Основные технические характеристики. Свойства теплоизоляционных материалов применительно к строительству характеризуются следующими основными параметрами

Важнейшей технической характеристикой ТИМ является теплопроводность - способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции. Количественно определяется коэффициентом теплопроводности, выражающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м² при разности температур на противолежащих поверхностях 1 ⁰С за 1 ч. Коэффициент теплопроводности в справочной и нормативной документации имеет размерность Вт/(м °С).

На величину теплопроводности теплоизоляционных материалов оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор (пустот) и т.д. Сильное влияние на теплопроводность оказывает также температура материала и, особенно, его влажность.

Методики измерения теплопроводности в различных странах значительно отличаются друг от друга, поэтому при сравнении теплопроводностей различных материалов необходимо указывать, при каких условиях проводились измерения.

Минеральная вата и изделия из нее. Минераловатные теплоизоляционные изделия являются наиболее распространенными. По некоторым данным их доля среди всех применяемых ТИМ составляет около 80%.

Минеральная вата представляет собой тонкие и гибкие волокна, полученные при охлаждении предварительно раздробленного в капли и вытянутого в нити минерального расплава.

В зависимости от вида сырья минеральная вата делится на каменную и шлаковую. Сырьем для производства каменной ваты служат горные породы - диабаз, базальт, известняк, доломит, и др. Шлаковую вату получают из шлаков черной и цветной металлургии

Ведущие мировые производители в качестве сырья используют исключительно горные породы, что позволяет получать минеральную вату высокого качества с длительным сроком эксплуатации. Именно ее рекомендуется применять для ответственных конструкций - в случае, когда требуется их многолетняя надежная работа.

На качество минераловатных ТИМ в значительной мере влияет связующее. Для строительных целей предпочтительно использовать изделия на фенольном связующем, поскольку карбамидное связующее менее водостойкое. Бояться выделения фенола не стоит. При строгом следовании технологическому процессу производства происходит полная нейтрализации и поликонденсация фенола.

Итак, говоря о свойствах изделий из минеральной ваты, мы будем иметь в виду только высококачественную минеральную вату на основе горных пород и на синтетических (фенольных) связующих.

Основным свойством минеральной ваты, отличающим ее от многих других ТИМ, является негорючесть в сочетании с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью. К тому же минераловатные ТИМ обладают устойчивостью к температурным деформациям, отсутствием гигроскопичности, химической и биологической стойкостью, экологичностью и легкостью выполнений монтажа.

Теплопроводность минераловатных изделий складывается из трех составляющих: теплопроводности волокон, теплопроводности воздушной среды и влаги, находящихся между волокнами, а также передачи тепла лучеиспусканием. Теплопроводность твердой части как основная составляющая общей теплопроводности зависит oт геометрии и ориентации волокон в пространстве. При заданной плотности наиболее эффективным теплоизолятором является минеральная вата с хаотически расположенными и беспорядочно ориентированными волокнами.

Ориентация волокон влияет не только на теплопроводность, но и на прочностные характеристики минераловатных изделий. Прочность на сжатие у них возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Таким образом, чем выше процент вертикально ориентированных волокон, тем более низкой плотности минеральную плиту можно применять для обеспечения заданной прочности на сжатие. Поэтому технологии формования минераловатных плит, обеспечивающие высокий процент вертикально ориентированных волокон, являются наиболее прогрессивными.

Важное свойство минераловатных материалов - ничтожно малая усадка (в том числе термическая) и сохранение своих геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации здания. Это гарантирует отсутствие "мостиков холода", которые в противном случае неизбежно возникли бы на стыках изоляционных плит.

Минеральная вата обладает чрезвычайно низкой гигроскопичностью: содержание влаги в изделиях из нее при нормальных условиях эксплуатации составляет 0,5% по объему. Однако хранение на строительной площадке и монтаж теплоизоляции часто происходят во влажных условиях (например, во время дождя). Чтобы минимизировать водопоглощение минеральную вату, как правило, пропитывают специальными водоотталкивающими составами (кремнийорганическими соединениями или специальными маслами).

Изоляционные материалы из минеральной ваты отличаются высокой химической стойкостью. Более того, минеральная вата является химически пассивной средой и не вызывает коррозию контактирующих с ней металлов. Теплоизоляционные и механические свойства изделий из минеральной ваты сохраняются на первоначальном уровне в течение десятков лет.

