Полимерные теплоизоляционные материалы

Производство полимерных теплоизоляционных материалов в освоении сравнительно недавно. В значительном объеме эти материалы стали выпускать лишь в течение последних одного-двух десятилетий. В настоящее время производство их расширяется быстрыми темпами и является высокоперспективным.

Теплоизоляционные материалы, основную массу которых составляют полимеры, часто называют газонаполненными пластмассами.

ιΠο характеру структуры эти материалы подразделяют на пенопласты, поропласты и сотопласты. Пенопласты—материалы, имеющие ячеистое строение с несообщающимися, замкнутыми порами. Поропласты имеют сообщающиеся поры. Такое деление весьма условно, так как материал одновременно может иметь как сообщающиеся, так и замкнутые ячейки. Сотопласты—газонаполненные пластмассы с регулярно повторяющимися полостями правильной геометрической формы.

Для производства газонаполненных пластмасс применяют термопластичные и термореактивные полимеры, вспененные химическим или физическим способами.

При химическом способе поризации газообразователь, введенный в полимер, либо разлагается при нагревании, либо взаимодействует с компонентами композиции с выделением газообразных продуктов, вспенивающих полимер.

Физический способ основан" на механическом диспергировании воздуха в среде полимера с одновременным или последующим отверждением последнего. К этому способу относят также метод вспенивания, основанный на повышенной растворимости некоторых жидкостей или газов в полимере при повышенных температуре и давлении. При снижении этих параметров растворенные жидкость или газ начинают интенсивно выделяться, вспенивая полимер. Сотопласты получают формованием исходного материала без вспенивания, поры создают специальными пустотообразователями.

Применяют газонаполненные пластмассы для тепловой и холодильной изоляции в промышленном и гражданском строительстве, в вагоно-, самолето — и кораблестроении, в бытовых приборах и оборудовании и т.д. Для тепловой и холодильной изоляции промышленного оборудования и трубопроводов наибольшее распространение получили пено — полистирол, пенополивинилхлорид, мипора, пенополиуретан, фенолформальдегидный пенопласт. Теплоизоляционные изделия из этих материалов выпускают в виде плит, блоков и скорлуп.

Основным недостатком органических теплоизоляционных материалов является их горючесть.

Горючесть большинства пенопластов можно значительно снизить. Основными приемами снижения возгораемости этих материалов, как и полимеров вообще, являются:

· введение минеральных тонкомолотых добавок или волокнистых материалов, снижающих горючесть изделий в целом;

· введение веществ, разлагающихся при нагревании с выделением продуктов, препятствующих горению, например с выделением углекислого газа, фосфорных соединений и т. д.

Поскольку температуроустойчивость газонаполненных пластмасс зависит от температуроустойчивости смолы (наполнитель в большинстве случаев имеет более высокую температуроустойчивость), максимальная температура применения термопластов, материалов на основе термопластичных смол, как правило, ниже температуры применения реактопластов (материалов на основе термореактивных смол).

К основным теплоизоляционным материалам с применением растительного сырья относятся древесностружечные, древесноволокнистые, фибролит, арболит, 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 средним плотность не менее 850 кг/м3, а прочность на изгиб -- не мене 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 3*1,6 м, что ускоряет строительные работы на объекте (рис. 7). Древесноволокнистые плиты твердые с лакокрасочным покрытием (декоративные с печатным рисунком либо одноцветные) применяют для отделки жилых, общественных, промышленных зданий, транспорта, мебели, дверных полотен.

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, СаСО3, 3СаО * АlО3 * СаСl12 * 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 (б-модификация гипса). В этом случае в отдельных районах может потребоваться штукатурный слой по арболитовой 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. 8. Мощность завода по такой технологии составляет до 40 тыс. м3 изделий в год.

Арболит вырабатывают теплоизоляционным со средней плотностью до 500 кг/м3 и конструкционным со средней плотностью 500--850 кг/м3. Марки теплоизоляционного арболита М5, М10, 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.

Акустические материалы и изделия

Общие сведения

Акустика (от греч. akustikos — слушающий) — наука о звуке. Строительная акустика решает проблемы обеспечения нормального звукового режима в помещениях самого разного назначения. Главная задача современной строительной акустики — снижение уровня шумового загрязнения помещений.

Шумами называют звуки, вызываемые различными причинами, но не несущие полезной информации. Шумы оказывают негативное воздействие на психическое и физическое состояние человека. Снижение уровня шумового загрязнения среды, в которой находится человек,— важная медико-биологическая и социальная задача.

Допустимые уровни силы шумов в различных помещениях нормируются в СНиПе.

