close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4382 ignatova o. a tehnologiya izolyacionnih stroitelnih materialov i izdeliy

код для вставкиСкачать
сиональное образование
ТЕХНОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
частях
Часть
О. А. Игнатова
ТЕПЛО- И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Учебное пособие
Высшее профессиональное образование
БАКАЛАВРИАТ
ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗОЛЯЦИОННЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
И ИЗДЕЛИЙ
В дв ух частях
Часть 2
О. А. ИГНАТОВА
ТЕПЛО- И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Рштшандоаамо
№в6ио штодичсским объединением вуэош РФ
по образованию • области строительства
§ кочастт учебного пособим для студентов,
обучающимся по мопрошмемию 270100 «Строительство»
Носим
Щ$ тШ ш
Мштспьский центр *А«ииемия*
3012 ШШШШШьШШШшШ
69/: сзэ,гсгон
УДК 691.002(075.8)
ББК 38.3я73
Т38
Рецензенты:
зав. кафедрой «Строительные материалы» Сибирского государственного
университета путей сообщения, д-р техн. наук, проф. А.А.Лнаненко;
зав. кафедрой «Строительные материалы» Липецкого государственного
[ичес^ого университета; д-р*трхн. наук, проф., Заслуженный деятель науки
^ тп гоы ги ! поп и техйЬки А.Д. Корнеев
Технология изоляционных строительных материалов
Т38 и изделий. В 2 ч. Ч. 2. Тепло- и гидроизоляционные мате­
риалы и изделия : учеб. пособие для студ. учреждений высш.
проф. образования / О. А. Игнатова. — М. : Издательский
центр «Академия», 2012. — 288 с. (Сер. Бакалавриат).
181^ 978-5-7695-6592-2
Учебное пособие создано в соответствии с требованиями Федераль­
ного государственного образовательного стандарта по направлению
«Строительство» (квалификация «бакалавр»).
Даны анализ и характеристики различных тепло- и гидроизоляци­
онных материалов, оценка их пригодности для применения в строи­
тельстве. Приведены классификация по структуре, назначению, основ­
ные свойства, технологии получения, области применения. Рассмотре­
ны примерные составы некоторых сырьевых композиций.
Для студентов учреждений высшего профессионального образо­
вания.
^
р
УДК 691.002(075.8)
ББК 38.3я73
Оригинал-макет данного издания является собственностью
Издательского центра «.Академия», и его воспроизведение
любым способом без согласия правообладателя запрещается
© Игнатова О. А., 2012
181ИЧ 978-5-7695-6592-2 (ч. 2) © Образовательно-издательский центр «Академия», 2012
181ИЧ 978-5-7695-6846-6
© Оформление. Издательский центр «Академия», 2012
П Р ЕД И С ЛО В И Е
Изоляционные материалы — это особая группа строительных
материалов, обладающих специальными защитными свойства­
ми. Функции современных изоляционных материалов доволь­
но широки и разнообразны и включают в себя защиту людей
и строительных конструкций от воздействия различных нега­
тивных факторов:
• низких и высоких температур — теплоизоляционные мате­
риалы;
• супервысоких температур (более 1 500 °С) — жаростойкие
материалы;
• воздействия звука — акустические материалы;
• воздействия воды — гидроизоляционные материалы;
• проникновения парообразной влаги — пароизоляционные
материалы;
• агрессивных сред — коррозийно-стойкие материалы;
• воздействие внешней среды и повышение декоративности —
отделочные материалы;
• воздействие огня — пожаростойкие материалы и т.д.
Цель применения строительной изоляции — предотвращение
разрушения основных конструкционных материалов, защита
производственного персонала, проживающих в зданиях людей.
Применение изоляционных материалов в строительстве приво­
дит к увеличению долговечности зданий и сооружений, экономии
основных средств, к повышению уровня комфортности и в итоге
повышению качества жизни.
В основе учебного пособия лежат сведения о современных
материалах, используемых для изоляции от воздействия тепла
и воды: минеральных и полимерных, материалов на основе от­
ходов промышленности.
Рассмотрены технологические схемы, приведены примерные
составы основных материалов, направления применения изделий.
Основные принципы подхода к изучаемым материалам определе­
ны по известным изданиям [6, 22).
Структура данного издания состоит из двух разделов: I — «Те­
плоизоляционные материалы и изделия»; II — «Гидроизоляцион­
ные материалы и изделия». В начале каждого раздела приводятся
сведения по классификации, свойствам и особенностям данного
вида материалов. Далее в каждой главе последовательно описы­
ваются характеристики, сырье, области рационального приме­
нения и все особенности технологического процесса, присущие
конкретному материалу.
Особое внимание в разделе I уделено анализу и сопоставлению
характеристик различных пенопластов, оценки их пригодности
для применения в строительстве. Подробно приведены основные
принципы их создания. Рассмотрены технологические схемы по­
лучения пенопластов на основе термопластичных и термореак­
тивных полимеров.
В разделе II приведены классификации гидроизоляционных
материалов по их физическому состоянию и назначению, описа­
ны основные свойства и методы получения материалов с задан­
ными характеристиками. Даны технологические схемы получения
эмульсий, мастик, рулонных материалов, пленок и герметиков.
Текст изложен с учетом применения некоторых материалов в ин­
дивидуальном строительстве.
Без знания основных свойств и технологий изготовления тепло- и гидроизоляционных материалов невозможно представить
современного инженера-строителя. Несмотря на широкое разви­
тие производства тепло- и гидроизоляционных материалов учеб­
ная литература в этой области практически отсутствует, между
тем современные предприятия испытывают дефицит в грамот­
ных специалистах-технологах. Выпуск данной книги является
попыткой создать обобщающее учебное пособие по данному на­
правлению.
Раздел I
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫ Е МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ
Россия является одной из ведущих стран по производству
энергии, однако значительно уступает экономически развитым
странам в рациональном использовании энергоресурсов. Сегодня
на единицу жилой площади у нас расходуется в 2—3 раза больше
тепловой энергии, чем в странах Европы.
Анализ опыта различных стран в решении проблемы энер­
госбережения показывает, что одним из наиболее эффективных
путей ее решения является сокращение потерь тепла через ограж­
дающие конструкции зданий, сооружений, промышленного обо­
рудования, тепловых сетей.
В последние годы в строительстве на первый план вышла про­
блема повышения теплозащитных свойств ограждающих кон­
струкций, снижения тепловых потерь в теплопроводах, тепловых
и холодильных аппаратах. Эта проблема решается путем приме­
нения эффективных теплоизоляционных материалов.
Следует учитывать, что Россия — самая холодная страна
в мире. Если сравнивать данные о средних температурах и про­
должительности отопительного периода в других странах мира,
средняя температура января: в Канаде /ср = -4 “С, в Европе /ср
от - 8 "С (Париж +4°С, Лондон +6вС), в России (ср = -16...24°С,
не считая Якутию, где еще холоднее.
Многие годы традиционными для России были массивные
однослойные стены (кирпичная кладка, железобетонные панели).
В Европе и США в жилищном строительстве в основном исполь­
зуются легкие многослойные конструкции, когда стена состоит
из каркаса и легкого ненесущего ограждения. Показателем, нор­
мирующим тепловую защиту зданий, является требуемое сопро­
тивление теплопередаче —
, которое для стран Европы начи­
ная с 70-х гг. XX в. составляет 3... 4 м2■°С/вт, для России до 1996 г.
Д5®4 = 0,9... 1,2 м2-*С/вт. В 1996 г. в России были приняты новые
требования к теплозащите зданий, учитывающие общемировые
тенденции в энергосбережении. В соответствии с ними тепло­
защитные характеристики ограждающих конструкций повыше­
ны в 2,5 —3,5 раза. Изменения в соответствии с общемировыми
нормативами по теплосбережению учтены в СНиП 23-02-2003
«Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2004 «Проектирование
тепловой защиты зданий».
,
■
В результате применение массивных однослойных конструкций
стало нерентабельным. Необходимым условием стало использо­
вание в ограждениях теплоизоляционных материалов.
Теплоизоляционные материалы позволяют снизить массу зда­
ний (толщину стен), уменьшить материалоемкость строительства
и, как следствие, транспортные расходы, экономить топливноэнергетические ресурсы в технологических процессах и при экс­
плуатации зданий и сооружений. Только применяя эффективные
теплоизоляционные материалы в конструкциях ограждений, можно
построить здание, отвечающее современному уровню комфорта.
Обоснованное техническое и экономическое направление
развития производства и применение теплоизоляционных ма­
териалов способны оказать большое влияние на всю структуру
строительного производства. Массовое применение теплоизо­
ляционных материалов в гражданском, сельском и промышлен­
ном строительстве резко уменьшает потребность в традиционных
строительных материалах, сокращает грузопотоки, энергозатраты
на строительно-монтажные операции.
Мировой опыт показывает, что наращивание объемов про­
изводства и применения теплоизоляционных материалов ведет
к значительному сокращению потребления тепла, как в сфере
производства строительных материалов, так в и строительных
работах и в сфере эксплуатации объектов гражданского и про­
мышленного строительства.
Глава 1
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ
СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Теплоизоляционными называются строительные материалы
и изделия, обладающие малой теплопроводностью и предназна­
ченные для теплоизоляции строительных конструкций, промыш­
ленного оборудования и трубопроводов (коэффициент теплопроводости X < 0,175 Вт/м °С, плотность р < 500 кг/м3).
Основная характеристика эффективных теплоизоляционных
материалов:
плотность (р) —> щш
пористость (П)
100%; X -» шш.
Неорганические теплоизоляционные материалы составляют
основную часть продукции отрасли. Это объясняется распро­
страненностью сырья, возможностью широкого регулирования
свойств, применением практически в любых условиях эксплуа­
тации. Неорганические минеральные материалы занимают 70 %
общего объема производства [16].
Теплоизоляцию на органической основе характеризуют доступ­
ность сырья, простота переработки и обычно меньшие капиталь­
ные вложения в производство. Однако в той или иной степени
это горючие материалы. По сравнению с неорганическими ма­
териалами есть некоторые ограничения по температуре приме­
нения. Деление теплоизоляции по виду сырья довольно условно.
Многие материалы являются композиционными, сочетающими
в себе минеральное или органическое связующее, органические
или минеральные заполнители. Это общепринятое деление по­
зволяет сформулировать специфические направления примене­
ния теплоизоляции.
В настоящее время по объему потребления основные теплоизо­
ляционные материалы распределились следующим образом: мине­
раловатные утеплители (« 65... 70 %); пенопласта (* 20 %); легкие
бетоны (газо-, пенобетон, полистиролбетон и др. * 3 %); вспу­
ченный перлит, вермикулит и изделия на их основе (« 2...3% );
материалы на основе органических наполнителей (древесно-волокнистые плита (ДВП), фибролит, арболит и др. » 3 %).
1.1. Классификация теплоизоляционных
материалов и изделий
Теплоизоляционные материалы и изделия классифицируют
по следующим основным признакам (ГОСТ 16381): вид основно­
го сырья; структура; форма; плотность; теплопроводность; жест­
кость; возгораемость; характер применения.
По в и д у о с н о в н о г о с ы р ь я материалы и изделия подраз­
деляются на неорганические (минеральные) и органические. Из­
делия, изготовленные из смеси органического и неорганического
сырья, относятся к неорганическим, если объем неорганического
сырья в смеси превышает 50%.
Неорганические (минеральные) материалы и изделия (ми­
неральная вата, газобетон и др.) не горючи, температура при­
менения обычно более 400 °С. Однако технологии изготовления
минеральных материалов обычно сложны, требуют значительных
площадей и капитальных вложений, использования дорогостоя­
щего оборудования. Плотность исходного сырья высокая (обычно
более 2 500 кг/м3), следовательно, сложно ее снизить до мини­
мальных значений.
Технологии изготовления органических мат ериалов (пенопласты, изделия на основе древесины) значительно проще,
меньше требуется капитальных вложений и производственных
площадей. Плотность исходного сырья невысокая (не превыша­
ет 1 ООО... 1 500 кг/м3). Вместе с тем органические материалы го­
рючи, температура их применения обычно не превышает 100 °С
(некоторых до 200 °С), так как основными компонентами сырья
являются углеводороды.
По с т р у к т у р е материалы и изделия подразделяются:
• на волокнистые (минеральная вата, асбестовые изделия,
ДВП) — пористость « 80 %;
\
• ячеистые (пенопласты, ячеистое стекло) — пористость
до 98 %;
• зернистые (керамзит, перлит) — пористость * 80 %.
По ф о р м е материалы и изделия подразделяются:
• на рыхлые (вата, перлит);
• плоские (плиты, маты, войлок);
• фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты);
• шнуровые.
По п л о т н о с т и материалы и изделия подразделяются
на группы и марки, указанные в табл. 1.1.
К материалам особо низкой плотности относятся изделия
на основе минеральной и стеклянной ваты, пенопласты, перлит,
вермикулит, эковата.
Материалы и изделия низкой плотности — минераловатные
изделия (только других марок), а также торфоплиты, ячеистое
стекло; средней плотности — теплоизоляционный ячеистый бе­
тон, древесно-волокнистые плиты, пенокерамика, легкие бетоны
на основе перлита и вермикулита; плотные: 400...500 (условно
теплоизоляционные материалы) — керамзит, арболит.
По т е п л о п р о в о д н о с т и материалы и изделия подразде­
ляются на классы, указанные в табл. 1.2.
По ж е с т к о с т и материалы и изделия подразделяются
на виды, указанные в табл. 1.3.
Характеристика жесткости определяется по результатам испы­
таний материалов на сжимаемость (ГОСТ 17177):
• мягкие материалы (М) деформации:
8 = у 100 > 30 % при Р = 0,002 МПа.
Т а б л и ц а 1.1. Группы и марки теплоизоляционных
материалов
Наименование групп
материалов
Обозначение
Марки по плотности,
кг/м3
онп
Особо низкой плотности*
15; 25; 35; 50; 75
нп
Низкой плотности
100; 125; 150; 175
СП
Средней плотности
200; 225; 250; 300; 350
Пл
Плотные
400**; 450; 500
* Марку теплоизоляционных изделий устанавливают по плотности.
** Материалы плотностью свыше 400 кг/м3 допускается применять только
при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Т а б л и ц а 1.2. Классы теплоизоляционных материалов
по теплопроводности
Обозначе­
ние классов
Наименование классов
по теплопроводности
А
Теплопроводность,
Вт/(м -К) при 298 К
Низкой теплопроводности
До 0,06
(Ш
Б
Средней теплопроводности
Свыше 0,06 до 0,115
В
Повышенной теплопроводности
Свыше 0,115 до 0,175
Т а б л и ц а 1.3. Виды теплоизоляционных материалов
по жесткости
Обозна­
чение
Наименование видов
изделий
Величина относительного сжатия, %,
при удельной нагрузке, МПа
0,002
0,04
м
Мягкие
Свыше 30
п
Полужесткие
От 6
до 30
ж
Жесткие
До 6
пж
Повышенной жесткости *•—*
т
Твердые
—
—
—
0.1
—
—
-До 10
ШК ■
-----------
-До 10
ШяЖ
о
00
и
о
&
к
о
о
о
о
о
о
тГ
о
о
о
о
о
о
+
о
1.4. Технические характеристики основных теплоизоляционных материалов
Таблица
Ю
О
*
о
о
оо
»о
о
сч
сч
ю
«ч
ь
п
5
и
о
ж
чо
о•»
о
*
04
о
сч
а
>
а>
ха>
<и
X
<ь>
2
оч
Т
|-
г-
Ог*
О
<
и
0)
я
<и
сч
*Л1
о
ос
о
о•*
о
О
т
о
о
о
о
10
сч
(N1
»п
сч
о
о
»п
г-
го
0н3
Л
со
5
а
О
)
н
се XЛ
2
л
Он
о
X
5
«
3
=
к
о
о
ос
гм
оог
1
П
о
»о
сч
»п
а>
2
н
2 2
0
X
5
2
со
5
1
о
с
%
я
2*
зН С_
яС Й
Ё
(Я
л
С
со
о
С
П
ос
о
о
о
ос
о
о
о
1/~>
о
О
о
*
п
•
90
о
*
/
"
>
^
■
н
о
о
о
о
#
1И
•
а
в
»
• 1 •
о
о
о
о
гч
гч
СП
с
СП
чо
«п
С1
04
о•*>
о
со
о
и
н
О
и
н
о
5
2
н
Я
С
«г>
ос
о
о
ш
X
он
0
ю
О
со
о
о
со
с
е
г
«г
*
м
Л
н
се
аа>
х
2
о
г-
о
о
00
о
о
0>
С
П
СП
о
о
сп
X
X
►
о
н
5
5
с
<□
3
Й
н
о
а>
сч
оо
о
о
А
н
к
•
о
**
г-
ш
ф
О
!
о
тГ
о
>Х
ш
н
А
со
сч
€■
о
о
га.
о
г
о
о
о.
и
о
оо
см•**
о
ос
о
о
о
щ*ч
к
и
00
сп
сп
сЗ
Е
2
С
о
о
о
00
л
о
о
о
о
о
о
*
о
о
чоI
о
о
40
о
о
"
Э
-
о
н
о
о
X
и
С
X
он
<и
Ю
О
го
X
О
н
ю
о
X
о
с
1
о,
55
н
о
5
§
с
К мягким материалам относятся маты, полосы и другие гибкие
изделия, применяемые для изоляции криволинейных элементов
и ненагружаемых горизонтальных поверхностей;
• полужесткие (П) 30 > е > 6 % при Р = 0,002 МПа. Это плиты
для горизонтального использования без нагрузки;
• жесткие (Ж) е < 10% при Р = 0,04 МПа. Предназначены для
трехслойных железобетонных панелей, сэндвич-панелей, навес­
ных фасадов;
• плиты повышенной жесткости (ПЖ) с < 10% при Р - 0,04...
0,1 МПа. Применяются при устройстве навесных фасадов, пло­
ской эксплуатируемой кровли.
По в о з г о р а е м о с т и материалы и изделия подразделяются:
• на несгораемые;
• трудносгораемые — некоторые минераловатные плиты, ас­
фальтобетоны;
• сгораемые;
/
~
• негорючие (НГ) — бетоны, ячеистые, стекло, керамика, ми­
неральная стеклянная вата;
• горючие — большинство пенопластов, изделия на основе
древесины.
По х а р а к т е р у п р и м е н е н и я материалы и изделия под­
разделяются на предназначенные:
• для строительной изоляции;
• монтажной изоляции: для холодных поверхностей, зданий;
горячих поверхностей тепловых установок и трубопроводов; хо­
лодильных установок.
Технические характеристики наиболее распространенных те­
плоизоляционных материалов приведены в табл. 1.4.
1.2. Основные свойства теплоизоляционных
материалов
Ф ункциональные свойства теплоизоляционны х м ате­
риалов. К функциональным свойствам, определяющим эф ­
фективность и основные направления применения теплоизо­
ляционных материалов, относятся теплопроводность и пори­
стость [6].
Теплопроводность — способность материала проводить через
свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разно­
сти температур на поверхностях, ограничивающих материал. Те­
плопроводностью теплота передается в обычных условиях, кон­
векцией — при движении воздуха, излучением от нагретых тел
(при обычных условиях минимально):
Iдк
где С? — количество теплоты, кДж; X — коэффициент теплопро­
водности, Вт/(м •К); Р — площадь, через которое проходит тепло­
та, м2; т — время, ч; (/1 - /2) — разность температур на горячей
и холодной сторонах материала, °С; 5 — толщина стены, м.
Теплопроводность учитывается при расчете ограждающих кон­
струкций для обеспечения:
• тепловой изоляции зданий и сооружений;
• тепловой защиты поверхностей тепловых агрегатов и трубо­
проводов;
• термостойкости огнеупорных материалов и специальных со­
ставов;
• хладоизоляции.
Теплопроводность оценивают коэффициентом теплопрово­
дности X, который равен количеству теплоты, проходящей через
стену из материала толщиной в 1 м и площадью 1 м2 в течение
1 ч при разности температур на противоположных поверхностях
в 1 градус Цельсия.
Единицы измерения X— Вт/(м •К) или ккалДм •ч •°С): 1 Вт/(м •К) =
= 1,163 ккалДм-ч-°С).
Теплопроводность является физическим свойством материа­
лов, связанным с переносом в них тепловой энергии за счет взаи­
модействия атомов, ионов, электронов, молекул.
Перенос тепловой энергии осуществляется непосредственно
от частиц, обладающих большей энергией, к частицам с меньшей
энергией и приводит к выравниванию температуры тела. Взаи­
модействие частиц происходит в результате непосредственного их
столкновения, при перемещении или колебании.
Величина коэффициента теплопроводности Xзависит от цело­
го ряда факторов:
• состава и внутреннего строения материала;
• пористости;
• влажности и температуры материала.
Влияния состава и внутреннего строения материала. Меха­
низм переноса тепловой энергии в веществах, находящихся в раз­
личных агрегатных состояниях, неодинаков. В газах и жидкостях
он осуществляется хаотически движущимися молекулами, обра­
зующими однородную среду, в твердых телах — за счет взаимо­
действия соседних атомов решетки. Однако внутри каждого вида
агрегатного состояния имеют место свои особенности переноса
энергии, которые, в свою очередь, зависят от структуры и свойств
конкретного вещества.
В г а з а х с повышением температуры наблюдается повышение
теплопроводности. Это связано с тем, что вязкость газов и удель-
ная теплоемкость увеличиваются с повышением температуры,
а между этими параметрами газов и теплопроводностью существу­
ет зависимость: чем большее число атомов составляет молекулу
газа, тем значительнее увеличение теплопроводности.
В ж и д к о с т я х межмолекулярное расстояние еще меньше,
чем в реальных газах. Плотность жидкости высока, а молекулы,
хотя и подвижны, не так хаотичны, как в газах, и перенос тепло­
вой энергии осуществляется практически между слоями жидко­
сти. Химический состав жидкости влияет на теплопроводность
через изменение температуры кипения. Теплопроводность жид­
кости тем больше, чем выше ее удельная теплоемкость. При по­
вышении температуры расстояние между молекулами в жидко­
стях увеличивается, плотность их уменьшается, теплопроводность
пацает. Исключение составляют вода, тяжелая вода и глицерин.
Чем ниже температура кипения жидкости (при нормальном дав­
лении), зависящая от химического состава, тем быстрее умень­
шается теплопроводность с ростом температуры. Для различных
жидкостей изменение теплопроводности колеблется в пределах
0,1... 0,25 % на градус.
В т в е р д ы х т е л а х перенос тепловой энергии осуществля­
ется с помощью двух основных механизмов: механизма взаи­
модействия между тепловыми упругими колебаниями решет­
ки; механизма за счет движения электронов и столкновения их
с атомами.
В неорганических, неметаллических, тугоплавких материа­
лах (керамика, природные каменные материалы, бетоны и др.)
число свободных электронов, которые могли бы двигаться через
кристаллическую решетку и осуществлять перенос энергии, не­
достаточно, и теплота в основном передается за счет колебаний
кристаллической решетки.
Величина теплопроводности зависит от характера колебаний
решетки. При гармонических колебаниях сопротивление переносу
энергии отсутствует, и теплопроводность может достигать боль­
ших значений. Однако в реальных кристаллах колебания имеют
ангармонический характер, который способствует частичному
затуханию упругих тепловых колебаний и значительному сниже­
нию теплопроводности. Теплопроводность кристаллических тел
можно понизить путем увеличения дефектов в их структуре или
рекристаллизацией с уменьшением размера кристаллов и сниже­
нием их доли в материале. В теории теплопроводности предпола­
гается, что колебания нормального вида квантуются и по анало­
гии с фотонами в теории света эти кванты называют фононами,
а механизм переноса тепловой энергии — фононной теплопро­
водностью. Тела с некристаллическим строением имеют очень
низкую среднюю длину свободного пробега фононов, которая
находится в пределах межатомного расстояния. Этим в основном
объясняется низкая теплопроводность стекол и других аморфных
тел и ее слабая зависимость от температуры.
В металлах перенос тепловой энергии в основном определяется
движением и взаимодействием электронов.
Природные и синтетические полимеры ввиду особого строения
макромолекул обладают самой низкой теплопроводностью из твер­
дых веществ и соединений, потому что такие легкие элементы, как
С, О, Н и другие, образуют ковалентную связь, и можно предпо­
ложить высокую теплопроводность их молекул. Однако из-за сла­
бости и неоднородности молекулярных связей рассеяние фононов
оказывается значительным, а теплопроводность низкой.
В зависимости от агрегатного состояния веществ и особен­
ностей переноса ими тепловой энергии условный ряд тел по ве­
личине их теплопроводности (по мере возрастания) может иметь
следующий вид:
газы < полимеры < жидкости < стекла < кристаллы < металлы.
Теплопроводность является векторной величиной, ее суммар­
ное значение для гетерогенных систем зависит не только от коли­
чественного соотношения фаз, но и от их взаимного расположе­
ния, характера пограничного слоя, степени непрерывности фаз,
что необходимо учитывать при соответствующих расчетах. Так,
у волокнистых и слоистых' материалов теплопроводность зависит
от направления теплового потока: параллельно или перпендику­
лярно направлению волокон или слоев. Например, у древесины
сосны вдоль волокон Л.ц — 0,35 Вт/(м-К); поперек волокон А.х —
0,17 Вт/(м-К).
Влияние пористости на теплопроводность. Поскольку те­
плоизоляционные материалы являются пористыми гетерогенны­
ми телами, их общая теплопроводность определяется теплопро­
водностями твердых и газовых фаз: А, =
+ Х.т .
При передаче теплоты тепловой поток проходит через твердый
каркас и воздушные ячейки пористого материала. Теплопрово­
дность воздуха в неподвижном состоянии (А. * 0,023 Вт/(м •К))
меньше, чем теплопроводность твердого вещества, из которого
состоит каркас строительного материала: чем выше пористость,
тем ниже коэффициент теплопроводности.
Теплота через воздушный слой передается с помощью тепло­
вого движения молекул, конвекцией и излучением.
Конвективный теплообмен увеличивается по мере роста раз­
меров пор и воздушных прослоек, связывающих эти поры. На лу­
чистый теплообмен решающее влияние оказывает температура
эксплуатации: чем выше 1, тем выше влияние лучистого тепло­
обмена и тем выше X.
Для теплоизоляционных материалов предпочтительно мелко­
пористое строение с замкнутыми порами — это затрудняет тепло­
передачу конвекцией.
Для снижения теплопроводности необходимо по направлению
передачи теплоты создать препятствие, т.е. усложнить процесс.
Теплопроводность определяют физическим методом с помо­
щью точной аппаратуры по ГОСТ 7076, графическим методом
и по эмпирическим формулам.
Коэффициент теплопроводности большинства теплоизо­
ляционных материалов можно примерно рассчитать по формуле
В. П. Некрасова:
Х = 1,16^0,0196+0,П ( 1 г
-0,16,
(1.2)
где А — относительная плотность материала по отношению
к плотности воды, й = р / р н20 Коэффициент теплопроводности минераловатных изделий рас­
считывают по эмпирической формуле:
X = 1,163 •(0,03 + 0,00007р).
(1.3)
Для примерной оценки показателей коэффициента тепло­
проводности пенопластов можно воспользоваться эксперимен­
тальными зависимостями. Так, коэффициент теплопроводности
пенопластов с закрытой пористостью (жесткий пенополиуретан,
экструзионный пеноплистирол и др.) можно рассчитать:
= 0,026 + 0,00008р,
(1.4)
где р — плотность пенопласта, кг/м3.
Коэффициент теплопроводности пенопластов с открытой по­
ристостью (карбамидный пенопласт, эластичный пенополиуретан)
можно рассчитать по следующей формуле:
Х0 = 1,16
(0,026 + 0,00036р),
(1.5)
При расчете X для пенопластов со смешанной пористостью
(беспрессовый пенополистирол, фенольный пенопласт) можно
принять [10]:
^-см = 0,5(А-з + Х0).
