Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Органические теплоизоляционные материалы изготовляют с применением растительного сырья и отходов (побочных продуктов) лесного и сельского хозяйства. Для этих материалов с успехом используют древесную стружку, горбыли, рейки, опилки, камыш, костру, торф, очесы льна, конопли и др. Другой важной разновидностью органических теплоизоляционных материалов являются полимерные, получаемые на основе термопластичных и термореактивных полимерных материалов.

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 3х1,6 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 (α-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.

Камыш является растительным веществом, по химическому составу он близок к древесине. Стебли камыша содержат до 43% целлюлозы, 24% лигнина и свыше 20% пентазанов, поэтому камышит подвержен загниванию в условиях повышенной влажности. Возможна и коррозия проволоки, скрепляющей плиты. Камышитовые плиты изготовляют длиной 2400—2600 мм, шириной 550—1500 мм, толщиной 30—100 мм.

В зависимости от степени подпрессовки средняя плотность плит колеблется в пределах 175—250 кг/м³ при теплопроводности от 0,055 до 0,095 Вт/(м·К). Из теплоизоляционных материалов камышит наиболее дешевый, но менее огнестоек, хотя, будучи спрессованным, он не горит открытым пламенем, но может длительное время тлеть. Его существенные недостатки — подверженность порче грызунами, загниваемость и плохая гвоздимость. Необходимо оштукатуривать камышитовые стены и перегородки с обеих сторон. В сухих условиях эти плиты в конструкциях относятся к долговечным материалам. В качестве антисептирующих веществ используют фтористый натрий, кремнефтористый аммоний и др. Транспортируют плиты в крытых вагонах или под брезентом плашмя и без свеса концов.

Торфяные теплоизоляционные плиты, скорлупы и сегменты производят из малоразложившегося торфа, сохранившего волокнистое строение. С этой целью торфяную массу доводят смешением до однородного состояния с добавлением (или без добавления) антисептиков, антипиренов, гидрофобизаторов, заполняют ею металлические формы и прессуют. Отпрессованные изделия подвергают тепловой обработке при температуре 120—150°С. В процессе тепловой обработки из торфа выделяются смолистые вещества, которые склеивают волокна без внесения каких-либо дополнительных вяжущих веществ. Размеры плит 1000x500x30 мм (выпускаются плиты шириной и 1000 мм), а марки по средней плотности равны: 170, 200, 230, 260, что обеспечивает величину теплопроводности в пределах 0,052—0,075 Вт/(м·К), а предел прочности при изгибе — не менее 0,4 МПа.

Торфяные плиты применяют для утепления стен и перегородок в зданиях III класса, а также для изоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температурах в пределах от -60 до +100°С, однако следует учитывать их высокую гигроскопичность и водопоглощаемость.

Войлочные материалы изготовляют из грубой конской или коровьей шерсти с примесью льняной пакли. Пакля представляет собой спутанное волокно, получаемое как отход при мытье и трепании льна. В мягкой пакле допускается небольшое содержание костры, но не должно быть гнилостного запаха. Шерстяной войлок выпускают в виде прямоугольных полотнищ длиной 1 и 2 м, шириной 1 м при толщине 10 и 15 мм. Его средняя плотность 100—300 кг/м³, теплопроводность 0,045—0,065 Вт/(м·К). Войлок используют при утеплении стен и потолков, помещая его под штукатурку, которую устраивают по древесной драни, при утеплении оконных и дверных коробок, наружных дверей и углов в рубленых домах.

Войлок не гниет и не горит, но он может тлеть, имеет большое водопоглощение, служит средой для размножения моли. Паклю используют в просмоленном (уплотнение пазов водохозяйственных сооружений) и в непросмоленном (для конопатки бревенчатых стен) состоянии.

Простейшим теплоизоляционным материалом из льняной пакли является шевелин - слой пакли, помещенный между двумя листами беспокровного толя или пергамина. Шевелин прошивают по длине крепкими кручеными нитями. Длина полотнища составляет 25 м, ширина 1 м, толщина 12,5 и 25 мм; полотнища связывают в рулоны. Средняя плотность шевелина 100—150 кг/м³, теплопроводность — около 0,05 Вт/(м·К). Используется этот простейший теплоизоляционный материал для утепления стен и перекрытий в облегченном деревянном строительстве.