Контрольные вопросы для защиты выполненной лабораторной работы.
1. Какие материалы называют теплоизоляционными? Поры какого типа желательно создавать у ТИМ и почему?
2. Какую роль играют ТИМ в современном строительстве?
3. Какие недостатки ТИМ на основе органического сырья, как их можно устранить?
4. Как условия хранения ТИМ влияют на их свойства?
5. Перечислите известные теплоизоляционные изделия на основе растительного сырья.
6. Какие Вы знаете ТИМ для теплоизоляционных засыпок?
7. Основные свойства ТИМ.
8. С какой целью определяют деформативные свойства ТИМ?
9. Какое влияние оказывает влажность материала на его теплопро- водность?
10. Методы определения пористости материалов.
9. От каких показателей зависит водопоглощение ТИМ?
10. Какие теплоизоляционные материалы Вы примените для изоляции промышленного оборудования с температурой более 900 °С?
11. Цилиндрический образец горной порода диаметром и высотой 5 см весит в сухом состоянии 245 г. После насыщения водой его масса увеличилась до 249 г. Определить среднюю плотность камня и его водопоглощение (объемное и по массе).
2. По каким основным показателям оценивают качество теплоизоляционного материала?
3. Классификация теплоизоляционных материалов по форме изделий.
4. Классификация теплоизоляционных материалов по характеру структуры.
5. Способы получения пористой структуры.
6. Классификация теплоизоляционных материалов по природе проис-хождения.
7. Классификация теплоизоляционных материалов по степени сжимаемости.
8. Классификация теплоизоляционных материалов по степени огне-стойкости.
9. Чем теплоизоляционные материалы отличаются от звукопоглощающих?
10. Какие органические теплоизоляционные материалы вы знаете?
11. Какие вы знаете неорганические теплоизоляционные материалы?
Лабораторная работа № 3
Синтез пеностекла и исследование его свойств
Цель работы: получение пеностекла в лабораторных условиях и исследовании его основных свойств.
Основные понятия
Пеностеклом называют материал ячеистого строения, получаемый путем вспенивания стекломассы. На долю газовой фазы в пеностекле приходится 80-95 % объема, на долю стекла — примерно 5-20%. Поры распределены пеностекле равномерно, их диаметр может изменяться от 0,1 до 5 мм.
Пеностекло является одним из наиболее высококачественных и эффективных теплоизолирующих материалов, обладающих уникальным набором свойств, недоступным ни одному из современных действенных теплоизоляторов. Этот материал абсолютно экологически безвреден, имеет неограниченный срок службы при соблюдении правил эксплуатации, легко подвергается обработке, не теряет формы и может применяться практически в любых условиях (переменной влажности, жидких и химически активных сред, частого замораживания, крайнего севера и др.), т.к. состоит почти на 100% из стекла. Помимо теплоизолирующих качеств пеностекло, выработанное по соответствующим технологиям, может применяться как звукоизолирующий и как конструкционный материал для ненесущих строительных систем. Пеностекло с. замкнутыми порами применяют для теплоизоляции, с сообщающимися — для звукоизоляции, с частично замкнутыми — для строительно-изоляционных целей, с микропористым строением — для химической промышленности и др.
Пеностекло обладает следующими свойствами:
1. Биостойкость
Пеностекло является биостойким материалом и ни при каких условиях не поддается разрушающему действию микроорганизмов, бактерий, грибков насекомых и грызунов, благодаря отсутствию органических включений, высокой прочности стекла, остроте сколов и характерному запаху СО2 и СО, содержащихся в закрытых порах.
2. Морозостойкость
Насыщенное водой пеностекло выдерживает более 30-ти циклов замораживания и оттаивания без значительного уменьшения прочности, что весьма важно для возведения наружных стен зданий и сооружения холодильных установок.
3. Теплопроводность
Теплопроводность материалов зависит от следующих факторов:
- физического состояния и строения, которые определяются фазовым состоянием вещества, степенью кристаллизации и размерами кристаллов, анизотропией кристаллов и направлением теплового потока, объемом пористости материала и характеристиками пористой структуры;
- химического состава и наличия примесей, которые особенно влияют на теплопроводность кристаллических тел;
- условий эксплуатации материала, которые определяются температурой, давлением, влажностью, наличием радиационного облучения, интенсивностью съема теплоты с холодной поверхности материала.
Минимальная теплопроводность для пеностекла до 0,055 Вт/ (м×К).
4. Плотность
Материалы с низкой плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности и являются хорошими теплоизоляторами.
Однако теплоизоляционные качества материала зависят не только от объема воздуха, заключенного в порах материала, но главным образом от равномерного распределения воздуха в пористом материале. Материалы с одинаковой плотностью не всегда будут иметь равные коэффициенты теплопроводности. Мелкопористый материал как теплоизолятор будет эффективнее крупнопористого с той же плотностью.