(1-6)
Влияние влажности на теплопроводность материалов.
Теплопроводность пористых материалов резко возрастает при
увлажнении и особенно замерзании воды в порах материала, так
как Хвош = 0,023; Я.воды = 0,55, что в 25 раз выше, чем у воздуха;
Я . = 2,3 Вт/(м •К) в 100 раз выше, чем у воздуха.
В определенных пределах теплопроводность повышается прямо
пропорционально возрастанию объемной влажности. Коэффици­
ент теплопроводности влажных материалов:
(1.7)
где Х^, Хс — теплопроводность влажного и сухого материа­
ла, Вт/(м- К); \У0 — объемная влажность материала, %; 8 —
приращение теплопроводности на 1 % объемной влажности,
8 = 0,002 Вт/(м •К) — для неорганических материалов при поло­
жительной температуре, 8 = 0,003 Вт/(м •°С) —для органических,
8 = 0,004 Вт/(м •К) — при отрицательной температуре.
Для снижения теплопроводности необходимо уменьшить раз­
мер пор; верхняя граница радиуса пор г < 1 мм. Если размер пор
увеличить в 2 —3 раза, то за счет конвекции X воздуха в таких
порах будет выше, следовательно, увеличится коэффициент те­
плопроводности материала. Нежелательно применять теплоизо­
ляционные материалы со значительным количеством микропор,
так как в них происходит сорбция влаги из воздуха за счет гигро­
скопичности. Оптимальный размер пор для теплоизоляционных
материалов находится в интервале 20... 50 мкм < г < 1 мм.
Влияние температурных воздействий на теплопрово­
дность. Установлено, что повышение температуры приводит
к линейному возрастанию коэффициента теплопроводности X.
Для пересчета значений теплопроводности, полученных при “С,
на значения их при других температурах служит эмпирическая
формула:
\ ц г — А,с + 5 IV „
-Х, = М 1 + Р'),
(1.8)
где Х„ Х0 — теплопроводность материала соответственно при
температуре / и 0°С, Вт/(м •К); р — коэффициент, показываю­
щий приращение теплопроводности на 1 °С повышения темпе­
ратуры.
Для неорганических материалов (3 = 0,002 при положительной
температуре и р = 0,004 при отрицательной; для органических
материалов соответственно р = 0,003 и р = 0,004.
Пористость — один из важнейших показателей теплоизо­
ляционных материалов, степень заполнения естественно объема
изделия Уе порами У„, %:
П = (Кп/Ке)100.
(1.9)
Определить пористость можно экспериментально-расчетным
методом, %:
п = (1 -
^ ( 1.Й)
*
и
где рист — истинная плотность м а т е р и а л а , ^ / м . 1|Н |р |Н Ц |
Для получения эффективных пгепЯййзоЙяц]ф нн ь&к мате*риалов необходимо, чтобы пористсот&была Максимальна, т. е»
ы
П -> 100%.
Пористость подразделяется на открытую и закрытую:
П = П0 + П3.
Открытая пористость П0 определяется по величине объемного
водопоглощения, %:
П |
ЮО,
(1.11)
^еРн20
где тс и т в — масса соответственно в сухом и насыщенном водой
состоянии; Уе — объем материала; рНг0 — плотность воды.
Строительно-эксплуатационные свойства теплоизоляци­
онных материалов. П л о т н о с т ь р, кг/м3, теплоизоляционных
материалов определяют в соответствии со стандартной методикой
(ГОСТ 17177) и вычисляют по формуле
(
1
1
2
)
где т{ — масса изделия (образца), кг; И^0 — влажность изделия
(образца), %; Уе — объем, м3.
К физико-механическим свойствам относятся:
• прочность при сжатии, изгибе, растяжении. Для теплоизо­
ляционных материалов прочность — это условие сохранения
целостности структуры и формы. Обычно прочность ЯсЖне пре­
вышает 0,5 ...0,7 МПа и может колебаться для различных те­
плоизоляционных материалов от 0,03 до 1,5 ...2,5 МПа. Макси­
мальная прочность при сжатии характерна для ячеистого стекла,
при плотности р = 170.„300 кг/м3 /?<.* = 1,5...2,5...5,0 МПа; для
легких бетонов (газобетон) — 1,0... 1,5 МПа; минимальная проч­
ность у беспрессовых пенопластов (фенольный, карбамидный) —
0,03 ...0,05 МПа.
Прочность при изгибе Яизг обычно определяют для волокнистых
материалов (минераловатные, древесно-волокнистые плиты);
• сжимаемость (деформативность). Немаловажной для тепло­
изоляционных материалов является характеристика сжимаемости,
определяющая направление применения изделий: мягкие — для
ненагружаемых горизонтальных поверхностей, полужесткие — для
вертикальных поверхностей, жесткие — для трехслойных плит,
плиты повышенной жесткости — для плоской несущей кровли.
Одним из важнейших свойств теплоизоляционных строитель­
ных материалов является способность противостоять действию
влаги — о т н о ш е н и е к д е й с т в и ю в оды. Отношение мате­
риалов к действию влаги определяется такими показателями, как
водостойкость, водопоглощение, капиллярный подсос, гигроско­
пичность и паропроницаемость (паронепроницаемость). Обычно
между этими свойствами имеется определенная связь.
Водостойкость — способность материала сохранять прочность
в насыщенном водой состоянии. Оценивается по коэффициенту
размягчения А"раэм, определяемому по формуле (или по проценту
снижения прочности, т.е. его обратной величине):
К.разм
(1.13)
Для водостойких материалов Кразм > 0,8, т.е. такие материалы
могут потерять не более 20 % прочности. Это минеральная вата,
бетоны, ячеистое стекло, керамика, пенопласты. Арболит, ДВП,
торфоплиты, фибролит содержат древесный наполнитель, кото­
рый набухает, изделия могут деформироваться, Кразм = 0,4...0,5,
т.е. прочность теряется до 60 %.
Водопоглощение характеризуется количеством воды, которое
поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в ней,
отнесенным к массе сухого материала (водопоглощение по мас­
се 1Ут), к объему материала в сухом состоянии (водопоглощение
по объему И^у), иногда к единице площади 51(кг/м2):
(1.14)
(1.15)
(1.16)
ще тв — масса материала в водонасыщенном состоянии, кг; тс —
масса материала в сухом состоянии, кг; Уе — объем материала
в сухом состоянии, м3; рНг0 — плотность воды, кг/м3.
Соотношение между водопоглощением по массе и по объему:
Ре = 1Гу/1Ут.
При пористости теплоизоляционных материалов П = 80... 98 %
Ц^т может быть более 100 % и для материалов с открытыми по­
рами доходить до 800 %.
Капиллярный подсос — это одностороннее увлажнение мате­
риала, коща происходит подъем и продвижение влаги по тонким
капиллярам за счет действия капиллярных сил. Это явление необ­
ходимо учитывать для материалов цокольной части и фундаментов
зданий, когда подъем влаги идет из фунта; для конструкций стен,
коща капиллярный подсос происходит в наружной части ограждаю­
щей конструкции при длительном увлажнении, например дожде.
Гидроскопичность (сорбционное увлажнение) —способность по­
глощать водяной пар из влажного воздуха. По строительным нормам
СНиП 23-02-2003 приняты следующие режимы при /= 12...24°С: су­
хой — при относительной влажности воздуха <р< 50%, нормальный —
Ф= 50...60%, влажный — ср = 60...75% и мокрый — ф ^ 75%.
Гигроскопичность может колебаться в значительных пределах
и зависеть от характера, размера пор, влажности среды. Мини­
мальные значения гигроскопичности характерны для материалов
с закрытыми порами средних размеров, %:
т ВЛ т
(1.17)
100,
сорб
тс
где тс и тт — масса соответственно сухого и влажного образца
после выдерживания над водой, кг.
Паропроницаемость — способность материала пропускать во­
дяные пары, содержащиеся в воздухе, под действием разности их
парциальных давлений на противоположных поверхностях мате­
риала. Известно, что влага, проникая в слой материала огражде­
ния с теплой стороны, увлажняет его, а при снижении температу­
ры ниже нуля — замерзает, что приводит к разрушению. Качество
пароизоляционных материалов характеризуется сопротивлением
паропроницанию Я, м2 ч - Па/мг, — величиной, численно равной
разности парциального давления водяного пара, Па, у противо­
положных сторон изделия, при которой через площадь, равную
1 м2, за 1 ч проходит 1 мг водяного пара при равенстве темпера­
туры воздуха у противоположных сторон.
Паропроницаемость материала м., мгДм ч -Па) ([кгДм с -Па)]), —
величина, численно равная количеству водяного пара, мг, которое
проходит за 1 ч через слой материала площадью 1 м2 и толщиной
1 м при условии, что температура воздуха у противоположных
сторон слоя одинакова, а разность парциального давления водя­
ного пара равняется 1 Па:
(1.18)
где Р — количество водяного пара, прошедшего через образец,
мг; б и — соответственно толщина, м, и площадь образца, м2;
Рв и Рн — парциальное давление водяных паров соответственно
на внутренней и наружной сторонах образца, Па; т — продолжи­
тельность испытания, с.
Значение р необходимо учитывать при проектировании те­
плоизоляции ограждающих конструкций, поскольку паронепро­
ницаемые материалы вызывают значительное сопротивление
диффузии водяных паров, что требует дополнительного конди­
ционирования помещений.
Группа показателей — о т н о ш е н и е к д е й с т в и ю
т е м п е р а т у р — характеризует способность теплоизоляционных
материалов сохранять свои свойства при нагревании в свободном
состоянии и под нагрузкой, под действием высоких температур,
открытого пламени.
Важнейшей теплофизической характеристикой материалов являет­
ся теплоемкость. Теплоемкость —способность материалов потощать
(аккумулировать) теплоту при нагревании. Теплоемкость оценивает­
ся величиной удельной теплоемкости С, равной количеству теплоты,
которое необходимо для нагревания 1 кг материала на 1°С:
С= 0/т(12- 1{),
(1.19)
где С — удельная теплоемкость, Дж/(кг •К) (Дж/(кг -°С)); 0 — ко­
личество теплоты, Дж (кДж); т — масса материала, кг; (72 - /,) —
разность, температур, К (°С).
Удельная теплоемкость материала зависит от его природы и в не­
значительной степени от пористости. Органические материалы
имеют значительно большую С, чем минеральные, кДж/(кг °С):
Древесно-волокнистые плиты, древесина...........................2,4...2,7
Пенопласта, битумные материалы......................................1,09...2,3
Бетоны, растворы, минеральная вата...................... ...........0,75 ...0,9
Металлы и стекло........................................................... .................. 0,48
Чем выше теплоемкость материала, тем больше теплоты он
аккумулирует при повышении температуры окружающей среды
(дольше нагревается) и тем больше выделяется теплоты при сни­
жении температуры окружающей среды, тем самым поддержива­
ется температурный режим в помещении. Так, в деревянных домах
тепло зимой и прохладно летом. Показатели теплоемкости разных
материалов нужны для расчета теплоустойчивости ограждающих
конструкций, при выборе высокотемпературной теплоизоляции.
Термостойкость — способность выдерживать циклическое
изменение температур (нагрев и охлаждение). Термостойкость
оценивают значением температуры, при нагревании до которой
и последующем резком охлаждении материал не растрескивается.
Термостойкость материала зависит от степени его однородности
и от способности каждого компонента к тепловым расширениям.
Для оценки термостойкости определяют температурные деформа­
ции — изменение линейных размеров при изменении его темпера­
туры. Обычно при повышении температуры размеры и объем уве­
личиваются, при снижении температуры размеры и объем умень­
шаются. При сезонном перепаде температуры окружающей среды
и материала на 50 °С относительная температурная деформация
достигает 0,5... 1,0 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения
большой протяженности разрезают деформационными швами:
4
/, = /0(1 + а ,Г ),
(1.20)
где /„ /0 — длина образца из данного материала соответственно
при температуре / и 0 °С; а, — коэффициент линейного темпера­
турного расширения, "С-1; Т — температура, “С.
Коэффициент линейного температурного расширения а, ха­
рактеризует способность материала к температурным деформа­
циям — изменение длины при увеличении температуры на 1 °С.
Это физическая характеристика материала, определяемая путем
испытаний:
1
А/
/I л!*Ц
а,
(1.21)
I АТ
где / и Д/ — начальная длина и абсолютная деформация соответ­
ственно, мм; АТ — разность температур при испытании, °С.
Примерные значения коэффициента а„ ‘С-1,
для некоторых материалов
Бетон и сталь......... !............................................................ (10... 12)-КГ6
Гранит......................................................................................(8... 10) - 10-6
Древесина................................................................................. (3... 5) • 10~*
Полимеры............................................................................(25... 120)-10-6
Чем ниже а„ тем выше термостойкость, т.е. тем больший пере­
пад температур и большее количество циклов испытаний способен
выдержать материал. Недостаточная термостойкость материала
может служить причиной его разрушения при тушении пожаров
(стекло, бетон). Значение а, необходимо учитывать при выборе
многослойных ограждающих конструкций, легких сэндвич-пане­
лей с теплоизоляционным слоем. При создании композиционных
материалов необходимо, чтобы а, составляющих были близки.
Показателем температуроустойчивости (температуры приме­
нения) служит область рабочих температур, при которых материал
сохраняет эксплуатационные свойства. Для оценки температуро­
устойчивости определяют величину линейной усадочной деформа­
ции при конкретной температуре, которая не должна превышать 1 %
за 24 ч в ненагруженном состоянии, или 4 % под нагрузкой, %:
е=^ Ю 0 ,
(1.22)
'о
где /0 — первоначальная длина образца, м; / — длина образца по­
сле выдержки при заданной температуре, м.
Для стекла, стеклянной ваты температура термоустойчивости
(применения) Тпрки » 400 °С, так как при более высоких темпера­
турах начинается кристаллизация стекла, ломкость, деформация
Для
прим ь 1 Ш) и , потому
:тся удаление влаги,
материалы
Огнеупорность — способность материала выдерживать дли
[ьные воздействия высоких температур без разрушения и де
рмаций (без плавления).
Материалы по огнеупорности подразделяются:
• на легкоплавкие — температура плавления ниже I 350 *С;
• тугоплавкие — температура плавления 1350... I 580*С;
• огнеупорные — температура плавления свыше 1580 *С;
• высшей огнеупорности — температура плавления свыше
2 ООО“С. „
Огнеупорность зависит от химического состава материалов
(Ре2Оэ, Иа20 — снижают огнеупорность, А120 3, 5Ю2 — повыша­
ют огнеупорность). Огнеупорность оценивается для специаль­
ных материалов, эксплуатируемых при высоких температурах:
конструкции тепловых агрегатов, дымовых труб, материалов для
внутренней футеровки промышленных печей. Кроме того, ог­
неупорность оценивают для сырьевых материалов в обжиговых
технологиях производства (для назначения температуры обжига,
плавления).
Пожарная опасность строительных материалов, в том числе
теплоизоляционных, по СНиП 21-01-97* основывается на их раз­
делении по свойствам, способствующим возникновению опасных
факторов пожара и его развитию. Пожарная опасность строитель­
ных материалов определяется следующими пожарно-технически­
ми характеристиками: горючесть, воспламеняемость, распростра­
нение пламени по поверхности, дымообразующая способность
и токсичность.
Строительные материалы подразделяются на негорючие
(НГ) и горючие (Г). Негорючие материалы под воздействи­
ем огня и высокой температуры не горят, не воспламеняются
и не тлеют. Это неорганические материалы: ячеистые бетоны,
пенокерамика, минеральная вата, пеностекло, перлит и другие
материалы.
Не все негорючие материалы можно считать огнестойкими.
Некоторые несгораемые материалы при пожаре растрескивают­
ся. Это явление характерно для гранита, содержащего минерал
кварц, в котором при температуре 575 °С происходят полиморф­
ные превращения с увеличением в объеме. Стекло при темпера­
туре свыше 600 °С деформируется. Поэтому ограждающие кон­
струкции из подобных материалов нередко приходится защищать
огнестойкими экранами.
Горючие строительные материалы, в том числе теплоизоля­
ционные, подразделяются по ГОСТ 30244 на четыре группы: Г1
(слабогорючие); Г2 (умеренногорючие); ГЗ (нормальногорючие);
Г4 (сильногорючие).
Горючие строительные материалы по воспламеняемости под­
разделяются на три группы по ГОСТ 30402: В1 (трудновоспламеняемые); В2 (умеренновоспламеняемые); ВЗ (легковоспламеняемые).
Характеристику горючих материалов по распространению
пламени устанавливают для поверхностных слоев кровли и по­
лов, в том числе ковровых покрытий, и подразделяют по ГОСТ
30444 на четыре группы: РП 1 (нераспространяющие); РП2 (слабораспространяющие); РПЗ (умереннораспространяющие); РП4
(сильнораспространяющие).
Горючие строительные материалы по дымообразующей спо­
собности подразделяются на три группы по ГОСТ 12.1.044: Д1
(с малой дымообразующей способностью); Д2 (с умеренной ды­
мообразующей способностью); ДЗ (с высокой дымообразующей
способностью)I
Горючие строительные материалы по токсичности продуктов
горения подразделяются на четыре группы по ГОСТ 12.1.044: Т1
(малоопасные); Т2 (умеренноопасные); ТЗ (высокоопасные); Т4
(чрезвычайно опасные).
Для строительных конструкций устанавливается предел огне­
стойкости, мин, по времени наступления одного или несколь­
ких, нормируемых для данной конструкции, признаков предель­
ных состояний: потери несущей способности; потери целостно­
сти; потери теплоизолирующей способности. Так, для металличе­
ских конструкций это время составляет 0,5 ч, железобетонных —
1 ...2 ч, бетонных — 2...5 ч.
Одним из главных показателей для теплоизоляционных мате­
риалов является долговечность. Под долговечностью понимает­
ся как срок службы материала без потери им эксплуатационных
показателей, определяется комплексным сочетанием следующих
свойств:
• водостойкость — способность материала сохранять в водо­
насыщенном состоянии физико-механические свойства;
• термостойкость — способность материала сохранять техни­
ческие свойства при нагревании до определенной температуры
или при циклическом действии температур (нагрев —охлажде­
ние);
• морозостойкость — способность выдерживать в водонасы­
щенном состоянии циклическое замораживание и оттаивание без
признаков разрушения и без снижения прочности. Количество
циклов и регламентируемые показатели устанавливаются норма­
тивно-технической документацией на конкретный материал;
• атмосферостойкость — способность материала сопротивлять­
ся агрессивному действию внешней среды, сохранять без измене­
ния внешний вид и механические характеристики;
• биологическая стойкость — способность материалов сопро­
тивляться биологическим воздействиям, которые связаны с по­
ражением грибами, насекомыми, прорастанием растений, воз­
действием органогенных агрессивных сред.
Таким образом, долговечность — это комплексный показатель
свойств теплоизоляционных материалов, который определяется
после длительных циклических воздействий и позволяет делать
прогнозные оценки по длительному бездефектному использова­
нию материала.
Оптимальная структура теплоизоляционных материалов.
При получении оптимальной структуры теплоизоляционных ма­
териалов стремятся получить материал с максимальным объемом
мелких замкнутых равномерно распределенных пор (9).
Структура пористости теплоизоляционных я ч е и с т ы х мате­
риалов определяется объемом, размером, расположением, формой
пор, толщиной и пористостью межпоровых перегородок. При
идеальной сферической форме пор, их одинаковом размере, пра­
вильной кубической упаковке максимальный объем пористости
достигает 52,5%, при гексагональном расположении пор » 74%.
Увеличения пористости можно достичь за счет сочетания пор раз­
ного размера с максимально плотной их упаковкой, т.е. созданием
полидисперсной структуры. Дальнейшее повышение пористости
возможно только при деформировании самих пор в многогран­
ники, при минимальной толщине межпоровых перегородок, т.е.
за счет получения сотовой поровой структуры.
Для ячеистых теплоизоляционных материалов и изделий идеаль­
ным является замкнутый характер пор. При этом внутренняя поверх­
ность пор должна быть плотной и гладкой, так как это повышает
прочностные характеристики материалов. В реальных материалах
характерно наличие дефектов ячеистой структуры, нарушающих зам­
кнутость пор: трещины в перегородках, разветвленные микропоры,
что повышает гигроскопичность и водопоглощение материала.
Таким образом, оптимальная пористость ячеистого материала
замкнутая, деформированная в многогранники, с максимально
тонкими и плотными межпоровыми перегородками. В этом случае
пористость ячеистого материала может достигать * 98 %.
Пористость теплоизоляционных в о л о к н и с т ы х материа­
лов складывается из межволокнистой пористости и пористости
самих волокон. Большинство волокнистых теплоизоляционных
материалов получают из волокон, пористость которых практиче­
ски равна нулю (минеральные). Поры в материалах с волокни­
стой структурой имеют неопределенную форму и представляют
собой сообщающуюся систему воздушных полостей, в которой
замкнутые поры отсутствуют.
Теплопроводность волокнистых материалов во многом за­
висит от размера межволокнистой пористости, определяющей
вклад конвективного теплообмена. Уменьшение размеров пор
достигается снижением диаметра волокон, поскольку чем тоньше
волокно, тем больше число волокон в единице объема материа-
ла и тем ниже конвективный теплообмен. Чем тоньше волокно,
тем меньше площадь контакта между волокнами и тем больше
этих контактов, что повышает сопротивление материала передаче
теплоты. Поэтому для повышения теплоизоляционных свойств
волокнистых материалов необходимо стремиться к уменьше­
нию диаметра волокон. Уменьшение диаметра волокон приводит
к повышению их прочности при разрыве. Это объясняется по­
вышенной хрупкостью толстых волокон, что определяет потерю
прочности толстыми волокнами при эксплуатации. Волокнистые
теплоизоляционные материалы, изготовленные из более тонких
волокон, обладают лучшими теплофизическими и строительными
свойствами, в том числе меньшей средней плотностью, большей
упругостью, более высокой прочностью при изгибе.
Таким образом, для получения оптимальной структуры во­
локнистых теплоизоляционных материалов необходимо получать
прочные и упругие волокна круглого равномерного сечения с ми­
нимальным диаметром и гладкой поверхностью.
Пористость з е р н и с т ы х т е п л о и з о л я ц и о н н ы х мате­
риалов и изделий складывается из межзерновой и внутризерновой
пористости. Известно, что максимальная межзерновая пустотность может достигать 45 ...48 %. Для эффективных зернистых
теплоизоляционных материалов соотношение между двумя ви­
дами пористости должно быть примерно равным. Внутризерновая пористость в большинстве случаев характеризуется ячеистой
структурой. Она может быть закрытой (керамзит) и открытой
(перлит). У зернистых материалов с закрытой пористостью поры
распределены неравномерно по объему зерна. Наибольший объем
пор и наибольший их размер характерны для центральной зоны,
наименьшие — для поверхностной зоны. Объем межзерновой пустотности зависит от гранулометрического состава и формы зерен
и не зависит от их размера. Чем однороднее по размерам зерна,
тем выше межзерновая пустотность.
Полифракционные зернистые материалы характеризуются
более плотной упаковкой и, следовательно, большей насыпной
плотностью. Межзерновая пустотность — величина непостоянная
и зависит от характера уплотнения, которое может иметь различ­
ную природу и осуществляться под действием внешней нагрузки,
давления лежащих выше слоев. В процессе эксплуатации при
механическом воздействии зерна в теплоизоляционной засыпке
уплотняются. Хрупкие зерна сминаются, пластичные деформи­
руются. В результате уплотнения межзерновая пустотность может
снизиться до 25... 33 %.
Таким образом, для получения оптимальной зернистой струк­
туры необходимо использовать зерна малого размера и однофрак­
ционного состава, с высокими прочностными свойствами.
1. Приведите основные признаки, по которым классифицируют тепло­
изоляционные материалы.
2. Приведите основные показатели, характеризующие свойства тепло­
изоляционных материалов.
3. Какие значения коэффициента теплопроводности характеризуют эффективность теплоизоляционных материалов? От чего зависит вели­
чина теплопроводности материала?
4. Как влияют влажность материала и температура изолируемой поверх­
ности на теплопроводность?
5. Какое влияние оказывает пористость на плотность и теплопрово­
дность теплоизоляционных материалов?
6. Какими показателями характеризуется способность материалов со­
противляться или изменяться под действием внешних нагрузок?
%
Глава 2
ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПОРИСТОЙ
СТРУКТУРЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Для получения высокопористого строения теплоизоляцион­
ных материалов применяют несколько основных способов [8].
Для получения материалов ячеистого строения (ячеистые бето­
ны пеностекло, пенопласты, пенокерамика) используют методы
газо- и пенообразования, выгорающие добавки, д ля волокнистой
структуры (торфо-, минераловатные плиты) — способы свойлачивания и высокого водозатворения, для теплоизоляционных
засыпок используют неплотную упаковку из сыпучих зернистых
материалов однородной формы.
Типы ст рукт ур
Ячеистая
Волокнистая
Зернистая
Комбинированная
Способы создания пористой структуры
Газообразование (при вспучивании происхо­
дит пенообразование, увеличение объема)
Удаление у порообразователя (объем посто­
янный)
Неплотная упаковка; омоноличивание
(контактное, объемное)
Комбинированный
2.1. Газообразование
Этот способ состоит во вспучивании исходной массы за счет
выделения пузырьков газа в объеме материала, находящегося
в пластично-вязком состоянии. Газообразователи обычно вводят
в исходную массу (алюминиевая пудра, порофоры, карбонаты
и т.д.), но их роль могут выполнять и содержащиеся в материа­
ле компоненты, например гидратная вода в перлитовой породе.
Объем пористости может достигать 98 %. Основные теплоизоля­
ционные материалы, получаемые этим способом: ячеистые бето­
ны, пенопласты, ячеистое стекло, ячеистая керамика, керамзит,
перлит, вермикулит.
Газообразование различается по химизму процесса, виду га­
зообразования, температуре.
По х и м и з м у процесса выделяют газообразование:
• в результате взаимодействия гаэообраэователя с компонен­
тами сырьевой смеси (например, реакция взаимодействия метал­
лической пудры с гидрооксидами или кислотами);
• без взаимодействия компонентов, в результате разложения
газообра ювателей под действием высоких температур.
Вилы газообразователей: перекись Н20 2, карбонаты (СаСОэ),
бикарбонаты (№ Н С 0 3), порофоры — сложные органические
соединения, при разложении которых выделяется газ.
По в и д у газообразователя бывают:
• специально вводимые вещества (алюминиевая пудра, поро­
форы, карбонаты);
• вещества, содержащиеся в самом материале, например гидратная вода, которая испаряется под действием высоких темпе­
ратур, карбонаты, вызывающие вспучивание при разложении.
По т е м п е р а т у р е газообразование бывает:
• низкотемпературное — / < 100 °С (алюминиевая пудра + ги­
дрооксид);
• высокотемпературное — { > 400... 1 000°С (для обжиговых
материалов: керамика, перлит, вермикулит).
Способ газообразования для минеральных материалов,
вспучивающихся при низких температурах, на примере га­
зобетона. Оптимальна мелкопористая структура, с закрытыми
порами.
Для получения материала с заданной плотностью (р * 300...
400 кг/м3) и прочностью необходимо соблюдать правила получе­
ния пористой структуры.
Свойства готового теплоизоляционного материала зависят
от реологических свойств смеси. Оптимальным является размер
пор: 50 мкм < гпор< 1 мм. Необходимо добиваться, чтобы образо­
вавшийся при вспучивании пузырек газа стабильно находился
внутри материала, не прорываясь на поверхность через жидкую
массу. Для этого необходимо использовать сырьевую массу с опре­
деленной вязкостью Т].
