Tepelně izolační materiály jsou druhem stavebních materiálů, které mají nízkou tepelnou vodivost a jsou určeny pro tepelnou izolaci budov, konstrukcí, zařízení a potrubí.

Vlastnosti tepelně izolačních materiálů a výrobků upravuje GOST Podle GOST jsou tepelně izolační materiály klasifikovány podle tvaru a vzhledu, struktury, druhu surovin, hustoty, tuhosti, tepelné vodivosti, hořlavosti.

I. Materiály se podle tvaru a vzhledu dělí na kusové výrobky (desky, bloky, cihly, válce, půlválce, segmenty), válcované a šňůrové (rohože, šňůry, provazce), sypké a sypké materiály (minerální vlna, sklo, expandovaný perlit, vermikulit).

II. Struktura materiálů a výrobků může být vláknitá, buněčná a zrnitá.

III. Podle druhu vstupní suroviny se dělí na anorganické a organické (příloha).

Směsi anorganických a organických materiálů se klasifikují jako anorganické, pokud jejich množství ve směsi překročí 50 % hmotnostních.

IV. Na základě hustoty jsou materiály a produkty rozděleny do skupin a značek:

Klasifikace tepelně izolačních materiálů

Zvláště nízká hustota

V. Na základě tuhosti se tepelně izolační výrobky dělí na výrobky uvedené v tabulce: relativní stlačení, %.

Klasifikace tepelně izolačních materiálů

Při měrném zatížení kPa

VI. Na základě tepelné vodivosti jsou materiály a výrobky rozděleny do tříd.

Rozdělení materiálů podle tepelné vodivosti je uvedeno v tabulce 3.

Klasifikace tepelně izolačních materiálů

Tepelná vodivost při teplotě 25 0 s W/m 0 s

1.2.Základní vlastnosti tepelně izolačních materiálů

Mezi funkční vlastnosti tepelně izolačních materiálů patří pórovitost a termofyzikální charakteristiky: tepelná vodivost, tepelná kapacita, tepelná difuzivita, tepelná odolnost, tzn. ty vlastnosti, které poskytují tepelnou izolaci.

Konstrukční a provozní vlastnosti – průměrná objemová hmotnost, fyzikálně mechanické vlastnosti, odolnost proti vlhkosti, mrazuvzdornost atd., tzn. ty vlastnosti, které zajišťují odolnost materiálu, možnost přepravy a instalace.

Pórovitost materiálu je ukazatel charakterizovaný objemem plynu (vzduchu) na jednotku objemu materiálu, vyjádřený v %. Póry se dělí podle velikosti na makropóry o velikosti >0,2 mm, viditelné pouhým okem, a mikropóry, detekované pomocí mikroskopu.

Otevřená a uzavřená pórovitost tvoří celek (skutečná pórovitost)

Otevřená pórovitost se určuje experimentálně vyplněním pórů vodou.

Skutečná pórovitost určuje nejen termofyzikální vlastnosti materiálů, ale také jejich pevnost, protože určuje obsah pevné fáze.

Pórovitost nad určitou mez málokdy snižuje pevnost a zvyšuje deformační charakteristiky slepence, proto při jejím zvýšení je vždy nutné zvýšit pevnost vazu.

U materiálů se zrnitou strukturou jako je sypká tepelná izolace a s vláknitou strukturou se skutečná pórovitost mění v závislosti na působícím tlaku, který způsobuje jejich stlačení a zhutnění.

Pórovitost materiálu se zvyšuje optimalizací jeho struktury (technologické metody), jakož i změnou provozních podmínek. V tomto případě je pro zrnité a vláknité materiály nutné snížit provozní zatížení, která materiál zhutňují.

Vztah mezi uzavřenou a otevřenou pórovitostí ovlivňuje mnoho konstrukčních, provozních a termofyzikálních vlastností. Otevřená pórovitost zvyšuje tepelnou vodivost materiálů a vytváří podmínky pro pronikání plynů a vlhkosti do výrobků. V důsledku toho se zvyšuje tepelná kapacita, zintenzivňují se procesy chemické a fyzikální koroze, zvyšuje se průměrná hustota produktu a kapilární sání. Také destruktivní procesy ničí stěny mezipórů, což vede ke snížení uzavřené pórovitosti a zvýšení otevřené pórovitosti, což urychluje destrukci materiálu, proto se v technologii tepelně izolačních materiálů snaží zajistit výrobu minimálně otevřených a maximálně uzavřená pórovitost.

