Классификация энергосберегающих материалов

Строительные материалы и изделия, имеющие малую теплопроводность и применяемые для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, сооружений, промышленного оборудования трубопроводов, называются теплоизоляционными. Согласно ГОСТ 16381-77 (СТ СЭВ 5069-85) материалы и изделия должны удовлетворять следующим общим техническим требованиям:

обладать теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м∙К) (0,15 ккал) (м·ч·°С) при 25°С; иметь среднюю плотность не более 500 кг/м ;

обладать стабильными физико-механическими и теплотехническими свойствами;

не выделять токсических веществ и пыли в количествах, превышающих предельно допускаемые концентрации;

Теплоизоляционные материалы классифицируются по виду изделия и исходного сырья, плотности и теплопроводности, области применения, строению пор, технологическим признакам и т.д.

Сыпучие материалы, представляют собой бесформенные порошкообразные и волокнистые массы и смеси с произвольным расположением зерен и волокон. Например, молотый диатомит, перлитовый песок, вспученный вермикулит, волокнистая минеральная вата и т. д.

Рис.1 Виды штучных теплоизоляционных изделий

Штучные изделия, имеют определенную форму и размеры, регламентируемые государственными стандартами и Техническими условиями. К штучным изделиям (рис. 1) относятся: скорлупы -1, блоки - 2, плиты, маты - 5, цилиндры -6, матрацы, полосы, шнуры, фасонные изделия, кирпичи - 3, сегменты - 4.

Плиты - это изделия, имеющие прямоугольную форму. Размеры плит: длина 500 и 1000 мм, ширина 500 мм, толщина 40 - 60 мм и более. Некоторые плиты имеют размеры по длине от 1200 до 3000 мм, по ширине 1200-1600 мм, по толщине до 100 мм. К ним относятся древесноволокнистые и цементнофибролитовые плиты.

Блоки - это изделия также прямоугольной формы, но имеющие некоторые размеры (например, по толщине) больше, чем у плит. Некоторые блоки получают склеиванием 2-3 плит, например блоки из двух и трех склеенных между собой торфоплит. Блоки из мипоры имеют толщину до 200 мм.

К изделиям прямоугольной формы относятся также и маты, но они имеют большую длину и благодаря большей гибкости могут сворачиваться в рулоны.

Скорлупы представляют собой изделия в виде полуцилиндров; применяются они для изоляции трубопроводов. По окружности трубопровода укладывается только две скорлупы.

Цилиндры - это изделия в форме цилиндра, разрезанного с одной стороны, для того чтобы его можно было раскрыть и свободно надеть на трубопровод.

Сегментами называются изделия трапецеидального сечения с двумя закругленными гранями; применяются они также для изоляции трубопроводов. Но по окружности трубопровода укладывается несколько сегментов, количество которых зависит от диаметра трубопровода и размеров самих сегментов. Так, например, при диаметре изолируемого трубопровода 108 мм по его окружности устанавливается 6 сегментов, при диаметре 219 мм устанавливается 8 сегментов. Сегменты выпускают длиной 330 и 500 мм, толщиной 40 - 80 мм с различным внутренним диаметром. Кирпичи имеют размеры 250x123x65 мм.

Фасонными называются изделия сложной геометрической формы; служат они для изоляции фасонных частей оборудования - вентилей, задвижек.

В зависимости от эластичности штучные теплоизоляционные изделия подразделяются на жесткие и гибкие. К жестким относятся кирпичи, сегменты, скорлупы, плиты; к гибким - маты, матрацы, шнуры и т. д.

По исходному сырью все теплоизоляционные материалы и изделия подразделяются на минеральные и органические.