Если вязкость смеси будет мала, пузырек воздуха или газа про­
рвется к поверхности и лопнет, смесь может осесть. Если вязкость
будет больше оптимальной, смесь может не вспучиться, поры бу­
дут мелкие, неоптимального размера.
Вязкость сырьевой смеси можно регулировать:
• при изменении водотвердого отношения;
• искусственном увеличении текучести смеси, применяя ви­
брирование, временно снижая вязкость (свойство тиксотропии);
• помощи повышения температур или применения ускорителей
твердения (гипс, извести, химические добавки);
• использовании поверхностно-активных веществ, которые по­
зволяют уменьшить водотвердое отношение. При этом смесь приоб­
ретает необходимую пластичность, прочность достаточно высокая.
Способ газообразования для органических материалов
на примере пенопластов. Как известно, пластмассы различают
по отношению к действию температур:
• термопластичные, или термопласты, под воздействием темпе­
ратур размягчаются и затвердевают при охлаждении (полиэтилен,
полистирол, поливинилхлорид);
• термореактивные, или реактопласты, под воздействием тем­
ператур отвердевают (подвергаются сшивке), если температуру
увеличивать — будут разлагаться (эпоксидные, фенолоформальдегидные, мочевино-формальдегидные, полиуретановые).
Основным способом регулирования свойств композиций
т е р м о п л а с т о в является температура. С повышением темпе­
ратуры термопласты размягчаются, переходят из стеклообразного
в высокоэластичное, затем в вязкотекучее состояние. Таким об­
разом, для регулирования пористой структуры термопластичного
пенопласта необходимо путем изменения температуры добиваться
оптимального соотношения между процессом газообразования
и вязкости композиции.
Реологические свойства р е а к т о п л а с т о в зависят только
от концентрации компонентов. Если ввести больше порофора,
можно получить более легкий пенопласт.
Скорость отверждения композиции можно регулировать коли­
чеством отвердителя либо разбавляя смесь разбавителями.
Способ газообразования для высокотемпературных мате­
риалов (обжиговых). Для большинства обжиговых материалов
важным моментом является перевод их в пиропластическое со­
стояние (исключение — вермикулит). Таким способом получают
ячеистое стекло, перлит, керамзит, ячеистую керамику. Качество
пористой структуры обжиговых материалов зависит:
• от температуры (оптимизация процесса газообразования
при повышении температуры, процесс закрепления структуры
при остывании);
• химического состава композиции;
• дисперсности компонентов (влияет на реакционную способ­
ность).
щ |Я В З |М й
ни щ ш ш
2.2. Пенообразование
Пенообразование — это способ создания пористой структуры
за счет введения в состав материала искусственно созданной пены.
Для его реализации используют поверхностно-активные вещества
(ПАВ), способные снижать поверхностное натяжение на границе
раздела жидкая фаза —воздух, что обуславливает ценообразова­
ние. Синтетические пенообразователи — продукты нефтехими­
ческого синтеза, применяемые в строительстве моющие средства,
сульфанолы; природные пенообразователи — клееканифольный,
смолосапониновый и др.
Различают следующие варианты реализации способа цено­
образования:
• традиционный (смешение суспензии пенообразователя
и жидкой растворной части);
• аэрирование;
• сухая минерализация пены.
Традиционный способ пенообразования заключается во вве­
дении предварительно приготовленной пены в жидкотекучую
сырьевую массу. Ранее использовались такие пенообразователи
как смолосапониновый корень, гидролизная кровь. Современные
пенообразователи — это синтетические вещества (соли жирных
кислот или белковые вещества, пептины), которые позволяют по­
лучить более качественную пену.
Основными характеристиками пенообразователя являются
кратность вспенивания, устойчивость пены в условиях совмеще­
ния ее с основным веществом (минеральный раствор, шликер,
синтетические смолы).
При традиционном способе пенообразования обычно исполь­
зуется трехступенчатая схема: приготовление пены; приготовление
основной сырьевой композиции; смешивание компонентов. Для
реализации способа обычно используются лопастные смесители.
Полученная пенокомпозиция разливается в формы.
Современная технология пенообразования — эго непрерывный
процесс, при котором пена готовится в пеногенераторе и сме­
шивается с сырьевыми материалами в смесителях непрерывного
действия. Для получения пеноматериалов оптимальной структуры
необходимо регулировать подвижность композиции, применять
качественные пенообразователи, обеспечивающие стабильность
процесса.
Аэрирование — это способ пенообразования с применением
воздухововлекающих добавок. Обычно воздухововлекающие добав­
ки вводятся вместе с водой затворения. Концентрация составляет
0,03 ...0,3% от массы вяжущего или твердой части раствора, воздухововлечение может достигать 70 %. Процесс воздухововлечения
заключается в скоростном перемешивании массы, захвате воздуха
лопастями смесителя. Качество пористой структуры будет зависеть
от технологических факторов: типа смесителя, площади и строения
лопастей, угловой скорости вращения, дисперсности компонентов,
концентрации композиции, режимов перемешивания.
Самые распространенные воздухововлекающие добавки: смола
древесная омыленная (СДО), пожарный пенообразователь ПО-1,
поверхностно-активные вещества.
Сухая минерализация пены — это способ совмещения готовой
пены и сухих мелкодисперсных компонентов. Способ чаще всего
используется для получения минеральных теплоизоляционных
материалов, резольных пенопластов. Заключается в приготовле­
нии пены и совмещении ее с предварительно приготовленным
порошком сырья. Способ основан на налипании тонкомолотых
частиц на пузырьки пены, с последующим отсасыванием воды
из пены и затвердевании композиции.
Для создания устойчивой пеносистемы и совмещения с сухи­
ми компонентами необходимо тщательно подбирать тип пены.
Основной вид пенообразователей — гидрофобизирующие по­
верхностно-активные вещества.
2.3. Удаление парообразователя
Способ удаления порообразователя заключается в использо­
вании выгорающих добавок при высокотемпературном обжиге.
Другим вариантом способа является высокое водозатворение,
которое осуществляется при получении формовочных масс вве­
дением большого количества воды, испаряющейся при обжиге
или сушке с образованием воздушных пор.
Удаление порообразователей происходит при условии сохра­
нения постоянного объема сырьевой композиции и готового из­
делия.
В ы г о р а ю щ и е д о б а в к и применяются при высокотемпе­
ратурных режимах (I > 700 °С), чаще используются выгорающие
органические вещества (опилки, торф, лигнин, уголь, мазут).
Опилки могут придавать порам неравномерный щелевидный ха­
рактер. Торф, лигнин и другие сыпучие материалы используют
в виде округлых гранул. Для этого их предварительно окатывают
в тарельчатых грануляторах. В результате при выгорании гранул
образуются поры округлой формы. Для сохранения постоянства
объема и формы изделия необходимо, чтобы выгорающие добавки
содержали минимальное количество летучих веществ.
Способ в ы с о к о г о в о д о з а т в о р е н и я — это применение
в качестве порообразователя воды, т.е. ее испарение при сушке
с образованием пустот. Например, древесно-волокнистые плиты,
асбесто-известково-кремнеземистные изделия, минераловатные
плиты, полученные способом гидромасс.
Для осуществления способа необходимо, чтобы масса обла­
дала высокой водоудерживающей способностью до 350...400%
(древесные, асбестовые волокна, бентонитовые глины). Другое
условие качественной реализации способа: необходимо, чтобы
после удаления порообразователя масса сохраняла прочный кар­
кас, обладала необходимой твердостью.
2.4. Неплотная упаковка
Неплотная упаковка — это способ получения пористой струк­
туры за счет неплотного прилегания компонентов друг к другу.
Создание пористой структуры может быть за счет свойлачивания, механического закрепления, создания зернистой струк­
туры.
Способ с в о й л а ч и в а н и я заключается в создании карка­
са путем образования структуры из искусственных волокон или
при использовании естественного волокнистого строения сырья
(шерстяной войлок, минеральная вата, древесно-волокнистые
плиты, получаемые сухим способом). Волокна зацепляются друг
за друга механически (благодаря своему строению) и удерживают
структуру за счет упругих свойств.
Метод неплотной упаковки также может осуществляться при
м е х а н и ч е с к о м з а к р е п л е н и и волокнистых материалов
при помощи прошивных устройств (камышит, прошивные маты
из минеральной ваты). Этот способ позволяет фиксировать по­
ристую структуру без применения связующих.
Третьим вариантом метода является с о з д а н и е з е р н и с т о й
с т р у к т у р ы , когда поры образуются при применении сыпучих
зернистых материалов и определяются гранулометрическим со­
ставом. Чем однороднее по форме и размерам зерна, тем выше
пористость материала, точнее, межзерновая пустотность. Может
достигать 55 % при одинаковом размере частиц. Возможна легкая
подпресовка засыпок. С учетом пористости самих зерен может
достигать 90 % (вспученный перлит, керамзит).
2.5. Омонодичивание
Омоноличивание заключается в создании пористой структуры
с закреплением компонентов различными способами:
•
контактное омоноличивание — способ получения пористой
структуры (минераловатные изделия, крупнопористые бетоны),
когда отдельные частицы скрепляются связующим по точкам
контакта. Связующее наносится пульверизацией либо проливом
с последующим отсосом (связующее распределяется равномерно,
материал получается более прочный);
• объемное омоноличивание — характерно для получения по­
ристых структур, состоящих из отдельных зерен, скрепленных
в объеме поризованным связующим. Необходимая пористость
достигается тем, что используются пористые заполнители и до­
бавки, поризующие растворную часть (керамзито-газобетон, пеногазо-керамзитобетон, наполненные пенопласты);
• комбинированный способ — сочетание различных видов за­
полнителей (волокнистые + зернистые + поризованный раствор).
Способ характерен при сочетании асбестовых, целлюлозных,
полипропиленовых и других волокон, перлитового или вермикулитового вспученного песка, полимерного или минерального
связующего.
Получение некоторых теплоизоляционных материалов можно
отнести к различным способам. Так, получение минераловатных
плит — это свойлачивание и контактное омоноличивание. Для
достижения эффективных результатов при получении таких ма­
териалов необходимо учитывать особенности каждого способа.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие существуют основные типы структур теплоизоляционных ма­
териалов?
2. Какие существуют способы получения высокопористого строения?
3. Какие теплоизоляционные материалы получают способом газообра­
зования?
4. Какие существуют варианты реализации способа пенообразования?
5. В чем заключается способ получения высокопористого строения уда­
лением порообразователя?
6. Перечислите теплоизоляционные материалы, полученные за счет не­
плотной упаковки.
Глава 3
МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА
И ИЗДЕЛИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ
Основой промышленности теплоизоляционных материалов
является производство теплоизоляционных изделий из минераль­
ной ваты. Некоторые предприятия выпускают минераловатные
изделия, которые нельзя отнести к современным (плиты, полу­
чаемые из гидромассы, с использованием битумного связующе­
го). К уходящим в прошлое минераловатным утеплителям следует
также отнести изделия, диаметр волокна в которых превышает
5...6 мкм. Очевидно, что даже в условиях повышенного спроса
эти материалы не будут востребованы, а мощности этих произ­
водств не будут расти [26].
Номенклатура отечественных плитных утеплителей расширяется
медленно. Рынок России испытывает недостаток в плитных утепли­
телях повышенной жесткости для утепления фасадов зданий. Име­
ющиеся изделия не обладают необходимыми свойствами по влаго­
стойкости, сопротивлению на расслаивание. При кажущемся обилии
волокнистой теплоизоляции объем выпуска конкурентоспособной
продукции, наиболее полно отвечающей требованиям современно­
го строительства, недостаточен. В основном такая продукция выпу­
скается предприятиями, оснащенными импортным оборудованием.
Устраняя это несоответствие в структуре производства утеплителей,
целый ряд отечественных предприятий в последние годы значитель­
но улучшили качество и номенклатуру своей продукции.
3.1. Минеральная вата
Минеральная вата — рыхлый волокнистый материал, состоя­
щий из тонких 0,5... 12 мкм стекловидных волокон, получаемых
из расплава легкоплавких горных пород, металлургических или
топливных шлаков и их смеси. Длина волокна — от нескольких
миллиметров до 20 см.
Для производства минераловатных изделий применяют сравни­
тельно небольшое количество исходных сырьевых материалов. Одна­
ко имеющиеся значительные технологические разработки позволяют
получать теплоизоляционные изделия довольно широкой номенкла­
туры. Свойства изделий можно регулировать, изменяя технологию
обработки, состав материала и характер пористости. Это позволяет
выпускать разнообразные изделия с заранее заданными свойствами
применительно к различным условиям эксплуатации [7].
Минеральный расплав получают в высокотемпературных печах
(вагранках, ванных, электродуговых, индукционных и др.) при
1 300... 1 500°С с последующим раздувом в волокно под воздей­
ствием пара, вращающихся устройств или продавливанием через
фильеры. Полученное минеральное волокно собирается в камере
волокноосаждения на непрерывно движущемся конвейере.
Физико-технические свойства минеральной ваты. Разли­
чают три типа волокон:
собственно минеральное волокно (каменная вата), /прим <
< 700 °С;
стеклянное волокно, /прим < 400 °С;
огнеупорные волокна, ?прим > 1000 °С (для технических целей).
Минеральную вату в соответствии с ГОСТ 4640 в зависимости
от диаметра волокна подразделяют на три вида:
ВМСТ — вата минеральная из супертонкого волокна диаме­
тром от 0,5 до 3,0 мкм;
ВМТ — вата минеральная из тонкого волокна диаметром
от 3 до 6 мкм,
• ВМ — вата минеральная диаметром волокна от 6 до 12 мкм.
В соответствии с современным требованиями оптимальный
диаметр волокна для получения долговечных минераловатных
изделий 0 = 5...7 мм. В этом случае волокна получаются гибкие
и упругие. Минеральная вата имеет примерный срок службы
25 —30 лет. Долговечность определяется химической стойкостью
расплава. Эта характеристика обеспечивается составом сырья,
характеризуемым модулем кислотности:
м = 5Ю2+А120 3
К
С а0+М §0
Вату вида ВМ в зависимости от значения модуля кислотности
подразделяют на три типа:
А — с модулем кислотности свыше 1,6;
Б — с модулем кислотности от 1,4 до 1,6;
В — с модулем кислотности от 1,2 до 1,4.
вида
должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 3.1, ви­
дов ВМСТ и ВМТ — в табл. 3.2.
В соответствии с требованиями нормативных документов
(ГОСТ 31309) для применения в конструкциях разрешено ис­
пользовать вату класса А.
и
Т а б л и ц а 3.1. Требования к минеральной вате вида ВМ
Значение для ваты вида
ВМ типа
Наименование показателя
А
Б
В
Водостойкость, рН, не более
4
5
7
Средний диаметр волокна, мкм, не более
6
8
12
Содержание неволокнистых включений раз­
мером свыше 0,25 мм, % по массе, не более
12
20
25
Плотность, кг/м3, не более
80
90
100
0,045
0,045
0,050
Влажность, % по массе, не более
1
1
1
Содержание органических веществ,
% по массе
2
2
2
Теплопроводность, ВтДм -К), при темпера­
туре 298 ± 5 К, не более
Минеральная вата относится к группе несгораемых материа­
лов. Температура изолируемых поверхностей не должна превы­
шать 700 °С.
Т а б л и ц а 3.2. Требования к минеральной вате вида ВМСТ и ВМТ
Наименование показателя
Значение для ваты вида
ВМСТ
ВМТ
4
4
От 0,5 до 3
включительно
От 3 до 6
включительно
Содержание неволокнистых вклю­
чений размером свыше 0,25 мм, %
по массе, не более
5
8
Плотность под удельной нагрузкой
98 ± 1,5 Па, кг/м 3, не более
35
50
Теплопроводность при температуре
25 ± 5*С, В т/(м ■К ), не более
0,041
0,041
Влажность, % по массе, не более
1
1
Содержание органических веществ,
% по массе, не более
2
2
Водостойкость, рН, не более
Средний диаметр волокна, мкм
Сырьевые материалы для получения минеральной ваты.
Для производства минеральной ваты можно применять природ­
ные каменные материалы и отходы производства, способные об­
разовывать силикатные расплавы. В производстве минеральной
ваты применяют горные породы базальто-диабазовой группы,
порфиры, глинистые породы в сочетании с доломитами; домен­
ные шлаки (отход производства чугуна), ваграночные шлаки (от­
ход при производстве стали ваграночным методом), мартеновские
шлаки (получаемые при производстве мартеновской стали); шла­
ки цветных металлов (например, никелевые шлаки); золы и шла­
ки ТЭЦ; кирпичный бой. Анализ применяемых в отечественной
и зарубежной практике сырьевых материалов показывает, что наи­
более качественную и долговечного минеральную вату, соответ­
ствующую мировому уровню можно получать из шихт на основе
горных пород габбро-базальтового типа. Небольшая добавка кар­
бонатных пород (известняков или доломитов) доводит их модуль
кислотности до 1,7...2,5. Использование этого сырья дает воз­
можность получать минеральное волокно и изделия на его осно­
ве, обладающие повышенными эксплуатационными свойствами
(химически водостойкие и температуростойкие), с высокими фи­
зико-механическими и теплотехническими показателями. Часть
этих пород пригодна для применения в качестве однокомпонент­
ной шихты. Путем специальной термообработки можно получать
кристаллизующееся минеральное волокно с рабочей температурой
применения до 1 ООО°С.
Переход на производство минеральной ваты из горных пород
габбро-базальтовой группы, как это делают все ведущие фирмы
мира, а не из доменных шлаков, позволяет существенно увеличить
срок эксплуатации утеплителей из минеральной ваты повысить
их температуро- и водостойкость.
На основе отечественного сырья разрабатываются составы
шихт, которые по своим характеристикам соответствуют шихто­
вым составам ведущих европейских фирм «Партек» (Финляндия),
«Роквул» (Дания), «Сан-Гобен Исовер» (Франция).
Для получения качественной минеральной ваты, сырьё должно
содержать, %: 8Ю2 — 35...60 (основной стеклообразующий ком­
понент), СаО — 20...25, А120 3 — 5... 15, М §0 — 5... 15, Ре2Оэ +
РеО — 0...5 [6, 26].
Химический состав минерального расплава определяет его
основные свойства как при получении (плавлении), так и при
эксплуатации готовой продукции. Установлено, что:
8Ю2повышает химическую стойкость волокна, но при этом при­
водит к повышению температуры плавления и вязкости расплава;
А120 3 повышает кислотостойкость, увеличивает вязкость и по­
верхностное натяжение (приводит к образованию корольков);
СаО и М§0 снижают вязкость, но дают склонность расплава
к кристаллизации;
. РеОэ — снижает вязкость, повышает поверхностное натяже­
ние расплава;
Ыа20 — снижает температуру плавления.
Содержание компонентов является важным условием и опре­
деляется не только химическим составом, но и основными фи­
зическими показателями расплава: вязкостью (г] = 0,5 ...5 Па с)
и поверхностным натяжением ст (о = 0,3...0,45 Н/м).
Температурные показатели для печей разных типов
Вагранки.....................
Ванные п еч и .............
Электродуговые печи
Тпл= 1400... 1500 °С
Тт = 1400... 1600 °С
......До Тт = 2 000 °С
Процессы, происходящие при производстве минераль­
ной ваты. Минеральная вата состоит из волокон, находящихся
в стекловидном состоянии, неволокнистых включений в виде
капель затвердевшего расплава и микроскопических обломков
волокон.
Минеральную вату получают из силикатных расплавов. В ших­
те в процессе получения расплава (в зависимости от составляю­
щих шихту сырьевых компонентов) при нагреве происходят сле­
дующие процессы [7]:
•
сушка с испарением адсорбционной влаги (физический про­
цесс);
• дегидратация с потерей кристаллизационной и конституци­
онной влаги (химическая реакция в сочетании с физическими
изменениями — испарением);
• аморфизация глинистых пород (физико-химический про­
цесс);
• разложение молекул доломита и диссоциация карбонатов
кальция и магния (химический процесс);
• разложение сульфонатов (химический процесс);
• восстановление и окисление железистых, марганцовистых
и других оксидов в зависимости от характера атмосферы в печи
(физико-химический процесс);
• образование новых по сравнению с первичными соединений
в результате реакции в твердой фазе или воздействия жидкой фазы
на твердую (химический процесс), а также полиморфного пере­
хода из одной модификации в другую (физический процесс);
• плавление в случае применения однокомпонентной шихты
(физический процесс) или плавление легкоплавких кусков с рас­
творением в полученном расплаве тугоплавких кусков (физико­
химический процесс);
•
гомогенизация полученного расплава с частичным осветле­
нием (физический процесс).
Расчет состава шихты для получения каменной ваты. Рас­
чет состава сырьевой шихты при производстве каменной ваты
проводят по трем важнейшим показателям [10].
1. Модуль кислотности, отвечающий процентному соотноше­
нию оксидов:
м
8Ю2 + А12О э
к СаО + М §0 '
2. Модуль вязкости, отвечающий соотношению мольных до­
лей оксидов:
Мс;л +2Мд, л
М ______________^
(3.2)
2МРе2о3 + Мсдо + М Мво +2М Каг0 +М Мп0
где, например, М5Юг = 8Ю2/ц (8Ю2 — содержание оксида, %; ц
молекулярная масса оксида).
3. Показатель водостойкости Пв, отвечающий значению рН
раствора, полученного при растворении каменной (минеральной)
ваты в разбавленном растворе НС1.
Для получения минеральной ваты класса А необходимо, что­
бы: Мк > 1,6; Мв < 1,4 (для ванной печи), Мв < 1,2 (для вагранки);
Пв < 5.
В соответствии с требованиями стандартов (ГОСТ 31309) при
применении минеральной ваты в строительных конструкциях Мк
ваты должен быть не ниже 1,6.
Для расчета состава каменной ваты на основе двухкомпонент­
ной шихты необходимо определить соотношение компонентов
по Мк, а затем проверить подобранный состав по Мв.
Обозначив через х процентное содержание одного из видов сы­
рья в шихте, а через у процентное содержание другого вида сырья,
составляют систему двух уравнений с двумя неизвестными:
(8Ю2 + А12О з )дг+(8Ю2 + А120 з )з>
(СаО1+ М §0‘ )х +(СаО2 + М §02)у
х + у =■100,
[_А12Оз, СаО1, М §0’ — химический состав компонентах, %;
8Ю2,А12Оз, СаО2, М§02 — химический состав компонента .у, %.
Необходимо также учитывать, что расчет выполняется с учетом
влажности сырья и потерь при прокаливании, т. е. на сухой про­
каленный материал. После нахождения процентного содержания
сводная таблица химического
шихты
МВ
5Ю
А1,0
2^3
+
60,06 100,94
2Ре2Оэ СаО М§0 2Ыа20 МпО
+ ------ + —^—+ ------— +
159,68 56,08 40,32 61,99 70,94
------------------------------------
Затем проверяют соответствие Мв выбранной технологии,
определяют Пв и делают окончательный выбор способа произ­
водства минерального волокна.
Для расчета шихты, состоящей из трех и более компонентов,
составляют систему уравнений аналогично подбору шихты для
получения стекловолокна.
Плавильные установки. Важным элементом в технологиче­
ских линиях производства волокнистых материалов и изделий,
оказывающих воздействие на конечные свойства утеплителей,
являются плавильные агрегаты.
Из имеющихся в России технологических линий по производ­
ству минераловатных изделий более 80 % оснащены коксовыми
вагранками, 15 % линий — ванными печами, остальные — электро­
печами. В производстве стекловолокна и изделий используются
ванные печи на газе или жидком топливе, а в производстве тонкого
базальтового и супертонкого волокна — электропечи с графитовы­
ми или молибденовыми электродами,
или индукционные печи [13].
В а г р а н к а представляет собой
противоточную шахтную печь (рис. 3.1)
с внутренним диаметром 1 000, 1 250,
1400 мм. Высота печи « 2,5... 7,0 м. То­
пливо и сырье загружают через загру­
зочное отверстие сверху печи. Твердое
кусковое сырье (кокс) должно быть
прочным с размером частиц 20...40 мм.
Схема получения расплава в вагранке
приведена на рис. 3.2.
Рис. 3.1. Вагранка для получения минераль­
ного расплава:
1 — шахта; 2 — набивка; 3 — летка; 4 — фурмы;
5 — кольцевой коллектор; б — вентилятор; 7 —
корпус; 8 — футеровка из огнеупорного кирпи­
распределича; 9 — чугунные сегменты; 10
_____________
тельный
конус; 11 загрузочное отверстие;
12- искрогаситель; 13 — патрубок
Рис. 3.2. Схема получения минерального расплава в вагранке
В шахте вагранки при установившемся режиме различают че­
тыре технологические зоны: I — сушка; II — дегидратация и де­
карбонизация; III — плавление; IV — гомогенизация расплава.
Зона плавления находится над фурмами, здесь сгорает топли­
во, повышая температуру до 1 600 °С. Образовавшийся расплав
по раскаленному коксу стекает в горн, а продукты горения под­
нимаются вверх в зону декарбонизации, где нагревают материал
до 800...900°С. Глинистые компоненты сырья дегидратируются
и распадаются на первичные оксиды, а карбонатные разлагают­
ся с выделением С 0 2. Далее газы проходят зону сушки, где под­
сушивают и прогревают до 100... 120 °С сырьевую смесь. В начале
подготовки к плавлению загружается топливо, так называемая
холостая «калоша», далее сырье загружается порциями (сырье —
топливо, сырье — топливо и т.д.). Технологические особенности
процесса плавления шихты в вагранке заключаются в том, что
шихтовый столб, включая сырьевые и коксовые «калоши», имеет
достаточную газопроницаемость и обеспечивает быстрый нагрев
шихты и получение расплава необходимой вязкости: расплав дол­
жен течь как в холодной «калоше», так и из летки печи. Обычно
расплавы, вытекающие из летки вагранки, имеют рабочую вяз­
кость 0,2... 1,5 Па с. При подборе состава шихты можно исходить
из рабочей вязкости расплава 1,0 Па с при 1 400 °С.
Площадь, занимаемая вагранкой, минимальна. Недостатки
печи — дорогостоящее топливо, тяжелые условия работы, гряз­
ное производство.
На предприятиях, построенных в России до 90-х гг. XX в., экс­
плуатируется устаревшее плавильное оборудование. Практиче­
ски все отечественные коксовые вагранки работают без горячего
и кислородного дутья, что не дает возможности получить рас­
плав требуемой (1400... 1450°С) температуры и, следовательно,
нужной вязкости. На самарском заводе «Термостепс» разработан
и внедрен принципиально новый, не имеющий мирового анало­
га, плавильный агрегат — коксогазовая вагранка для плавления
всех видов сырья, в том числе базальтовых и других тугоплавких
пород. Практически по всем технико-экономическим показате­
лям она значительно превосходит вагранки, работающие на кок­
се. Эксплуатация газовой вагранки позволяет снизить удельный
расход тепла на 1 т расплава на 15... 20 %, получить температуру
расплава 1 500 °С, а следовательно, необходимую для его перера­
ботки вязкость.
В а н н а я п е ч ь представляет собой бассейн, дно которого
выложено огнеупорными шамотными брусьями. Сырье загружают
через загрузочные карманы в боковых стенах печи. Конструкция
печи позволяет использовать более мягкое сырье с размером ча­
стиц 2...5 мм, в том числе глинистые породы. Конструкция ван­
ной печи представлена на рис. 3.3. Ванная печь обычно устанав­
ливается на специальные металлические колонны. Загрузка мате­
риала осуществляется с боковых сторон ванны порциями. В каче­
стве теплоносителя используется газ или мазут, который сжигают
в горелках, расположенных у задней торцевой стены печи.
