.). Ранее приня­тая технология предусматривает изготовление твердых плит из гид­ромассы (т.е. " мокрым" способом), состоящей из минерального во­локна, раствора полимера, пенообразователя. Плиты из массы жидко- текучей консистенции формуют в вакуум-прессах и подвергают теп­ловой обработке при 150-180°С. Получают плиты плотностью 180- 200 кг/м³, теплопроводностью 0, 047 Вт/(м-°С), толщиной 30-70 мм.

Существенно важным для свойств изделий является ориентация волокон. Наиболее прогрессивная технология формования твердых минераловатных плит с вертикальной ориентацией волокон осуще­ствляется на 10 и 17-этажных прессах. Там же происходит тепловая обработка изделий. Прочность на сжатие минераловатных изделий возрастает с ростом количества вертикально ориентированных во­локон. Прочность на сжатие при 10%-ной деформации в 100 кПа мо­жет быть достигнута для минераловатных плит плотностью 150- 160 кг/м³ при содержании вертикально ориентированных волокон около 65%; для плит плотностью 180-190 кг/м³ - около 55%.

Минераловатные изделии с гофрированной структурой, со­держащие до'30% ориентированных в вертикальном направлении волокон, имеют плотность 140-200 кг/м³. По сравнению с плитами с горизонтальной ориентацией волокон гофрированные плиты отлича­ются меньшей деформативностью и повышенной в 1, 7-2, 5 раза проч­ностью.

При утеплении бесчердачных кровель твердыми минераловатны- ми плитами гидроизоляционный слой устраивают, наклеивая рулон­ный гидроизоляционный материал непосредственно на сами плиты. При жестких плитах не требуется устройство стяжки между плитой и гидроизоляцией. Возможно применение самонесущих плит.

Минераловатные жесткие плиты и фасонные изделия (скорлупы, сегменты) выпускают с синтетическим, битумным и неорганическим связующим (цементом, глиной, жидким стеклом и др.). Для повыше­ния прочности и снижения количества связующего в состав изделий вводят коротковолокнистый асбест. Плиты толщиной 40-100 мм выпускают плотностью 100-400 кг/м³ и теплопроводностью 0, 051- 0, 135 Вт/(м°С).

Минераловатные полужесткие и мягкие плиты изготовляют с синтетическим, битумным и крахмальным связующим. Изделия (пли­ты, цилиндры, сегменты, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, более прочны и привлекательны на вид по срав­нению с изделиями на битумном связующем.

Плотность плит - 35-250 кг/м³, теплопроводность - 0, 041-0, 07 Вт/(м °С). Основные показатели технологического уровня качества приведено в табл. 16.1.

Прошивные маты - это гибкие изделия из слоя прошитого во­локнистого материала. Последнее время используются вертикально- слоистые гибкие маты, состоящие из приклеенных к покровному ма­териалу полос волокнистых плит при преимущественно перпендику­лярном расположении волокон. Гибкие изделия, состоящие из слоя волокнистого материала со связующим веществом, называются вой­локом.

Минераловатные маты в рулонах выпускают следующих видов: с синтетическим связующим (р_т = 35-75 кг/м^), прошивные с металли­ческими, тканевыми, бумажными обкладками, с обкладкой из стек- лохолста (р_т = 100-200 кг/м³); из штапельного стекловолокна (р„, = 25-50 кг/м³); из непрерывного стекловолокна р„, = 80-120 кг/м³); в ви­де холста из базальтового волокна (р„, = 15-20 кг/м³).

Базальтовое волокно выдерживает температуру до 1000°С. как и основная порода (стекловолокно только 650 и 550°С). Базальтовая вата применяется в виде огнестойких матов, лент и плит, поставляе­мых в рулонах, обладает стойкостью к коррозии. При плотности 130 кг/м³ и температуре 0°С вата имеет теплопроводность 0, 035 Вт/(м-°С).

Используются также стеклянная вата и керамическая вата, по­лучаемая из алюмосиликатных расплавов с содержанием АЬОз не менее 45%.

Таблица 16.1

Керамические теплоизоляционные изделия изготовляют путем формования, сушки и обжига. По сравнению с другими теплоизо­ляционными материалами они имеют высокую прочность и темпера- туростойкость до 900°С. В качестве сырья используют диатомит, трепел, огнеупорную глину, перлит. Большая пористость создается путем введения в формовочную массу пенообразователей, выгораю­щих добавок.

Для тепловой изоляции горячих криволинейных поверхностен

(сегменты, скорлупы, теплоизоляция трубопроводов) тепло­проводность должна быть до 0, 06 Вт/(м-°С). Это необходимо потому, что бо'льшая толщина теплоизоляции, а следовательно, большая кри­визна ее поверхности приводит к увеличению теплопотерь.

Неорганические жесткие изделия - диатомитовые, ячеисто- керамические, перлитокерамические - имеют температуростойкость 900°С.

