ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ 1. Виды и классификация теплоизоляции

Potemkin Monkey on the fruit stairs

Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!

Play game

Теплоизоляция (тепловая изоляция) - это элементы конструкции, уменьшающие процесс теплопередачи и выполняющие роль основного термического сопротивления в конструкции. Данный термин также может означать материалы для выполнения таких элементов или комплекс мероприятий по их устройству.

Теплоизоляция различных ограждающих конструкций предназначена для обеспечения заданных тепловых режимов зданий, сооружений, установок, трубопроводов. Тепловые режимы могут иметь разное назначение:

• • для уменьшения тепловых потерь ограждающими строительными конструкциями зданий;
• • для обеспечения нормального технологического процесса внутри холодильников, специальных складов и т.д.

Различают два способа выполнения теплоизоляции:

1) в заводских условиях (теплоизоляционный слой в стеновых панелях, плитах покрытия, панелях типа «сэндвич»);

2) непосредственно на строительной площадке. Для первого вида изоляции характерными являются жесткость, прочность и относительно высокая (до 1200 кг/м3) плотность. Для изоляции, выполняемой в условиях строительной площадки, основными ее качествами должны быть гибкость, пластичность и относительно низкая плотность —до 600 кг/м3.

Ужесточение требований по строительной теплотехнике, по повышению теплозащитных свойств строящихся и уже построенных зданий требуют кардинальных решений по резкому повышению сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Утеплить наружные стены, повысить их теплоизоляционные свойства можно несколькими способами: утеплить их снаружи, заложить теплоизоляцию в толщу стены, разместить теплоизоляцию с внутренней стороны конструкции или возводить ограждающие конструкции из теплоизоляционно-конструкционных материалов, таких как пено- или газобетон. Достоинством утепления стен путем введения в конструкцию теплоизоляционного слоя удобно при изготовлении ограждающей конструкции в заводских условиях. Недостатком такого решения может быть конденсат на внутренних поверхностях конструкций, необходимость устройства пароизоляции.

Системой утепления снаружи и одновременно изнутри является появившаяся в последние годы технология возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций с помощью несъемной опалубки из пенополистирола. При данной системе в опалубку из пенополистирольных панелей устанавливают арматуру и укладывают бетон, затем на внутреннюю и внешнюю поверхности наносят защитные или отделочные покрытия, с наружной стороны конструкция может быть облицована кирпичом.

При утеплении существующих стен снаружи улучшаются тепловой и влажностный режимы, снижение температурных нагрузок уменьшает вероятность образования трещин в стенах здания, сохраняет их прочность и несущую способность. При производстве работ не требуется выселение жильцов. К недостаткам наружного утепления можно отнести необходимость сплошного утепления стен, включая откосы и сезонность выполнения этих работ. По одной из схем теплоизоляция представляет собой многослойную конструкцию, прикрепляемую к стене и состоящую из теплоизоляционного слоя (минеральной ваты, пенополистирола и др.), на которую наносится штукатурно-декоративное покрытие. По другой схеме теплоизоляция также с помощью дюбелей крепится к стене, а затем на некотором расстоянии от нее на кронштейнах крепят направляющие из легких сплавов, на которых крепится керамическая плитка или другие отделочные материалы. Достоинство таких фальшстен — отсутствие конденсации, отражение и смягчение термических шоков, улучшенная звукоизоляция. В случае механических или иных повреждений покрытия не требуется разбирать всю конструкцию, достаточно заменить поврежденные фрагменты.

Теплоизоляция, выполненная в построечных условиях, обычно состоит из основного теплоизоляционного слоя, наружного защитного слоя и креплений. В зависимости от места устройства, назначения, конструктивных особенностей, требуемых теплотехнических качеств теплоизоляцию подразделяют на несколько типов.

Теплоизоляцию выполняют из минеральных (асбест и изделия на его основе; искусственные пористые материалы и изделия на их основе, пено- и газобетоны и т.п.),органических (торф и материалы на его основе, камышит, фибролит, арболит, пенополистирол, пенополиуретан и т.п.) и комбинированных материалов (минераловатные плиты на основе битумных и синтетических вяжущих, полимербетоны на пористых заполнителях и т.п.).