Направление движения пламени может быть продольным, по­
перечным, подковообразным. Для наддува используют воздух,
подогреваемый в регенераторах или рекуператорах. Сырьевая
1
А—А
2
з
4
5
2
Рис. 3.3. Регенеративная ванная печь:
1 — рабочая камера; 2 — загрузочные карманы; 3 — пламенное пространство;
4 — горелка; 5 — регенератор; 6 — металлические конструкции опор: 7 — от­
верстие для отбора расплава
смесь плохо проводит теплоту, поверхностный слой нагревается,
образуя расплав, под которым находится спекшийся слой шихты.
Расплав медленно стекает, открывая спекшийся слой, который по­
степенно плавится. Расплав в ванной печи движется непрерывно
за счет загрузки сырья и постоянного отбора расплава, его разно­
сти в плотностях и температуре. В отличие от вагранок из ванных
печей расплав вытекает при рабочей вязкости 2,5 Па с. Рабочая
площадь, так называемое зеркало, занимает 48, 60 м2.
Ванная печь применяется для получения не только минераль­
ных, но и стеклянных расплавов. Глубина ванны для получения
минеральных расплавов — 400 мм, стеклянных — от 800 мм, по­
скольку минеральные расплавы менее светопрозрачны. Схема по­
лучения расплава в ванной печи приведена на рис. 3.4.
Э л е к т р и ч е с к и е п е ч и позволяют получать температуру
расплава выше 1750 °С. Такая температура может быть достигнута
за счет электрической дуги, применения электромагнитной ин­
дукции или создания низкотемпературной плазмы.
Рис. 3.4. Схема получения минерального расплава в ванной печи
44
В дуговых электрических печах получают расплавы, идущие
на изготовление высокотемпературной каолиновой и керамиче­
ской ваты, содержащей 95 ...98% (8Ю2 + А120 3), причем соотно­
шение между 8Ю2 и А12Оэ составляет 1:1 или 1:0,8, температура
ее применения — 1 100... 1 200°С. Производительность таких пе­
чей обычно невелика.
Большое значение имеет выбор типа плавильного агрегата,
режима плавки и вида сырья, при которых получалось бы наи­
большее количество расплава при затрате 1 кг условного топлива.
По опытным данным в вагранках получают от 3,3 до 6,0, в ванных
печах — от 3,15 до 3,6, в электродуговой печи — до 12,7 и в газо­
вом плавильном агрегате — от 2,29 до 2,84 кг расплава при затра­
те 1 кг условного топлива. Следовательно, наиболее выгодными
по тепловым показателям являются электрические дуговые печи,
коксогазовые и коксовые вагранки, причем последние должны
работать на горячем (500 °С) дутье и иметь многоконтурную си­
стему автоматического управления плавлением. Производитель­
ность коксовых вагранок — 2,0... 2,5 т/ч по расплаву, ванных
печей минераловатного производства — 1,6 ...2,5 т/ч, электро­
печей — до 5 т/ч, ванных печей производства стекловолокна —
0,8... 1,5 т/ч, печей базальтового производства — от 200 кг/сут
до 200 кг/ч.
Переработка расплава в волокно. После плавления в печи
любого типа минеральный расплав в виде тонкой струи поступа­
ет на дальнейшую переработку для получения волокна. На про­
цесс получения волокон, кроме химического состава расплава,
определяющего вязкость и поверхностное натяжение при темпе­
ратурах переработки его в вату и склонность к кристаллизации,
важную роль играет способ переработки, который значительно
влияет на длину и диаметр волокон и содержание неволокнистых
включений в вате. Перечислим основные требования к перера­
ботке в волокно:
• минимальный диаметр, максимальная длина волокна;
• оптимальная плотность ваты 50...70 кг/м3;
• максимальная производительность установки;
• минимальное содержание неволокнистых включений (частиц
более 0,25 мм).
Переработку расплава осуществляют способами вытяжения,
раздува, центробежными и комбинированными [16]. Основные
способы переработки расплава приведены на рис. 3.5.
Д у т ь е в о й г о р и з о н т а л ь н ы й метод (рис. 3.5, а) за­
ключается в том, что пар или сжатый воздух, выходя с большой
скоростью из дутьевой головки, воздействует на непрерывно те­
кущую струю расплава и перерабатывает его в вату. Избыточное
давление пара не менее 6... Ю5 Па и расход его 1,0... 1,4 т на 1 т
Рис. 3.5. Способы получения минерального волокна:
а — дутьевой горизонтальный; б — центробежно-валковый; в — центробежно­
дутьевой; г — фильерно-дутьевой; 1 — плавильный агрегат; 2 —летка; 3 — рас­
плав; 4 —дутьевое устройство; 5 — валки центрифуги; 6 — вращающийся диск;
7 — фильерно-дутьевое устройство
минеральной ваты. Производительность по выпуску ваты —
до 2000 кг/ч при выходе 1 т расплава 850...900 кг ваты средней
плотностью 160...260 кг/м3, состоящей из волокон средним диа­
метром 5... 7 мкм, длиной 6... 10 мм и содержащих до 50 % нево­
локнистых включений.
Могут быть дутьевые головки ударного или всасывающего
(инжекционного) действия. Качество минеральной ваты в этом
способе не очень высокое. Энергоноситель более эффективно ис­
пользуется в эжекционных головках, чем в дутьевых, поскольку
в последних большая часть расплава выходит из активной зоны
действия пара или воздуха в зону с меньшей скоростью. В эжек­
ционных головках полностью исключается выход какой-либо
части расплава из зоны более активного действия потока энер­
гоносителя.
Д у т ь е в о й в е р т и к а л ь н ы й метод с применением пара
(ВРП) или воздуха (ВРВ) позволяет перерабатывать до 500...600 кг
расплава в час. Получается вата с очень незначительным со­
держанием неволокнистых включений 3...5% , средней плотно­
стью 40 ...90 кг/м3, средним диаметром волокон 7 мкм и длиной
9... 27 мм. Расход пара 2,5...9 т или воздуха 1 300... 2 500 нм3 на 1 т
ваты.
Ц е н т р о б е ж н ы й метод с п р и м е н е н и е м
г о р и з о н т а л ь н ы х д и с к о в заключается в том, что струя
расплава попадает на раскаленный огнеупорный или жаростой­
кий стальной диск. Образующиеся волокна подхватываются
струей воздуха и присасываются к сетке конвейера, корольки же
падают, не достигая его. Диск может вращаться со скоростью
до 10 000 об/мин. Получается вата плотностью от 100 до 150 кг/м3
с диаметром волокна 8 мм, содержание корольков * 10 %. Из-за
низкой производительности (80...400 кг/ч) широкого распростра­
нения этот метод не получил.
Ц е н т р о б е ж н о - в а л к о в ы й м е т о д (ЦВ) (рис. 3.5, б)
заключается в том, что струя расплава попадает на быстро вра­
щающийся водоохлаждаемый валок, посредством которого она
расщепляется, и в виде пучка струек и крупных капель передается
на второй валок, вращающийся навстречу первому. Избыточная
часть расплава может перебрасываться центробежными силами
на следующие (третий и четвертый) валки. Получающаяся вата
воздухом притягивается к сетке транспортера.
Производительность одного узла до 2,5 т/ч, удельный расход
электроэнергии на 1 т минеральной ваты 10 кВт-ч. В настоящее
время этот способ считается оптимальным для получения воло­
кон: диаметр волокна от 3 до 11 мм, корольков » 10 % (может быть
до 5 %), Рср = 50... 100 кг/м3, производительность 1 500... 1 700 кг/ч.
Недостаток центробежно-валкового способа — высокий износ
валков, требуется их замена 1 раз в месяц.
Комбинированный ц е н т р о б е ж н о - д у т ь е в о й (ЦД) ме­
тод (рис. 3.5, в ) — способ волокнообразования, при котором со­
четается вращение чаши с дополнительным раздувом паром или
воздухом. При реализации этого способа пленка расплава, обра­
зующаяся на вращающемся диске, раздувается паром, выходящим
из кольцевого коллектора через несколько сотен отверстий. Одна­
ко этот способ не позволяет получить волокно нужного качества.
Плотность минеральной ваты 70... 150 кг/м3, средний диаметр во­
локон до 12 мкм, количество отходов во время волокнообразова­
ния 25...30% и содержание корольков размером свыше 0,25 мм
в среднем 19%. На 1 т расплава расходуется 1,2... 1,6 т пара или
1400 нм3 сжатого воздуха. Основной недостаток — дополнитель­
ный расход пара и газа.
Ф и л ь е р н ы й способ — способ, при котором расплав по­
ступает в специальную вращающуюся чашу. В дне чаши имеются
отверстия диаметром 2 мм, через которые вытекает расплав. Диа­
метр волокна 5... 10 мкм, корольков 0 %, рср = до 30 кг/м3, произ­
водительность 5...60 кг/ч. Обычно применяется для получения
стеклянного волокна.
Ц е н т р о б е ж н о - ф и л ь е р н о - д у т ь е в о й ( ЦФД)
(рис. 3.5, г) метод в основном применяется при производстве шта­
пельного стеклянного волокна. Позволяет получить вату с низ­
кой плотностью, практически без потерь расплава и без наличия
в нем неволокнистых включений. Установка состоит из вращаю­
щегося со скоростью 3 ООО об/мин полого вала, внутрь которого
из отверстия в фидере поступает расплав. В нижней части на валу
укреплена чаша, в стенке ее имеется 5 ООО...6 ООО отверстий диа­
метром 1... 2 мм, из которых вытягиваются струйки расплава в по­
токе нагретой до 1150 °С газовой струи, выходящей из кольцевой
дутьевой головки. Диаметр 2...6 мкм, корольков примерно 0%,
рср = 10...30%, производительность 250 кг/ч. Применяется для
получения стеклянного волокна.
Ш т а п и к о в ы й способ — способ, при котором сначала по­
лучают стеклянные палочки «штапики» диаметром 2 мм, которые
собирают в гребенку и, нагревая, вытягивают в отдельные волок­
на — нити. При этом способе получают непрерывное волокно
диаметром до 20...40 мкм, содержание корольков примерно 0 %,
рср = 20...40кг/м3, производительность 2...5 кг/ч. Применяется
для изготовления текстильных волокон.
Решение вопросов улучшения качества и расширения номен­
клатуры волокнистых утеплителей тесно связано с совершенство­
ванием узла волокнообразования. Наиболее распространенным
в России способом переработки минеральных расплавов в волок­
но являются центробежно-дутьевой способ. Мировая практика
производства минераловатных изделий показывает, что ведущие
фирмы мира производят вату на многовалковых центрифугах.
Диаметр волокна при этом снижается до 4 ...6 мкм. Свойства уте­
плителя значительно улучшаются: с 25...30% до 10% снижается
количество неволокнистых включений, исключается применение
пара. В среднем по Российской Федерации многовалковые цен­
трифуги составляют 26 % от общего количества волокнообразую­
щих устройств.
Формирование ковра. Для формирования из отдельных во­
локон готового ковра после узла волокнообразования устанавли­
вают камеру волокно осаждения. Камера волокноосаждения — это
конвейер, оборудованный всасывающим вентилятором, закрытый
металлическим кожухом. Камера работает под небольшим разреже­
нием, чтобы волокна не попадали из камеры в цех. Этот осадитель­
ный конвейер может быть коротким или длинным, соответственно
камера имеет вертикальную или горизонтальную конфигурацию.
Конфигурация камеры зависит также от способа волокнообразования. При получении волокон на вертикально-дутьевой, фильернодутьевой, центробежно-фильерно-дутьевой установках применяют
камеру вертикального типа, при применении центробежных спо­
собов — горизонтального. Линейная скорость движения конвейера
V составляет от 0,5 до 3,5 м/мин; изменяя скорость, можно регу­
лировать толщину минераловатного ковра. Общая длина камеры
волокноосаждения может составлять 9... 15 м.
3.2. Изделия из минеральной ваты
Виды и основные свойства изделий из минеральной ваты.
Изделия на основе минеральной ваты получают путем закрепле­
ния волокнистого ковра сшивкой или склеиванием растворами
связующих. Основные виды структур минераловатных изделий
приведены на рис. 3.6. Допустимые размеры плит приведены
в табл. 3.3.
П р о ш и в н ы е м а т ы (ГОСТ 21880) — гибкие изделия, со­
стоящие из слоя минеральной ваты без связующего, скрепленные
проволокой или синтетическими нитями. Температура примене­
ния прошивных матов — до 700 °С.
М я г к и е и п о л у ж е с т к и е п л и т ы получают по ГОСТ
9573 путем скрепления волокон при распылении связующего
в камере волокноосажденйя с последующей сушкой в камере по­
лимеризации. Плотность плит — 50... 75, 125 кг/м3, коэффициент
теплопроводности А, = 0,041 ...0,047; 0,049 Вт/(м °С), структура
горизонтальная, связующего 3...4% по сухой массе. Применя-
Рис. 3.6. Основные виды структур минераловатных плит:
I —горизонтальная ориентация волокон; II — вертикальная ориентация волокон;
III — гофрированная структура; IV — пространственная ориентация волокон
Марка
плит
75
Размеры плит, мм
Длина ±10
Ширина +10, -5
1 000, 1 200
500, 600, 1 000
Толщина +5 (+7), -3 (-2)
60, 70, 80, 90, 100, 110, 120
125
50, 60, 70, 80, 90, 100
175, 225
40, 50, 60, 70, 80
ют для теплоизоляции сложных криволинейных не нагружае­
мых поверхностей. Полужесткие плиты могут применяться для
вертикальных поверхностей с дополнительной ветрозащитой
(специальная воздухонепроницаемая пленка, препятствующая
продуванию).
Ж е с т к и е плиты и плиты п о в ы ш е н н о й ж е с т к о с т и
(ГОСТ 9573) можно получать путем пролива раствора связующего
через слой рыхлой ваты с последующим формованием плит го­
ризонтальной слоистости путем подпрессовки. Плотность плит
р * 175, 225 кг/м3, структура горизонтальная, коэффициент теплопровдности А. « 0,052...О, 054 Вт/(м-°С), связующего 5...6% .
Жесткие плиты применяются в трехслойных панелях в качестве
внутреннего слоя, для утепления фасадов.
Плиты п о в ы ш е н н о й ж е с т к о с т и (ГОСТ 22950) мож­
но изготавливать «мокрым» способом из гидромассы, состоящей
из минерального волокна, раствора связующего, поверхност­
но-активных веществ. Изделия из жидкотекучей массы форму­
ют на вакуум-прессах с последующей тепловой обработкой при
180...250°С в обжатом состоянии. Получают плиты плотностью
175...225 кг/м3, с коэффициентом теплопроводности А. = 0,047...
0,058 Вт/(м °С). Показатель сжимаемости 10%, прочность более
0,04 МПа, содержание связующего до 10 %.
Жесткие плиты и плиты повышенной жесткости можно по­
лучать путем нанесения раствора связующего на рыхлую вату
с последующим формованием плит вертикальной или гофри­
рованной структуры марок (П175ГС, П200ГС). Имеют плот­
ность 175 ... 200 к г/м 3, коэф ф ициент теплопроводности А. *
0,045 Вт/(м °С), прочность при сжатии 0,04...0,1 МПа.
Применяют плиты повышенной жесткости для утепления «мо­
крых» фасадов, при устройстве которых минераловатную плиту
крепят к стене специальными дюбелями и затем покрывают за­
щити о - отдел оч н ым штукатурным слоем по стеклосетке; для уте­
пления плоской кровли и чердачных перекрытий промышленных
объектов.
Выпускают также многослойные минераловатные изделия,
состоящие в местах большего напряжения из слоев вертикаль­
ной или гофрированной структуры, а в ненагружаемой части —
из слоя с горизонтальным направлением волокна.
Для защиты теплопроводов и других криволинейных поверх­
ностей применяют фасонные минераловатные изделия (скорлупы,
сегменты, щнуры и т. п.).
Для промышленной теплоизоляции применяют также спе­
циальное базальтовое или диабазовое супертонкое волокно,
которое выдерживает температуру до 1 ООО°С, имеет диаметр
0,5 ...3,0 мкм, плотность от 30 кг/м3, коэффициент теплопрово­
дности А, * 0,035 Вт/(м-К), обладает стойкостью к коррозии.
Сравнительные характеристики минераловатных изделий с раз­
личным направлением волокон приведены в табл. 3.4 [10].
Виды связующих и способы их нанесения. Важным эле­
ментом как новых, так и известных волокнистых утеплителей
является применение качественных, экологически безопасных
связующих. На сегодняшний день известны следующие виды
связующих [26]:
• фенолформальдегидные водорастворимые смолы, фенолоспи рты;
• карбамидные смолы;
• расплавленный битум, который в виде капелек распыляют
на волокна;
• крахмальное связующее (бесцветное), применяемое для аку­
стических плит;
• алюмохромфосфатное (минеральные соли сложного состава,
кристаллизующиеся при твердении, связывая отдельные волокна,
Тщ>* 600 °С);
• бентонитовые глины ( Тпр » 400 °С);
• кремнийоргинические связующие (силаны).
Минераловатные изделия, получаемые с использованием би­
тумного связующего, немодифицированных смол, нельзя отнести
к современным.
В настоящее время к связующим предъявляются такие требо­
вания, как неизменность структуры, стабильность параметров,
водостойкость на весь срок эксплуатации.
В последние годы появился целый ряд предложений по мо­
дификации известных связующих. Перспективно использование
в качестве связующих силанов. Разработана технология приго­
товления многокомпозиционных составов на силанах. По такому
показателю, как водопоглощение, полученные изделия находятся
в пределах, регламентированных мировыми стандартами.
Связующие для изделий из минеральной и стеклянной ваты
представляют собой комплекс компонентов, которые придают
Таблица
3.4. Технические характеристики различных типов минераловатных плит
изделиям определенные свойства: прочность, водостойкость,
температуростойкость, долговечность и т.д. Обычно это много­
компонентные составы, содержащие синтетическую смолу 3... 6 %
по сухой массе, мягчитель, гидрофобизатор, ускоритель тверде­
ния, стабилизатор, воду и т.д.
Существует несколько способов нанесения связующего:
• пульверизация — раствор или эмульсию связующего наносят
распылением с помощью форсунок в камере волокноосаждения
или через паровой коллектор центробежно-дутьевой установки
или полый вал валков центрифуги. Чем меньше капли связую­
щего, тем равномернее они покрывают волокна и тем вероятнее
образование большого числа клеевых контактов в объеме мате­
риала. Недостаток этого способа — большие потери связующе­
го. Применение пульверизации технологически и экономически
оправдано при изготовлении матов, мягких и полужестких плит
с низкой средней плотностью, изделий с вертикальной и гофри­
рованной структурой;
• способ пролива — связующее в виде плоской струи по на­
клонному листу подается на минераловатный ковер по всей его
ширине. В месте подачи связующего под конвейером устанав­
ливается вакуумирующее устройство. Создание вакуума спо­
собствует проникновению связующего в глубь минераловатного
ковра. Излишки связующего отжимаются уплотняющим валком
и поступают в бассейн, а затем перекачиваются в расходный бак
(рис. 3.7). Применение этого способа позволяет в 2 —3 раза по­
высить прочность изделий за счет более эффективного распреде­
ления связующего в волокнистом каркасе изделия и образования
большого числа клеевых контактов. Недостатки способа: повы­
шенная влажность минерального ковра (до 70... 80 % по массе)
и невозможность получения изделий с низкой средней плотно-
К вентилятору
Рис. 3.7. Нанесение связующего методом пролива:
1 — емкость со связующим; 2 — насос; 3 — трубопровод для подачи связующе­
го; 4 — поливочная ванна; 5 — желоб; 6 — отжимной валок; 7 — сетчатый кон­
вейер; 8 — минераловатный ковер; 9 — отсос; 10 — система сбора связующего
Возврат
в смеситель
Рис. 3.8. Получение минераловатного ковра из гидромасс:
1 — нюкний подающий конвейер; 2 —смеситель; 3 — бункер; 4 — верхний подпрессовывающий конвейер; 5 — ковер из гидромассы; 6 — участок вакуумирования; 7 — насосная система; 8 — емкость для сбора раствора связующего; 9 —
гидромасса
стью. Этот способ целесообразен при получении жестких плит
с горизонтальным направлением волокна;
•
мокрый способ (способ гидромасс) — минераловатный ковер
рвется на кусочки в специальном трепальном устройстве, затем
минеральные волокна смешивают с раствором связующего. При­
готовленная гидромасса, содержащая 5... 10% волокон, подается
на конвейер, где происходит отсос излишней влаги, вакуумирование, подпрессовка (рис. 3.8). Данный способ применяется для по­
лучения плит повышенной жесткости. Способ гидромасс позволя­
ет получить изделия с изотропной пространственной структурой,
т.е. во всех направлениях свойства изделий одинаковы. Способ
энергоемкий, за рубежом не получил распространения.
Таким образом, способ нанесения связующего зависит, прежде
всего, от типа минераловатных изделий.
Тепловая обработка плит. Обычно при производстве мине­
раловатных плит в качестве основного связующего применяют
водорастворимые фенолформальдегидные смолы. Содержание
воды — до 97 %. Поэтому тепловая обработка в производстве ми­
нераловатных изделий включает в себя два процесса: сушка, для
осуществления которой достаточно 105 °С, и отверждение связую­
щего. Для отверждения синтетического связующего необходима
температура 180...250°С, тогда смола полимеризуется, переходит
в неплавкое (сшитое) состояние. Время тепловой обработки ми­
нераловатных изделий от 8... 30 мин, в зависимости от вида плит
и содержания связующего. На отечественных заводах, построен­
ных по старым проектам, время тепловой обработки регулируется
длиной камеры, которая может составлять от 10 до 30 м.
Исследования последних лет позволяют утверждать, что значи­
тельная часть технологических переделов минераловатного произ­
водства имеет опробованные в отечественной промышленности
решения современного уровня. Необходимо внедрять в промыш­
ленность современные камеры тепловой обработки (полимери­
зации), способные на одной быстро переналаживаемой линии
обеспечить поточное производство плит различной плотности
(до 250 кг/м3) и различной толщины (от 40 до 250 мм). Именно
такие камеры тепловой обработки обеспечили передовым фирмам
мира прогресс в производстве минераловатных утеплителей.
В последние годы проведена большая работа по созданию та­
кого отечественного оборудования. Новое направление — уни­
версальность линии по производству минераловатных плит, т. е.
одинаковая длина для всех видов изделий. Время тепловой обра­
ботки можно регулировать, изменяя скорость конвейера. Темпе­
ратура в камере полимеризации 200... 300 °С обеспечивает полное
отверждение связующего.
Камеры тепловой обработки состоят из нескольких секций:
• нагрева;
• испарения влаги ( Т « 100... 105°С);
• термических реакций ( Т * 180...250вС);
• выдержки (полимеризации связующего);
• охлаждения.
Далее происходит охлаждение изделий на конвейере вне ка­
меры. Охлаждение минераловатного ковра происходит в обжатом
состоянии. Далее по ходу конвейера устанавливаются ножи про­
дольной и поперечной резки и упаковочный конвейер, гае мине­
раловатные плиты упаковываются в термоусадочную пленку.
Сохранить при перевозке и хранении эксплуатационные харак­
теристики утеплителей можно, используя прием упаковки изде­
лий в различные, в том числе термоусадочнуые, пленки. Изделия
в такой упаковке хорошо хранятся и транспортируются, но также
они могут быть уложены на объектах.
Технология получения изделий различной структуры. Об­
щая схема изготовления м я г к и х и п о л у ж е с т к и х п л и т
г о р и з о н т а л ь н о й с т р у к т у р ы приведена на рис. 3.9. Рас­
пыление связующего происходит в камере волокноосаждения, да­
лее производится небольшая подпрессовка ковра между лентами
верхнего и нижнего конвейера.
Недостаток этого способа — потеря связующего при пульве­
ризации.
П ри изготовлении ж е с т к и х м инераловатны х плит,
плит п о в ы ш е н н о й ж е с т к о с т и г о р и з о н т а л ь н о й
с т р у к т у р ы связующее наносится методом пролива, требуемая
жесткость плит достигается соответствующей подпрессовкой при
Рис. 3.9. Схема получения мягких и полужестких плит горизонтальной
структуры
более высоких усилиях прижимных валков. Тепловая обработка
в обжатом состоянии. Это более экономичный способ, так как
меньше потери связующего, но более длительная тепловая обра­
ботка. Схема получения плит приведена на рис. 3.10.
Плиты и з о т р о п н о й (пространственной) с т р у к т у р ы
получают мокрым способом. Существует несколько вариантов
формирования ковра из гидромассы: отливка (подача пульпы на­
сосом), способ подпрессовки и др. При этом расход связующего
максимальный — до 10 % по сухой массе, поэтому такие плиты
имеют высокий показатель горючести Г2, что снижает их при­
влекательность для потребителей. Оптимизацией состава дости­
гают снижения расхода связующего, тем не менее данный способ
не перспективен из за высокой энерго- и трудоемкости. Схема
получения плит повышенной жесткости из гидромасс приведена
на рис. 3.11.
При изготовлении плит п о в ы ш е н н о й ж е с т к о с т и
в е р т и к а л ь н о й с т р у к т у р ы учитывают, что основная задача
совершенствования минеральных изделий — увеличение прочно­
сти при снижении средней плотности. Это позволяет улучшить
Рис. 3.10. Схема получения жестких и плит повышенной жесткости го­
ризонтальной структуры
теплотехнические показатели готовой продукции, а также снизить
себестоимость производства и материалоемкость строительства.
Наиболее перспективным направлением совершенствования из­
делий является оптимизация внутренней структуры минерало­
ватных плит. Для этого ковер горизонтальной слоистости после
камеры волокноосаждения перерабатывают в ковер вертикальной
или гофрированной структуры. При этом можно получить плиты
повышенной жесткости с плотностью р = 125... 175 кг/м3, содер­
жанием связующего менее 5 %, благодаря чему изделия являются
негорючими (группа НГ).
Из отвержденного минераловатного полотна методом двойной
переработки получают плиты вертикальной слоистости путем
резки на полосы, поворота полос на 90°, проклеивания стеклот­
канью или рубероидом.
Более перспективно изготовление изделий из неотвержденного полотна [41.
Рис. 3.11. Схема получения плит повышенной жесткости пространствен­
ной структуры из гидромасс
Кубовый способ получения плит вертикальной слоистости
из неотвержденного полотна производится на карусельной ма­
шине и заключается в резке и укладке «сырых» плит размером
1х 1 м в пакет толщиной 1 м, тепловой обработке пакета, с по­
воротом на 90е и последующем разрезании на нужную толщину
ленточной пилой.
Недостатки этих способов: сложное оборудование, а также
невозможность вписать его в конвейерную схему. Наиболее эко­
номически оправданными являются решения, в которых произ­
водство изделий осуществляется по непрерывной конвейерной
технологии.
Для получения плит вертикальной структуры по непрерывной
конвейерной технологии используется «сы рой» горизонталь­
ный минераловатный ковер, получаемый после камеры волокноосаждения, который в специальном устройстве на наклонном
конвейере переводится в вертикальное направление. Содержа­
ние связующего в таких изделиях не более 5 %, что позволяет
отнести такие плиты к негорючим. Схема получения плит вер­
тикальной слоистости из неотвержденного полотна приведена
на рис. 3.12.