ČTĚTE VÍCE
V jakém případě je nutné svařit kořenovou vrstvu švu zevnitř trubky?

Vlastnosti materiálů jsou do značné míry ovlivněny tvarem pórů; pokud mají póry protáhlý tvar, pak může mít materiál anizotropii vlastností, například pevnost materiálu je větší, pokud jsou póry protaženy rovnoběžně s působícím zatížením a menší, pokud jsou kolmé; Termofyzikální charakteristiky v tomto případě klesají nepřímo úměrně.

Na základě hořlavosti se tepelně izolační materiály dělí na: nehořlavé, těžko hořlavé a hořlavé.

Obecně mají tepelně izolační materiály a výrobky tyto obecné technické vlastnosti: 1) tepelná vodivost nejvýše 0,175 W/m. gr při 25 °C; 0) průměrná hustota ne více než 2 kg/m600; 3) stabilní fyzikální, mechanické a tepelné vlastnosti; 3) nevypouštějí toxické látky a prach v množství přesahujícím nejvyšší přípustné koncentrace.

Pro tepelnou izolaci potrubních zařízení s teplotou izolovaného povrchu nad 100 0 C se nejčastěji používají anorganické materiály.

Hlavním znakem tepelně izolačních materiálů je vysoká poréznost. Určuje vlastnosti materiálů a je důvodem jejich spojení do jedné skupiny. Průměrná hustota přímo souvisí s pórovitostí. Kritériem pro rozdělení tepelně izolačních materiálů do tříd je jejich průměrná hustota. Existují tyto značky tepelně izolačních materiálů: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600.

Při výběru tepelně izolačních materiálů je třeba vzít v úvahu, že životnost a stálost termofyzikálních a fyzikálně-mechanických vlastností tepelně izolačních materiálů zahrnutých do návrhu oplocení je významně ovlivněna mnoha provozními faktory. Jedná se především o střídavý (zima-letní) teplotní a vlhkostní režim „provozu“ konstrukce a možnost kapilárního a difúzního vlhčení tepelně izolačního materiálu, jakož i vliv zatížení větrem, sněhem. , mechanické zatížení od chůzí lidí, pohyb vozidel a mechanismů na povrchu střech průmyslových budov.

Vzhledem k tomu, že tepelně izolační materiály používané ve stavebnictví „fungují“ v poměrně drsných podmínkách, jsou na ně kladeny zvýšené požadavky. V prvé řadě musí být součinitel tepelné vodivosti materiálu takový, aby materiál za provozních podmínek mohl zajistit požadovaný odpor prostupu tepla v konstrukci, při minimální možné tloušťce tepelně izolační vrstvy. Proto je třeba dát přednost vysoce účinným materiálům.

Kromě toho musí být tepelně izolační materiály mrazuvzdorné (alespoň 20-25 cyklů), aby si zachovaly své vlastnosti bez výrazného snížení pevnosti a tepelně izolačních charakteristik až do větší rekonstrukce budovy, a také vodotěsné, bioodolné, a během provozu nevypouštějí toxické a nepříjemně páchnoucí látky. Hustota materiálu použitého pro izolaci by neměla být větší než 250 kg/m3, jinak se zatížení konstrukce výrazně zvyšuje, což je třeba vzít v úvahu při výběru materiálů pro opravy zchátralých budov.

Tepelně izolační materiály mají řadu tepelně izolačních vlastností, jejichž znalost je nezbytná pro správný výběr konstrukčních materiálů a tepelných výpočtů. Přesnost posledně jmenovaného do značné míry závisí na správné volbě hodnot termotechnických indikátorů. Jaké jsou tyto ukazatele?