Теплоизоляционные легкие бетоны (слитного строения и круп­нопористые) готовят из пористого заполнителя - вспученного перли­та, легкого керамзита или вермикулита и минерального (реже орга­нического) вяжущего. Перлитовые изделия включают перлитовый обжиговый заполнитель - легковес, перлито-битумные и битумно- перлитные изделия, перлитопластбетон, перлитофосфатные изделия, поризованный перлитосиликат, их плотность 150-300 кг/м³.

Вулканитовые изделия изготовляют из смеси молотого диа­томита или трепела (окало 60%), воздушной извести (20%) и асбеста (20%). Отформованные изделия подвергают автоклавной обработке, которая ускоряет химическое взаимодействие между кремнеземи­стым компонентом и воздушной известью, приводящее к образова­нию гидросиликатов кальция.

Совелит является у нас наиболее распространенным асбестомаг- незиальным материалом. Сырьем для производства совелита служат доломит (CaC0yMgC0₃) и асбест (в количестве 15%). Доломит под­вергают сложной переработке, которая включает обжиг, гашение обоженного доломита, карбонизацию полученного доломитового мо­лока с использованием газов, содержащих С0₂. Конечным продуктом химической переработки доломита является четырехводный ос- но'вный карбонат магния MgC03-Mg(0H)2-4H20, который вместе с осажденным СаСОз составляет основу совелита. Сушка и прокалива­ние имеют целью декарбонизацию магнезиальной составляющей. Благодаря прокаливанию снижается плотность и теплопроводность, а температуростойкость повышается. Совелит применяют для изоля­ции промышленного оборудования при температурах до 500°С.

Теплоизоляционные цементные ячеистые (газо- и пено-) бето­ны получают плотностью 100-500 кг/м³. Эти бетоны имеют низкую теплопроводность, достаточную марку по прочности, низкое водопо- глощение, морозостойки, обладают хорошей гвоздимостью, повы­шенной огнестойкостью. Бетонная смесь высокопластична, заполняет форму для утепления наружных ограждений в виде комбинирован­ных плит или монолита, изоляции трубопроводов и других конструк­ций.

Ячеистое стекло (пеностекло) вырабатывают из стекольного боя, либо используют те же сырьевые материалы, что и для производства других видов стекла: кварцевый песок, известняк, соду и сульфат на­трия. Могут использоваться торные породы: трахиты, сиениты, нефе­лины, обсидианы. При спекании порошка стекольного боя с газооб- разователями - коксом и известняком - выделяется углекислый газ, образующий поры. Газообразующими добавками могут служить так­же мел или карбиды кальция и кремния. При выходе из печи от не­прерывно двигающегося бруса отрезаются блоки определенной дли­ны, направляемые в печь отжига. Благодаря этому предотвращается возникновение внутренних напряжений, вызывающих растрескива­ние. Ячеистое стекло имеет в материале стенок крупных пор мель­чайшие микропоры, обуславливающие малую теплопроводность при достаточно высокой прочности, водостойкости и морозостойкости. Ячеистое стекло - несгораемый материал с высокой температуро- стойкостью - 400°С, для бесщелочного - до 600°С; хорошо обрабаты­вается. Применяют для теплоизоляции тепловых сетей при их под­земной бесканальной прокладке, для теплоизоляции стен, перекры­тий, кровель, в конструкциях холодильников.

Стеклопор получают путем грануляции и вспучивания жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Технологический процесс включает производство гра- нулята - " стеклобисера" и его низкотемпературное (при 320-360°С) вспучивание. Стеклопор выпускают трех марок: " СЛ" с р„, = \5- 40 кг/м³, Я = 0, 028-0, 035 Вт/(м-°С); " Л" с р_т = 40-80 кг/м³; Я = 0, 032- 0, 04 Вт/(м-°С); Т с р_т = 80-120 кг/м³; Я= 0, 038-0, 05 Вт/(м-°С). В сочетании с различными связующими стеклопор используют для изготовления штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции. Наиболее эффективно применение стеклопора в наполненных пено- пластах, так как введение его в пенопласт позволяет снизить расход полимера и значительно повысить огнестойкость теплоизоляционных изделий.

Монтажные асбестовые материалы выпускают в виде листов и рулонов из асбестового волокна; иногда вводят наполнитель и не­большое количество склеивающих веществ (крахмала, казеина и др.), получая асбестовую бумагу, картон, шнур. Алюминиевую фольгу применяют в качестве отражателей изоляции в воздушных прослой­ках слоистых ограждающих конструкций зданий и для теплоизоля­ции промышленного оборудования и трубопроводов при температу­рах до 300" С.

Неорганические рыхлые материалы для мастичной теплоизоля­ции изготовляют из смеси волокнистых материалов (асбеста, мине­рального волокна) с неорганическими вяжущими, затворяемыми во­дой. Их применяют для изоляции промышленного оборудования и трубопроводов с учетом температуры у границ теплоизоляционного слоя.

