Исследование свойств теплоизоляционных материалов и изделий
Цель работы : определение физико-механических свойств теплоизоляционных материалов.
Основные понятия
Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных материалов. Они характеризуются высокопористым строением и низким коэффициентом теплопроводности. В строительстве жилых и промышленных зданий применение тепловой изоляции дает экономию основных строительных материалов, уменьшение толщины и массы стен, конструкций покрытий и перекрытий, а также снижение стоимости строительства. При изоляции тепловых установок (печей, сушилок), трубопроводов и оборудования сокращаются теплопотери, расход топлива и энергии, что позволяет сэкономить до 1 млн. тонн условного топлива в год.
По виду исходного сырья теплоизоляционные материалы можно разделить на:
· органические, состоящие из волокон или вспененного полимера;
· неорганические, получаемые из минеральных расплавов или обжигом минерального сырья.
По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы (ТИМ) бывают:
· штучные (плиты, блоки, кирпичи и др.),
· рулонные (маты, полосы),
· шнуровые (жгуты, шнуры),
· сыпучие и рыхлые (перлит, стекловата и др.),
· фасонные (цилиндры, сегменты).
Теплоизоляционные материалы характеризуются большим количеством закрытых разобщенных и открытых сообщающихся между собой пор, которые заполнены воздухом или газом.
По структуре теплоизоляционные материалы делят на:
· волокнистые – минераловатные, древесноволокнистые;
· ячеистые – пеностекло, пенопласты;
· зернистые (сыпучие) – вспученный перлит, керамзит, опилки, аглопорит, пемза.
Лучшую теплоизолирующую способность имеют материалы с мелкими замкнутыми сферическими порами. С увеличением размеров пор ухудшаются теплозащитные свойства материалов, так как воздух, заключенный в порах, свободно перемещается и теплопроводность материала увеличивается. Кроме того, такие материалы обладают высоким водопоглощением, что также ухудшает теплоизоляционные свойства.
Общая пористость материала складывается из открытой и закрытой пористости. Для теплоизоляционных материалов общая пористость должна находиться в пределах 40 – 98 %. Величина открытой пористости зависит от структуры материала. Так, для материалов волокнистой структуры величина открытой пористости приближается к общей. У материалов ячеистой структуры преобладают закрытые поры (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Пористость теплоизоляционных материалов
| Структура материала | Пористость, % | ||
| Общая | Открытая | Закрытая | |
| Ячеистая | 85 – 98 | 1 – 50 | 40 – 97 |
| Волокнистая | 85 – 92 | 85 – 92 | 0 – 10 |
| Зернистая | 40 – 75 | 30 – 65 | 10 – 20 |
Теплоизоляционные свойства материалов во многом зависят от величины средней плотности: чем ниже средняя плотность, тем лучше теплоизоляционные свойства.
В зависимости от средней плотности (кг/м3) ТИМ делят на четыре группы:
1. особо низкой плотности (ОНП) с маркой по плотности 15, 25, 35, 50, 75;
2. низкой плотности (НП) – 100, 125, 150, 175;
3. средней плотности (СП) – 200, 225, 250, 300, 350;
4. плотные (Пл) – 400, 500, 600.
Важнейшим показателем теплоизоляционных свойств материалов является теплопроводность. В зависимости от этой величины ТИМ делят на классы:
А – низкой теплопроводности – до 0,06 Вт/м·К;
Б – средней теплопроводности – от 0,06 до 0,115 Вт/м·К;
В – высокой теплопроводности – от 0,115 до 0,175 Вт/м·К.
Теплоизоляционные свойства материалов зависят также от условий хранения и эксплуатации. При длительном хранении, а также эксплуатации под действием значительных нагрузок мягкие теплоизоляционные материалы сжимаются, уменьшается их пористость, ухудшаются теплоизоляционные свойства.
В зависимости от жесткости ТИМ делят на марки (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Марки теплоизоляционного материала по жесткости
| Марка теплоизоляционного материала по жесткости | Величина относительного сжатия, % при удельной нагрузке, кгс/см2 | ||
| 0,02 | 0,4 | 1,0 | |
| М – мягкие | свыше 30 | – | – |
| П – полужесткие | 6 – 30 | – | – |
| Ж – жесткие | до 6 | – | – |
| ПЖ – повышенной жесткости | – | до 10 | – |
| Т – твердые | – | – | до 10 |
Независимо от структуры теплоизоляционные материалы обладают существенным недостатком – способностью увлажняться. Материалы адсорбируют влагу из воздуха или поглощают ее при непосредственном контакте с водой. При этом средняя плотность увеличивается, а теплоизоляционные свойства ухудшаются, так как коэффициент теплопроводности воздуха, заполняющего поры, равен 0,023 Вт/м·К, а воды 0,58 Вт/м·К.
Температура эксплуатации теплоизоляционных материалов определяет возможность их применения. Органические материалы используют при более низких температурах, чем неорганические. Каждый теплоизоляционный материал характеризуют интервалом температурного применения (табл. 2.3).
Таблица 2.3
Интервалы температурного применения теплоизоляционных материалов
| Группы теплоизоляционных материалов | Наименование показателя | ||
| Истинная плотность, кг/м3 | Интервал температурного применения, Т, °С («минус» – «плюс») | ||
| Органические: рыхлозернистые | 1100 | 70 – 180 | |
| ячеистые | 1200 | ||
| волокнистые полимерные | 1150 | – | |
| волокнистые растительные | 1200 | 20 – 100 | |
| Неорганические: рыхлозернистые | 2650 | 200 – 875 | |
| волокнистые | 2500 | 120 – 700 | |
| ячеистые | 2500 | 200 – 400 | |
Методика проведения работы