1. Průměrná hustota – hodnota rovna poměru hmotnosti látky k celému objemu, který zaujímá. Průměrná hustota se měří v kg/m3. Je třeba poznamenat, že průměrná hustota tepelně izolačních materiálů je ve srovnání s většinou stavebních materiálů poměrně nízká, protože póry zabírají významný objem. Hustota tepelně izolačních materiálů používaných v současnosti ve stavebnictví se pohybuje od 17 do 400 kg/m 3 v závislosti na jejich účelu.

ČTĚTE VÍCE
Co dělat, aby pračka nenaskočila?

Je známo, že čím nižší je průměrná hustota suchého materiálu, tím lepší jsou jeho tepelně izolační vlastnosti v teplotních podmínkách, ve kterých se obvodové pláště budovy nacházejí. Čím nižší je průměrná hustota materiálu, tím více pórovitost. Charakter pórovitosti určuje základní vlastnosti materiálů, které určují jejich vhodnost pro použití ve stavebních konstrukcích: tepelná vodivost, sorpční vlhkost, nasákavost, mrazuvzdornost, pevnost. Nejlepší tepelně izolační vlastnosti mají materiály s rovnoměrně rozmístěnými malými uzavřenými póry.

2. Tepelná vodivost – přenos tepla v materiálu v důsledku interakce jeho strukturních jednotek (molekuly, atomy, ionty atd.) a při kontaktu pevných látek. Množství tepla, které se přenese za jednotku času přes jednotku plochy izotermického povrchu s teplotním gradientem rovným jednotce, se nazývá tepelná vodivost (součinitel tepelné vodivosti). Tepelná vodivost (l) se měří ve W/(mK). Metody a podmínky testování tepelné vodivosti materiálů v různých zemích se mohou výrazně lišit, proto je při porovnávání tepelné vodivosti různých materiálů nutné uvést, za jakých podmínek, zejména teploty, byla měření provedena. Tepelná vodivost porézních materiálů, jako jsou tepelně izolační materiály, je ovlivněna hustotou materiálu, typem, velikostí a umístěním pórů, chemickým složením a molekulární strukturou pevných složek, emisivitou povrchů omezující póry, druh a tlak plynu vyplňujícího póry. Na hodnotu tepelné vodivosti má však převládající vliv teplota a vlhkost. Tepelná vodivost materiálů se zvyšuje s rostoucí teplotou, ale vlhkost má mnohem větší vliv v provozních podmínkách.

3. Влажность – obsah vlhkosti v materiálu. Se zvyšující se vlhkostí tepelně izolačních (a stavebních) materiálů se prudce zvyšuje jejich tepelná vodivost. Velmi důležitou vlastností tepelně izolačního materiálu, na které závisí tepelná vodivost, je sorpční vlhkost , která představuje rovnovážnou hygroskopickou vlhkost materiálu při různých teplotách a relativní vlhkosti vzduchu.

4. Absorpce vody – schopnost materiálu absorbovat a zadržovat vlhkost ve svých pórech v přímém kontaktu s vodou. Nasákavost tepelně izolačních materiálů je charakterizována množstvím vody, které suchý materiál absorbuje, když je ve vodě, děleno hmotností suchého materiálu. Je třeba poznamenat, že absorpce vody tepelně izolačních materiálů domácí výroby a zahraničních společností se určuje pomocí různých metod. Při výběru materiálu pro konstrukci se doporučuje věnovat pozornost ukazatelům uvedeným ve specifikacích, GOST nebo reklamních brožurách (pro materiály od zahraničních společností) a porovnat je s těmi, které vyžadují provozní podmínky A a B (přílohy 3 SNiP II -3-79* Stavební tepelné inženýrství’) . Tepelná vodivost tepelně izolačních materiálů za podmínek A a B je zpravidla o 15–25 % vyšší, než uvádějí normy pro suché materiály při teplotě 25 0 C. Nasákavost minerální vlny a tepelně izolačních materiálů ze skelných vláken může být výrazně sníženy jejich hydrofobizací, například zavedením organokřemičitých přísad. Výrobky zahraničních firem dodávané na náš trh jsou hydrofobní, tuzemské až na výjimky nehydrofobní.

ČTĚTE VÍCE
Jak se doma zbavit zápachu matrací?

