3
Содержание
Введение
Задачей курсовой работы является ознакомление со свойствами и производством теплоизоляционных материалов (минеральной ваты), их использованием и предназначением.
Теплоизоляционные материалы предназначены для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений.
Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность. Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет снизить массу конструкций, уменьшить потребление конструкционных строительных материалов (бетон, кирпич, древесина и др.).
Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания.
Основной путь снижения энергозатрат на отопление зданий лежит в повышении термического сопротивления ограждающих конструкций с помощью теплоизоляционных материалов. С 2000 года нормативные требования по расчётному сопротивлению теплопередачи ограждающих конструкций увеличены в среднем в 3,5 раза и практически сравнялись с аналогичными нормативами в Финляндии, Швеции, Норвегии, Северной Канаде и других северных странах. Соответственно выросло значение и принадлежность теплоизоляционных материалов, в том числе и минеральной ваты.
1. Теплоизоляционные материалы (минеральная вата)
1.1 Характеристика теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, обладающие малой теплопроводностью, предназначенные для теплоизоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов. Теплоизоляционные материалы с низким значением коэффициента теплопроводности обладают высокими теплозащитными свойствами, они позволяют снизить массу зданий (толщину стен), уменьшить материалоемкость строительства и, как следствие, транспортные расходы, экономить топливно-энергетические ресурсы в технологических процессах и при эксплуатации здании и сооружений. Только применяя эффективные теплоизоляционные материалы в конструкциях ограждений, можно построить здание, отвечающее современному уровню комфорта [1].
Важнейшей технической характеристикой теплоизоляционных материалов является теплопроводность - способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции.
Другие важные технические характеристики:
Плотность - отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке (кг/м3).
Прочность на сжатие - это величина нагрузки, вызывающей изменение толщины изделия на 10%.
Сжимаемость - способность материала изменять толщину под действием заданного давления.
Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала.
Морозостойкость - способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако, данные по морозостойкости не приводятся в ГОСТ или ТУ.
Паропроницаемость - это способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара.
Воздухопроницаемость. Теплоизолирующие свойства тем выше, чем ниже воздухопроницаемость. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах.
Огнестойкость - способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств.
Химическая стойкость. Минеральные теплоизоляционные материалы обладают хорошей стойкостью к действию органических веществ, таких как масла и растворители [2].
Теплоизоляционные материалы и изделия классифицируют:
1. По виду исходного сырья:
- неорганические (минеральная и стекловата, легкие бетоны, ячеистое стекло, пенокерамика, изделия из асбеста);
- органические (пенопласты, композиты на основе древесины).
2. По структуре:
- волокнистые;
- ячеистые;
- зернистые (сыпучие).
3. По форме и внешнему виду:
- рыхлые (вермикулит, гранулированная минвата, торфяная крошка);
- плоские (плиты, маты, войлок);
- фасонные (цилиндры, полуцилиндры, скорлупы, сегменты);
- шнуровые (шнуры, жгуты);
4. По плотности в сухом состоянии:
- особо низкой плотности (ОНП) - 15, 25, 35, 50, 75 кг/м3;
- низкой плотности (НП) - 100, 125, 150, 175 кг/м3;
- средней плотности (СП) - 200, 250, 300, 350 кг/м3;
- плотные (Пл) - 400, 450, 500 кг/м3.
5. По теплопроводности:
- теплопроводность до 0,06 Вт/(м·К) - низкой теплопроводности (А);
- теплопроводность до 0,115 Вт/(м·К) - средней теплопроводности (Б);
- теплопроводность до 0,175 Вт/(м·К) - повышенной теплопроводности (В).
6. По жесткости подразделяются на классы:
М - мягкие (относительные деформации выше 30 % при Rуд 0,02 МПа);
П - полужесткие (от 6 до 30 %) ;
Ж - жесткие (до 6 %);
ПЖ - повышенной жесткости (относительные деформации до 10 % при Rуд 0,04 МПа);
Т - твердые (относительные деформации до 10 % при Rуд 0,1 МПа).
7. По характеру применения:
- строительная;
- монтажная изоляция:
- для изоляции холодных поверхностей (зданий);
- для изоляции горячих поверхностей тепловых установок и трубопроводов;
- для изоляции холодильных установок.
8. По возгораемости (горючести):
- несгораемые;
- трудносгораемые;
- сгораемые [3].
1.1.1 Характеристика неорганических теплоизоляционных материалов
Неорганические теплоизоляционные материалы составляют основную часть продукции отрасли, это объясняется распространенностью сырья, возможностью широкого регулирования свойств, применением практически в любых условиях эксплуатации.
Прошивные маты - гибкие изделия из слоя минеральной ваты без связующего, скрепленные при помощи прошивки проволокой или синтетическими нитями. Температура применения - до + 700°С.
Мягкие и полужесткие плиты изготавливают путем скрепления волокон при распылении связующего в камере волокноосаждения с последующей сушкой в камере полимеризации. Применяют для теплоизоляции сложных криволинейных поверхностей.
Твердые плиты изготавливают «мокрым» способом из гидромассы, состоящей из минерального волокна, раствора связующего, поверхностно-активных веществ. Изделия из жидкотекучей массы формуют на вакуум-прессах с последующей тепловой обработкой при 150-180°С в многоэтажных прессах.
Плиты повышенной жесткости получают путем пролива раствора связующего через слой рыхлой ваты с последующим формованием плит вертикальной слоистости или гофрированной структуры на прессах различного типа. Плиты повышенной жесткости и твердые применяют при устройстве бесчердачных кровель, утеплении фасадов.
Для защиты теплопроводов и других криволинейных поверхностей применяют фасонные минераловатные изделия (скорлупы, сегменты, шнуры и т.п.).