Применение минеральной ваты позволяет обеспечить не только тепло-, но и звукоизоляцию стен. Минеральная вата значительно снижает риск возникновения стоячих звуковых волн внутри ограждающей конструкции, тем самым, увеличивая изоляцию от воздушного шума. Звукопоглощающие свойства материала увеличивают затухание акустических волн и значительно снижают звуковой уровень помещения

Достоинства минераловатных материалов дополняет легкость выполнения монтажа. Мягкие изделия легко режутся ножом, а более плотные - ножовкой.

В зависимости от области применения и технических характеристик, фирмы-производители выпускают теплоизоляционные материалы из минеральной ваты различных марок.

Мягкие плиты и маты, как правило, применяются в каркасных конструкциях Жесткие и полужесткие плиты из минеральной ваты предназначены для применения на объектах, где изоляция подвергается механическим нагрузкам либо в процессе выполнения монтажных работ, либо при эксплуатации. Прочность на сжатие жестких изделий напрямую зависит от плотности теплоизоляционного материала и содержания связующего.

Минераловатные теплоизоляционные изделия /мают наиболее широкую (по сравнению с другими ТИМ) область применения в строительстве. Ниже приведен перечень основных приложений, рассмотренных в данном издании:

- в фасадных системах наружного утепления "мокрого" типа;

- в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах;

- в наружных стенах с утеплителем с внутренней стороны стен;

- в наружных стенах с утеплителем внутри стен (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные "сэндвич-панели" с металлическими обшивками);

- в качестве основания под рулонные и мастичные кровли;

- в конструкциях скатных кровель и мансард;

- в конструкциях перекрытий и полов, в частности, полов по грунту и сопряжений наружных стен и перекрытий.

Широкая область применения определяет широкую номенклатуру минераловатных изделий, выпускаемых ведущими производителями, которая включает в себя:

- плиты для тепловой изоляции металлических, кирпичных и бетонных частей здания. Как правило, их запрессовывают между соответствующими элементами конструкции;

- маты для утепления стропильных и подпольных конструкций. Данные изделия должны быть защищены от увлажнения путем установки пароизоляции с "теплой" стороны;

-специальные ветрозащитные плиты, которые рекомендуется применять как ветрозащиту над мягкими плитами в стеновых и стропильных конструкциях. Специально для "вентилируемых" фасадов разработаны готовые двухслойные теплоизоляционные плиты со слоями разной плотности. Их устанавливают таким образом, чтобы более плотная часть находилась снаружи (со стороны вентиляционного зазора), а менее плотная - примыкала к стене (основанию),

-полужесткие плиты, выдерживающие механические нагрузки до 5 кН/м². Такие плиты применяют, например, в железобетонных трехслойных панелях (конструкции типа "сэндвич");

- жесткие плиты, выдерживающие нагрузку до 12 кН/м².

- плиты повышенной жесткости, предназначенные для изоляции плоской кровли и являющиеся основанием под рулонную и мастичную кровли. Разработаны специальные плиты, которые при использовании их в качестве верхнего слоя (при двухслойном утеплении кровли) придают кровле необходимый уклон.

Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата - это материал, представляющий собой минеральное волокно, которое по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой. Для получения стеклянного волокна используют то же сырье, что и для производства обычного стекла или отходы стекольной промышленности.

По свойствам стекловата несколько отличается от минеральной. Отличия обусловлены, в частности, тем, что волокна стеклянной ваты имеют большую толщину (16-20 мкм) и в 2-3 раза большую длину. Благодаря этому изделия из стеклянной ваты обладают повышенной упругостью и прочностью. Стеклянная вата практически не содержит неволокнистых включений и обладает высокой вибростойкостью.

Теплопроводность находится в пределах 0,030…0,052 Вт / (м ⁰С). Температуростойкость стеклянной ваты обычного состава – 450 ⁰С, что существенно ниже, чем у минеральной ваты.

Теплоизоляционные материалы из стекловолокна - хорошие звукоизоляторы, так как имеют волокнистую структуру и хорошо поглощают звук. Обладают высокой химической стойкостью, не содержат коррозионных агентов, негигроскопичны. Благодаря противогнилостной обработке и отсутствию запаха предотвращается появление вредителей и плесени в строительных конструкциях.

