Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Строительные материалы

Книги по строительству и ремонту

Из всех сред, не считая безвоздушного пространства, самой малой теплопроводностью обладает воздух, особенно когда он заключен в порах материала, т. е. малоподвижен [0,023 Вт/(м-°С)]. Если поры крупные и тем более сообщающиеся между собой и внешней средой, то происходит конвекционное передвижение воздуха и теплопроводность материала увеличивается. Поэтому материалы для тепловой изоляции изготовляют высокопористыми и по возможности мелкопористыми, а следовательно, и легкими. При этом межпоровое пространство, занимаемое твердым веществом («каркас»), стремятся создавать из веществ, имеющих аморфное, а не кристаллическое строение, так как материалы стеклообразного строения менее теплопроводны, чем кристаллического. Обычно пористость теплоизоляционных материалов более 50 %, а некоторые наиболее эффективные теплоизоляционные материалы, например ячеистые пластмассы, как бы построены из воздуха (поры занимают 90...98 %, а стенки пор — всего лишь 2...10 % от общего объема). Теплоизоляционные материалы могут иметь ячеистое, зернистое, волокнистое и пластинчатое строение. Необходимую пористость создают различными технологическими приемами.

 Для материалов ячеистого строения характерны однородные и равномерно распределенные поры, форма которых обычно близка к сферической. Для получения материалов ячеистого строения (ячеистые бетоны, пеностекло, газонаполненные пластмассы и т. п.) используют способы газовыделения и пенообразования.

 Зернистое строение имеют сыпучие материалы. Пористость сыпучей массы зависит от ее зернового состава. Чем однороднее по форме и размерам зерна, тем больше просветы между ними и тем выше пористость материала в насыпном виде. При изготовлении сыпучих порошкообразных теплоизоляционных материалов применяют механическое дробление и помол исходного сырья, получая продукт с примерно одинаковым размером зерен.

Волокнистое строение присуще материалам из минерального или органического волокна (асбеста, минеральной и стеклянной ваты, растительных волокон и др.). Основным способом получения высокопористого строения для таких материалов является создание волокнистого каркаса с тонкими воздушными слоями, разделяющими волокна.

Органические волокна получают механическим расщеплением древесины или другого растительного сырья. Минеральное волокно получают путем расплавления неорганического сырья с последующим превращением расплава в волокна.

 Пластинчатое строение характерно для материалов, содержащих в своем составе листочки слюды, которые предварительно при быстром нагревании вспучиваются за счет отщепления у слюды связанной воды (вспученный вермикулит).

 Способ высокого водозатворения иногда используют для получения пористой структуры. В формовочную массу (например, из трепела или диатомита) добавляют заведомо много воды, которая удаляется в процессе сушки и обжига изделий, оставляя вместо себя поры. Этот способ сочетается с введением выгорающих добавок при производстве теплоизоляционных керамических изделий.

 Пористость определяет основные свойства теплоизоляционных материалов: плотность, теплопроводность, прочность, газопроницаемость и др. Важное значение имеет равномерное распределение воздушных пор в материале и характер пор, а также химический состав и молекулярное строение каркаса и условия применения теплоизоляционного материала.

Теплопроводность является главной характеристикой теплозащитных свойств материала. На практике удобно судить о теплопроводности по плотности сухого материала. Однако эта зависимость (11.1) приближенна, поскольку не учитывает влияние химического состава и молекулярного строения материала и характер пористости. При одинаковом или близком химическом составе теплопроводность материалов, имеющих кристаллическое   строение, выше, чем материалов аморфного и смешанного строения.

При равной пористости более высокими теплоизоляцио иными свойствами обладают материалы, имеющие мелкие замкнутые поры вследствие уменьшения передачи теплоты конвекцией и излучением. Особенно это необходимо учитывать при выборе материалов для высокотемпературной изоляции. Это важно и потому, что теплопроводность возрастает с повышением средней температуры, при которой происходит передача теплоты от одной поверхности ограждения к другой. Изменение теплопроводности при изменении температуры у различных материалов происходит с разной скоростью. В расчетах тепловой изоляции всегда надо учитывать ее значение, соответствующее данной рабочей температуре.

Увлажнение и тем более замерзание воды в порах материала ведет к резкому увеличению теплопроводности, так как теплопроводность воды [0,58 Вт/(м-°С)] примерно в 25, а льда [2,32 Вт/(м-°С)] в 100 раз больше, чем воздуха. Поэтому теплоизоляционные материалы необходимо предохранять от увлажнения.

Теплопроводность материалов с волокнистым и слоистым строением зависит от направления потока теплоты. Например, для дерева теплопроводность вдоль волокон примерно в 2 раза выше, чем теплопроводность поперек волокон.

 Прочность теплоизоляционных материалов вследствие их пористого строения относительно невелика. Предел прочности при сжатии обычно колеблется от 0,2 до 2,5 МПа. Материалы, у которых прочность при сжатии выше 5 МПа, называют теплоизоляционно-конструктивными и используют для несущих ограждающих конструкций. Для ряда теплоизоляционных изделий основной характеристикой является предел прочности при изгибе (плиты, скорлупы, сегменты) или при растяжении (маты, войлок, асбестовый картон и т. п.). Во всех случаях требуется, чтобы прочность теплоизоляционного материала была достаточной для его сохранности при транспортировании, складировании, монтаже и работе в конкретных эксплуатационных условиях.

 Температуростойкость оценивают предельной температурой применения теплоизоляционного материала. Выше этой температуры материал изменяет свою структуру, теряет механическую прочность и разрушается, а-органические материалы могут загораться. Предельную температуру применения теплоизоляционных материалов устанавливают (в целях предосторожности) несколько ниже значения температуростойкости и всегда указывают в технической характеристике материала.

 Теплоемлость материала имеет существенное значение в условиях частых теплосмен, так как в этих случаях необходимо учитывать теплоту, поглощаемую (аккумулированную) теплоизоляционным слоем. Теплоемкость неорганических материалов колеблется от 0,67 до-1 кДж/(кг-°С). С увеличением влажности материала его теплоемкость резко возрастает, так как для воды при' 4 °С она очень высокая — 4,2 кДж/(кг°-С). Увеличение теплоемкости наблюдается и при повышении температуры.

 Химическую и биологическую стойкость теплоизоляции повышают, применяя различные защитные покрытия. Высокопористое строение теплоизоляционных материалов способствует прониканию в них жидкостей, га-зови паров, находящихся в окружающей среде, которые, взаимодействуя с материалом, разрушают его. Органические теплоизоляционные материалы или содержащие в своем составе органические связующие вещества '(крахмал, клей и т. п.) должны обладать биологической стойкостью. Так как жизнедеятельность различных микроорганизмов возможна во влажной среде, основным условием повышения биостойкости теплоизоляционных материалов является устранение причин, вызывающих их увлажнение, а также обработка материалов антисептиками.

Теплоизоляционные материалы и изделия, используемые в конструкциях стен зданий и холодильников, в процессе эксплуатации могут подвергаться попеременному замораживанию и оттаиванию. В этом случае к ним предъявляют требования по морозостойкости такие же, как к стеновым материалам.