5. Mrazuvzdornost – schopnost materiálu v nasyceném stavu odolávat opakovanému střídavému zmrazování a rozmrazování bez známek destrukce. Trvanlivost celé konstrukce výrazně závisí na tomto ukazateli, údaje o mrazuvzdornosti však nejsou uvedeny v GOST nebo TU.

6. Mezi mechanické vlastnosti tepelně izolačních materiálů patří síla (pro tlak, ohyb, tah, odolnost proti praskání). Pevnost je schopnost materiálů odolávat destrukci pod vlivem vnějších sil, které způsobují deformace a vnitřní pnutí v materiálu. Pevnost tepelně izolačních materiálů závisí na struktuře, pevnosti její pevné složky (jádra) a pórovitosti. Tuhý materiál s malými póry je odolnější než materiál s velkými, nerovnými póry. V souladu s SNiP II-26-99 „Střechy“ (průvanový proud SNiP II-26-76) je pevnost v tlaku pro tepelně izolační materiály používané jako základ pro rolovací a tmelové střechy standardizovaným ukazatelem. Pevnost tepelně izolačních materiálů, které lze použít k izolaci šikmých střech, není standardizována, protože tepelná izolace je umístěna v plášti a nenese zatížení střechy.

7. Trvanlivost struktury povlaku je také ovlivněna chemická odolnost tepelně izolační materiál (to by mělo být zpravidla zohledněno při výběru materiálů pro izolační nátěry průmyslových budov) a jeho biologická odolnost.

8. Tepelně izolační materiál pro použití v nátěrech se vybírá s ohledem na jeho hořlavost, schopnost vytvářet kouř a možnost uvolňování toxických plynů při hoření. Výběr tepelně izolačního materiálu v závislosti na typu střešní krytiny je určen s ohledem na požadavky SNiP na střechy, požární bezpečnost atd.

Použití tepelně izolačních materiálů ve stavebnictví umožňuje:

1) celkově zvýšit její účinnost a odlehčit nosné konstrukce, např. 1 tuna izolace z minerální vlny nahradí svým tepelně izolačním účinkem 1,5 tisíce cihel.

2) snížit potřebu cementu a oceli, například použití tepelně izolačních materiálů v obvodových konstrukcích obytných panelových domů umožňuje snížit spotřebu oceli 1,5-3krát a cementu 3krát ve srovnání se stěnami bez použití tepelná izolace;

3) zvýšit industrializaci stavebních prací rozšířením sortimentu získaných prefabrikovaných konstrukcí (např. použití sendvičových panelů může snížit náklady na pracovní sílu téměř 2krát);

4) snížit náklady na dopravu (přeprava lehkých konstrukcí je 5,6krát levnější);

5) snížit spotřebu paliva na vytápění budov.

Tepelně izolační materiály se efektivně používají k izolaci potrubí.

Tepelná vodivost () určuje kvalitu tepelně izolačních materiálů a je 0,03-0,175 W/(m 0 C). Tepelná vodivost materiálů závisí především na objemu pórů (pórovitosti) a vlastnostech struktury pórů (povaha pórů, jejich velikostní distribuce, objem). Preferují se malé, uzavřené, rovnoměrně rozmístěné póry v celém objemu. Tepelná vodivost materiálu závisí také na chemickém složení, struktuře (krystalické nebo amorfní), vlhkosti a teplotě použití materiálu. Čím složitější je chemické složení a struktura se blíží amorfní, tím nižší je tepelná vodivost. Ke zvýšení vede zvlhčování a zejména zamrzání vody v pórech. vzduch= 0,023; H2O = 0,58, led = 2,32 W/(m, 0 C). Tepelná vodivost materiálů (kromě magnezitových žáruvzdorných materiálů a kovů) roste s rostoucí teplotou.

Hustota (kg/m 3 ) materiálu určuje jeho tepelnou vodivost. Na základě hustoty se nastavují stupně: od D15 do D500.

Trvanlivost tepelně izolačních materiálů je malá (tabulka 10.1), obvykle se pohybuje od 0,2 do 2,5 MPa (R) a je určena pevnostními ukazateli pevné fáze a parametry pórové struktury.