Этот негорючий материал не выделяет токсичные и вредные вещества под воздействием огня.

Стекловатные изделия широко применяются для тепловой изоляции строительных конструкций. Стекловолокно - настолько мягкий и эластичный материал, что изделиями из него можно облицовывать неровные поверхности, а также применять в конструкциях любой формы и конфигурации. Области применения практически такие же, как для изделий из минеральной ваты.

Номенклатура теплоизоляционных изделий с использованием стеклянной ваты включает в себя: маты (мягкие плиты), прошивные маты, полужесткие плиты на синтетической связке, плиты с высокой жесткостью, позволяющей выдерживать значительные нагрузки. Жесткие плиты, облицованные стекловойлоком, являются хорошей ветрозащитой. По длинным сторонам плит возможно соединение в шпунт и гребень, что обеспечивает надежное крепление и отсутствие зазоров.

Мягкие стекловолокнистые материалы, как правило, прессуются в рулоны. Благодаря высокой упругости, они выпрямляются и восстанавливают первоначальный объем практически сразу после вскрытия упаковки.

Газонаполненные пластмассы – пенопласты. Газонаполненными (ячеистыми) пластмассами или пенопластами принято называть органические высокопористые материалы, получаемые из синтетических смол.

В зависимости от прочности и модуля упругости газонаполненные пластмассы подразделяются, на жесткие, полужесткие и эластичные.

По виду полимера пенопласты подразделяют на термопластичные и термореактивные. В основе первых лежат полимеры с линейной структурой (полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен и др.). В основе вторых -полимеры с пространственной структурой (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, полиуретановые и др.).

Специфические особенности газонаполненных пластмасс определяют техническую направленность и экономическую эффективность их применения в качестве строительной теплоизоляции. Благодаря низкой средней плотности, высоким тепло- и звукоизоляционным свойствам, повышенной удельной прочности, а также ряду ценных технологических и эксплуатационных свойств пенопласты не имеют аналогов среди традиционных строительных материалов.

Однако большинству газонаполненных пластмасс свойственны определенные недостатки, существенно ограничивающие возможность их применения: пониженные огнестойкость, теплостойкость и огнеупорность.

Одним из важнейших критериев качества пенопластов является соотношение числа открытых и закрытых пор в их структуре. Физико-механические свойства улучшаются с увеличением содержания закрытых ячеек.

Преимущественно замкнутую ячеистую структуру имеют полистирольные и поливинилхлоридные пенопласты, а также жесткие пенополиуретаны. Это предопределяет распространенность перечисленных пенопластов в качестве теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях.

Пенополистирол. Пенополистирол уже более 40 лет неизменно занимает прочное место в мире как теплоизоляционный материал для современного строительства. В Европе, Америке и Азии пенополистирол называют стиропором, по названию исходного материала, применяющегося для его производства.

Пенополистирол получают из стиропора путем вспучивания при нагревании под действием газообразователя. В результате образуются гранулы размером 5-15 мм. Иногда их используют в теплоизоляционных засыпках или в качестве легкого заполнителя в производстве теплоизоляционных штучных материалов с применением различных связующих (например, пенополистиролбетон) Большей же частью гранулы пенополистирола перерабатываются в изделия (плиты, блоки, скорлупы и др.) без применения каких-либо вяжущих веществ.

По технологии производства изделия из пенополистирола делят на два класса, существенно отличающиеся своими свойствами.

Изделия первого класса формируют путем спекания гранул друг с другом при повышенных температурах. В качестве строительной теплоизоляции наиболее распространены плиты пенополистирольные (ППС) по ГОСТ 15588-86.

Изделия второго класса получают путем смешивания гранул полистирола при повышенных температурах с последующим введением вспенивающего агента и выдавливанием из экструдера. Эти изделия также широко применяются в строительстве и хорошо известны под названием экструдированный пенополистирол (ЭПС).

Плиты пенополистирольные (ППС). Следует отметить, что на характеристики пенополистирола чрезвычайно сильно влияет технология его производства.

Изделия с низким водопоглощением, высокими теплоизоляционными свойствами и с высокой плотностью поверхностного слоя можно получить только на самом современном технологическом оборудовании.

