Курсовая работа: Теплоизоляционные материалы (минеральная вата)

Материалы на основе древесины. К общим недостаткам этой разновидности можно отнести горючесть, невысокую водостойкость, подверженность гниению, низкую температуру применения. Достоинства - доступность сырья, простые неэнергоемкие технологии, высокая эффективность изделий, теплопроводность 0,06-0,115 Вт/(м·К).

Древесноволокнистые плиты. Изготавливают путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из распушенных древесных волокон и различных добавок. Получают из неделовой древесины, измельченной вначале в щепу, а затем до состояния тонких волокон, которые смешивают с водой и получают плиты на отливочной машине, где масса обезвоживается и уплотняется при Р = 0,6-1,5 МПа, после чего подвергается сушке. Теплоизоляционные плиты изготавливают без применения связующего, только за счет эффекта «свойлачивания» волокон. Плотность теплоизоляционных плит менее 250 кг/м3, теплопроводность плиты менее 0,07 Вт/(м·К), толщина 8-25 мм.

Фибролит - плитный материал на основе древесной стружки. Древесную стружку получают на специальных станках, смешивая затем со хлористым кальцием. Изделия получают в прессах различной конструкции с последующей длительной сушкой и кондиционированием. Теплопроводность фибролита 0,08-0,115 Вт/(м·К),

Арболит - легкий бетон на основе портландцемента, жидкого стекла и органических заполнителей (древесной дробленки, опилок, щепы, сечки соломы, костры льна, хлопчатника и др. видов растительного сырья), обработанных раствором минерализатора. К теплоизоляционным материалам относят арболит с менее 500 кг/м3, теплопроводность 0,08-0,12 Вт/(м·К).

Эковата - новый мелкозернистый и плотный утеплитель, полученный путем последовательного сухого измельчения макулатуры и обработки специальными химикатами. Наносится на изолируемую поверхность сухим и влажным напылением; теплопроводность не более 0,041 Вт/(м·К). Впервые получение эковаты разработано в США.

В последние годы стали возрождаться технологии получения недорогих местных материалов, незаслуженно забытые в 80-90-е годы. Это одни из самых дешевых материалов, их применение рекомендовано для одноэтажных зданий, подсобных помещений: складов, хранилищ и других объектов местного строительства.

Торфоплиты получают из волокон мха-сфагнума, склеенного смоляными веществами, выделяемыми при тепловой обработке. Торф измельчают, смешивают с водой и добавками до получения гидромассы, нагревают и прессуют при давлении 0,2 МПа. Сырые изделия подвергают сушке. Плотность - 170-220 кг/м3, теплопроводность 0,058-0,064 Вт/(м·К).

Камышит - местный теплоизоляционный материал, изготовленный в виде плит из плотно уложенных стеблей камыша, скрепленных оцинкованной проволокой на специальных автоматических станках. Относится к одному из самых дешевых видов. Плотность 175-300 кг/м3, теплопроводность 0,058-0,098 Вт/(м·К)0 [5].

Общие принципы устройства теплоизоляции:

1. Теплоизоляция строительных конструкций должна быть запроектирована так, чтобы выполнять возложенные на нее функции в течение всего жизненного цикла конструкции.

2. В проекте должны быть описаны способы укладки и защиты теплоизоляционных материалов для обеспечения заданной теплопроводности. Изоляционный материал должен заполнять весь предусмотренный проектом объем и выдерживать нагрузки, возникающие как при укладке, так и в процессе эксплуатации. При необходимости проект должен содержать описание способов заполнения стыковочных швов.

3. Слой теплоизоляционного материала с подветренной стороны здания необходимо защищать от ветра. Ветрозащитный слой должен покрывать весь изоляционный материал и быть настолько плотным, чтобы препятствовать проникновению в строительные конструкции или сквозь них воздушных потоков, существенно снижающих изоляционные свойства материала.

4. Если в многослойной ограждающей конструкции паропроницаемость слоёв уменьшается по мере движения от тёплой стороны к холодной, существует опасность накопления внутри конструкции конденсирующейся влаги. Для минимизации этого эффекта на теплой стороне ограждения устраивают специальный пароизоляцонный барьер, паропроницаемость которого не менее чем в несколько раз выше, чем у наружных слоёв. Швы и соединения пароизоляционного барьера должны быть загерметизированы.

5. Ограждающая конструкция должна быть спроектирована так, чтобы создать как можно более благоприятные условия для свободного выхода за её пределы паров неизбежно проникающей в неё влаги. При необходимости защиты теплоизоляционных материалов от ветра или атмосферной влаги целесообразно использовать специальные "дышащие" мембраны, прозрачные для выхода водяных паров.

6. Исследования показали, что многие негативные явления, возникающие в многослойных ограждающих конструкциях (плесень, гниль, формальдегид, радон и др.), как правило, связаны с сыростью. Залог надёжной работы ограждающей конструкции - учёт на стадии проектировании всего комплекса вопросов тепломассопереноса [6].