Для промышленной теплоизоляции применяют также специальное базальтовое или диабазовое супертонкое волокно, которое выдерживает температуру до 1000°С, плотность от 30 кг/м3, теплопроводность имеет 0,035 Вт/(м·К), обладает стойкостью к коррозии.
В строительстве также используется стекловата и изделия на ее основе, которые получают из расплавленной стекломассы. По свойствам они близки к минераловатным изделиям. Тприм до 400°С, стекловата и изделия на ее основе характеризуются вибростойкостью.
Изделия из минерального и стеклянного волокна, полученные по современным технологиям, отличаются от традиционных повышенной водостойкостью, не гигроскопичны и не горючи, это достигается применением специальных гидрофобизирующих добавок и антипиренов.
Ячеистое стекло (пеностекло) - высокопористый теплоизоляционный материал ячеистой структуры, полученный из стеклянного расплава спеканием с газообразователем при Т 800-900°С. При спекании выделяется углекислый газ, образующий поры. При выходе из печи от непрерывно движущегося бруса отрезают блоки требуемой длины. Характеризуется высокой прочностью при плотности 150-500 кг/м3, Rсж от 0,8 до 5 МПа, Rизг - 0,5-2 МПа, теплопроводность 0,058-0,12 Вт/(м·К), водостойкостью, минимальным водопоглощением до 5 % по объему, полной несгораемостью, морозостойкостью, легко обрабатывается, Тприм - 400°С. Применяют для изоляции тепловых сетей, стен, перекрытий, кровли, холодильников.
Ячеистые бетоны (газо- и пенобетоны) получают плотностью 250-400 кг/м3 при теплоизоляции от 0,07 до 0,11 Вт/(м·К), прочность при сжатии - от 0,5 до 2,5 МПа, водопоглощение по объему от 21 до 35 %, требуется защита от увлажнения. Ячеистые газобетоны получают на основе минеральных вяжущих (цемента, извести, промышленных отходов) и кремнеземистого компонента (чаще всего кварцевого песка) с использованием порообразователя (алюминиевая пудра). Твердение бетонов происходит в пропарочных камерах при атмосферном давлении или автоклавах при давлении 0,8-1,2 МПа. Пенобетоны получают с применением пенообразователей (поверхностно-активных веществ для приготовления пены) с последующим смешением с цементным раствором. В последние годы для снижения теплопроводности теплоизоляционных газобетонов применяют дополнительно поризацию пенообразователями, то есть получают пеногазобетон с плотностью до 250 кг/м3.
Для повышения прочности при изгибе на основе современных технологий возможно дополнительное применение волокнистых добавок, например, стекловолокна. Такие бетоны принято называть «фиброгазобетон». Теплоизоляционные ячеистые бетоны используют в трехслойных стеновых конструкциях, монолитной изоляции и других изделиях.
Керамические теплоизоляционные изделия изготавливают на основе пористых кремнеземистых горных пород (диатомитов и трепелов). Диатомиты или трепелы сушат, измельчают до тонкого порошка, иногда для лучшей связи вводят глину, в качестве порообразователя вводят выгорающие добавки (опилки, молотый уголь) или пенообразователи (пенодиатомитовые изделия). Массу перемешивают, разбавляют водой до пластичного состояния, формуют. Отформованные изделия сушат и обжигают при 900-1000°С. Применяют в теплоизоляции промышленного оборудования в виде блоков или скорлуп. Теплопроводность от 0,087 до 0,119 Вт/(м·К).
Материалы на основе асбеста применяются для высокотемпературной (450-700°С) изоляции отопительных систем и заводского оборудования. Сырье хризотил - асбест и небольшое количество связующих веществ (магнезиальное вяжущее, цемент, известь), кремнеземистые компоненты. Таким способом получают асбестовую бумагу, асбестовый картон, шнуры и мастики.
Асбесто-известково-кремнеземистые изделия получают из асбеста, извести и диатомита путем помола компонентов и распушки асбеста, с последующим получением известково-кремнеземистого шлама. Формование изделий производится методом заливки массы в формы и тепловой обработки в автоклавах с последующей сушкой. Теплопроводность от 0,057 до 0,081 Вт/(м·К).
Зернистые материалы применяют для устройства теплоизоляционных засыпок, штукатурок и получения штучных материалов.
Вспученный перлит - пористый сыпучий материал, получаемый путем измельчения и обжига при температуре 900-1250°С водосодержащих горных пород - вулканических стекол. Выделяясь в виде газообразной фазы, вода вспучивает пластичные частицы породы. Плотность перлитового песка 75-150 кг/м3, теплопроводность от 0,047 до 0,58 Вт/(м·К).
Вспученный вермикулит получают из гидрослюд, вспучивающихся при удалении воды, содержащейся между пакетами слюды, нагретой до 800-1100°С. Плотность вермикулита 100-200 кг/м3, теплопроводность от 0,056 до 0,07 Вт/(м·К). Изделия из вспученных перлита и вермикулита кроме заполнителя содержат различные связующие: безобжиговые - битум, цемент, жидкое стекло, гипс, синтетические смолы; обжиговые - различные глины. Плотность изделий в зависимости от вида связующего от 100 до 500 кг/м3, теплопроводность от 0,039 до 0,105 Вт/(м·К) [4].
теплоизоляционный материал минеральный вата
Рисунок 1.1- Теплоизоляционные материалы
1.1.2 Характеристика органических теплоизоляционных материалов
Органические теплоизоляционные материалы производят, используя различные виды древесного или другого растительного сырья, а также полимерные композиции. Теплоизоляционные пластмассы на сегодняшний день можно отнести к наиболее эффективным. Материалы на основе растительного сырья в основном относятся к материалам местного применения или индивидуального строительства.