Качественные пенополистирольные плиты характеризуется низкой теплопроводностью (0,027-0,040 Вт/м ⁰С) и плотностью (15 - 40 кг/м³). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструкционного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Так прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65-250 КПа. Пенополистирол отличается чрезвычайно малой гигроскопичностью (0,05-0,2%). Водопоглощение (не более 1,5% по объему при погружении в воду на 7 дней) настолько мало, что позволяет пренебречь влиянием на теплопроводность. Диффузия водяного пара в пенополистироле практически отсутствует.

До недавнего времени широкое применение пенополистирола в строительстве ограничивалось его горючестью. Но на сегодняшний день в строительстве применяются трудновоспламеняемые и самозатухающие марки пенополистирола, которые в России имеют обозначение ППСБ-С. Такие пенополистиролы содержат специальные добавки антипирены, подавляющие самостоятельное горение, которое, в этом случае, наблюдается только в прямом контакте с открытым пламенем. При прекращении контакта с открытым пламенем, прекращается и горение пенополистирола. Капли, образующиеся от расплава, не могут служить источником дальнейшего распространения огня.

По поводу температурной стойкости (огнеупорности) пенополистирола необходимо сказать следующее: при температуре более 100 0C материал начинает медленно размягчаться и усаживаться. Но в строительных конструкциях такие температуры практически не встречаются. В то же время производство вспененного полистирола не стоит на месте - уже появляются марки, предназначенные для рабочих температур в 110 0С.

Пенополистрирол не может долго противостоять воздействию ультрафиолетовых лучей. В результате длительного (около двух месяцев) солнечного облучения поверхность плит становится коричневой и постепенно превращается в пыль. Перед отделкой пенополистрирол должен быть тщательно очищен от этой пыли.

В качестве утеплителя пенополистирольные плиты применяются:

- в системах наружного утепления "мокрого" типа;

- в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

- в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные "сэндвич-панели" с металлическими обшивками);

- в качестве несъемной опалубка;

- в качестве основания под рулонные или мастичные кровли под стяжку толщиной, определяемой требованиями пожарной безопасности;

- для теплоизоляции подвалов и перекрытий.

Экструдированный пенополистирол (ЭПС). Процесс эструдирования позволяет получить плиты с равномерной структурой, состоящей из мелких, практически полностью закрытых ячеек (пор). Благодаря своей структуре экструдированный пенополистирол обладает целым рядом замечательных свойств, отличающих его от большинства других изоляционных материалов

Теплопроводность материала чрезвычайно низка (менее 0,03 Вт/м К). Водопоглощение составляет менее 0,2 % в объеме. Низкое водопоглощение обеспечивает пренебрежимо малое изменение теплопроводности во влажных условиях, которое составляет не более 0,001-0.002 Вт/(м ⁰С). Это позволяет с успехом применять экструдированный пенополистирол без дополнительной гидроизоляции. Коэффициент паропроницаемости также пренебрежимо мал (в зависимости от плотности материала - менее 0,02 мг/ (м.ч.Па)).

Прочностные характеристики, напротив, очень высоки и зависят от толщины и плотности плит. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации (по ГОСТ 17177-94), например, в зависимости от плотности лежит в пределах 0,25-0,5 МПа.

Экструдированный пенополистирол химически стоек по отношению к большинству используемых в строительстве материалов (за исключением органических растворителей, безводных кислот и бензина). При выборе клеевых составов следует руководствоваться указаниями изготовителя относительно их пригодности для склеивания пенополистирола. Он может приклеиваться горячим битумом

Экструдированный пенополистирол морозостоек и хорошо сохраняет свои теплоизоляционные свойства. Изменение термического сопротивления после 1000 циклов замораживания-оттаивания не превышает 5%.

Благодаря добавлению антипиренов современные экструдированные пенополистиролы соответствуют пожарно-техническим характеристикам Г1 (по ГОСТ 30244-94 слабо-горючий) и РП1 (по ГОСТ 51032 - 97 не распространения пламени по поверхности).