В последнее время нашли широкое применение материалы, производимые методом вспенивания: латекс, пенополиуретан, поливинилхлорид, пенополиэтилен и др. Перспективны изоляционные материалы нового поколения алвеолит и арвиолен, которые производятся на основе полиолефиновой пены и сочетают в себе свойства тепло-, гидро-, звукоизоляции, высокие, прочностные и термические характеристики. Кроме этого свойства данных материалов позволяют подвергать их резанию, штамповке, вакуумному формованию и прессованию, соединению с другими материалами. Алвеолит и алвеолен имеют высокую стойкость к неблагоприятным атмосферным воздействиям

благоприятным атмосферным воздействиям, к ультрафиолетовому излучению, химическим воздействиям. Материалы изготовляют без вредных добавок, они экологически чисты, не имеют запаха, не выделяют вредных веществ при нагревании и горении: материалы мало подвергаются старению и гниению, их свойства не меняются со временем. У материалов эстетичный внешний вид, они имеют широкую цветовую гамму. Рабочая температура от -80 до +130 °С. Для обеспечения одинакового сопротивления теплопередаче необходимая толщина материалов составляет: плиты минераловатные— 77 мм, газопенобетон — 348 мм, пенополистирол — 46 мм, кладка из керамического кирпича в 2,5 кирпича — 672 мм и алвеолит и алвеолен — 3 мм.

Алвеолит и алвеолен находят широкое применение в качестве утеплителя, появляется возможность значительно уменьшить толщину конструкций, так 1 мм этих материалов заменяет 26 мм минераловатного утеплителя и 16 мм пенопласта.

В зависимости от положения изолируемых поверхностей в пространстве строительные теплоизоляции бывают горизонтальные, наклонные и вертикальные, а по методам устройства — засыпные, мастичные, литые, обволакивающие, комбинированные и сборно-блочные.

Классификация по принципу нормирования:

1. Строительная тепловая изоляция - тепловая изоляция ограждающих конструкций (стен, полов, крыш и т. д.).

2. Техническая тепловая изоляция - тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Основной документ, регламентирующий применение технической тепловой изоляции на территории Российской Федерации - Свод правил СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

3. Специальная тепловая изоляция - вакуумная тепловая изоляция, отражающая тепловая изоляция и т. д.

В соответствии с ГОСТ 16381-77 «Материалы и изделия строительные теплоизоляционные» материалы и изделия классифицируют по следующим основным признакам:

1 - по виду основного исходного сырья - неорганические, органические;

2 - по структуре - волокнистые, ячеистые, зернистые (сыпучие);

3 - по форме - рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок и другие), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и другие), шнуровые.

4 - по возгораемости (горючести) - несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

На практике по виду исходного сырья теплоизоляционные материалы принято делить на следующие три вида.

1. Органические - получаемые с использованием органических веществ. Это, прежде всего, разнообразные полимеры (например, пенополистирол, вспененный полиэтилен (НПЭ, ППЭ) и изделия на его основе (в том числе отражающая теплоизоляция). Такие теплоизоляционные материалы изготавливают с объёмной массой от 10 до 100 кг/м³. Их главный недостаток - низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 90 °C, а также при дополнительной конструктивной защите негорючими материалами (штукатурные фасады, трехслойные панели, стены с облицовкой и т.п.). Также в качестве органических изолирующих материалов применяют переработанную неделовую древесину и отходы деревообработки (древесно-волокнистые плиты - ДВП и древесностружечные плиты - ДСП), целлюлозу в виде макулатурной бумаги (утеплитель эковата), сельскохозяйственные отходы (соломит, камышит и др.), торф (торфоплиты) и т. д. Эти теплоизоляционные материалы обычно имеют низкую водо- и биостойкость, подвержены разложению и используются редко.

2. Неорганические - минеральная вата и изделия из неё (например, минераловатные плиты), монолитный пенобетон и ячеистый бетон (газобетон и газосиликат), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита, вермикулита, сотопласты и др. Изделия из минеральной ваты получают переработкой расплавов горных пород или металлургических шлаков в стекловидное волокно. Объёмная масса изделий из минеральной ваты 35-350 кг/м³. Их характерная особенность - низкие прочностные характеристики и повышенное водопоглощение, поэтому применение данных материалов ограничено и требует специальных методик установки. При производстве современных теплоизоляционных минераловатных изделий производится гидрофобизация волокна, что позволяет снизить водопоглощение в процессе их транспортировки и монтажа.