ČTĚTE VÍCE
Jaký by měl být sklon vypouštěcího potrubí klimatizace?

Vlastnosti tepelně izolačních materiálů

Pevnost v tahu, MPa, at

Pevnost tepelně izolačního materiálu musí zajistit jeho bezpečnost při přepravě, skladování, instalaci a provozu v provozních podmínkách.

Limitní teplota použití závisí na složení a struktuře materiálu a je 60-100 0 C pro organické tepelně-izolační materiály, 400 0 C pro pórobeton a pěnové sklo, do 900 0 C pro trojnožku, expandovaný perlit a vermikulit, 1100-1300 0 C pro keramická vlákna.

Absorpce vody závisí na struktuře a při uzavřené pórovitosti (pěnové sklo, pěnové plasty) je malá; s otevřenou komunikační porozitou Wm může být 400-600 %.

Mrazuvzdornost by měla být brána v úvahu jako vlastnost izolace vnějších obvodových konstrukcí budov a chladniček.

Refraktornost důležité pro vysokoteplotní tepelnou izolaci a lehké žáruvzdorné materiály.

Chemická a biologická odolnost tepelná izolace se zvyšuje použitím různých ochranných nátěrů. Pro zvýšení biostability jsou materiály také ošetřeny antiseptiky.

10.4. Hlavní typy a vlastnosti použití tepelně izolačních materiálů

Hlavní druhy anorganických tepelně izolačních materiálů. Minerální vlna – sypký materiál skládající se z nejjemnějších vzájemně propletených skelných vláken. Vyrábí se ze silikátových tavenin získávaných z hornin (čedič, opuka, kaoliny aj.), hutnické strusky (strusková vata), sklářského odpadu (skelná vata). Typ suroviny určuje teplotní odolnost vlny, například pro čedičovou vlnu: je to až 1000 0 C a pro skelnou vatu – 550-650 0 C.

K získání produktů se vlákna drží pohromadě pomocí pojiva, které se obvykle používá jako syntetické pryskyřice a bitumen. Výrobky z minerální vlny (desky, válce, půlválce) se syntetickým pojivem lze použít k izolaci horkých povrchů do 400 0 C a s bitumenem – od minus 100 do plus 60 0 C. Šité rohože z minerální vlny neobsahují pojiva a zachovávají si tvar díky mechanickému proplétání vláken a dodatečnému prošívání vrstvy vláknitého materiálu ocelovým drátem, skleněnými nitěmi apod. Absence organického pojiva umožňuje jejich použití při teplotách izolovaných povrchů do 700 0 C.

Pěnové sklo – materiál s buněčnou strukturou s rovnoměrně rozmístěnými uzavřenými póry o velikosti 0,1-5 mm. Získává se ze směsi jemně mletého skleněného prášku (obvykle se používají střepy) s nadouvadlem.

Na základě kombinace vlastností lze pěnové sklo zařadit mezi nejlepší tepelně izolační materiály: s hustotou 150-400 kg/m 3 jeho tepelná vodivost je 0,06-0,12 W/(m 0 C), pevnost v tlaku je 1-3 MPa, pracovní rozsah teplot – od mínus 200 do plus 500 0 C. Pěnové sklo má velmi nízkou nasákavost 2-5 % a paropropustnost. Buňkové sklo se snadno zpracovává (řezá, vrtá) a dobře přilne k cementovým materiálům. Lze jej s úspěchem použít jak v individuální výstavbě, tak pro zateplení konstrukcí a požární ochranu ve výškové bytové výstavbě.

Buňkový beton – nejperspektivnější typ tepelně izolačního betonu. Pórobeton se používá především ve formě kamenů pravidelného tvaru, nahrazujících 8-16 cihel. Materiál je snadno zpracovatelný, nehořlavý, odolný. Výrobky z pórobetonu se používají k izolaci stavebních konstrukcí a horkých průmyslových zařízení s teplotami do 400 0 C. Rozsáhlému použití pórobetonu brání vysoká nasákavost a hygroskopičnost.