Высокие теплотехнические и прочностные характеристики экструдированного пенополистирола позволяют использовать его при решении следующих основных задач:

- изоляция "мостиков холода";

- изоляция фундамента, стен подвалов и подземных сооружений;

- внутренняя теплоизоляция стен (колодцевая кладка);

- теплоизоляция фасадов зданий "мокрого" типа с последующим нанесением на теплоизоляционные плиты штукатурки или других облицовочных материалов;

- теплоизоляция зданий изнутри, с последующей отделкой сухой штукатуркой, гипсокартоном, деревянными панелями, и др.;

- изготовление "сэндвич-панелей";

- теплоизоляция полов;

- устройство теплоизоляции скатных крыш;

- устройство эксплуатируемых крыш.

Пенополистиролбетон. Пенополистиролбетон (по ГОСТ Р 51263-99) - это композиционный материал. Он представляет собой разновидность легкого бетона, наполнителем которого являются вспененные гранулы полистирола, а связующим средством - портландцемент.

По своему функциональному назначению Пенополистиролбетон близок к ячеистым бетонам. Однако его отличает чрезвычайно низкое водопоглощение (менее 4% в объеме), что обусловливает стабильность теплоизоляционных свойств. Коэффициент теплопроводности зависит от плотности материала и для теплоизоляционных панелей (плотностью 150 кг/м³) составляет 0,055 Вт/м ⁰С.

До недавнего времени широкое применение пенополистиролбетона ограничивалось отнесением его к группе горючести П (слабо-горючий материал). Однако появление негорючих (НГ) разновидностей пенополистиролбетона (например, симпропит-пенополистиролбетона) сняло многие ограничения.

В зависимости от назначения изделия из пенополистиролбетона могут иметь плотность в интервале 150-600 кг/м³. Плотность определяет все другие физико-механические свойства. Так, например, прочность на сжатие лежит, соответственно, в интервале 0,35-2,1 МПа, паропроницаемость - в интервале 0,135-0,068 мг/ (м ч Па).

Изделия из пенополистиролбетона применяют в качестве теплоизоляционного материала в стенах, перегородках и покрытиях зданий различного назначений. Их используют также для возведения самонесущих стен и перегородок, заполнения каркасов при каркасно-монолитном домостроении.

Пенополиуретан (ППУ). Пенополиуретан представляет собой теплоизоляционный пенопласт, получаемый из полиэфирной смолы и специальных добавок.

Пенополиуретан бывает жесткий и мягкий (поролон). Жесткий пенополиуретан выпускают в виде плит и блоков, а мягкий - в виде полотнищ и лент. Средняя плотность и теплопроводность поролона - соответственно 30-70 кг/м³ и 0,03-0,04 Вт/м ⁰С. Жесткие плиты имеют среднюю плотность - 60-200 кг/м3 и теплопроводность – 0,035-0,06 Вт/м ⁰С.

Низкая теплопроводность пенополиуретана обусловлена тем, что он представляет собой однородную ячеистую пластмассу, в ячейках которой находится воздух. Пенополиуретан не впитывает влагу, не гниет и не плесневеет.

Пенополиуретан обладает незначительным водопоглощением и гигроскопичностью, его можно использовать при достаточно высоких температурах.

Пенополиуретан применяется в конструкциях стеновых и кровельных панелей типа "сэндвич".

Различные пенополиуретановые композиции также используют в изоляционных работах непосредственно на месте производства работ. Теплоизоляционные пенополиуретановые композиции могут наноситься методом набрызга, что позволяет получить сплошную бесшовную изоляцию.

Пенополиуретановые композиции могут заливаться также в зазоры между конструктивными элементами или в пространство между изолируемой поверхностью и легкой металлической передвижной опалубкой. Чтобы твердеющий пенополиуретан не сцеплялся с опалубкой, ее внутреннюю поверхность покрывают синтетической пленкой.

Все большее применение в современном строительстве находят теплоизолирующие герметики. Среди них достойное место занимают так называемые монтажные пены.

Однокомпонентные монтажные пены являются ячеистой полиуретановой пластмассой. Предварительно затаренные в баллоны композиции дают на выходе из емкости синтетическую пену, отличающуюся хорошей адгезией к дереву, металлу, кирпичу, бетону и т.д. Монтажные пены хорошо заполняют стыки в строительных конструкциях. Поверхности не требуют предварительной обработки, затвердение композиций происходит под воздействием химической реакции с окружающим воздухом или с содержащими влагу обрабатываемыми поверхностями.