При изготовлении плит п о в ы ш е н н о й ж е с т к о с т и
г о ф р и р о в а н н о й с т р у к т у р ы горизонтально-слоистый
ковер с нанесенным способом пульверизации неотвержденным
связующим по конвейеру поступает в гофрировщик, на выходе
из которого ковер приобретает требуемую структуру, фиксируемую
Рис. 3.12. Линия получения плит вертикальной слоистости из неотвержденного полотна:
1 — вагранка; 2 — центрифуга; 3 — камера волокноосаждения с форсунками для
распыления связующего; 4 — конвейер; 5 — «сырой» ковер горизонтальной
слоистости; 6 — структурообразователь; 7 — «сырой» ковер вертикальной слои­
стости; 8 — камера тепловой обработки; 9 — ковер вертикальной слоистости;
10, 14 — нанесение обкладочных слоев; 11 — нож поперечной резки; 12 — го­
товые плиты; 13 — упаковщик
Рис. 3.1Э. Линия изготовления плит гофрированной структуры:
1 — «сырой» ковер горизонтальной структуры; 2 — подающий конвейер; 3 —
гофрировщик; 4 — «сырой» ковер гофрированной структуры; 5 — участок на­
несения обкладочных слоев; 6 — узел закрепления структуры; 7 — камера тепло­
вой обработки; 8 — упрочненный ковер; 9 — ножи продольной и поперечной
резки; 10 — готовое изделие
в камере тепловой обработки. Содержание связующего в готовых
плитах до 5 %, изделия относятся к группе НГ, р = 125... 175 кг/м3.
Общий вид линии изготовления плит гофрированной структуры
приведен на рис. 3.13.
Гофрированные плиты, полученные по старым технологиям,
подвергали гофрированию на всю толщину ковра, т.е. 60...80 мм.
В результате такие изделия обладали неоднородными характери­
стиками по теплопроводности и прочности по толщине ковра.
В слое с горизонтальным направлением волокна теплопрово­
дность минимальна, но высока сжимаемость, в вертикальном,
наоборот, минимальная сжимаемость, но более высокая тепло­
проводность. В настоящее время современные гофрированные
изделия получают из «сырого» минераловатного ковра толщиной
не более 5 мм. Гофрирование идет по сложной схеме, а готовые
плиты имеют практически изотропную структуру, поэтому коэф­
фициент теплопроводности таких плит минимален. Такая плита
не сминается, а пружинит. „Существуют варианты дальнейшей
оптимизации структуры гофрированного минераловатного ковра
за счет дополнительного упрочнения верхнего слоя.
Все шире используются в строительстве изделия из т о н к о г о
и с у п е р т о н ко г о в о л о к н а . Эти материалы находят приме­
нение в огнезащите строительных конструкций, изоляции инже­
нерного и промышленного оборудования. Широкому внедрению
этих материалов в промышленность препятствуют дороговизна
платиновых фильер, высокая энергоемкость и малая производи­
тельность традиционного двухстадийного процесса (50...200 кг
в сутки).
Существуют разработки технологий и оборудования для полу­
чения ш т а п е л ь н о г о с у п е р т о н к о г о в о л о к н а водноста­
дийном процессе. Технология производства основана на плавле­
нии горной породы высокочастотным генератором в водоохлаж­
даемом тигле с последующим прямым раздувом струи расплава
сжатым воздухом до тонких и супертонких волокон, формирую­
щихся в минераловатный ковер. Горная порода (шихта) непрерыв­
но засыпается в водоохлаждаемый тигель индукционной печи пла­
вильного комплекса. Конструкция индукционной печи позволяет
выводить ее на рабочий режим с температурой свыше 2 ООО°С.
Высокая температура нагрева расплава базальта при небольших
габаритных размерах индукционной печи позволяет получать не­
прерывную струю гомогенизированного расплава. В индукцион­
ной печи шихта плавится, и расплав непрерывной струей подается
в дутьевую головку, где высокоскоростными турбулентными пото­
ками воздуха перерабатывается в волокно. Отработанный воздух
вместе с волокном попадает в камеру волокноосаждения.
Рис. 3.14. Технологическая линия производства базальтового волокна:
/ — плавильный комплекс; 2 — механизм загрузки; 3 — устройство дутьевое; 4 —
камера волокноосаждения; 5 — фильтр; 6 — вентилятор; 7 — ковер минеральный
Волокно сепарируется и ложится на ленточный конвейер в виде
ковра, а неволокнистые включения собираются в специальном
бункере. При выходе из камеры волокноосаждения ковер подпрессовывается до заданной толщины и передается на машину
для прошивки матов. Такая технология получения супертонкого
волокна обеспечивает в 10— 15 раз более высокую производи­
тельность, чем дуплекс-процессы от 50 до 350 кг/ч. Выход во­
локна из расплава составляет не менее 92 %. Схема приведена
на рис. 3.14.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какое сырье и с каким модулем кислотности используют для полу­
чения минеральной ваты?
2. На чем основан принцип расчета сырьевой шихты для получения
минеральной ваты?
3. Расскажите об основных свойствах минеральной ваты.
4. Какие существуют типы плавильных агрегатов? Укажите их преиму­
щества и недостатки.
5. Какие существуют способы переработки расплава в волокно?
6. Какой способ переработки расплава наиболее распространен и по­
чему?
7. Какие виды связующих применяются при производстве минерало­
ватных изделий?
8. Какие существуют способы приготовления и введения связующего
в минераловатный ковер?
9. Какие виды минераловатных изделий вы знаете?
Глава 4
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
ИЗ СТЕКЛА
Искусственные стекла являются высококачественным сырьем
для получения эффективных теплоизоляционных материалов
и изделий. Изделия на основе стеклянных расплавов отличают
долговечность, биостойкость, стойкость к воздействию перепа­
дов температур, влаги и солнечной радиации, невозгораемость,
жесткость.
4.1. Стеклянная вата и изделия на ее основе
Стеклянное волокно — это разновидность минеральных во­
локон. Сырьем для изготовления стекловолокна служит шихта,
состоящая из кварцевого песка, известняка (доломита) и соды
(сульфата натрия), смешанных в определенной пропорции. Шихта
обычно плавится в стекловаренной ванной печи и перерабатыва­
ется в стекловолокно в узле волокнообразования. Непрерывное
стекловолокно получают методом вытягивания через фильеры,
штапельное — из расплавленной стекломассы способами верти­
кального раздува паром или воздухом, центробежным, центробежно-фильерно-дутьевым, раздувом первичных непрерывных
стеклянных волокон потоком раскаленных газов.
Изделия из стеклянного волокна отличаются повышенной
упругостью, что позволяет маты из стекловолокна транспорти­
ровать в виде рулонов. В развернутом виде они возвращаются
практически к исходной толщине. Стекловолокнистые изделия
имеют ббльшую, чем минеральная вата, прочность и отличаются
виброустойчивостью, негигроскопичностью, биостойкостью.
В последние годы в России производство стекловолокнистых
теплоизоляционных материалов получило дальнейшее разви­
тие. В стране введено в строй несколько современных заводов
по производству стекловолокнистых утеплителей, выпускающих
продукцию мирового качества. Изделия из стекловолокна пред­
назначены для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых,
общественных и производственных зданий, печей, трубопрово­
дов, оборудования, аппаратуры, различных средств транспорта
при температуре изолируемых поверхностей от -60 "С до +180*С.
я к1 кжс применяются и шукопог ннцлинпнч и шукои мширующи X
конструкциях.
Классификация стеклянного волокна. Стекловолокно из­
готавливают из стеклянного расплава в виде элементарных во­
локон . По свойствам стекловата и изделия на ее основе близки
к минераловатным.
Стекловолокно отличается более высокими характеристиками,
чем минеральное волокно. Оно водостойко, негорюче, вибростойко, биостойко, негигроскопично. Гигроскопичность стеклянно­
го волокна при относительной влажности 65% составляет 0,2%.
К недостаткам следует отнести тог факт, что для прои т о л с т а
стекловолокна используют дорогостоящее и дефицитное сырье
(соду я борную кислоту).
Стеклянное волокно классифицируют по назначению, диаме­
тру волокна и химическому составу.
По н а з н а ч е н и ю выделяют:
• текстильное (непрерывное) волокно. И с пол ьзуется для по­
лучения стеклотканей, которые применяются как армирующая
часть стеклопластиков, гидроизоляционных рулонных материа­
лов, текстолитов. Представляет собой тонкую непрерывную нить
диаметром 3... 100 мкм длиной 20 км и более;
• штапельное волокно. Диаметр 0,1 ... 20 мкм, длина от 1
до 50 см. Используется в строительстве для получения стеклова­
ты и изделий из нее.
Плотность штапельного волокна может составлять 10... 15 кг/м3.
В соответствии с российскими стандартами не должна превы­
шать 150 кг/м3.
По д и а м е т р у волокно бывает:
• ультратонкое — 0,2... 1,0 мкм;
• супертон кое — 1...3 мкм;
• тонкое — 4... 12 мкм (в основном используется для изоля­
ции);
к
• утолщенное — от 12... 25 мкм;
• толстое — более 25 мкм.
По х и м и ч е с к о м у с о с т а в у различают щелочное и бесщелочное волокна.
В зависимости от содержания оксида натрия различают щелоч­
ное и малощелочное стекло, последнее более химически стойко,
чем щелочное. Химический состав стеклянных волокон приведен
в табл. 4.1.
Сырьем для получения волокна являются:
• 8Ю2 — поступает в виде кварцевого песка (с содержанием
8Ю2 * 97 %);
Бесщелочное
53 ...60
12... 16 5... 10
Ыа20
5...20
2...7
8...20
7...23
4 ...8
0,5...2,0
о
0...3
МеО
о
ю
1 ...6
СаО
ш
9 '
50 ...72
Ре20з
ш
Щ елочное
|
•
В2О э
го
А120 3
о
•
8Ю2
О
Вид
стекловолокна
Содержание оксидов, %
• А120 3 — вносится глиноземом, нефелином, бокситами;
• СаО и М §0 — известняки, доломиты, мрамор, мел;
• № 20 — источником являются сода, сульфат натрия (дорого­
стоящие компоненты);
• В20 3 — в виде борной кислоты (дорогой и дефицитный ком­
понент).
В отдельных случаях используется добавка стеклобоя.
Расчет состава шихты для получения стекловолокна. Со­
став шихты для получения стеклянного волокна (и трехкомпо­
нентного состава для минеральной ваты) рассчитывают по за­
данному химическому составу стекла.
Расчет ведется на 100 масс. ч. стекла. Составляется система
уравнений, в которой за неизвестные принимают процентное со­
держание компонентов:
компонент 1 - - X — песок;
компонент 2 -- у — глинозем;
компонент 3 - 7. — мел;
компонент 4 - Т — доломит;
компонент 5 - 5 — сода;
-
-
-
8Ю2т 8Ю2 х + 8Ю|д? + 8Ю?-*
А12О э = А120 3-х + А120 3-у
СаО = СаО1 х + СаО3-* + СаО4 г
м §о = м §о 1 х + М §03
N8
2 0
(4.1)
+ М §04•(
= Иа20 5 5
Зацается желаемый химический состав стекловолокна, %, на­
пример: 8Ю2 — 58,5; А12Оэ — 4,0; СаО — 16,0; М §0 — 6,0; Ыа20 —
11,5; В2Оэ — 3,5, ТЮ 2 — 0,5. Обозначив количество основных
компонентов песка — х, глинозема — у, известняка — г, доло­
мита — / и соды — 5, соответственно составляют пять уравнений
(обычно от 4 до 6).
Расчет выполняется на примере сырьевых материалов с хими­
ческим составом, приведенным в табл. 4.2.
Сырье
8Ю2
А12О з
Ре2Оз
СаО
МёО
Ыа20
П есок х
98,6
0,73
0,08
0,16
0,08
—
Глинозем у
0,25
97,9
0,05
-------------
-------------
—
Известняк 1
5,97
0,69
1,33
48,15
3,66
—
ЩЩ 0,02
32,0
19,9
^
Доломит /
— {щ|
—
Сода 5
^
—
-------------
■■
-------------
—
ппп
-------------
1,8
,'5 ,
.
ш
39,5
-------------
48,0
57,2
42,8
8Ю2 = 58,5 = 0,986* + 0,0025>> + 0,0597*
А120 3 = 4,0 = 0,0073х + 0,979у + 0,0069*
СаО = 16,0 = 0,0016х + 0,4815* + 0,32*
М §0 = 6,0 = 0,0008х + 0,0366* + 0,199/
Иа20 = 11,5 = 0,572?
Решив систему уравнений, находят, что х = 58,4; у = 3,58, * =
= 15,11; 1- 27,04; 5 = 20,1. Подставляя полученные значения, по­
лучают фактический состав стекломассы (табл. 4.3). Количество
соды На280 4, необходимое для ввода № 20 , можно рассчитать
с учетом потерь: (11,5-100)/57,2 = 20,1 масс.ч. Таким образом,
на 100 масс.ч. расплава надо израсходовать 124,23 масс.ч. шихты,
состав которой, %: песок — 45,0; известняк — 12,2; доломит —
21,8; глинозем — 2,9; сода — 16,2.
Дополнительно на 100 кг стекломассы вводят 0,5 масс.ч. ТЮ2
и борную кислоту. Количество борной кислоты Н3В 0 3, необхоТ а б л и ц а 4.3.
Сырье
Фактический состав стекломассы
Содержание стеклообразующих оксидов, масс. ч.
Количе­
ство сырья,
СаО
МвО
№ 20
А120 3 РезОз
8Ю?
масс. ч.
Песок х
58,4
57,6
0,42
0,047
0,093
0,047
—
Глинозем у
3,58
0,009
3,5
0,002
---
—
—
Известняк 1
15,11
0,9
0,1
0,02
7,28
0,56
—
— щ
—
0,005
8,65
5,38
—
-------------
—
Доломит 1
27,04
Сода 5
20,1
Шихта
124,23
— нй к —
58,5
4,02
——
Б[ — ш
4
16,02
5,99
К
11,5
11,5
димое для ввода В20 3, рассчитывают аналогично: (3,5-100)/56,5 =
= 6,2 масс. 4.
- .... 3"
■■
•втт
т
т» - Технология получения стеклянной ваты. Для плавления сы­
рья используют стекловаренные ванные или электрические печи.
В печи стекло плавится и приобретает степень вязкости, кото­
рая необходима для нормального процесса волокнообразования.
Площадь зеркала стекловаренной печи может доходить до 68 м2,
глубина ванны до 1,5 м. Это объясняется большей светопрозрачностью стеклянного расплава, чем минерального.
В производстве стекловолокна довольно трудоемким и слож­
ным является процесс подготовки сырья:
• песок подвергают обогащению, промывке и сушке. Обогаще­
ние заключается в отделении железа и его оксидов; при наличии
глинистых примесей — промывка с оттиркой зерен;
• мел, известняк, доломит даже при влажности I V = 10... 15%
становятся мягкими, поэтому их предварительно сушат при тем­
пературе < 400’ С (чтобы не было разложения карбонатов). Для
тонкого измельчения в мельницах используют фарфоровые на­
садки и шары. Иногда их поверхность гуммируют;
• сода поставляется в измельченном виде в мешках, но вслед­
ствие гигроскопичности слеживается, поэтому ее подвергают по­
молу в дезинтеграторах или в специальных мельницах.
Технологическая схема подготовки шихты приведена на рис. 4.1.
Шихта, внесенная в стекловаренную печь, проходит ряд раз­
нообразных и сложных превращений. В начале нагревания в ней
протекают физические процессы: испарение влаги, полиморф­
ные превращения, термическое разложение компонентов. За­
тем еще при сравнительно низких температурах (менее 400 °С)
между материалами шихты начинаются химические реакции,
сопровождающиеся образованием силикатов. П о мере того как
шихта нагревается, в ней появляется расплав различных эвтектик и солей.
Образовавшиеся силикаты и остатки непрореагировавших
компонентов цементируются в плотный монолитный спек. Это
первый этап варки стекла — силикатообразование. При после­
дующем повышении температуры содержащиеся в спеке силикаты
расплавляются и растворяются одни в других. Образовавшийся
пенистый и непрозрачный расплав пронизан пузырьками газов,
выделяющихся при реакциях, и частицами материалов шихты.
С течением времени и по мере нагревания твердые остатки шихты
растворяются в расплаве, пена исчезает и образуется прозрачная
стекломасса. Стеклообразование — второй этап стекловарения.
Однако полученная стекломасса еще не пригодна для выработ­
ки, так как неоднородна по своему химическому составу, со­
стоит как бы из множества различных стекломасс, недостаточно
Рис. 4.1. Схема подготовки шихты для получения стекловолокна
смешанных между собой. Поэтому ее необходимо до выработки
сделать химически однородной — гомогенизировать. Это тре­
тий этап.
Таким образом, варка стекла для получения стеклянного во­
локна подразделяется на следующие этапы: силикатообразование,
стеклообразование, гомогенизация. Это деление в большой сте­
пени условно, так как практически в печах всегда одновременно
протекают несколько этапов.
Для получении стекловолокна используются следующие спо­
собы:
• фильерный — получение текстильного волокна;
• штапиковый — получение текстильного волокна вытягива­
нием стеклянных палочек-штапиков;
• дуплекс (двойная переработка) — получение супертонкого
волокна. Сначала получают волокно диаметром 250 ...300 мкм,
затем идет вторичный раздув до требуемого диаметра. Произво­
дительность не более 200 кг в сутки;
• вертикально-дутьевой — получение штапельного волокна;
• центробежно-фильерно-дутьевой — получение штапельного
волокна.
НРйМрШ I тШ Ш Щ Ш Щ |ЯЙ
Т е х н о л о г и я производства изделий из стекловолокна за­
ключается в осаждении волокна в вертикальной камере волокноосаждения, нанесении связующего распылением или проливом
(для жестких изделий), тепловой обработке (полимеризации) свя­
зующего, охлаждении, резке готовых изделий, упаковке. Общий
вид линии получения изделий из стеклянного расплава приведен
на рис. 4.2.
Основные свойства и области применения изделий из сте­
кловолокна. М а т ы и п о л о с ы из с т е к л о в о л о к н а пред­
ставляют собой эластичные пластины прямоугольной формы, по­
лученные из нескольких наложенных друг на друга слоев непре­
рывного стекловолокна, покрытые с двух сторон стеклотканью
или стеклохолстом и скрепленные посредством прошивки хлоп­
чатобумажными или стеклянными нитями. Материал негорючий,
используется для теплоизоляции трубопроводов и оборудования
с температурой поверхности от -180 до +450 °С.
Изделия т е п л о и з о л я ц и о н н ы е из ш т а п е л ь н о г о
с т е к л о в о л о к н а изготовляются из волокна, получаемого
центробежно-фильерно-дутьевым способом (Ц Ф Д ) или вертикально-дутьевым (ВД ). Волокна скрепляются синтетическим
Рис. 4.2. Линия производства изделий из стекловолокна:
1 — стекловаренная печь; 2 — фидер; 3 — фильерный питатель; 4
дутьевые
головки; 5 — камера волокноосаждения; 6 — форсунки для распыления связую­
щего; 7 — вакуум-отсос; # — сетчатый конвейер; 9 — роликовый конвейер; 10 —
ковер; 77, 12 — нижний и верхний прижимной конвейеры; 13 ■— камера тепло­
вой обработки; 14 — вентилятор; 75 — привод; 16 — готовый ковер; 77, 18 —
ножи продольной и поперечной резки
связующим. Предназначаются для теплоизоляции ограждаю­
щих конструкций жилых, общественных и производственных
зданий, оборудования, средств транспорта и трубопроводов
при температуре изолируемых поверхностей от -60 до +180 °С.
Характеристики изделий из стекловолокна (ГО С Т 10499) при­
ведены в табл. 4.4.
М а т ы и в а т а из с у п е р т о н к о г о с т е к л о в о л о к н а
б е з с в я з у ю щ е г о предназначаются для термо- и звукоизо­
ляции различного оборудования трубопроводов всех диаметров
и строительных конструкций. Супертонкое стекловолокно диаме­
тром до 3 мкм получается способом раздува, волокна скрепляются
между собой силами естественного сцепления.
Изделия из минерального и стеклянного волокна, полученные
по современным технологиям, отличаются от традиционных по­
вышенной водостойкостью, не гигроскопичны и не горючи. Эти
характеристики достигаются применением специальных гидрофобизирующих добавок и антипиренов. Такие изделия выпускают
по технологиям фирм 1Ж5А, 180УЕК.
Основные формулы расчеты при производстве минераль­
ной и стеклянной ваты. 1. Расчет количества конвейерных ли­
ний:
(4.2)
где Пг — заданная производительность линии по изделиям, м3/г;
рв — плотность ваты, кг/м3, рв = 50, 75, 100; П п — производитель­
ность печи по расплаву, кг/ч; кв — коэффициент выхода волок­
на из расплава (в долях), обычно кв = 0,75; Ф рв — фонд рабочего
времени, ч, Ф рв = 6 288 ч.
2. Часовой расход связующего:
(4.3)
где О — производительность линии по расплаву, кг/ч; С — содер­
жание связующего, %, в пересчете на сухое вещество, С = 3...6;
кв — коэффициент выхода, учитывающий потери связующего;
Кс — концентрация рабочего раствора связующего, %, при на­
пылении К<. = 12,5... 17, методом пролива К,. = 8... 10.
3. Длина камеры тепловой обработки:
I
=
к
0У
Ь
Н
р
6
(4.4)
0
5
вде 0 — производительность линии, кг/ч; т — время тепловой об­
работки, мин, т = 5...30; Ь — ширина изделий, м; И — толщина
изделий, м; р — плотность изделий, кг/м3.
Таблица
волокна
4.4. Физико-механические свойства изделий теплоизоляционных из стеклянного штапельного
сч
Л
со
г-н
о
•Л
Г4
I
2
«
/СО">
I
2
о
<и о\
3
сч
1—
4
со о
и
0)
1 ° *
«"* §
Н
о
СО
О
и чо
а, о
3^
ей сч
I 3 о
ш
^
а
«г
Я
§
оо
о
сп
э г- ^
I
с Осо О
1
о
5
О
э
X
1
П
оо
о
л со О
Ц
1
со
а!
X
О
го
а> 4 0
о
3 'Г-Н Ч
О
40
I ЛЩ
О
с
о
С
и
и
ш
»
п
г-I 3 чо 00
^ 40 о
С
О
С
и
о
3 !2 ^
с
3 | §
о
ЧО О
04
I
с
I
о
с
4>
5
X
с
в5
не
шс
О со
X се
&> *
2
X
о
Т
}ог
о
40
о
о
г- о
т“н сч
^ о
О ч
г^
ог
о
гтг
о
о
о
40
”
'3
*
о*
о
но
о
т!"
ин
ш
о
О
от
о
о
о
ф
О
со
о
сч
• 40
чо
I
X
с
в
,
о•*
о
4
о
а>
Я
О
о
о
О
от
о
ю
о
о
от
сч
ио
о
о
г^
«о
ос
о
о
о
от
<
и
&>
Л
г*ч
2
и
*
«•
N
0
н
о
о
X
н
О
*3
С
X <Й
н
о
о
&с
0Ою
Xо
иО о
и
о
н
о о а>
1
X
*
Г
>
с
о
о га ©
о -Н
а> о о.
<
и
X ю
ей со
к ^
о ^
>
»
Й
X &«
X
X
<и о* н
НСЙ
и
_
I
<я
Х
*о з
сч
о
4
>
С
"
X
<о «
се
с
е
~ х
X
п
*
5
Й
X
а
>
л О 5 5«
X н о
н
Я
^
о
О о 3 «
с
е
а
>
о X 1 X
X о
<и
X а а - ЛГ X НШ
ЙГ с о л ю
О О
N
о а>
сх,
е
^
се
е
е
а X
о
<и
С н Е
*^ и
ж X
т а
4.2. Ячеистое стекло
Новинкой на строительном рынке России можно считать ячеи­
стое стекло (от англ. Гоат§1а$8 — пеностекло). Технология пено­
стекла была разработана в МХТИ им. Д. И. Менделеева в 30-е гг.
XX в. В 40 — 50-х гг. XX в. в Советском Союзе, некоторых евро­
пейских странах и С Ш А было освоено промышленное произ­
водство пеностекла. По ряду причин в нашей стране к концу
80-х гг. XX в. его производство остановилось. На сегодняшний
день функционирует производство пеностекла в Гомеле (Бе­
лоруссия), организовано производство во Владимире, Томске,
ввозится пеностекло из Китая, из европейского филиала амери­
канской фирмы Р1шЬигё Согшп§. Следует отметить, что в СШ А
пеностекло пользуется устойчивым спросом и находит широкое
применение в самых разных областях техники, от строительства
зданий до кораблестроения.
Физико-технические свойства и области применения ячеи­
стого стекла. Ячеистое стекло ( пеностекло) — высокопористый
теплоизоляционный материал ячеистой структуры, полученный
из стеклянного расплава спеканием с газообразователем при
Т * 800 ± 50 °С. При спекании выделяются газы, образующие поры.
При выходе из печи от непрерывно движущегося бруса отрезают
блоки требуемой длины. Пеностекло обладает следующими харак­
теристиками: высокая прочность при плотности 150...500 кг/м3,
Лсж — 0,8...5,0 МПа, ЯИЗГ — 0,5...2,0 МПа, пористость 85...95%,
коэффициент теплопроводности X = 0,058 ...0,12 Вт/(м °К), во­
достойкость, минимальное водопоглощение до 5 % по объему,
несгораемость, морозостойкость, легко обрабатывается, 7 ^ ^ —
400°С. Размер изделий: / = 500... 1000 мм, Ь = 200...500 мм, И =
= 80... 140 мм.
В зависимости от назначения различают следующие виды пе­
ностекла:
• изоляционно-строительное;
• монтажное (для холодильного оборудования);
• влагозащитное;
• звукопоглощающее;
• гранулированное.
Технические характеристики пеностекла приведены в табл. 4.5.
Ячеистое стекло изготавливают путем вспенивания стекломас­
сы различными способами газообразования.
Способы получения ячеистого стекла:
• продувка стекломассы газом или воздухом;
• вспучивание расширением под вакуумом;
• введение в шихту газообразователей, вспенивающих стелокмассу в процессе варки;
1
Л
&
<
и
н
о
О
го
о
о
о
ф
о
о
т
}ог
о
00
о
о
тг
о
и
э
я
л
3
о
чо
сч
о
о
о
со
е
0
ей
§
н
о
1
а
п
<
и
О
X
н
о
X
а
>
3
ей
С
п
О
и
4.5. Технические характеристики пеностекла
Таблица
00
о
о
о\
о
чо
40
О
ей
5
со
09
и
О
X
н
X
О
2
Си
§
со К
6
о
5
0
)2
н
2о
о
и5
а
V о
X
6
ей
а
ей
X
о
о
о
00
о
сч о
•
»
о
О
о
о
»/*>
1/~>
о>
сч
о
о
40
I
о
о
о
+
гч
чо
00г
ос
о
о
о
гг
+
гоо
о
о
о
о
X
н
о
о
н
X
а
>§
5 со
X
5
X •
«• о 2
Г)
6
сч
о
оф
о
I и
о о
X X
X л
о
5 н
X
к 5
о
г-
о со
5
а ей
с с
л
н
о
о 5
X 5
г н
о ей
а
и
я
I *
2 &
с Й
5®
§о
с о « с
о
о
сч
I
и
ей к
°ч
>
»5
нX
>
ей а
а X
ию
с
5
а
а
>
5
X
<
и
3
о
5
о
X
| я
Ёа'иЭ
п е*
• смешение тонкодисперстного порошка с порошком газообразователя и спекание массы с выделением газообразообразных
продуктов (порошковый);
• смешение тонкодисперстного порошка с технической пеной
и с последующим спеканием.
Основной способ изготовления стекла в нашей стране — по­
рошковый. В зависимости от вида порообразователя и примене­
ния некоторых технологических приемов можно получить мате­
риал с открытой и закрытой пористостью.
Сырьевые материалы для получения ячеистого стекла.
Сырьем для пеностекла может служить как специально сварен­
ное стекло, так и стеклобой и использованная стеклянная тара,
что является несомненным вкладом в сохранение окружающей
среды. Могут быть использованы даже отработавшие свой срок
телевизионные кинескопы.
С т е к л о б о й или предварительно сваренные стеклогранулы
(размером примерно 3 мм) получены грануляцией мокрым спо­
собом.