Hlavní typy organických tepelně izolačních materiálů. Buněčné plasty – vysoce porézní materiály (pórovitost 90-98 %) s převážně uzavřenými póry. Plasty plněné plynem se vyznačují vysokou tepelně izolační schopností (tepelná vodivost pro různé typy plastů je 0,028-0,043 W/(m 0 C)), nízkou hustotou (třídy od 15 do 50), mají nízkou spotřebu polymerních surovin. s dostatečnou pevností. Nevýhody plastů jsou popsány v kapitole 9.

ČTĚTE VÍCE
Co je to batohový rozprašovač?

Nejznámějším typem stavební pěny je expandovaný polystyren. Velkorozměrové desky jsou vyráběny z nelisovaného pěnového polystyrenu, který se používá pro tepelnou izolaci stěn při požadavku na paropropustnost celé konstrukce. Vzhledem ke zvláštnostem technologie má lisovaná (extrudovaná) polystyrenová pěna husté „krusty“ na obou površích desek a zcela uzavřenou pórovitost. Doporučuje se pro zateplení konstrukcí, kde je možný kontakt s vodou a není vyžadována paropropustnost (například sklepní stěny).

Polyvinylchloridová pěna používá se pro tepelnou izolaci střešních konstrukcí. Polyetylénová pěna – relativně nový typ konstrukční pěny, vyráběný ve formě pásového kotoučového materiálu. Laminovaný hliníkovou fólií se používá jako reflexní tepelná izolace a ve formě trubek se používá k izolaci potrubí a těsnění spár v panelových domech. Licí pěny – tekuté viskózní oligomerní pryskyřice, nalité do dutin, ponechány v izolované struktuře, bobtnají a vytvrzují přímo v nich.

Materiály na bázi dřeva: izolační dřevovláknité desky (Dřevovláknité desky), dřevovláknité desky, dřevobeton. Dřevovláknitá deska je plošný materiál skládající se z dřevěných nebo rostlinných vláken získaných z odpadů při zpracování dřeva, nekomerčního dřeva, jakož i palivového dřeva, rákosu, bavlny atd. Při výrobě desek se zavádějí speciální přísady: vodné emulze syntetických pryskyřic, retardéry hoření , antiseptika. Průměrná hustota desek je 150-350 kg/m 3, tepelná vodivost 0,046-0,093 W/(m 0 C), pevnost v ohybu – 0,4-2 MPa. Velké rozměry desek (délka až 3 m, šířka až 1,6 m) urychlují stavební a montážní práce. Používají se pro tepelnou a zvukovou izolaci stěn a stropů, montáž podkladních vrstev v podlahových konstrukcích apod.

Fibrolite – deskový materiál vyrobený z dřevité vlny (dlouhé hobliny) a anorganického pojiva (portlandský cement nebo hořčíkové pojivo). Fibrolit se používá k izolaci podlah, příček, rámových stěn s následným omítáním. Arbolite – druh lehkého betonu na bázi dřevního odpadního kameniva.

Celulózová vlna (ecowool) – šedý vláknitý materiál vyrobený ze sběrového papíru. Jedná se o jemně mletý novinový papír ošetřený modifikujícími přísadami bóru, antiseptiky a retardéry hoření. Účinnou metodou instalace tepelné izolace ecowool je její nástřik kompresorem na svislé, šikmé a vodorovné stropní plochy spolu s lepicí kompozicí. Výsledkem je souvislá (bez švů a spojů) tepelně izolační vrstva, která těsně přiléhá k izolovanému povrchu.

Otázky autotestu pro kapitolu 10

1. Jaké materiály se nazývají tepelná izolace? Jaký je jejich účel?

2. Jaká je účinnost použití tepelně izolačních materiálů?

3. Podle jakých kritérií jsou tepelně izolační materiály klasifikovány? Jaké jsou vlastnosti jejich struktury?

4. Jakými metodami se získávají materiály s vysoce porézní strukturou?

5. Jaké jsou hlavní vlastnosti tepelně izolačních materiálů?

6. Na jakých faktorech závisí tepelná vodivost materiálu?

7. Jaká je značka tepelně izolačního materiálu?

8. Vyjmenujte a stručně popište hlavní typy anorganických a organických tepelně izolačních materiálů.