1.2 Сырье и характеристика свойств минеральной ваты

Минеральная вата - рыхлый волокнистый материал, состоящий из тон- ких 0,5-12 мкм стекловидных волокон, получаемых при производстве из расплава легкоплавких горных пород, металлургических или топливных шлаков и их смеси.

Этот материал экологически безопасный , позволяющий применять его в зданиях любого назначения, прежде всего в жилье, делая его комфортным при минимуме затрат.

Рисунок 1.2 - Минеральная вата

Минераловатный утеплитель отличает повышенная устойчивость к воздействию огня и высоких температур, полностью сохраняя все свои характеристики до 400°С. Разрушение материала происходит при 1090°С, что определяет порог устойчивости к высоким температурам (такая высокая температура достигается только за счет использования базальтового сырья без добавления шлаков).

Минеральная вата - материал, долговечность которого более 50 лет. Химические параметры волокон определяют устойчивость к воздействию влаги, изменению температуры, химической агрессивности среды в реальных условиях эксплуатации. Обладает высокой химической стойкостью к строительным и отделочным материалам, растворам. Экологически безопасная, благодаря высокой степени поликонденсации связующих веществ.

Минеральная вата применяется:

- в качестве ненагруженной изоляции горизонтальных, вертикальных и наклонных строительных ограждающих конструкций всех типов зданий;

- в системах наружного утепления штукатурного типа;

- в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах;

- в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;

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

- в качестве тепловой изоляции промышленного оборудования, резервуаров и трубопроводов тепловых сетей, магистральных нефте- и газопроводов, технологических трубопроводов электростанций, металлургических, нефтехимических и др. промышленных предприятий, а также нижнего теплозвукоизоляционного слоя в многослойных покрытиях плоских кровель, в том числе при укладке на поверхность без устройства цементной стяжки;

- в качестве теплозвукоизоляционного слоя в покрытиях плоских кровель, в том числе при укладке на поверхность без устройства цементной стяжки;

- в качестве верхнего теплозвукоизоляционного слоя в многослойных покрытиях плоских кровель, в том числе при укладке на поверхность без устройства цементной стяжки;

Особенности работы: минеральная вата способна легко гнуться и ломаться, именно поэтому с ней легко работать. Главное правило, которое важно соблюдать при работе с данным утеплителем, это то, что минеральную вату запрещается резать ножницам. Ножницы способны нарушить теплоизоляционную структуру материала. Производить раскрой минеральной ваты можно с помощью длинного острозаточенного ножа или с помощью пилы. При раскрое необходимо со всех сторон оставлять дополнительно по 1-2 сантиметра запаса. Это необходимо для уплотнения утеплителя [7].

При производстве минеральной ваты может использоваться разное сырье, в зависимости от вида минеральной ваты:

- стеклянная вата изготавливается из расплава стекла;

- каменная вата изготавливается из расплава изверженных горных пород; - шлаковая вата изготавливается из расплава доменного шлака [8].

Основные свойства минеральной ваты:

Горючесть: Основным свойством минеральной ваты, отличающим ее от многих других, является негорючесть в сочетании с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью. К тому она обладают устойчивостью к температурным деформациям, негигроскопичностью, химической и биологической стойкостью, экологичностью и легкостью выполнения монтажа. По требованиям пожарной безопасности изделия из минеральной ваты относятся к классу негорючих материалов. Более того, они эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты.

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

Прочность: 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.

Усадка: Важное свойство минераловатных материалов - 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.

Гигроскопичность: 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.

Химическая стойкость: 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 [9].

Характеристика минеральной ваты представлена в таблице 1.1

Таблица 1.1- Характеристика минеральной ваты

1.2.1 Блок-схема производства минеральной ваты

Важным шагом при производстве минеральной ваты является расчет состава смеси сырьевых материалов - шихты - для минеральной ваты. От него во многом зависят дальнейшие свойства утеплителя. Процесс получения расплава обычно осуществляется в вагранках - шахтных плавильных печах. Сырьё загружается при температуре 1300-1400°С образуется расплав, который непрерывным потоком поступает из нижней части вагранки. Формирование минерального ваты производят дутьевым или центробежным методом. Первый заключается в воздействии на струю расплава струи водяного пара или сжатого газа, второй основан на использовании центробежной силы, превращающей горячий жидкий шлак или камень в тончайшие волокна. Полученные нити попадают в камеру осаждения, а оттуда поступают на конвейер под уплотняющие их валки. Следующим этапом становится введение в минеральную вату связующего, а затем, после дополнительного формования и уплотнения, минераловатный ковёр теплоизоляции подвергается продольной и поперечной резке на минеральные плиты или маты заданного размера. Таким образом, получается конечный продукт - минеральная вата, которая и поступает в продажу. Блок-схема производства минеральной ваты представлена в приложении А [10].