Г а з о о б р а з о в а т е л ь — твердые газообразователи, которые
выделяют газ (в процессе нагрева или в результате химических
реакций) в количестве 1... 3 % от массы стекла:
• углеродосодержащие вещества — изоляционно-строительное
стекло (кокс, антрацит (содержание углерода до 97 %), графит,
карбид кремния 81С) придают ячеистому стеклу черный цвет
и замкнутые поры;
• карбонаты (СаСОэ) — звукоизоляционное стекло (доломит,
известняк, мрамор), преимущественно открытые поры, серова­
то-белый цвет;
• азотно-кислый натрий (NаNОз) — поры открытые, серова­
то-белый цвет;
• пиролюзит М п02 — поры частично замкнутые, фиолетовый
цвет;
• соли хрома — поры открытые и закрытые, зеленый цвет.
Технология получения изделий из ячеистого стекла. Тех­
нологический процесс производства пеностекла включает в себя
четыре основные стадии: приготовление шихты (помол); загрузка
в формы; вспенивание и спекание стекла; отжиг и механическая
обработка вспененных блоков.
Стекольное сырье размалывают в тонкий порошок совместно
с газообразующей добавкой. Полученную смесь помещают в ог­
неупорные формы и нагревают до 800 ± 50 °С. При этом порошок
сначала спекается, образуя пористый материал, а затем превраща­
ется в вязкую стекломассу, вязкость которой т) = 2 800... 300 Па-с.
Тонкодисперсная равномерно распределенная добавка при этой
температуре образует углекислый газ, который дополнитель-
но поризует стекломассу. При этом образуются сферические
поры размером 1... 3 мм, разделенные тонкими (несколько ми­
крон) стеклянными перегородками. При снижении температуры
до 600... 650 °С пористая структура фиксируется. Затем производят
отжиг материала, охлаждая его по специальному режиму. Цель от­
жига — снятие напряжений в стекле и стабилизация его свойств.
Пеностекло после отжига разрезается на плиты и фасонные из­
делия с помощью твердосплавных пил.
Перечислим процессы, происходящие при получении пено­
стекла:
• физический — размягчение отдельных частиц;
• физико-химический — спекание частиц;
• химические реакции газообразования — в зависимости
от условий и вида газообразователя:
с + о2-»со2Т
2СО + 0 2-> 2С02Т
С 0 2 + С -> 2СО Т
СаС03 -> СаО + С 0 2Т
• физический — закрепление структуры (придание твердости,
переход из пластического в стеклообразное состояние).
Вид газообразующей добавки определяет структуру пеностекла.
Выбор газообразователей зависит от заданного интервала спека­
ния (короткий А Т » 50 °С, или длинный — А Т « 150 °С). При ис­
пользовании карбонатных добавок получается пеностекло светлой
окраски с сообщающимися порами и, как следствие, с высоким
водопоглощением. Углеродистые добавки позволяют получать пе­
ностекло от темно-серого до черного цвета с закрытой однородной
по размеру пористостью и низким водопоглощением (1 ...2 %).
Физико-химические основы отжига стеклянных расплавов.
При быстром охлаждении стеклянного расплава наружные слои
остывают быстрее, чем внутренние. Разность температур объясня­
ется, главным образом, плохой теплопроводностью стекла. В ре­
зультате неравномерного остывания поверхностных и внутрен­
них слоев в стекле возникают напряжения сжатия и растяжения.
Когда процесс охлаждения полностью закончен и температура
различных слоев стекла выравнивается, напряжения, возникшие
в момент охлаждения, либо останутся, либо исчезнут.
Если охлаждать размягченное стекло медленно, остаточ­
ных напряжений будет значительно меньше; при очень медлен­
ном охлаждении внутренние и внешние слои будут изменяться
в объеме почти одинаково и напряжения будут ничтожно малы.
Остаточные напряжения не могут быть удалены в процессе даль­
нейшего охлаждения уже остывшего хрупкого стекла, какова бы
ни была скорость охлаждения. Они могут исчезнуть только после
вторичного нагрева стекла до температуры, при которой частицы
опять приобретут подвижность и в стекле станут возможны пла­
стические деформации. При этом чем меньше вязкость стекла,
тем быстрее исчезают напряжения; уже при температуре свыше
550... 600 °С вязкость большинства стекол обеспечивает удаление
остаточных напряжений.
Процесс удаления или ослабления остаточных напряжений
называется отжигом стекла. В производственных условиях под
отжигом подразумевают весь процесс охлаждения отформованных
изделий до-нормальной температуры, при котором устраняются
или уменьшаются остаточные напряжения.
Технологические схемы производства пеностекла. Процес­
сы вспенивания и отжига стекла могут бьггь совмещены в одной
печи или проводиться в двух раздельных печах. Приняты следу­
ющие технологические схемы производства пеностекла: двухста­
дийная; одностадийная; конвейерная.
При д в у х с т а д и й н о й схеме сырье подвергают грубому по­
молу в щековой дробилке, затем в молотковой мельнице до раз­
мера зерен 1... 3 мм. Кусковой газообразователь также подвергают
помолу. Отвешенные порции стекла и газообразователя смеши­
вают и подвергают совместному помолу до удельной поверхности
до 6 .„7 тыс. см2/г.
Обычно ячеистое стекло изготавливают в металлических формах
из жаростойкой стали или керамики. Чтобы пеностекло не при­
липало к формам, их внутренние поверхности покрывают мелом
или каолином, затем засыпают шихту на 2/3 высоты форм. Подго­
товленные формы устанавливают на печные вагонетки в несколько
рядов по высоте и ширине. Нагрев форм в обжиговой печи про­
исходит быстро, чтобы не было преждевременного улетучивания
газов через неспекшуюся шихту. При быстром нагреве на поверх­
ности образуется тонкая стеклянная корка, препятствующая выходу
газов. После нагрева следует кратковременная выдержка изделий
при температуре вспенивания, а затем резкое охлаждение для фик­
сирования структуры. Общее время обжига и вспенивания 2 ч.
Охлаждение (отжиг) производят воздухом до Т = 600...630°С.
Далее толкателем изделия извлекают из форм и направляют на от­
жиг в ленточно-сетчатую туннельную печь, именуемую в стеколь­
ной промышленности леером. На участке в печи отжига темпе­
ратура понижается медленно путем подачи холодного воздуха,
в целях недопущения термических напряжений, которые могут
привести к растрескиванию изделий. Время отжига примерно
10... 12 ч. Далее при необходимости производится механическая
обработка готовых блоков. Двухступенчатая схема получения яче­
истого стекла приведена на рис. 4.3.
г V
Рис. 4.3. Схема получения ячеистого стекла двухступенчатым способом
78
О д н о с т а д и й н а я схема производства пеностекла отличает­
ся от двухстадийной тем, что обжиг и отжиг происходят в одной
печи. Время обжига короткое — 2 ч, далее производят длительный
отжиг, время медленного охлаждения — до 21 ч. Изделия извле­
кают из форм после процесса отжига. Стекло по одностадийной
схеме вспенивают в туннельных печах, применяемых для обжига
строительной керамики.
При к о н в е й е р н о м способе используется конвейерная ли­
ния без форм, которая состоит из двух печей: вспенивания и от­
жига. Изготовление изделий происходит на пластинчатом кон­
вейере, состоящем из стальных противней. Противни, соединяясь
между собой встык, образуют сплошной желоб. На этот желоб
насыпается слой шихты примерно 80 мм. Слой шихты отправля­
ется в конвейерную печь обжига, где стекло вспенивается и спе­
кается в виде бруса. Затем еще горячий брус разрезается на блоки,
и происходит их перегрузка на ребро в печь отжига (отжиг в тече­
ние 20 ч). Противень, освобожденный от пеностекла, с помощью
подъемника опускается на роликовый конвейер и транспортиру­
ется к загрузочному устройству. Далее цикл повторяется.
Пеностекло выделяется среди теплоизоляционных материа­
лов уникальным сочетанием свойств: по теплоизоляционным
свойствам пеностекло лишь немного уступает минеральной вате
и пенопластам, но при этом оно представляет собой достаточно
жесткий и прочный материал.
В широком интервале нагрузок и температур пеностекло ве­
дет себя как твердый материал, полностью сохраняя свои разме­
ры и форму.
Ячеистое стекло (пеностекло) обладает стойкостью к воз­
действию воды и водных растворов химически агрессивных
веществ (кроме плавиковой кислоты) и сильнейших окислите­
лей в широком диапазоне температур: от температуры жидкого
азота и до 450...500°С. Оно негорюче, биологически устойчиво
и не поражается насекомыми и грызунами. Такая совокупность
свойств обеспечивает высокую долговечность изоляции из этого
материала. За счет мелкопористой структуры пеностекло легко
обрабатывается механически: пилится, сверлится, фрезеруется,
а благодаря шероховатой поверхности хорошо сцепляется как
с минеральными (цемент, гипс), так и с органическими (битум,
синтетические смолы) вяжущими. Оно склеивается мастиками,
хорошо удерживает штукатурные слои и может крепиться строи­
тельными растворами.
В качестве изоляции кровельных конструкций и стен пеностек­
ло использовалось во многих уникальных сооружениях во мно­
гих странах мира, в том числе и в России. Особенно эффективно
применение пеностекла для тепловой изоляции промышленных
трубопроводов и агрегатов, работающих как при высоких, так
и при низких температурах, вплоть до температуры жидкого азота,
а также в промышленных холодильных и морозильных камерах.
КО Н ТРО Л ЬН Ы Е В О П Р О С Ы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Какие сырьевые материалы используются для производства стекло­
волокна?
Поясните принцип расчета сырьевой шихты для получения стеклян­
ной ваты.
Какие плавильные агрегаты применяют для получения стеклянного
расплава?
Назовите основные способы получения стекловолокна.
Назовите основные свойства и области применения стекловолокна
и изделий из него.
Назовите виды пеностекла и их основные свойства.
В чем основное различие одностадийной и двухстадийной технологии
пеностекла?
Какие режимы термической обработки пеностекла вы знаете?
Глава 5
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ БЕТОНЫ
Утеплители на неорганической основе являются доминирую­
щими в решении вопросов теплозащиты зданий и оборудования.
Это объясняется их экологической чистотой, пожаробезопасно­
стью и долговечностью [26].
Широкое распространение в строительстве получили теплои­
золяционные бетоны, как газонаполненные (пенобетон, газобе­
тон), так и на основе легких заполнителей (керамзитобетон, перлитобетон, полистиролбетон и т. п.). Наиболее активно в настоя­
щее время производятся газонаполненные бетоны. Производство
ячеистых бетонов организовано практически во всех регионах
России. Этому способствуют простота технологии, доступность
сырьевых материалов, относительно невысокая стоимость и хо­
рошие теплоизоляционные свойства. В последние годы нашло
применение строительство малоэтажного жилья из монолитного
пенобетона или из крупных элементов, изготавливаемых на ме­
сте строительства. В связи с ростом в последние годы стоимости
энергии увеличивается удельный вес безавтоклавных ячеистых
бетонов — пенобетонов.
Примером использования теплоизоляционного пенобето­
на в мировой практике является опыт немецкой фирмы «Н еопор». Эта фирма с 1975 г. внедрила свою технологию пенобетона
в 40 странах мира. Эта и подобная технологии получили распро­
странение в таких странах мира как ФРГ, Швеция, СШ А, Южная
Корея и др. Неопор-бетон — легкий ячеистый бетон, полученный
в результате твердения раствора, состоящего из цемента, песка,
воды и пены, образованной с использованием протеинового пеноконцентрата. Заданная плотность бетона достигается измене­
нием соотношения компонентов. Такой бетон используется для
утепления крыш (средняя плотность бетона 280 ...400 кг/м3), за­
полнения пустотных пространств (выработанные шахты, канали­
зационные системы; плотность 600... 1000 кг/м3) , изготовления
стеновых блоков и плит (плотностью 700... 1400 кг/м3). В настоя­
щее время получены положительные результаты по композици­
онному материалу — пенополистиролбетону. Он представляет
собой композицию, состоящую из пенобетона, образующего не­
прерывный каркас, и гранул пенополистирола, заполняющих за­
данный объем в каркасе. Изготовление этого материала не требует
большого парка форм, поскольку распалубку можно производить
через 20...30 мин после формования.
За последние годы с использованием полистиролбетонных
конструкций построены различные типы зданий (от коттеджей
до многоэтажных жилых домов).
5.1. Теплоизоляционные ячеистые бетоны
К теплоизоляционным ячеистым бетонам (газо- и пенобетонам) относятся материалы средней плотностью 250...400 кг/м3
при коэффициенте теплопроводности X 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 %, поэтому требуется защита от увлажне­
ния. Ячеистые бетоны 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 ат­
мосферном давлении или автоклавах при давлении 0,8... 1,2 МПа.
Пенобетоны получают с применением пенообразователей (п о­
верхностно-активных веществ для приготовления пены) с после­
дующим смешением с цементным раствором.
В последние годы для снижения теплопроводности теплоизо­
ляционных газобетонов применяют дополнительно поризацию
пенообразователями, т.е. получают пеногазобетон с плотностью
до 250 кг/м3. Для повышения прочности при изгибе на основе
современных технологий возможно дополнительное применение
волокнистых добавок, например стеклянного или синтетическо­
го волокна.
1
Такие бетоны называются фиброгазобетон. Теплоизоляцион­
ные ячеистые бетоны используют в трехслойных стеновых кон­
струкциях, монолитной изоляции и других изделиях.
Особенности изготовления теплоизоляционного газобето­
на. Для применения в строительстве теплоизоляционный ячеи­
стый бетон и изделия из него должны отвечать требованиям ГОСТ
25485 «Бетон ячеистый» и ГО СТ 5742 «Изделия из ячеистых бе­
тонов теплоизоляционные».
Теплоизоляционные изделия из ячеистых бетонов выпуска­
ют автоклавного и безавтоклавного твердения. Изделия предна­
значаются для утепления строительных конструкций и тепловой
изоляции промышленного оборудования при температуре изо-
. лируемой поверхности до 400 °С. По сравнению со стеновыми
ячеистыми бетонами теплоизоляционные имеют пористость
больше 75%, поэтому их применение в условиях агрессивной
среды и при наличии относительной влажности воздуха более
75 % должно производиться только с нанесением на поверхность
защитного гидрофобизирующего покрытия. Теплоизоляционные
изделия из ячеистых бетонов должны иметь однородную струк­
туру без расслоений, пустот, трещин и посторонних включений.
В зависимости от плотности изделия из теплоизоляционных ячеи­
стых бетонов в основном выпускаются марок 350 и 400. Размеры
изделий из теплоизоляционных ячеистых бетонов составляют:
длина 500... 1000 мм; ширина 400...600 мм, кратно 100; толщина
8...240 мм, кратно 20.
Физико-механические показатели теплоизоляционных ячеи­
стых бетонов приведены в табл. 5.1, сравнительные характеристи­
ки стеновых и теплоизоляционных бетонов — в табл. 5.2.
Структура теплоизоляционных ячеистых бетонов более круп­
нопористая, с меньшим содержанием капиллярных пор, чем
у стеновых ячеистых бетонов с плотностью более 500 кг/м , поэ­
тому сорбционное увлажнение и капиллярное всасывание у них
меньше. Макропоры всасывают немного влаги, основное ее по­
глощение происходит при непосредственном контакте, например
под действием осадков. Испарение, т. е. влагоотдача таких круп­
нопористых материалов при этом лучше, чем стеновых ячеистых
бетонов. По этой же причине сравнительная морозостойкость
теплоизоляционных ячеистых бетонов несколько выше, чем сте­
новых.
Особенности технологии получения теплоизоляционных
ячеистых бетонов. Для получения теплоизоляционных ячеистых
Т а б л и ц а 5.1. Физико-механические показатели
теплоизоляционных ячеистых бетонов
Марки
Наименование показателя
350
400
Плотность кг/м3, не более
350
400
Предел прочности при сжатии, М П а , не менее
0,7
1,0
Предел прочности при изгибе, М П а , не менее
0,2
0,3
Теплопроводность в сухом состоянии при тем­
пературе 25 ± 5 °С , Вт/(м- К ), не более
0,093
0,104
Отпускная влажность по объему, %, не более
10
10
Плот­
ность,
кг/м3
200
Прочность при
сопротивлении
сжатию Я сЖ, МПа
автоклав­
ный
неавто­
клавный
— ‘.я*]
‘
300
0,4...0,8 Ря
400
Водопоглощение
по объему
И^о,%
-------------
Коэффици­
ент тепло­
проводности
Вт/(м К)
Пори­
стость
П, %
0,072
92
Гигро­
скопич­
ность, %,
при
Ф = 100%
——
21 ...30
0,104
88
3,1
0,8... 1,5
0,5 ...1,0
23 ...35
0,12
83
7,5
500
1,2...2,5
0,8... 1,5
23 ...35
0,150
78
9,4
600
2,5...4,0
1,5...2,5
28...41
0,170
73
10,5
700
4,0... 5,0
2,5... 3,5
28 ...41
0,200
70
12,0
бетонов с плотностью 250 ...400 кг/м3 необходимо применять сле­
дующие приемы:
• повысить расход газообразобразователя (алюминиевой пу­
дры) до 0,6... 1,0 кг/м3;
• увеличить долю известкового компонента по отношению
к кремнеземистому (по сравнению со стеновым газобетоном);
• использовать дополнительную активацию вяжущего помолом,
обработкой в дезинтеграторах, кавитаторах и других агрегатах;
• применять дополнительное аэрирование шлама;
• применять композитный пеногазобетон;
• для ускорения набора прочности вводить ускорители тверде­
ния, например хлористый кальций;
• для повышения прочности теплоизоляционных ячеистых
бетонов, снижения усадочных деформаций использовать волок­
нистые добавки.
Ячеистые бетоны теплоизоляционного назначения, получае­
мые по двум разным технологическим направлениям: пенобетон
и газобетон, имеют общий существенный недостаток, который за­
ключается в высокой усадке и довольно низкой прочности при по­
ниженной средней плотности (для автоклавных — 0,05...0,4 мм/м;
неавтоклавных — 0,1 ...0,5 мм/м).
В настоящее время все более широкое развитие приобретает
производство ячеистых бетонов по заливочной технологии при
возведении теплозащитного слоя в несъемной опалубке в моно­
литном и каркасном домостроении. Наиболее важным стано-
вится устранение усадочных явлений и стабилизация основных
свойств заливаемого массива ячеистого бетона, таких как проч­
ность и средняя плотность, которая по теплотехническим расче­
там не должна превышать 400 кг/м3.
В связи с указанными проблемами наряду с использованием
высокоактивных минеральных и химических добавок наиболее
приемлемо применение материалов и веществ, способных создать
структурный упрочняющий каркас ячеистобетонного массива, т. е.
армировать межпоровые перегородки, прочность которых опреде­
ляет прочность всего материала. Для этих целей рекомендуется
использовать волокнистые материалы: базальтовое тонкое (БТВ)
и супертонкое волокно (БСТВ), полипропиленовое волокно (П П )
и волокно из полиэтилентерефталата (П Э ТФ ). Для армирования
ячеистых бетонов могут использоваться волокна различного диаме­
тра от 1 мкм до 100 мкм, длина волокон может составлять от 1,1 мм
до 6,6 мм. При этом волокна не пронизывают поры, а проходят
по межпоровым перегородкам. При получении фиброгазобетона
с плотностью 300...400 кг/м3 необходимо вводить 0,5... 1,5 % (масс.)
волокон от массы цемента или твердой фазы.
При армировании ячеистых бетонов волокнами происходят
следующие процессы:
• увеличение пластической вязкости газобетонной смеси;
• увеличение давление газа в порах, что может привести либо
к формированию полиэдрических пор с минимальной толщиной
межпоровых перегородок, либо к уплотнению частиц в межпоро­
вых перегородках;
• присутствие же волокон меняет хрупкий характер разрушения
газобетона за счет увеличения доли пластических деформаций,
увеличивается прочность на изгиб;
• присутствие волокон в газобетонной смеси стабилизирует
(повышает) устойчивость процесса поризации, устраняет уса­
дочные явления.
Применение теплоизоляционных ячеистых бетонов. Те­
плоизоляционные ячеистые бетоны применяют:
• в конструкциях наружных и внутренних стен жилых и обще­
ственных зданий в виде блоков и плит;
• для покрытий и перекрытий (утепление промышленной кров­
ли) в виде плит или заливкой на объекте;
• для теплоизоляции трубопроводов в виде скорлуп, сегмен­
тов и блоков.
Утепление плоской кровли ячеистым бетоном вместо утепле­
ния минераловатными плитами или керамзитом завоевало до­
статочную известность в России. Применение керамзита требует
больших затрат на транспортировку, подъем, укладку, приводит
к увеличению нагрузки на кровлю. Применение ячеистых бето­
1 щ
нов позволяет значительно снизить нагрузки на здание за счет
снижения общей массы кровли.
В числе недостатков материала можно назвать достаточно боль­
шую по сравнению с другими материалами (особенно с пенополистиролом) плотность (300...400 кг/м3), а также длительность
укладки. Его поверхность затвердевает при положительной тем­
пературе лишь через сутки после заливки.
Новым направлением является применение монолитного ячеи­
стого бетона в ограждающих конструкциях многоэтажных зданий.
Выполнение работ может производиться с использованием мо­
бильного оборудования, перевозимого автомобильным транспор­
том, свободно перемещаемого в пролетах многоэтажных зданий.
Подача бетона на высоту свыше 50 м обеспечивается насосами.
5.2. Подистиродбетон
Полистиролбетон — это новый в отечественном строительстве
материал на основе гранул вспененного полистирола, цемента,
воды затворения и химических добавок, имеющий высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели. Его опти­
мальная плотность 250...500 кг/м3, прочность — 0,2... 1,5 МПа.
Расчетный коэффициент теплопроводности 0,06... 0,16 Вт/(м •К).
Полистиролбетон негорюч. Он может быть стенообразуюшим
материалом, выполняющим одновременно функции утеплителя.
Полистиролбетон позволяет формировать блоки и соответственно
стены из них с разнообразной геометрией. Его стоимость ниже
по сравнению с другими строительными материалами, применяе­
мыми для ограждающих конструкций.
Состав полистиролбетона с применением специальных добавок
позволяет варьировать его плотность и прочность в зависимости
от требований к конструкциям, в которые он укладывается. Это
могут быть наружные стены, межкомнатные перегородки, под­
готовки под полы, междуэтажные перекрытия и покрытия, тру­
бопроводы и теплотрассы. В зависимости от назначения и усло­
вий работы изделия из полистиролбетона могут иметь плотную,
поризованную или крупнопористую структуру. Достоинствами
полистиролбетонов плотностью менее 500 кг/м3 являются по­
вышенная прочность на растяжение, пониженная теплопрово­
дность, повышенная морозостойкость, низкое водопоглощение.
При расходе цемента не менее 200 кг/м3 полистиролбетон защи­
щает стальную арматуру от коррозии без применения различных
защитных обмазок. Характеристики теплоизоляционных по­
листиролбетонов в соответствии с требованиями ГО СТ Р 51263
приведены в табл. 5.3.
Предел
прочности
при изги­
бе, МПа
Коэффициент
теплопроводности
в сухом состоянии,
Вт/(м К)
Марка
по плот­
ности
Марка по морозостой кости
М2
0,08
0,055
0150
Н е нормируется
М 2,5
О
О
0,065
0200
Н е нормируется
М 3,5
0,15
0,075
0250
Н е нормируется
М5
0,25
0,085
0300
Р 2 5 ... Р35
ВО,5
0,35
0,095
0350
Р 3 5 ... Р50
ВО,75
0,50
0,10
0400
Р35...Р50
В 1,0
0,60
0,115
0450
Р 3 5 ... Р50
В1,5
0,65
0,125
0500
Р35...Р75
Г»
Класс / мар­
ка по проч­
ности
на сжатие
В качестве заполнителя для полистиролбетона применяют по­
листирол вспененный гранулированный (П ВГ), представляющий
продукт одно- или многоступенчатого вспенивания суспензион­
ного вспенивающегося полистирола. В зависимости от качества
сырья и режима вспенивания пенополистирольный заполнитель
(П ВГ) может иметь марку по насыпной плотности 10, 15, 20, 25,
30 кг/м3.
Одним из направлений улучшения структуры и физико-технических показателей полистиролбетона является введение в него
воздухововлекающих добавок типа СДО или пенообразователей.
В результате получается нерасслаиваемая полистиролбетонная
смесь равномерной структуры. При укладке такой бетонной сме­
си не требуется дополнительного уплотнения, достаточно выров­
нять поверхность правилом или закатать легким катком. Обычно
тепловая обработка не требуется, бетон можно нагружать через
сутки. Схема изготовления изделий из полистиролбетона при­
ведена на рис. 5.1.
Полистиролбетон на цементном вяжущем и вспененном полистирольном заполнителе и штучные изделия на его основе (стено­
вые блоки, плиты теплоизоляционные и т.д.) предназначены для
применения в жилищном и гражданском строительстве в качестве
теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных ма­
териалов [10]. Размеры штучных изделий из полистиролбетона
обычно составляют 1200x300x300 и 600 x 300 x 370 мм.
Рис. 5.1. Схема получения изделий из полистиролбетона
Товарный полистиролбетон для сооружения монолитных кон­
струкций подается с помощью специальных мобильных устано­
вок для приготовления, подачи и укладки в опалубку с помощью
бетононасосов. Его применяют для устройства:
• однослойных, двух- и трехслойных наружных стен зданий
и сооружений;
• теплоизоляции кровли, полов, фундаментов;
• утепления стен и кровли ранее построенных зданий и соору­
жений с использованием несъемной опалубки;
• устройства теплых полов;
• устройства теплых стыков между панелями зданий.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Перечислите разновидности ячеистых бетонов в зависимости от спо­
собов поризации, вида вяжущих веществ, условий твердения.
Перечислите основные особенности производства газо- и пенобето­
на и их свойства.
Какие физико-химические процессы происходят при гидротермаль­
ной обработке в производстве ячеистых бетонов?
Приведите режимы автоклавной обработки теплоизоляционных из­
делий из ячеистого бетона.
Какие сырьевые материалы используются для производства полистиролбетона?
Приведите основные принципы получения полистиролбетонов.
Глава 6
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ВСПУЧЕННЫХ ГОРНЫХ
ПОРОД
Традиционно в нашей стране для устройства теплоизоляционных
засыпок и получения штучных материалов применяли керамзит, по­
ристые шлаки и т. д. В настоящее время эту группу материалов вви­
ду высокой плотности и теплопроводности нельзя отнести в разряд
эффективных. При достаточно интенсивном развитии строитель­
ства в стране не выпускаются теплые кладочные растворы и сухие
смеси. Улучшить теплотехнические характеристики указанных
материалов можно, применяя эффективные зернистые материалы
на основе вспученных горных пород, такие как перлит и вермику­
лит. Плотность таких растворов в шве составляет 400 ...600 кг/м3.
Это позволяет ликвидировать мостики холода в кладке.
6.1. Вспученный перлит
Виды и свойства вспученного перлита. Вспученный перлит
(ГО СТ 10832) — пористый материал, получаемый термической об­
работкой дробленых вулканических водосодержащих пород. В за­
висимости от размера зерен различают перлитовый песок (менее
5 мм) и щебень (5...20 мм).
Вспученный перлитовый песок подразделяется на рядовой —
с зернами размером менее 5 мм, крупный — с зернами размером
1,25...5,0 мм, средний — с зернами размером 0,16...2,5 мм, мел­
кий — с зернами 0,16... 1,25 мм и пудру — с зернами размером
менее 0,16 мм. Вспученный перлитовый щебень бывает двух фрак­
ций: с зернами размером 5... 10 мм и размером 10...20 мм [11].