3. Смешанные - используемые в качестве монтажных, изготовляют на основе асбеста (асбестовый картон, асбестовая бумага, асбестовый войлок), смесей асбеста и минеральных вяжущих веществ (асбестодиатомовые, асбестотрепельные, асбестоизвестковокремнезёмис-тые, асбестоцементные изделия) и на основе вспученных горных пород (вермикулита, перлита).

Как видно из рис. 12.18, одинаковое термическое сопротивление стены можно обеспечить за счет разных по толщине слоев материалов.

Рис. 12.18. Толщины слоев различных материалов, которые имеют одинаковое термическое сопротивление из-за их разной теплопроводности.

Кроме того, теплоизоляционные материалы классифицируют по многим другим признакам, как показано ниже и на рис. 12.19.

Рис. 12.19. Классификация теплоизоляционных материалов.

Применение современных конструктивных решений с использованием теплоизоляционных материалов является лучшим способом

повышения энергоэффективности зданий и инженерных сооружений.

При сравнительно небольших финансовых затратах применение теплоизоляционных материалов позволяет заметно улучшить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляцию жилых и производственных зданий и сократить энергопотребление и эксплуатационные расходы.

Круг задач, для решения которых используются теплоизоляционные материалы, весьма широк. Это утепление фасадов, кровельных конструкций, полов и подвалов зданий, различных видов коммуникаций и трубопроводов и т. д.

Теплоизоляционными называют материалы, применяемые в строительстве жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов и трубопроводов для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду. Они имеют пористое строение и поэтому малую плотность (не более 600 кг/м³) и низкую теплопроводность - не более 0,18 Вт/(м·°С).

Некоторые виды теплоизоляционных материалов и их основные характеристики приведены в таблицах, показанных на рис. 12.20-12.21.

Рис. 12.20. Свойства ряда неогнеупорных теплоизоляционных материалов.

По плотности теплоизоляционные материалы делят на марки: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600.

В зависимости от жесткости (относительной деформации) выделяют материалы:

- мягкие (М) - минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна;

- полужесткие (П) - плиты из стекловолокна на синтетическом связующем и другие;

Рис. 12.21. Свойства некоторых теплоизоляционных материалов.

• - жесткие (Ж) - плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем;
• - повышенной жесткости (ПЖ);
• - твердые (Т).

По теплопроводности теплоизоляционные материалы разделяются на классы:

А - низкой теплопроводности до 0,06 Вт/(м·°С);

Б - средней теплопроводности - от 0,06 до 0,115 Вт/(м·°С);

В - повышенной теплопроводности - от 0,115 до 0,175 Вт/(м·°С).

Рассмотрим важнейшие особенности и области применения самых распространенных и популярных теплоизоляционных материалов.