К минеральным относятся материалы и изделия, полученные на основе минерального сырья:

- материалы из расплавов шлаков и различных горных пород (минеральная и стеклянная вата и изделия на их основе);

- керамические материалы и изделия из диатомитов, трепелов, огнеупорной глины, получаемые путем формования, сушки и обжига (диатомовые и пенодиатомовые изделия, легковесные огнеупоры);

- асбестовые и асбестосодержащие материалы и изделия, в. которых, помимо асбестового волокна, используются горные породы с большим содержанием кремнезема (асбестовая бумага, шнуры, картон, асбозурит, вулканитовые, совелитовые, ньювелевые и др.);

- вспученные горные породы и изделия из них (перлит, вермикулит и изделия на их основе);

- ячеистые материалы (ячеистое стекло, ячеистые бетоны).

К органическим теплоизоляционным материалам и изделиям относятся изделия из натуральной пробки, торфа, растительного волокна (древесноволокнистые плиты, камышит, соломит, фибролит), синтетических смол.

Существуют еще и смешанные материалы и изделия, состоящие из минерального и органического сырья. Их не выделяют в отдельную группу, а относят к одной из групп в зависимости от преобладающего содержания неорганической или органической составляющей материала. Примером могут служить изделия из минеральной ваты с применением органических вяжущих (битум, синтетические смолы, крахмал); ввиду незначительного содержания связки подобные изделия относят к неорганическим. Фибролит, состоящий из древесной шерсти и цемента, относится к органическим изделиям.

В зависимости от величины средней плотности в сухом состоянии (кг/м³) все теплоизоляционные материалы и изделия подразделяются на марки: 15; 25; 35; 50; 75; 100; 125; 150; 175; 200; 225; 250; 300; 350; 400;450; 500; Маркой условно считают наибольшее значение средней плотности материала в сухом состоянии в пределах одного из приведенных интервалов. Так, материал с плотностью до 150 кг/м³ относится к марке 150, с плотностью 480 кг/м - к марке 500 и т. д.

Теплоизоляционные материалы и изделия применяются для изоляции поверхностей, температура которых колеблется в щироких пределах, начиная с низких отрицательных и кончая высокими положительными. Исходя из этого, теплоизоляционные материалы и изделия можно разбить на группы по предельным температурам применения.

В зависимости от величины коэффициента теплопроводности различают теплоизоляционные материалы и изделия с повышенной эффективностью (коэффициент теплопроводности до 0,058 Вт/м∙К; к таким материалам и изделиям относятся: минеральная вата, стекловата, маты из минеральной и стеклянной ваты с синтетическими связующими, маты минераловатные прошивные, вспученный перлит, изделия из пористых пластмасс;

высокоэффективные (коэффициент теплопроводности свыше 0,058 до 0,12 Вт/м∙К; к ним относятся плиты минераловатные с синтетическим связующим, с битумным связующим, изделия перлитовые, совелитовые, вулканитовые, пенодиатомовые и др.;

средней эффективности (коэффициент теплопроводности свыше 0,12 до 0,17 Вт/м∙К; примером среднеэффективных изделий могут служить диатомовые (трепельные) обжиговые изделия, пенобетонные и газобетонные изделия марки 500, плиты цементнофибролитовые марок 400 и 500;

низкой эффективности (коэффициент теплопроводности свыше 0,17).

По области применения теплоизоляционные материалы и изделия подразделяются на теплоизоляционные строительные и теплоизоляционно-монтажные. Первые используют для утепления стен, перекрытий и других ограждающих конструкций; вторые - для изоляции промышленного оборудования и трубопроводов.

Теплоизоляционно-строительные иногда подразделяют на собственно теплоизоляционные, предназначаемые только для защиты от охлаждения (или нагревания), и теплоизоляционно -конструктивные, сочетающие теплозащитные и несущие функции в строительных конструкциях. Такое деление теплоизоляционных материалов по области применения является условным, так как многие материалы используются как для утепления строительных конструкций, так и для изоляции промышленного оборудования: например изделия из минеральной и стеклянной ваты и др.

Для изоляции промышленного оборудования и трубопроводов применяют, как правило, более эффективные материалы, имеющие меньшую среднюю плотность и коэффициент теплопроводности, чем материалы для утепления строительных конструкций. Так, теплоизоляционно-монтажные материалы имеют среднюю плотность до 400 кг/м³, а теплоизоляционно - конструктивные больше 400 кг/м³.