Вспученный перлитовый песок применяют в качестве запол­
нителя при изготовлении теплоизоляционных изделий и бетонов,
огнестойких штукатурных растворов, а также для теплоизоляци­
онных засыпок при температуре изолируемых поверхностей от
-180 д о +875°С.
*
Р*
■
^ ’ оооруМелкий перлитовый песок ( порошок) и пудру используют для
засыпной изоляции замкнутых полостей двухстенных резервуаров,
в которых хранят сжиженные газы. Перлитовый щебень служит
заполнителем в легких бетонах различного назначения. Вспучен­
ный песок по плотности подразделяется на марки 75... 500, ще­
бень — на марки 200...500. Характеристики вспученного перли­
тового песка и щебня приведены в табл. 6.1.
Характеристика сырья. Сырьем для производства вспучен­
ного перлита является кислая вулканическая порода (вулкани­
ческое стекло), способная при нагревании вспучиваться за счет
испарения связанной воды. В зависимости от содержания в по­
роде воды и газов, оставшихся при застывании лавы, различают
две группы вулканических стекол: обсидиан с содержанием воды
до 1,5%, перлит — 1,5... 10% по массе.
Перлит представляет собой алюмосиликатный материал со зна­
чительным содержанием щелочей. Химический состав перлита
различных месторождений следующий, % по массе: §Ю2 — 65...76;
А120 3 — 12... 16; РеО + Ре2Оэ — до 3; СаО — до 3; Ыа20 + К 20 —
3... 10; Н20 (структурная) — 1,5... 10.
Цвет перлита в зависимости от сопутствующих примесей (до­
пускаются до 10 %) бывает от светло-серого до черного с зелено­
ватым или красноватым оттенком.
Вспучивание перлитовых пород осуществляется при перехо­
де материала в пиропластическое состояние. Желательно, чтобы
процесс вспучивания шел при 1 < 1050°; процесс газообразова­
ния — при /= 900... 950 °С.
Т а б л и ц а 6.1. Характеристики вспученного перлитового песка
и щебня
Марки
П л о т н о с т ь , кг/м 3
75
Прочность при
сжатии /?сЖ, М П а
Коэффициент
теплопроводно­
сти А,, Вт/(м • К )
—
100
—
150
* —
-------------
0,041
0,052
0,058
200
300
500
0,6
1,6
0,07
0,076
0,093
--
-------------
0,6
250
—
-------------
0,063
Щ
П р о ч н о ст ь в ц и ­
ли н д р е, М П а :
песок
щ ебень
М ор озостой сть,
сн и ж ение п р о ч ­
ности п осле 15
ц и к лов, %
ц, --
<
---------
|
— —
0,1
Г“
0,15
0,9
10
10
Связанная вода содержится в перлите в двух видах: в молеку­
лярном (Н 20 ) и в виде гидрооксила (ОЬГ).
Общее содержание связанной воды составляет 1,5... 10%. Моле­
кулярная влага легко удаляется. Если подвергнуть сырье быстрому
одноступенчатому нагреву, то происходит его мгновенное вспу­
чивание в виде взрыва. При медленном постепенном нагревании
вода испаряется до размягчения материала, перлит не вспучива­
ется. Поэтому вспучивание производится по двухступенчатому
режиму: первая стадия — удаление лишней молекулярной влаги
(нагрев до температуры 300...400°С в течение 20...25 мин); вто­
рая — собственно вспучивание, когда остается 1,5 ...2,0% хими­
чески связанной воды. В этом случае, при быстром нагревании
до температуры 850... 1 200°С перлит размягчается и вспучива­
ется парами оставшейся воды и газами, увеличиваясь в объеме
в 3 — 20 раз в зависимости от месторождения и крупности ис­
ходного продукта.
Критерий качества сырья — коэффициент вспучивания — равспучивания
плотности готового материала
О
-**в
^всп/^исх — Рисх/Рвсп
3 . . . 17.
детва вспученного перлита исп
1М вспучивания не менее 5.
вспученного перлита. Получе
включает
фракци
тельная тепловая
обжиг в вертикальных или
щающихся печах при температуре 1000... 1200 °С; рассе* готового
продукта. Схема получения вспученного перлитового песка при­
ведена на рис. 6.1.
Перлитовую породу дробят в щековой или молотковой дробил­
ке и рассевают на грохотах или ситобурате до необходимой круп­
ности. Для получения перлитового щебня крупность зерен должна
быть 2,5...7 и 7... 10 мм, рядового вспученного песка до 1,25 мм,
крупного песка — 0,63... 1,25 мм, среднего — 0,16...0,63 мм, мел­
кого — до 0,315 мм. Частицы перлита, размер которых превышает
заданную максимальную крупность, направляются на вторичное
дробление в валковую дробилку. Если влажность породы перед
грохочением превышает допускаемую, ее сушат в барабанной
сушилке. Для удаления части структурной (связанной) влаги из­
мельченную и высушенную породу подают во вращающуюся печь
термоподготовки. Печи — это вращающийся барабан длиной 6 м.
Термоподготовка перлита производится в течение 10... 30 мин
Рис. 6.1. Схема получения вспученного перлитового песка
встречу загружаемой дробленой перлитовой породе. Температура
подогрева 300... 400 °С.
Обжиг (вспучивание) перлита осуществляется в вертикаль­
ных шахтных или во вращающихся печах (рис. 6.2). Перлитовый
щебень и крупный перлитовый песок повышенной плотности
и прочности, применяемые для изготовления бетонов, получают
обычно во вращающихся печах, а перлитовый песок других фрак­
ций — в вертикальных.
Вращающаяся печь обжига представляет собой барабан длиной
6... Ю м е внутренним диаметром 0,8... 1,55 м. Вспучивание пер­
литового щебня происходит в процессе перемещения его по печи,
расположенной под углом 7°. Частицы перлита уносятся вместе
с дымовыми газами и улавливаются в циклонах. Производитель­
ность печи 5... 10 м3/ч, температура вспучивания 1 100... 1200*С.
Вспучивание перлита в вертикальных печах происходит
во взвешенном состоянии при температуре 900... 1 150’ С. Из-
Рис. 6.2. Шахтная печь для вспучивания пер­
литового песка:
1 — загрузочное устройство; 2, 3 — каналы для
подачи и отбора воздуха; 4, 5 — патрубки для по­
дачи и отбора воды; 6 — горелка
мельченный перлит подается в печь
через загрузочное устройство, находя­
щееся выше горелки. Частицы перлита
в потоке горячих газов вспучиваются
в течение нескольких секунд и уносят­
ся с выходящими потоками дымовых
газов в циклоны. Производительность
вертикальной печи для обжига перлита
10 ...20 м3/ч в зависимости от ее кон­
струкции и вида перлитового сырья.
Готовый вспученный перлитовый песок
подается в бункера-накопители, засы­
пается в бумажные или полиэтилено­
вые мешки и отправляется потребителю
или в бункера смесительных узлов цехов
по производству изделий. Хранят песок
и щебень раздельно по маркам и фрак­
циям в условиях, не допускающих их
увлажнения и загрязнения, что резко
ухудшает его теплозащитные св<
■
,елий из вспученно­
го перлита. Вспученный перлит, нашед­
ший широкое применение как в нашей
стране, так и за рубежом, продолжает
гм материалом [16].
к*
Воздух
Легкий
для тепловой
вания. Он применяется при температурах -200...+875°С.
Вспученный перлитовый песок может служить утеплителем
и в виде засыпки. Перлитовые засыпки используются для изо­
ляции стен из деревянных и каркасных конструкций. Такие изо­
ляционные слои негорючи, поэтому повышают пожарозащищенность зданий. Для изоляции стен зданий используется обеспы­
ленный крупный перлитовый песок плотностью 50... 100 кг/м3.
Засыпку полости между несущей и облицовочной кладками ве­
дут послойно после укладки 3...4 рядов кирпича. При необходи­
мости изоляционный слой может быть выполнен любой требуе­
мой толщины.
теплозащитными
(0,04...0,05 Вт/(м К )), вспученный перлит не стареет и не разру­
шается вредителями животного и растительного происхождения.
Для производства теплоизоляционных перлитовых изделий
обычно применяют песок марок 75... 150. В качестве связующего
применяется цемент, битум, гипс, жидкое стекло, синтетические
смолы. В зависимости от температуры применения перлитовые
теплоизоляционные материалы и изделия выпускают трех основ­
ных групп: ,
1) для температур -180... +200 °С:
битумоперлитовая масса (-60...+100°С);
перлитоволокнистые изделия (-60...+100°С);
перлитопластбетон (~50...+150°С);
лигноперлит (-60... +200 °С);
2) для температур до 600 °С:
перлитоцементные изделия;
перлитофосфогелевые изделия;
перлитовый обжиговый легковес;
термоперлит;
3) для температур свыше 600 °С:
эпсоперлит (до 800 °С);
перлитокерамические изделия (до 900 °С);
жароупорный перлитобетон (до 1000 °С);
керамоперлитофосфатные изделия (до 1 100 °С);
перлитовые ультралегковесные огнеупоры р = 400 кг/м3
(до 1150 °С);
перлитовые легковесные высокоглиноземистые огнеупоры
р = 500 ...800 кг/м3 (до 1500 °С).
В зависимости от вида связующего меняется технология
и основные свойства перлитовых изделий. При производстве безобжиговых изделий заключительной стадией в технологическом
процессе является сушка. Обжиговые изделия после сушки под­
вергают высокотемпературному обжигу.
Б и т у м о п е р л и т представляет собой тепло-, паро- и гидро­
изоляционный материал, получаемый смешиванием вспученно­
го перлитового песка и битума. Его используют для утепления
и гидроизоляции совмещенных кровель, промышленных холо­
дильников и другого технологического оборудования, работаю­
щего в условиях температур -50...+100°С. Модифицированный
битумоперлит (например, фенолформальдегидной смолой) ста­
новится более термостойким (180... 190°С) и может применяться
для изоляции теплосетей. Плотность материала 300...450 кг/м3,
теплопроводность 0,08... 0,11 Вт/(м •К), предел прочности на изгиб
0,15...0,20 МПа, влажность не более 2,5%, водопоглощение 5%.
П л а с т о п е р л и т ( п е р л и т о п л а с т б е т о н ) получают
на основе фенолформальдегидной смолы, придающей прочность,
достаточную водостойкость и низкое водопоглощение. Пластопер­
литовые теплоизоляционные плиты обладают следующими физико­
механическими показателями: плотность — 100...280 кг/м3, предел
прочности на сжатие — 0,12...0,8 МПа, водопоглощение — 3,5... 10%,
коэффициент теплопроводности — 0,04...0,07 Вт/(м К).
П е р л и т о ц е м е н т н ы е п л и т ы относятся к группе негорю­
чих материалов и могут быть использованы для противопожарной
защиты стальных, железобетонных и деревянных строительных
конструкций; теплоизоляции строительных конструкций жилых,
общественных и промышленных зданий и сооружений; тепловой
изоляции промышленного оборудования при температуре изоли­
руемой поверхности до 600 °С, в том числе котлов. По плотности
перлитоцементные изделия подразделяют на марки 225, 250, 300
и 350. Их изготавливают путем смешивания перлитового песка,
цемента, водной асбестовой пульпы с последующим формова­
нием и сушкой; выпускаются они в виде плит, полуцилиндров
(скорлуп) и сегментов.
Г и п с о п е р л и т о в ы е т е п л о и з о л я ц и о н н ы е изделия
изготавливают на основе строительного гипса и вспученного
перлита следующими способами: литье, вибрирование и полусу­
хое прессование. Могут быть получены теплоизоляционные из­
делия плотностью 300... 400 кг/м3 и пределом прочности на сжа­
тие 0,15 ...0,5 МПа. Гипсоперлитовые изделия рекомендуются для
тепловой изоляции поверхностей энергетического и технологи­
ческого оборудования, газо- и паропроводов при температурах,
не превышающих 600 °С.
Для производства с и л и к а т о п е р л и т а используется из­
вестково-шлаковое или известково-зольное, известково-песчаное
связующее. Силикатоперлит может быть изготовлен прессовани­
ем с применением мелких фракций перлитового песка (до 1 мм)
и гашеной извести с последующим запариванием в автоклаве
и формованием в металлических формах с вибрированием. Те­
плопроводность силикатоперлита в зависимости от плотности
(100...340 кг/м3) составляет 0,105...0,239 Вт/(м-К). Наиболее це­
лесообразно использовать силикатоперлитовые изделия для те­
пловой изоляции поверхностей промышленного оборудования
и трубопроводов при температуре до 900 °С.
Для получения с т е к л о п е р л и т а (перлитофосфогелиевые из­
делия) используют вспученный перлитовый песок и жидкое стекло
плотностью 1250... 1350 кг/м3при соотношении компонентов 50:50;
термообработка смеси производится при температуре 300... 400 °С.
Физико-технические показатели: плотность — 180...300 кг/м3; пре­
дел прочности на сжатие — 0,3... 1,2 МПа, на изгиб — 0,2...0,7 МПа;
теплопроводность при 200 °С — 0,064...0,09 Вт/(м•К ); предельная
температура применения — 600...700°С.
П е р л и т о к е р а м и ч е с к и е и з д е л и я предназначены для
тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования,
печей и трубопроводов при температуре изолируемой поверхно­
сти до 900 °С. Для снижения плотности в сырьевую глиноперли­
товую массу вводятся воздухововлекающие полимерные добав­
ки. По плотности перлитокерамические изделия делят на марки:
250...400. Изделия выпускаются в виде плит, кирпичей, полуци­
линдров и сегментов.
Легковесные огнеупорные перлитошамотные
и з д е л и я изготовляются на основе вспученного перлитового
песка, огнеупорной глины и шамота. По плотности эти изделия
делят на марки: 400... 800. Формовочную массу с влажностью
33... 50 % разливают в формы и направляют на сушку и обжиг.
Для увеличения температуры применения легковесных огнеупо­
ров до 1600 вС в сырьевую смесь вводят технический глинозем,
повышающий огнеупорность изделий.
Улучшить теплотехнические характеристики строящихся и экс­
плуатируемых зданий можно, применяя т е п л ы е ш т у к а т у р к и
плотностью 400... 600 кг/м3, теплопроводностью 0,12... 0,23 Вт/(мК).
Штукатурные и отделочные растворы могут быть нанесены при вы­
полнении работ как на наружную, так и на внутреннюю поверх­
ность зданий. В состав входит перлит, связующее и добавки. Связу­
ющее — цемент, гипс. При толщине слоя 4...6 см сопротивление те­
плопередаче кирпичных стен может быть увеличено в 1,5— 2,0 раза.
Хорошо сочетаются перлитовые штукатурки с ячеистым бетоном,
пенобетоном и другими материалами, особенно в тех случаях, где
необходимо обеспечить необходимую газопроницаемость. В СШ А
более 50 % используемого перлита в строительстве расходуется
на изготовление штукатурных растворов.
Для армирования перлитового раствора могут быть исполь­
зованы различные волокна (минеральные, асбестовые, целлю­
лозные, отходы натурального шелка и хлопка) длиной 10 мм
в количестве 5... 10% массы раствора. Путем микроармирования
перлитоминеральных композиций волокнами достигается эффект
понижения плотности материала за счет сокращения расхода вя­
жущего и уменьшения контактов между отдельными частицами
материала. Перлитоволокнистые покрытия улучшают звукоизо­
ляционные свойства конструкций.
В металлургии вспученный перлит нашел применение главным
образом при разливке чугуна и стали для изоляции зеркала рас­
плава в ковшах, изложницах и литейных формах. Традиционной
областью применения вспученного перлита в металлургии явля­
ются футеровочные работы.
Перлитовая изоляция нашла широкое применение в криоген­
ных и низкотемпературных резервуарах-хранилищах, в судовых
контейнерах, холодильных и испытательных камерах и технологиях
производства пищевых продуктов. Сверххолодные и экстремаль­
но холодные криогенные жидкости, такие как водород и гелий,
обычно хранятся в сферических двухстенных сосудах с кольцевым
пространством, заполненным вакуумированным перлитом.
6.2. Вспученный вермикулит
Свойства вспученного вермикулита. Вермикулит образовал­
ся в результате природных процессов гидратизации и других из­
менений магнезиально-железистых слюд (флогопита и биотита).
Процесс преобразования этих слюд в вермикулит заключается
почти в полном выносе щелочей, переходе закисных соединений
железа в окисные и резком увеличении количества воды. Слюды —
распространенные породообразующие минералы магматичных,
метаморфичных и метасоматичных пород. Промышленное зна­
чение имеют мусковит, биотит, флогопит, литиевые слюды, из ги­
дрослюд — вермикулит (состав, %: М §0 — 14...25, РеО — 1...3,
Ре2Оэ - 3... 17, А120 3 — 10... 17, 8Ю2 - 34...42, Н20 — 8... 15).
Промышленные месторождения вермикулита в России из­
вестны на Кольском полуострове (Мурманская обл.) и на Урале
(Челябинская обл.); за рубежом — в С Ш А (штат Монтана, К о­
лорадо, Вайоминг, Северная Каролина, Джорджия), в западной
Австралии. Первое место по запасам и качеству залежей вермикулитового сырья принадлежит ЮАР, второе Ковдорскому место­
рождению в Мурманской области.
Основным и наиболее ценным свойством вспученного вермику­
лита ( Ехрапйес1 уептисиШе) (ГО СТ 12865) является способность его
при прокаливании резко и очень сильно увеличивать свой объем.
При нагревании до температуры 900... 1ООО°С в результате расщепле­
ния частиц под действием межслоевой воды вермикулит вспучива­
ется с увеличением объема в 15— 20 раз и из пластинок вермикулита
образуются червеобразные столбики. Возникшие между чешуйками
прослойки воздуха обусловливают низкую плотность и высокие теп­
ло- и звукоизоляционные свойства вспученного вермикулита. Это
явление объясняется тем, что при прокаливании молекулярная вода
в чешуйках и пачках вермикулита превращается в пар, под напором
которого раздвигаются листочки слюды всегда в одном направлении,
перпендикулярном спайности слюды. Вспученный таким образом
вермикулит при охлаждении сохраняет приобретенный им объем
с тончайшими прослойками воздуха между листочками слюды вза­
мен водяного пара, что и придает минералу ценные свойства.
Технология получения вспученного вермикулита. В отли­
чие от других обжиговых материалов вермикулит при нагреве
не переходит в пиропластическое состояние, вспучивание проис­
ходит только за счет выделения межслоевой (межпакетной) вла• ги. Вода, содержащаяся в вермикулите, имеет различные формы
связи с основным веществом:
• гигроскопическая — свободная, удаляется в процессе сушки
при / = 100... 150°С;
• межпакетная — содержащаяся между пакетами слюды, начало
удаления при /= 170°С, окончание — 600...800°С;
• коллоидная — цеолитовая, находящаяся в минерале в виде
твердого раствора, начало удаления при ^= 400... 700 °С вызывает
вспучивание не только слоев, но и самой чешуйки;
• гидратная — конституционная, входящая в молекулярную
структуру, удаляется при 1 = 810...880°С, при ее удалении мате­
риал может рассыпаться в порошок.
Основной эффект вспучивания вермикулита происходит при
удалении межпакетной воды. Коэффициент вспучивания обычно
составляет Квсп = 5... 20.
Для вспучивания вермикулита на предприятиях используют
не горную породу, а предварительно обогащенный концентрат.
Размер фракций — 0,5... 10 мм. Схема получения вспученного
вермикулита приведена на рис. 6.3.
Для вспучивания (обжига) вермикулита применяют несколько
типов печей: вращающиеся барабанные, шахтные и комбиниро­
ванные печи.
Рис. 6.3. Схема получения вспученного вермикулита
Вход
воздуха
В форсунку
Выход
воздуха
2000
4050
Рис. 6.4. Трубчатая печь для получения вермикулита:
1 — вытяжная труба; 2 — шибер; 3 — циклон; 4 — штуцер; 5, 14 — опоры; 6 —
теплоизоляция; 7 — футеровка; 8 — съемная крышка; 9 — загрузочный бункер;
10 — питатель; 11 — форсунка; 12, 15 — трубки; 13 — подъемник
Шахтная печь представляет собой металлическую трубу, футе­
рованную огнеупорным кирпичом. Сырье подается в загрузочное
устройство, расположенное в верхней части печи. Попадая в поток
восходящих горячих газов, вермикулит вспучивается, преодолевая
сопротивление теплоносителя, по наклонному поду скатывается
в бункер. Время вспучивания — 3...5 с.
Распространение получили также прямоточные трубчатые
печи, состоящие из неподвижной наклонной трубы, горелочного
устройства в загрузочном торце, циклона. Производительность
печи — 6...8 м3/ч, размеры — 1,25х 16 м (рис. 6.4).
Усовершенствованным вариантом трубчатой печи является печькомбайн, включающая в себя дополнительно прямоточный сушиль­
ный барабан, расположенный над трубчатой печью. Подогрев верми­
кулита происходит за счет теплоты отходящих из печи газов [13].
Применение вспученного вермикулита и изделий из него.
Область применения вспученного вермикулита определяется его
свойствами:
• широкий диапазон рабочих температур;
• низкая теплопроводность;
• акустические свойства;
• нет выделения вредных примесей при нагревании и спека­
нии (Т = 1350 °С);
• поглощает вредные примеси в газовых и жидкостных средах;
• низкие абразивные свойства;
• малая пылеобразующая способность;
•. низкая гигроскопичность (не более 3 % по массе);
• не токсичен, долговечен, не подвержен гниению и окисле­
нию, не растворим в воде, не имеет запаха, препятствует размно­
жению грибков и вредителей.
Перечислйм физико-технические характеристики вспученного
вермикулита:
Насыпная плотность, кг/м3................................................... 70... 150
Коэффициент теплопроводности
при 25°С , В т / (м -К )................................................... .......0,04...0,05
Коэффициент звукоизоляции
при частоте 1000 Г ц .................................... ....................... 0,7 ...0,8
Температура применения, ° С .........................................-2 6 0 ...+1 100
Температура плавления, ° С ................. :....................................... 1 350
Применяется вспученный вермикулит в строительстве в ка­
честве теплоизоляционной засыпки при диапазоне температур
изолируемых поверхностей от -260 до +1100 °С (до 900 °С — при
изоляции вибрирующих поверхностей), при изготовлении тепло­
изоляционных изделий, звукопоглощающих материалов, легких
бетонов, штукатурных растворов (огнезащитных, теплоизоляци­
онных и звукопоглощающих). Кроме того, вермикулит применя­
ется в качестве наполнителя резин, пластмасс, красок, ядохими­
катов, в производстве антифрикционных материалов.
Вермикулит используется при производстве резины, фильтров
для теплоизоляции мартеновских печей, при формовке в по­
рошковой металлургии, в сушильных установках, производстве
огнеупорных изоляционных кирпичей, огнеупорных изоляци­
онных картонов, в промышленных термосах. Тонкоразмерный
вермикулит добавляют в автомобильные смазки для охлаждения,
повышения давления и экономии масла.
В качестве инертного наполнителя вермикулит нашел приме­
нение в производстве взрывчатых веществ, для очистки сточных
вод от нефтепродуктов, как катализатор при переработке неф­
ти, в качестве промышленного сорбента высокорадиоактивных
радия-137 и стронция-90 из отходов ядерных предприятий. Для
смягчения воды, очистки и осветления масел, для производства
огнестойких золотых и серебряных красок, лаков, эмалей, в пар­
фюмерной и фармацевтической промышленности.
Кроме указанных ранее направлений вспученный вермикулит
применяется для создания противопожарных и теплоизолирую­
щих поясов промышленных агрегатов (асбесто-вермикулитовые
плиты); промышленных противопожарных перегородок с огне­
стойкостью 2,5 ч при Т до 1 100 °С, огнезащитных паст для по­
крытия металлических конструкций, тормозных колодок, засыпок
при разливке стали в изложницы, упаковок при перевозке хрупких
предметов и фруктово-ягодных культур, подстилочного материала
для домашних животных.
Около 28 % вермикулита используется в сельском хозяйстве. Он
является идеальной средой в гидропонике, т.е. при выращивании
сельскохозяйственных культур на питательных растворах (вермикулитопоника). Вермикулит применяется для улучшения свойств
как легких (песчаных), так и тяжелых (глинистых) почв.
А с б е с т о - в е р м и к у л и т о в а я с м е с ь (АВС)сухая пред­
назначена д ля получения напыляемой теплоизоляции трубопрово­
дов и энергетического оборудования с температурой до 600 °С.
Сухие кладочные клеевые дисперсные смеси
на основе портландцемента или глиноземистого цемента предна­
значены для кладки стен и перегородок из теплоизоляционных
жестких вермикулитовых изделий (ТЖ ВИ ), а также для крепле­
ния их на поверхности конструкций, работающих соответственно
до 400 °С и 900 °С.
О г н е з а щ и т н о е п о к р ы т и е (О ЗП ) предназначено для
защиты от воздействия огня металлических строительных кон­
струкций, воздуховодов и каналов дымоудаления, железобетон­
ных изделий. Покрытие представляет собой легкую теплоизо­
ляционную штукатурку, наполненную вермикулитовым песком.
Комплекс модифицирующих и армирующих добавок позволяет
обеспечить высокие эксплуатационные характеристики: плот­
ность — 250...400кг/м3, прочность на сжатие — 0,3...0,8 МПа,
теплопроводность — 0,08...0,1 Вт/(м-К). Огнезащитное покрытие
получают в виде сухой смеси. Для приведения сухой смеси в ра­
бочее состояние ее затворяют водой. Нанесение ОЗП на рабочую
поверхность производится ручным или механизированным спо­
собом с помощью шпаклевочного агрегата.
Т е п л о и з о л я ц и о н н ы е жесткие вермикулитовые
изделия изготавливаются из вспученного вермикулита и жидко­
го стекла методом прессования и характеризуются следующими
показателями:
Температура применения, °С...........................................До 900
Плотность, кг/м3.,............................................... ........350...650
Предел прочности при сжатии, МПа............................. 1,2 ...5,0
Предел прочности при изгибе, МПа............................ 0,18 ...0,3
Теплопроводность, ВтДм К), при температуре, °С:
20..................................................................................0,115
325..................................................................................0,15
600 ..................................................................................0,19
1. Расскажите о видах и основном назначении вспученного перлита.
2. Каковы особенности строения перлитового сырья и причины его
вспучивания? К акой коэф ф ициент вспучивания перлитового сы­
рья?
3. Расскажите о влиянии термической подготовки на свойства вспучен­
ного перлита.
4. Назовите параметры вспучивания перлита в вертикальных и враща­
ющихся печах.
5. Какие вы знаете виды перлитовых материалов и изделий, особенно­
сти технологии, области их применения?
6. Какова причина вспучивания вермикулита?
7. Расскажите об особенностях строения вспученного вермикулита и о б ­
ласти его применения.
8. Какие печи применяют для вспучивания вермикулита?
9. Назовите основные свойства вспученного вермикулита.
10. Назовите виды вермикулитовых изделий.
Глава 7
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ЖАРОСТОЙКИЕ
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ
ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Значительное место среди теплоизоляционных материалов
занимает производство изделий для изоляции промышленного
оборудования с температурой поверхности 600... 1600°С. При­
менение жаростойких материалов позволяет снизить затраты
тепловой энергии при разогреве ограждающих конструкций,
оптимизировать тепловые потери за счет изоляции оборудования
и трубопроводов с учетом реальной стоимости тепловой энергии,
природно-климатических особенностей, возможностей местной
строительной индустрии для конкретных регионов России, обе­
спечить нормальные условия труда обслуживающего персонала.
На сегодняшний день в России производится широкий ассорти­
мент жаростойких теплоизоляционных материалов. В настоящей
главе рассмотрены технологии асбестосодержащих, известково­
кремнеземистых и диатомитовых изделий.