Органические теплоизоляционные материалы
Органические теплоизоляционные материалы в зависимости от природы исходного сырья можно условно разделить на два вида: мате-риалы на основе природного органического сырья (древесина, отходы деревообработки, торф, однолетние растения, шерсть животных и т. д.) и материалы на основе синтетических смол, так называемые теплоизо-ляционные пластмассы.
Теплоизоляционные материалы из органического сырья мо-гут быть жесткими и гибкими. К жёстким относят древесностружечные, древесноволокнистые, фибролитовые, арболитовые, камышитовые и торфяные, к гибким - строительный войлок и гофрированный картон. Эти теплоизоляционные материалы отличаются низкой водо - и био-стойкостью.
Древесноволокнистые теплоизоляционные плиты получают из отходов древесины, а также из различных сельскохозяйственных от-ходов (солома, камыш, костра, стебли кукурузы и др.). Процесс изго-товления плит состоит из следующих основных операций: дробление и размол древесного сырья, пропитка волокнистой массы связующим, формование, сушка и обрезка.
Древесноволокнистые плиты выпускают длиной 1200-2700, ши-риной 1200-1700 и толщиной 8-25 мм. По плотности их делят на изоля-ционные (150-250 кг/м3) и изоляционно-отделочные (250-350 кг/м3). Теплопроводность изоляционных плит 0,047-0,07 Вт/(м·°С), а изоляци-онно-отделочных - 0,07-0,08 Вт/(м·°С).
Изоляционные и изоляционно-отделочные плиты. Приме-няют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий зданий, акустической изоляции концертных залов и театров (подвесные потолки и облицовка стен).
Арболит изготовляют из смеси цемента, органических заполните-лей, химических добавок и воды. В качестве органических заполните-лей используют дробленые отходы древесных пород, сечку камыша, ко-стру конопли или льна и т. п. Технология изготовления изделий из ар-болита проста и включает операции по подготовке органических запол-нителей, например дробление отходов древесных пород, смешивание заполнителя с цементным раствором, укладку полученной смеси в формы и ее уплотнение, отвердение отформованных изделий.
Теплоизоляционные материалы из пластмасс. В последние годы создана довольно большая группа новых теплоизоляционных ма-териалов из пластмасс. Сырьём для их изготовления служат термопла-стичные (полистирольные, поливинилхлоридные, полиуретановые) и термореактивные (мочевино-формальдегидные) смолы, газообразую-щие и вспенивающие вещества, наполнители, пластификаторы, краси-тели и другие. В строительстве наибольшее распространение в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов получили пластмассы пори-сто-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек или поло-стей, заполненных газами или воздухом, вызвано химическими, физи-ческими или механическими процессами или их сочетанием.
В зависимости от структуры теплоизоляционные пластмассы мо-гут быть разделены на две группы: пенопласты и поропласты.
Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотно-стью и наличием не сообщающихся между собой полостей или ячеек, заполненных газами или воздухом.
Поропласты - пористые пластмассы, структура которых имеет со-общающиеся между собой полости. Наибольший интерес для современ-ного индустриального строительства представляют пенополистпрол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан и мипора.
Пенополистирол - материал в виде белой твердой пены с равно-мерной замкнутопористой структурой. Пенополистирол выпускают марки ПСБС в виде плит размером 1000х500х100 мм и плотностью 25-40 кг/м3. Этот материал имеет теплопроводность 0,05 Вт/(м·°С), макси-мальная температура его применения 70 °С. Плиты из пенополистирола применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий, изоляции промышленных холодильников и для звукоизоляции.
Наряду с нулевой капиллярностью и пренебрежимо малым водо-поглощением (менее 0,2 об.%), экструдированный пенополистирол (благодаря своей структуре) обладает очень высокой прочностью на сжатие, а также стабильными теплоизоляционными характеристиками, сильно превышающими средние значения большинства других изоля-ционных материалов - теплопроводность Вт/(м·°С). Он морозостоек и долговечен, химически устойчив (за исключением органических рас-творителей, безводных кислот и бензина) и не подвержен гниению. Мо-жет приклеиваться горячим битумом.
Закрытая ячеистая структура материала обеспечивает малое изме-нение теплопроводности во влажных условиях, которая может меняться в пределах 0,001-0,002 Вт/(м·°С), что позволяет применять экструдиро-ванный пенополистирол в конструкции подвалов в качестве наружной теплоизоляции без дополнительной гидроизоляции. Он сохраняет теп-лоизоляционные свойства после 1000 циклов замораживания-оттаива-ния с изменением термического сопротивления до 5%.
Предел прочности при сжатии зависит от толщины и плотности. Не так давно были разработаны новые разновидности пенополистирола,

Сотопласты - теплоизоляционные материалы с ячейками, напо-минающими форму пчелиных сот. Стенки ячеек могут быть выпол-нены из различных листовых материалов (крафт-бумаги, хлопчатобу-мажной ткани, стеклоткани и др.), пропитанных синтетическими поли-мерами. Сотопласты изготовляют в виде плит длиной 1-1,5 метра, ши-риной 550-650 и толщиной 300-350 мм. Их плотность 30-100 кг/м3, теп-лопроводность 0,046-0,058 Вт/(м·°С), прочность при сжатии 0,3-4 МПа. Применяют сотопласты как заполнитель трехслойных панелей. Теп-лоизоляционные свойства сотопластов повышаются при заполнении сот крошкой мипоры.

Пенополиуретан является неплавкой термореактивной пластмас-сой с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от его объема занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта кристаллическая структура придает материалу механическую проч-ность. Остальные 97% объема занимают полости и поры, заполненные

Рис. 12.24. Некоторые характеристики теплоизоляционных материалов