Сравнительная оценка плотности и пористости различных материалов приведена в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Теплопроводность современных теплоизоляционных материалов
| Материал | Теплопроводность, Вт/м·К | Плотность, кг/м3 | Пористость, % |
| Пенополиуретан жесткий Пеноплэкс Стеклянная вата Пеноизол Пенополистирол Минеральная вата Пеностекло Керамзит Пенобетон Кирпич | 0,019…0,038 0,025…0,03 0,033…0,041 0,035…0,047 0,043…0,064 0,048…0,064 0,055…0,3 0,12…0,18 0,16…0,2 0,45 | 35…80 35…45 50…130 8…20 15…35 60…200 105…400 250…800 300…1200 2200 | 94…97 92…96 88…93 90…95 85…92 85…90 85…95 40…60 50…90 24…33 |
Величины пор у различных теплоизоляционных материалов колеблются в широких пределах. Размер пор в ячеистых теплоизоляционных материалах обыкновенно не превышают 3…5 мм.
Средний диаметр ячеек пенобетона равен 0,4…2 мм, газобетона 0,6…0,8 мм, пенодиатомитового кирпича 0,2…0,4 мм. Диатомитовые изделия, полученные с применением выгорающих добавок, имеют более крупные поры. Средний размер пор при этом составляет 2,5…5 мм. Пеностекло же имеет поры от 0,1 до 3…5 мм, но возможно пеностекло и с порами величиной 1…5 мкм.
5. Огнестойкость
В сравнении с большинством теплоизолирующих материалов пеностекло обладает также рядом дополнительных полезных свойств. К ним относятся: несгораемость, огнестойкость, температуростойкость и др.
В частности, данные по несгораемости приведены в табл. 3.2. Из большого количества теплоизоляционных материалов пеностекло, наряду с асбестом, керамикой, вермикулитом и др. относится к классу несгораемых.
При оценке огнестойкости строительных конструкций с применением теплоизоляционных материалов учитывается низкая теплопроводность, что объясняется их высокопористым строением.
Благодаря этому предел огнестойкости таких изделий будет ниже, чем у родственных им изделий из плотных материалов.
Таблица 3.2
Горючесть основных теплоизоляционных материалов
| Несгораемые | Трудно сгораемые | Трудно воспламеняемые | Сгораемые |
| Асбестовые и асбестосодержащие (вулканит, совелит и др.); Керамические: – диатомитовые, – перлитовые; Вермикулит; Минеральная вата; Стеклянная вата; Пеностекло | Минераловатные с битумными и синтетич. вяжущими; Стекловатные с синтетич. вяжущ.; Пробковые; Фибролиты | Пенопласты: – хлорвиниловые, –фенолоформальдегидные Пеноизол | Древ. волокн. плиты Древ. струж. плиты Торфоизоляц. плиты Камышит Пенополиуретан Пеноплэкс Пенополистирол |
6. Прочность
Прочность используемого материала имеет большое значение в строительстве. Высокопористое строение обуславливает пониженную прочность большинства теплоизоляционных материалов.
Прочность теплоизоляционных материалов характеризуют показателем пределов прочности: при сжатии s сж, при изгибе s изг и при растяжении s раст . Обычно при определении прочности теплоизоляционных материалов ячеистого строения ограничиваются одним показателем прочности – величиной s сж. Прочность изделий волокнистого строения чаще выражают величиной s изг. Предел прочности при растяжении служит главным образом для характеристики гибких изделий, например войлока и матов из минеральной ваты. В ряде случаев прочность материалов независимо от их строения и вида характеризуют двумя показателями прочности s сж и s изг. Это относится преимущественно к изоляционно-конструкционным материалам. Предел прочности при сжатии у теплоизоляционных материалов обычно больше предела прочности при изгибе.
Прочность отдельных групп теплоизоляционных материалов в известных пределах можно регулировать, подбирая определенный состав сырьевой шихты или применяя некоторые способы обработки материала.
7. Водопоглощение
Одна из основных характеристик теплоизоляционных материалов. Изделия с преимущественно замкнутыми порами имеют более низкое водопоглощение, чем с сообщающимися порами. Водопоглощение зависит не только от капиллярного строения, но и от сорбционных и других свойств.
Теплоизоляционные материалы органического происхождения обладают большим водопоглощением, чем неорганические.
Большое водопоглощение не является отрицательной характеристикой теплоизоляционных материалов. Изделия, применяемые для изоляции, например, энергетического оборудования, не увлажняются при нормальных условиях эксплуатации. Но для материалов, которые увлажняются в условиях обычной службы в конструкциях, например, в наружных стенах зданий, большое водопоглощение сильно влияет на их прочностные и теплозащитные свойства.