Cтруктура и свойства теплоизоляционных материалов

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

У каждого камня есть свои особенности, которые объясняются его физическими свойствами.

Камень относится к числу горных пород. Горными породами называют природные образования, состоящие из отдельных минералов и их ассоциаций. Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается наука петрография. Согласно ее данным, по своему происхождению все породы делятся на три основные группы (см. Приложение):

1. Изверженные (первичные)

2. Осадочные (вторичные)

3. Метаморфические (видоизмененные).

Изверженные породы образовались непосредственно из магмы (рас-плавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают глубинные и излившиеся горные породы.

Глубинные возникли в результате постепенного остывания магмы при высоком авлении внутри земной коры. В этих условиях составляющие магмы кристаллизовались, благодаря чему образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой: граниты, сиениты, лабрадориты и габбро.

Излившиеся породы образовались в результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности при низкой температуре и давлении. Времени для образования кристаллов было недостаточно, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелкокристаллическую структуру и большую пористость: порфиры, базальты, вулканические туфы, пеплы и пемзы.

Осадочные горные породы называют вторичными, поскольку они образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов. Один из способов формирования этих горных пород химические осадки, образующиеся в процессе высыхания озер и заливов. В результате в осадок выпадают различные соединения, которые со временем превращаются в травертин, доломит. Общая особенность этих пород пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.

К обломочным осадочным породам относятся сцементированные от-ложения (песчаники, брекчии, конгломераты) и рыхлые (пески, глины, гра-вий и щебень). Сцементированные отложения образовались из рыхлых. Например, песчаник из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия из сцементированного щебня, а конгломерат из гальки. Еще известны породы органического происхождения известняки и мел. Они образуются в результата жизнедеятельности животных организмов и растений.

Метаморфические породы образовались путем превращения извер-женных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием высокой температуры, давления и химических процессов. Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые), к которым относятся мрамор и кварциты, а также сланцеватые гнейсы и сланцы.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИА-ЛОВ

Теплоизоляционные материалы обладают рядом свойств, знание которых необходимо для правильного выбора теплоизоляции в конструкции и проведения теплотехнических расчетов. Точность последних в значительной степени зависит от правильного выбора значений показателей, приведенных далее:

1. Срдняя плотность величина, равная отношению массы вещества ко всему занимаемому им объему. Средняя плотность измеряется в кг/м3.

Следует отметить, что средняя плотность теплоизоляционных материалов достаточна низка по сравнению с большинством строительных материалов. Плотность применяемых в настоящее время в строительстве теплоизоляционных материалов лежит в пределах от 17 до 400 кг/м3, в зависимости от их назначения.

Известно, что чем меньше средняя плотность сухого материала, тем лучше его теплоизоляционные свойства при температурных условиях, в которых находятся ограждающие конструкции зданий.

Чем меньше средняя плотность материала, тем больше его пористость. От характера пористости зависят основные свойства материалов, определяющие их пригодность для применения в строительных конструкциях:

— теплопроводность;

— сорбционная влажность;

— водопоглощение;

— морозостойкость;

— прочность.

Наилучшими теплоизоляционными свойствами обладают материалы с равномерно расположенными мелкими замкнутыми порами.

2. Теплопроводность передача тепла внутри материала вследствие взаимодействия его структурных единиц (молекул, атомов, ионов и т. д.), и при соприкосновении твердых тел.

Количество теплоты, которое передается за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице, называется теплопроводностью (коэффициентом теплопроводности). Теплопроводность измеряют в Вт/(м*К).

На величину теплопроводности пористых материалов, каковыми являются теплоизоляционные материалы, оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор, химический состав и молекулярная структура твердых составных частей, коэффициент излучения поверхностей, ограничивающей поры, вид и давление газа, заполняющего поры. Однако преобладающее влияние на величину теплопроводности имеют температура и влажность материала.

Теплопроводность материалов возрастает с повышением температуры, однако, гораздо большее влияние в условиях эксплуатации оказывает влажность.

3. Влажность содержание влаги в материале. С повышением влажности теплоизоляционных (и строительных) материалов резко повышается их теплопроводность.

Оень важной характеристикой теплоизоляционного материала, от которой зависит теплопроводность, является и сорбционная влажность, представляющая собой равновесную гигроскопическую влажность материала, при различной температуре и относительной влажности воздуха.

4. Водопоглощение способность материала впитывать и удерживать в порах влагу при непосредственном соприкосновении с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе сухого материала.

Следует обратить внимание, что водопоглощение теплоизоляционных материалов отечественных и иностранных производителей определяется по разным методикам.

При выборе материала для конструкции рекомендуется обращать внимание на показатели, приведенные в ТУ, ГОСТ или рекламных проспектах (для материалов иностранного производства), и сравнивать их с требуемыми в зависимости от условий эксплуатации типов, А и Б приложения 3 СНиПа II-3−79 «Строительная теплотехника». Как правило, теплопроводность теплоизоляционных материалов в условиях, А и Б процентов на 15−25 выше, чем указано в стандартах для сухих материалов при температуре 25 °C.

Значительно снизить водопоглощение минераловатных и стекловолокнистых теплоизоляционных материалов позволяет их гидрофобизация, например, путем введения кремнийорганических добавок.

Продукция иностранных производителей, поставляемая на наш рынок, является гидрофобизированной, а отечественная, за небольшим исключением, является негидрофобизированной.

5. Морозостойкость способность материала в насыщенном состоя-нии 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.

К механическим свойствам теплоизоляционных материалов относят прочность (на сжатие, изгиб, растяжение, устойчивость к образованию тре-щин).

6. Прочность способность материалов сопротивляться разрушению под действием внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Прочность теплоизоляционных материалов зависит от стуктуры, прочности его твердой составляющей (остова) и пористости. Жесткий материал с мелкими порами более прочен, чем материал с крупными неравномерными порами.

В соответствии со СНиП II-26−99 «Кровли» прочность на сжатие для теплоизоляционных материалов, применяемых в качестве основания под рулонные и мастичные кровли, является нормируемым показателем.

Прочность теплоизоляционных материалов, которые могут применяться для утепления скатных крыш, не нормируется, поскольку теплоизоляция укладывается в обрешетку и не несет нагрузки.

На долговечность конструкции покрытия влияют также химическая стойкость теплоизоляционного материала (это, как правило, следует учитывать при выборе материалов для утепления покрытий производственных зданий) и его биологическая стойкость.

Теплоизоляционный материал для применения в покрытиях выбирается с учетом его горючести, способности к дымообразованию и возможности выделения токсичных газов при горении. Выбор теплоизоляционного материала в зависимости от типа кровельного покрытия определяется с учетом требований СНиП на кровли, пожарную безопасность и т. д.

Разобраться в том, какие материалы отечественного производства применять для тех или иных целей неспециалисту очень сложно. К сожалению, рынок отечественных теплоизоляционных материалов не слишком разнообразен. В отличие от инофирм, выпускающих для каждого вида работ строго определенные типы и марки материалов, российский производитель довольствуется очень скромным ассортиментом, пытаясь использовать его на все случаи жизни.

Материалы, применяемые в качестве основания под рулонные и мас-тичные кровли.

Из теплоизоляционных материалов, которые могут применяться в качестве основания под рулонную или мастичную кровлю по прочностным показателям, можно указать: минераловатные плиты повышенной жесткости и жесткие, стекловолокнистые маты (при их применении необходимо устройство цементной стяжки во избежание их возгорания), пенополистирольные плиты, вспененное стекло, пенобетон (правда, его теплопроводность уступает другим теплоизоляционным материалам).