Минераловатную смесь приготовляют из минеральной ваты, асбеста, тонкодисперсной глины и портландцемента. Плотность изоляции в сухом состоянии - 400 кг/м³, теплопроводность - не более 0, 28 Вт/(м °С).

Асбестодиатомитовый порошок представляет собой смесь ас­беста (15%), молотого диатомита и трепела (85%) иногда с добавка­ми других веществ (отходов асбоцементных заводов, слюды). Плотность теплоизоляции - 400-600 кг/м³, теплопроводность - 0, 093- 0, 21 Вт/(м-°С).

Совелитовый порошок - это смесь легкого основного углекислого кальция с асбестом, применяемая при температурах до 500°С. Гото­вая совелитовая теплоизоляция имеет плотность 450 кг/м³ и тепло­проводность - не более 0, 098 Вт/(м-°С).

Асбестомагнезиальный порошок (ныовель) готовят в виде смеси легкого основного углекислого кальция с асбестом и применяют при температурах до 500°С.

Зернистые материалы применяют для теплоизоляционных засы­пок. При температурах до 900°С применяют: вспученный перлит в виде пористого песка с плотностью 50-100 кг/м³ и тепло­проводностью 0, 04-0, 05 Вт/(м-°С); вспученный вермикулит в виде смеси пластинчатых зерен крупностью не более 15 мм, плотностью 100-120 кг/м³ и теплопроводностью около 0, 075 Вт/(м-°С): измель­ченные диатомиты и трепелы с крупностью до 5 мм, плотностью 400- 700 кг/м³ и теплопроводностью 0, 11-0, 18 Вт/(м-°С).

При температурах до 450-600°С применяют гранулированную и стеклянную вату, дробленую пемзу и вулканический туф, топливные шлаки, получаемые при сжигании кускового топлива, топливные зо­лы от сжигания пылевидного топлива, доменные гранулированные шлаки.

4. Органические теплоизоляционные материалы

Фибролит - плитный материал из древесной шерсти и неоргани­ческого вяжущего вещества. Древесную шерсть (стружку длиной 200-500, шириной 2-5 и толщиной 0, 3-0, 5 мм) получают на специаль­ных станках, используя короткие бревна ели, липы, осины или сосны.

Вяжущим чаще всего служит портландцемент и раствор минерализа­тора - хлористого кальция. Формы с массой последовательно прохо­дят камеру начеса, прессовочный вал, пост разделки на плиты, каме­ру твердения и сушки. Влажность цементно-фибролитовых плит ог­раничивается. Плиты выпускают плотностью 300-500 кг/м³, тепло­проводностью 0, 1-0, 15 Вт/(м-°С), с пределом прочности при изгибе 0, 4-1, 2 МПа, Толщина плит - 25, 50, 75, 100 мм.

Плиты применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций, для устройства перегородок, каркасных стен и перекрытий в сухих условиях. Фибролит хорошо обрабатывается - его можно пилить, сверлить, в него можно вбивать гвозди.

Арболитовые изделия изготовляют из портландцемента и орга­нического коротковолокнистого сырья (древесных опилок, дробле­ной станочной стружки или щепы, сечки соломы или камыша, костры и др.), обработанного раствором минерализатора. Химическими до­бавками служат: хлористый кальций, растворимое стекло, серно­кислый глинозем. Применяют теплоизоляционный арболит плотно­стью до 500 кг/м³ и конструкционно-теплоизоляционный плотностью до 700 кг/м³. Прочность арболита при сжатии - 0, 5-3, 5 МПа, растяже­ние при изгибе - 0, 4-1, 0 МПа; теплопроводность - 0, 08-0, 12 Вт/(м°С).

Древесностружечные плиты изготовляют путем горячего прес­сования массы, содержащей около 90% органического волокнистого сырья (чаще всего применяют специально приготовленную древес­ную шерсть) и 7-9% синтетических смол (фенолоформальдегидных и др.). Для улучшения свойств плит в сырьевую массу добавляют гид- рофобизующие вещества, антисептики и антипирены.

Древесноволокнистые изоляционные плиты производят из не­деловой древесины, используют отходы лесопиления и деревооб­работки, а также бумажную макулатуру, солому, стебли кукурузы. Плотность - до 250 кг/м³, теплопроводность - до 0, 07 Вт/(м°С).

На основе растительного сырья готовят ряд местных материалов: камышит, соломит, торфяные изоляционные плиты и др.

Одним из перспективнейших современных теплоизоляционных материалов является использование вторичного сырья из бытовых отходов (бумаги и картона). Полученная эковата является идеаль­ным заменителем традиционных утеплителей: минеральной ваты, стекловаты и т.д. Среднее значение теплопроводности составляет 0, 041 Вт/(м°С). Эковата трудно сгораема, что обусловлено добавками антипиренов, биостойка, обладает звукопоглощающими свойствами.