Усиление интереса к проблеме звукоизоляции помещений вызвано несколькими причинами. В жизни человека появляется все больше механизмов и аппаратов, являющихся источниками шума, урбанизация привела к скученности людей, и, наконец, чисто строительная причина — уменьшение толщины и массы ограждающих конструкций зданий приводит к снижению их звукоизолирующей способности.

На рис. 17.5 представлена схема взаимодействия ограждающей конструкции с энергией падающего на нее звука (£пад): часть энергии отражается от поверхности конструкции (Еотр), часть энергии поглощается конструкцией (Епог) и часть проходит сквозь нее (£пр).

Соотношение значений этих энергий в основном зависит от трех факторов: – характера поверхности материала конструкции; – степени упругости материала конструкции; – массы конструкции.

С точки зрения улучшения акустического климата помещения и внешней среды желательно, чтобы максимум звуковой энергии поглощался ограждающей конструкцией, а не отражался и не проходил через нее.

Помимо воздушных шумов, распространяющихся по воздуху, существуют шумы ударные. Они возникают в результате ударных и вибрационных воздействий на строительную конструкцию и распространяются по материалу конструкций.

Радикальной мерой устранения шумов является ликвидация источников шума, но это возможно далеко не всегда. Другой способ снижения звуковой энергии, передаваемой через ограждающую конструкцию, — увеличение ее массы. Но это в большинстве случаев не соответствует современной тенденции строительства — снижению материалоемкости. Поэтому строители стремятся снизить уровень шума с помощью конст-Руктивно-планировочных решений и применения акустических материалов.

Акустическими материалами называют материалы, способные поглощать звуковую энергию, снижая уровень силы отраженного звука и/или препятствуя передаче звука по конструкции. По этому признаку акустические материалы делят на звукопоглощающие и звукоизоляционные.

Звукопоглощающие материалы имеют большое количество открытых, сообщающихся друг с другом пор, максимальный диаметр которых не превышает обычно 2 мм (общая пористость таких материалов более 75 %). Строение звукопоглощающих материалов может быть волокнистое, зернистое или ячеистое. Их плотность, как правило, не превышает 500 кг/м. Звук попадает в поры материала и, проходя по ним, передает свою энергию материалу. Происходит преобразование звуковой энергии в тепловую в результате потерь на внутреннее трение в стенках пор или волокон материала.

Первыми материалами, применявшимися для поглощения звука, были ткани, ковры, меховые шкуры, которыми обивали стены и покрывали полы. Для обеспечения нужной акустики в театрах использовали портьеры и обивку кресел из бархата.

В современном строительстве в роли эффективных звукопоглощающих материалов используются минераловатные плиты, специально формуемые для акустических целей. Такие плиты размером 300 х 300 х 20 мм под названием «Акмигран» используют для устройства звукопоглощающих потолков в общественных и производственных зданиях. Коэффициент звукопоглощения таких плит 0,6…0,7.

Другой не менее распространенный вид акустических плит — перфорированные гипсовые плиты обычно размером 600 х 600 х 8,5 мм. С обратной стороны гипсовые плиты имеют звукопоглощающий слой из нетканого полотна, гофрированной бумаги, минеральной ваты (рис. 17.6).

Для улучшения акустических свойств помещений применяются специальные штукатурки на пористых заполнителях; коэффициент звукопоглощения у них 0,25…0,4. Такая штукатурка использована, в частности, для стен зрительного зала Театра Российской армии в Москве (для сравнения драпировки и ковры имеют а = 0,3…0,6).

Рис. 17.6. Акустические плиты с гипсокартонным акустическим перфорированным экраном

Следует отметить, что большинство звукопоглощающих материалов в силу своего строения гигроскопичны и не водостойки, поэтому их необходимо предохранять от увлажнения.

Звукоизоляционные материалы применяют для снижения уровня ударных и вибрационных шумов, передающихся через строительные конструкции. Они представляют собой упругие материалы волокнистого строения (например, минераловатные плиты), эластичные газонаполненные пластмассы и резиновые прокладки. Механизм действия таких материалов также заключается в переводе энергии звуковых колебаний в тепловую энергию в результате внутреннего трения деформируемых элементов материала (например, волокон) или упругих деформаций самого материала (резиновые прокладки). Для эффективной работы динамический модуль упругости звукоизоляционных материалов не должен превышать 1,0…2,0 МПа (для сравнения модуль упругости бетона и кирпича «10 МПа).

Специальным видом звукоизоляционных материалов являются звукоотражающие экраны. Их ставят вдоль транспортных (автомобильных и железнодорожных) трасс, проходящих через жилые районы.

Звукоотражающие экраны выполняют из полимерных прозрачных листов, реже — металлических. Благодаря гладкой поверхности листов такие экраны отражают падающие на них звуковые волны, также как зеркало отражает световые

Дата добавления: 2014-11-08