По технологическому признаку теплоизоляционные материалы и изделия делятся на две группы: на индустриальные и неиндустриальные.

Индустриальными теплоизоляционными изделиями называются крупноразмерные штучные изделия определенной формы и размеров, применение которых в строительстве обеспечивает высокую производительность труда.

К группе индустриальных изделий относятся блоки, плиты, маты, скорлупы, цилиндры, матрацы, полосы, шнуры, фасонные изделия, основные размеры которых не менее 0,5 м.

Неиндустриальными теплоизоляционными изделиями и материалами называются мелкоразмерные штучные изделия и сыпучие материалы.

К группе неиндустриальных изделий относятся мелкоразмерные плиты, кирпичи, скорлупы, сегменты, различные сыпучие материалы. К мелкоразмерным относятся, например, совелитовые, вулканитовые плиты размером 500х170х40 мм, диатомовые, перлитокерамические кирпичи (250х123х65 мм), диатомовые скорлупы и сегменты длиной 330 мм и др.

Все теплоизоляционные материалы и изделия обладают одной характерной особенностью - они являются высокопористыми (рис. 2).

Порами называются пустоты в материале, заполненные воздухом. Степень пористости материала и изделий определяется отношением объема всех пор, содержащихся в материале, к общему объему материала и выражается в процентах. Чем больше пористость материала, тем меньше его плотность, и наоборот.

Пористость теплоизоляционных материалов колеблется в широких пределах: от 50% для низкоэффективных материалов до 98 % для высокоэффективных. От пористости теплоизоляционных материалов зависят их основные свойства: средняя плотность, прочность, теплопроводность влагопоглощение др.

Рис.2.Структура теплоизоляционных изделий: 1 - поры, 2-плотное вещество.

По строению пор теплоизоляционные материалы и изделия могут быть ячеистыми, зернистыми, волокнистыми, пластинчатыми и смешанными.

Ячеистые теплоизоляционные изделия отличаются более равномерным распределением пор. Ячейки (поры) имеют преимущественно сферическую форму. К таким изделиям относятся пеностекло, ячеистые бетоны, газонаполненные пластмассы, пенодиатомовые изделия и ряд других изделий.

Зернистое строение присуще большинству сыпучих материалов. Размер и количество пор в таких материалах зависит от размера и количества зерен материала, т. е. от его гранулометрического состава. Чем однороднее зерна по своей форме и размерам, тем выше пористость материала.

Волокнистое строение характерно для таких материалов, как асбест, минеральная и стеклянная вата.

Пластинчатое строение имеют материалы, в состав которых входят пластинки (листочки) слюды, как, например, у вспученного вермикулита.

Смешанное строение встречается у материалов - смесей таких, как: асбесто-диатомовые, асбесто-магнезиальные, совелитовые и другие, в состав которых входят как материалы волокнистого, так и зернистого строения.

Поры в теплоизоляционных материалах и изделиях бывают закрытыми и открытыми, т. е. сообщающимися между собой. Один и тот же материал имеет как закрытые, так и открытые поры. Сумма закрытых и открытых пор составляет общую пористость материала.

В зависимости от размеров пор различают материалы и изделия с микропористым и макропористым строением. Микропоры - мелкие поры, видимые лишь в микроскоп, макропоры - поры, видимые невооруженным глазом. Теплоизоляционные материалы и изделия содержат оба вида пор.

Размеры пор в ячеистых теплоизоляционных изделиях колеблются в пределах от 0,2 до 5 мм. Материалы волокнистого и пластинчатого строения не имеют однородных пор; в них пустоты часто имеют вид растянутых каналов и полостей.

Пористость бывает естественная, обусловленная природой материала, или искусственная, обеспечиваемая различными технологическими приемами в процессе его изготовления.

К материалам с высокой естественной пористостью относятся волокнистые материалы - минеральная вата, асбест, торфокрошка и др. В сочетании с такими высокопористыми материалами, как диатомит, образуются смеси с повышенной пористостью (асбесто -диатомовые и магнезиальные смеси).