7.1. Асбестосодержащие
теплоизоляционные материалы
Свойства и применение асбеста. Асбест (от англ. азЪезТоз —
неугасимый) — группа волокнистых минералов, которые по хи­
мическому составу относятся к гидросиликатам. Различают два
основных типа асбеста: серпентин-асбест и амфибол-асбест.
Серпентин — весьма распространенный минерал, его волокни­
стая форма — хризотил (М §,Ре)6[814О 10](О Н )6 с примесями Сг2Оэ,
№ 0 , МпО, СоО, СаО, А120 3. При нагревании до 400 °С хризо­
тил начинает отщеплять воду, при нагревании 700... 750 °С раз­
рушается его кристаллическая структура, а при 1 550 °С минерал
плавится. Хризотил разлагается под действием соляной и серной
кислот. Амфибол имеет сходный состав, но отличается более вы­
сокой кислого- и огнеупорностью и не изменяется при нагреве
до 920...940°С.
Асбест — волокнистый материал, иногда его агрегаты дости­
гают метровой длины, но чаще имеют форму щетины, растущей
перпендикулярно стенкам горной жилы. Внешний вид асбеста
бывает разным: минерал может напоминать кору дерева, ветки,
седые волосы. Отличительная черта асбеста — рост его кристаллов
только в одном направлении, в результате чего их длина может
в десятки тысяч раз превышать толщину и доходить до несколь­
ких сантиметров. По той же причине асбест при механическом
воздействии легко расщепляется на тончайшие (меньше длины
волны света) прочные эластичные волокна. Асбестовые волок­
на внутри полые: их внутренний диаметр равен (15...30)- 1(Г9 м,
внешний — 260 • 10“9 м. Эти волоконца сплетены в более толстые
нити. Тонковолокнистое строение природного асбеста позволяет
делать из него пряжу, а из нее — несгораемые ткани.
Природные запасы асбеста велики. В России месторождение
асбеста находятся на Среднем Урале. Большие залежи асбеста
обнаружены в Канале и Южной Африке. Асбест в небольших
количествах найден в Альпах, Аппалачах, на Кавказе, в других
горных районах.
В последние годы появилось негативное отношение к асбесту,
так как установили связь между асбестом и фиброзом (от лат.
йЬга — волокно) легких — заболеванием, вызванным попаданием
в них волокон. В настоящее время установлен предел по содержа­
нию асбеста в воздухе — не более 5 ООО волокон в 1 м3, Волокна
хризотил-асбеста разрушаются в легких через 14 дней, амфиболасбеста — через 465 дней (он является канцерогеном). При этом
распад целлюлозного волокна составляет до 1ООО дней.
Мнение о вредности материала возникло потому, что большин­
ство (60 %) месторождений хризотил-асбеста находится в России
и является в большей степени следствием жесткой конкурентной
борьбы международных монополий — производителей минеральных
и синтетических волокон. В западной печати периодически появля­
ются публикации, авторы которых настаивают на прекращении вы­
пуска асбеста и изделий из него (их тысячи наименований, и прак­
тически везде асбест находится в связанном состоянии с резиной,
полимерами, цементом или другими материалами). Такие изделия
не пылят и, следовательно, не могут представлять опасности. От­
казаться от асбеста современная промышленность не может. Этот
материал по своим свойствам не знает себе равных. Из асбеста де­
лают ткани защитных костюмов для пожарных, рукавицы для стале­
варов, теплоизоляцию для труб, по которым подают пар и горячую
воду, электроизоляционные материалы. Из асбеста выпускают ас­
боцементные плиты и трубы, фильтры для задержки радиоактивной
пыли, оборудование химических лабораторий (шнуры, одеяла, под­
ставки для нагревания, изоляцию калориметров и термостатов).
Асбест (ГО С Т 12871) состоит из смеси волокон различной дли­
ны и агрегатов. В зависимости от длины волокна асбест подраз­
деляют на восемь групп: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Асбест групп 0...6
подразделяется на марки в зависимости от фракционного состава,
определяемого методом сухого рассева на контрольном аппарате
из четырех сит: первое сито с размером стороны ячейки в свету
12,7 мм, второе — 4,8 мм, третье — 1,35 мм, четвертое — 0,4 мм.
Асбест 7-й группы делится на марки в зависимости от насып­
ной плотности. В асбесте групп 0...2 не должно быть частиц со­
путствующих пород размером более 0,4 мм, в асбесте групп 3 ...7 —
размером более 4,8 мм. Насыпная плотность асбеста 7-й группы
не должна быть более 300 ...520 кг/м3.
Характер влияния асбеста на свойства изделий определяется
по степени повышения трещиностойкости, т.е. зависит от длины
волокна. В строительных материалах используют коротковолок­
нистые сорта.
Асбестовые волокна имеют следующие особенности:
• волокно асбеста представляет собой полую трубочку, внеш­
ний диаметр примерно 300 нм, а внутренний — 30 нм; это самые
тонкие из природных волокон, $уд = 4...40 тыс. см2/г;
• высокая прочность на изгиб, что придает изделиям высокую
трещиностойкость;
• высокая водоудерживающая способность, благодаря своей
гигроскопичности волокно способно удерживать до 300 % воды.
Все асбестосодержащие материалы обычно включают в себя
до 15... 25 % асбестового волокна и небольшое количество связую­
щих веществ (магнезиальное вяжущее, цемент, известь), кремне­
земистые компоненты. В качестве теплоизоляционных материалов
применение получили Ньювель, Совелит, известково-кремнеземистые изделия. Для промышленного применения используют
также асбестовую бумагу, асбестовый картон, шнуры и мастики,
наполненные асбестовым волокном.
Ньювель — теплоизоляционный материал, состоящий из сме­
си магнезии (оснбвного водного карбоната магния) с асбестом
не ниже 3-го сорта (в количестве не менее 15 %). Ньювель выпу­
скается в виде порошка. Для получения Ньювеля магнезию раз­
малывают, смешивают с 15 % асбеста и пропускают через дезин­
тегратор для домола.
Ньювель используется для тепловой изоляции горячих по­
верхностей промышленного оборудования в виде мастики, за­
творяемой водой. Основная углекислая соль, входящая в состав
Ньювеля, — весьма нестойкое при высоких температурах (свы­
ше 250 °С) химическое соединение. Частичное разложение этого
соединения с выделением углекислого газа понижает прочность
изоляционного слоя.
Для расширения температурной области применения Ньюве­
ля непосредственно на изолируемую горячую поверхность кла­
дут более теплоустойчивый материал, а сверху покрывают его
Ньювелем. Вследствие высокой стоимости Ньювеля значительно
сужаются возможности его использования; он вытесняется бо­
лее дешевыми и не менее эффективными теплоизоляционными
материалами. Ньювель (при испытании отформованных из него
образцов) характеризуется следующими показателями: плотность
в сухом состоянии не более 350 кг/м3, коэффициент теплопрово­
дности в сухом состоянии при 50 °С не более 0,08 Вт/(м •К). При
хранении ньювель надо защищать от увлажнения.
Совелит состоит из смеси углекислых солей магния и каль­
ция (получаемых переработкой доломита) с асбестом не ниже
4-го сорта, в количестве не менее 15 %. Совелит, выпускаемый
в виде плит и порошка, применяется для изоляции поверхно­
стей промышленного оборудования при температуре до 500 °С.
Порошкообразный Совелит затворяется водой и в виде мастики
наносится на теплоизолируемую поверхность. Более эффектив­
но применение Совелита в виде изделий, полученных заводским
способом. Для изоляции плоских поверхностей применяют совелитовые плиты, для изоляции криволинейных поверхностей —
сегменты и скорлупы.
Для изготовления Совелита используют доломит и асбест.
Из доломита в результате обжига получается легкий порошок маг­
незии с примесью неразложившегося углекислого кальция. Вслед­
ствие содержания в нем углекальциевой соли порошок отличается
повышенной плотностью по сравнению с порошком, из которого
изготовляется Ньювель. С другой стороны, Совелит можно ис­
пользовать при более высокой температуре, чем Ньювель.
Размеры плит из Совелита: длина 500 мм, ширина 170 мм, тол­
щина 30, 40 и 50 мм.
Плотность плит в сухом состоянии не больше 400 кг/м3; ко­
эффициент теплопроводности плит в сухом состоянии при 100°
не более 0,095 Вт/(м К), предел прочности при изгибе не мень­
ше 0,2 МПа. Влажность плит и порошка не должна превышать
15%.
Изоляционные конструкции из совелитовых плит укладывают­
ся по асбестовой прокладке и подмазке из мастичного Совелита.
Швы промазываются Совелитом. Плиты прикрепляются к изо­
лируемой поверхности туго натянутым проволочным каркасом,
по которому оштукатуриваются. Технология получения совел итовых теплоизоляционных изделий очень сложна (5...6 ступеней
тепловой обработки), поэтому в настоящее время они не имеют
широкого распространения.
Известково-кремнеземистые изделия. Известково-кремне­
земистые теплоизоляционные изделия (ГО С Т 24748) изготавли­
ваются формованием с последующей автоклавной обработкой
водной суспензии, состоящей из асбеста хризотилового, извести
строительной воздушной кальциевой негашеной без добавок, диа­
томита, трепела, кварцевого песка или других кремнеземистых
материалов, содержащих 8Ю2 не менее 75 %.
Особенностью технологии асбесто-известково-кремнеземистых изделий (А И К И ) является тепловая обработка в автоклаве.
На первом этапе производят совместный помол в вибромельнице
негашеной извести и диатомита (кварцевого песка) с полуводным
гипсом, который добавляется в количестве 12 % от массы извести
для ускорения процесса структурообразования, что позволяет со­
кратить длительность тепловой обработки.
Далее производится подготовка асбеста. Первичную распушку
волокон выполняют на обогатительных фабриках — получают
полуфабрикат иголки (диаметр 80... 100 мкм, длина 0,7...5,0 см);
затем — вторичная распушка сухим или мокрым способом (с по­
мощью бегунов — дезинтеграторов, голендоров, роллеров). Обыч­
но волокна получают в виде суспензии с влажностью 150%. За­
тем исходные компоненты смешивают с водой в пропеллерной
мешалке.
Известково-кремнеземистые изделия можно изготавливать
по литьевой (рис. 7.1) и фильтр-прессовой технологиям.
При л и т ь е в о й т е х н о л о г и и изделия формуют путем за­
ливки массы в предварительно смазанные металлические формы
при незначительном вибрировании. Тепловлажностная обработка
для твердения массы и образования структуры материала произ­
водится в автоклаве и заключается в следующем: формы с массой
на вагонетках загружают в автоклав, крышку последнего закры­
вают и подают теплоноситель. Масса в формах нагревается, вода
постепенно начинает испаряться, и давление в автоклаве по­
степенно возрастает. Когда давление пара в автоклаве достигает
заданной величины, весь вновь образующийся пар из автокла­
ва начинает выпускаться таким образом, чтобы давление в нем
оставалось на заданном уровне. При этом происходит сушка из­
делий. Пар выпускается из автоклава при постоянном давлении
в нем до тех пор, пока влажность изделии не достигнет заданной
величины. Затем путем полного выпуска пара из автоклава дав­
ление в нем снижается до атмосферного, и изделия выгружают
из автоклава.
В период постоянной скорости сушки температура материала
равна температуре насыщения пара при данном давлении, т. е.
при 0,8 М П а около 175 °С. При этой температуре и в услови­
ях тепло- и массообмена реакция образования гидросиликатов
кальция и процессы структурообразования протекают весьма
интенсивно, что позволяет в короткий срок получать материал
с прочной структурой и высушивать крупноразмерные (длиной
5
изделий
Ь *
т ^
ч
о
2
Г)
по литьевой
©
К
§ •
« •
X «о
Ш
г II
<и
о.
о 00
С
а
о
известково-кремнеземистых
ГО
и
в
го
5
изготовления
X
Схема
О
5
Рис. 7.1.
технологии
к
до 1 м) изделия. Таким образом, отличительной особенностью
производства известково-кремнеземистых изделий является со­
вмещение тепловлажностной обработки и сушки изделий под
давлением в автоклаве.
При ф и л ь т р - п р е с с о в о й т е х н о л о г и и подготовка
и помол компонентов аналогичны литьевой технологии, при
этом водосодержание смеси составляет В/Т = 0,13 ...0,14. После
приготовления сырьевой смеси производят прогрев компонентов
острым паром в смесителе до 98 °С, выдерживают массу в специ­
альной емкости 2... 3 ч для загустевания и формования на прессе,
выложенном фильтровальным материалом, при влажности IV =
78... 80 %. Отформованные изделия подаются в автоклав (автоклавирование совмещено с сушкой). Способ позволяет исключить
механическую обработку. Однако этот способ менее производи­
телен, чем литьевой.
Применение теплоизоляционных асбестосодержащ их ма­
териалов. Известково-кремнеземистые изделия предназначаются
для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубо­
проводов при температуре изолируемых поверхностей до 600 °С.
Изделия могут быть использованы для противопожарной защиты
строительных конструкций. Известково-кремнеземистые изделия
выпускаются в виде плит прямоугольного, трапецеидального се­
чения полуцилиндров и сегментов и в зависимости от плотности
подразделяются на марки 200 и 225. Размеры плит составляют
(500... 1000)х 500х (75... 100) мм; размер сегментов, мм: длина —
1000, диаметр наружный — 550... 1094, диаметр внутренний —
252 ...994.
Физико-механические показатели известково-кремнеземистых
изделий приведены в табл. 7.1.
Т а б л и ц а 7.1. Физико-механические показатели
известково- кремнеземистых изделий
Показатель
Плотность в сухом состоянии, кг/м3
Норма для марки изделий
200
225
25 + 5
0,058
0,065
125 ± 5
0,070
0,077
300 ± 5 °С
0,104
0,112
0,35
0,35
Теплопроводность, Вт/(м • К ),
не более, при температуре, °С:
П редел прочности при изгибе в су­
хом состоянии, М П а , не менее
|
I
В
7.2. Керамические теплоизоляционные
изделия
Н
5
’
ж® *'
|
Изменение норм теплопотерь через ограждающие конструк| ции зданий возродило интерес исследователей и производственI ников к теплому кирпичу. В связи с этим в стране наблюдается
Г определенный рост производства пенодиатомитового кирпи| ча, который может быть использован при теплоизоляции печей,
[ других тепловых агрегатов, как утеплитель — в многоэтажном
[ строительстве.
I
Сырьевые материалы. Сырье для изготовления пенодиатомитовых изделий — диатомит — представляет собой легкую тон­
копористую породу осадочного происхождения, на 90...95 % соI стоящую из аморфного кремнезема и имеющую в своем составе
| до 5... 10 % глинистого материала (в основном монтмориллонита).
Аморфный кремнезем представлен микроскопическими створка­
ми отмерших древних водорослей — диатомей. Кажущаяся плот­
ность сырья составляет обычно от 250 до 800 кг/м3. На рис. 7.2
представлена микрофотография створок диатомей в составе диа­
томита. Каждая створка обладает четко упорядоченной микрои нанопористой поверхностью. Этой высокодисперсной струк­
турой, упорядоченным распределением пор по размерам обе­
спечиваются низкая плотность диатомита, термостойкость и его
высокие теплоизолирующие свойства.
Трепелы — более плотная порода, в которой исходное веще­
ство целиком утратило первоначальную форму. Ввиду своего
строения диатомиты и трепелы в природном состоянии облада­
ют высокой пористостью (до 85 %). Водопоглощение этих горных
пород достигает 150% по массе. За счет уникальных природных
свойств — высокой структурированной пористости, низкой плот­
ности, малой теплопроводности, оптимальной для теплоизоляции
/
2
Рис. 7.2. О бщ ий вид ( / ) и пористая структура (2 ) диатомеи
прочности — диатомит традиционно используется в различных
отраслях в качестве сырья для производства теплоизоляционных,
фильтрующих материалов, сорбентов. По лучшим качественным
характеристикам сырья и технологическим параметрам добычи
наиболее известно Инзенское месторождение диатомита в Улья­
новской области.
Диатомит (трепел) загрязнен примесями от 5 до 20 % глин. Если
примесей недостаточно для обеспечения спекания частиц диа­
томита в процессе обжига, их вводят дополнительно. В процессе
изготовления диатомиты или трепелы сушат, измельчают до со­
стояния тонкого порошка, иногда для лучшей связи вводят глину,
в качестве порообразователя вводят выгорающие добавки (опил­
ки, молотый уголь) или пенообразователи (пенодиатомитовые из­
делия). Массу перемешивают, разбавляют водой до пластичного
состояния, формуют. Отформованные изделия сушат и обжигают
при температуре 900... 1ООО°С [ 16]. Температура плавления диато­
мита — 1700 °С, т. е. в процессе изготовления изделий природный
диатомит не разрушается при помоле, не плавится, а используется
как микропористый наполнитель.
Свойства и области применения диатомитовых изделий.
Пенодиатомитовые изделия предназначаются для тепловой изо­
ляции сооружений, а также промышленного оборудования и тру­
бопроводов при температуре изолируемых поверхностей не более
900 °С. Пенодиатомитовые изделия по ГО СТ 2694 (кирпич, полу­
цилиндры и сегменты) в зависимости от плотности подразделяют­
ся на марки ПД-350 и ПД-400, а диатомитовые изделия — на мар­
ки Д-500 и Д-600. Размеры пенодиатомитового и диатомитового
кирпича 25 х 123x65 мм, 230x113x65 мм. Размеры диатомитовых
полуцилиндров и сегментов, мм: длина — 330, 500; внутренний
диаметр — 57, 76, 89, 108, толщина — 40...80.
Физико-механические показатели пенодиатомитовых и диа­
томитовых изделий приведены в табл. 7.2.
Производство диатомитовых изделий. Изготавливать диа­
томитовые изделия можно различными способами:
• введение выгорающих добавок (опилки и др.), пористостость
П общ < 65 %;
• способ вспучивания (применение пенообразователя и газообразователя);
• введение пористых заполнителей (перлит, вермикулит, пенополистирол).
Получение диатомитовых изделий с выгорающими добавками
включает в себя процессы по приготовлению формовочной массы,
формованию, сушке и обжигу изделий. Количество выгорающих
добавок определяют с учетом их теплоты сгорания, например
древесных опилок добавляют 50 % по объему. Схема получения
Физико-механические показатели пенодиатомитовых
и диатомитовых изделий
Т а б л и ц а 7.2.
О*
тш ш
1
О
О
г* л ' г л
1
I
Нормы для изделий марок
ПД-350
ПД-400
Д-500
350
400
500
600
25 ± 3
0,084
0,095
0,104
0,116
300 ± 5
0,122
0,134
0,157
0,167
Предел прочности при сжатии,
М П а , не менее
0,6
0,8
0,6
0,8
Линейная температурная усад­
ка при 900 'С , %, не более
2
2
Плотность, кг/м3
Теплопроводность, ( Вт/м • К ),
не более, при температуре, °С:
2
2
Рис. 7.3. Схема получения диатомитовых изделий с выгорающими д о­
бавками
диатомитовых изделий с выгорающими добавками приведена
на рис. 7.3. Диатомитовые изделия с выгорающими добавками
отличают довольно высокая плотность р = 500...600 кг/м3 и ко­
эффициент теплопроводности X = 0,104...0,116 Вт/(м •К), поэтому
в настоящее время их применение ограничено.
Получение пенодиатомитовых изделий — это современная
технология, которая за счет совершенствования процессов под­
готовки сырья, оптимизации рецептуры пеномассы, улучшения
сушки, обжига и механической обработки позволяет получить
более эффективные теплоизоляционных материалы.
Изделия изготавливают путем заливки в смазанные металличе­
ские формы пенодиатомитовой массы, состоящей из диатомита,
воды и пены, с последующим обжигом высушенных изделий. Для
получения пенодиатомитовых изделий применяются современ­
ные пенообразователи. Общая линейная усадка в зависимости
от направления может достигать 5... 12%. Поэтому поверхность
готовых изделий необходимо выравнивать путем обрезки дис-
Рис. 7.4. Схема получения пенодиатомитовых изделий
ковыми пилами. Схема получения пенодиатомитовых изделий
приведена на рис. 7.4. При использовании вспенивания диатомитовой массы дефектов в готовых изделиях получается больше,
но теплоизоляционные характеристики изделий получаются выше:
р = 350...400 кг/м3, к = 0,089...0,095 Вт/(м К).
КО Н ТРО Л ЬН Ы Е В О П Р О С Ы
1. Каково назначение асбеста при изготовлении теплоизоляционных ма­
териалов?
2. Как влияет нагревание на свойства асбеста?
3. Какие особенности технологии известково-кремнеземистых изделий
вы знаете?
4. Назовите основные показатели, контролируемые при изготовлении
известково-кремнеземистых изделий.
5. Расскажите об основных свойствах диатомитового сырья.
6. Назовите основные свойства диатомитовых изделий.
7. Какие вы знаете способы получения высокой пористости диатоми­
товых изделий?
8. К акие существуют различия в технологии диатомитовых изделий
с выгорающими добавками и пенодиатомитовых изделий?
9. Назовите преимущества технологии пенодиатомитовых изделий и их
основные свойства.
Глава 8
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ
Россия обладает огромными запасами леса. Лес занимает око­
ло 48 % территории нашей страны. Новые технологии обработки
древесины позволяют создавать теплоизоляционные строитель­
ные материалы, отвечающие требованиям современного строи­
тельства, а благодаря доступности исходного сырья существенно
снижают его себестоимость. Такие материалы постепенно за­
воевывают все большую популярность в России. К материалам
на основе древесного сырья обычно относятся материалы и из­
делия с использованием натуральных природных органических
материалов: это все виды растительного сырья (древесные отходы,
торф, кора, макулатура, пробка, целлюлоза). Материалы на основе
растительного сырья в основном относятся к материалам местного
применения или индивидуального строительства.
Материалы на основе древесного сырья обладают следующи­
ми особенностями:
• гигиеничны, так как свободно пропускают через свою тол­
щу водяной пар;
• способны аккумулировать тепло (удельная теплоемкость
2,3 кДж/(кг- К)), т.е. обеспечивают снижение температурных ко­
лебаний в помещении;
• обладают высокой теплоизолирующей способностью (1...2
группы эффективности, X = 0,06... 0,115 Вт/(м •К);
• относятся к возобновляемым и доступным ресурсам;
• являются экологически чистыми продуктами, по окончании
использования происходит биологическое разложение, при гние­
нии образуют гумус;
• обычно получают на основе простых неэнергоемких техно­
логий;
• гниют (необходимо защищать от гниения, вводя антисеп­
тики);
• горючи (необходимо обрабатывать антипиренами);
• гидрофильны, неводостойки (набухают в воде — необходима
обработка гидрофобизаторами);
• обладают низкой температурной стойкостью (до 100 ”С).
Для получения теплоизоляционных материалов на основе дре­
весного сырья используют различное по размеру и форме дре­
весное сырье.
Далее приведем характеристику древесных заполнителей.
Щепа — это кусочки древесины размером, мм: длина — 10... 60,
ширина — 15...30, толщина — 3...5, полученные при лесопиле­
нии, расколе круглого леса.
Древесная дробленка — щепа специальной игольчатой формы
размером, мм: длина — 25 ...40, ширина — 5... 10, толщина — 3... 5.
Дробленку специально получают на рубильных машинах для из­
готовления классического арболита (ГОСТ 19222).
Стружка — отходы древесины в виде тонких плоских лент
размером, мм: длина — 30... 60, ширина — 2... 10, толщина —
0,3... 3 (ГОСТ 5244), полученные при строгании рубанками, ци­
клевочными машинами, лущении шпона;
Древесная шерсть — это стружка с более длинными волокна­
ми, специально полученными строганием на древесно-шерстя­
ных станках, размером, мм: длина — 200...500, ширина — 2...5,
толщина — 0,3 ...0,5.
Опилки — древесные отходы в виде мелких частиц, получаемые
при распиливании древесины на различных деревообрабатывающих
станках. Размеры опилок зависят от вида режущего инструмента, ско­
рости резания и скорости подачи обрабатываемого материала, обыч­
но длина — 5...7 мм, ширина — 2...5 мм, толщина — 0,3...0,5 мм.
Древесная мука (пыль) — мелкий сыпучий продукт, образую­
щийся при сухом механическом размоле древесного сырья. Раз­
меры частиц зависят от вида режущего инструмента и скорости
подачи материала и составляют 150. ..420 мкм (ГОСТ 16361).
Древесное волокно — целлюлозное волокно, получаемое путем
механического размола или термохимического воздействия на дре­
весину. Представляет собой группы волокон длиной 0,7... 4,5 мм,
диаметр пучка 30... 50 мкм. Древесное волокно характеризуется
быстрым поглощением и надежным удержанием воды.
8.1. Древесно-волокнистые плиты
Древесно-волокнистые плиты (ГОСТ 4598) — крупноразмер­
ный листовой материал, получаемый путем сложной механиче­
ской и физико-химической переработки древесного сырья. Как
теплоизоляционный материал древесно-волокнистые плиты со­
держат тонкое древесное волокно и добавки, улучшающие свой­
ства плит (антипирены, антисептики, гидрофобизаторы).
Виды изделий и характеристики сырья. Древесно-волок­
нистые плиты изготавливают путем горячего прессования во­
локнистой массы, состоящей из распушенных древесных воло­
кон и различных добавок. Получают из неделовой древесины,
измельченной вначале в щепу, а затем размолотой 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. Теплоизо­
ляционные плиты изготавливают без применения связующего,
только за счет эффекта свойлачивания волокон. Плотность те­
плоизоляционных плит менее 350 кг/м3, коэффициент теплопро­
водности X менее 0,09 Вт/(м-К), толщина — 8...25 мм.
Древесно-волокнистые плиты в зависимости от назначения
подразделяются на типы: твердые и мягкие. Плиты в зависимо­
сти от прочности, плотности и вида лицевой поверхности подраз­
деляют на марки: мягкие (М) с плотностью от 100 до 400 кг/м3,
полутвердые (НТ) — 600 кг/м3, твердые (Т) — 800... 1 100 кг/м3,
сверхтвердые (СТ) — свыше 950 кг/м3.
В зависимости от плотности мягкие плиты подразделяются
на марки: М-1, М-2 и М-3. Коэффициент теплопроводности,
Вт/(м-К), мягких плит: марок М-3 — 0,05, М-2 — 0,07, М-1 —
0,09. Значения показателей технических свойств плит приведены
в табл. 8.1.
Плиты марок СТ, Т применяются для покрытия полов, в кон­
струкциях наружных и балконных дверей с последующей отделкой
лакокрасочными материалами (в данной книге не рассматрива­
ются). Мягкие плиты предназначены для тепло- и звукоизоля­
ции. Размеры плит, мм, должны соответствовать: твердые ДВП —
длина — 6 100... 1 220, ширина — 3660...610, толщина — 6,0...2,5;
мягкие ДВП — длина — 1200... 3 000, ширина 1 220, толщина —
8... 16.
В качестве упрочняющих добавок для твердых плит приме­
няются добавки формальдегидосодержащих смол, мягкие плиты
изготавливают без связующего.
Технология получения теплоизоляционных древесно-волок­
нистых плит. Древесно-волокнистые плиты производятся из дре­
весины хвойных и лиственных пород. Это листовой материал, из­
готовленный в процессе горячего прессования или сушки массы
древесного волокна, сформированной в виде ковра. Технология
изготовления древесно-волокнистых плит напоминает технологию
получения бумаги. Для повышения прочности, износостойкости
и долговечности в твердые древесно-волокнистые плиты вводят
натуральные или синтетические связующие с последующей тер­
мообработкой. Отличие технологии мягких ДВП — отсутствие
дополнительного введения связующего. Технические характери­
стики мягких ДВП обеспечиваются за счет более качественной
подготовки волокна. Сырьем для получения ДВП являются от-
ГП
о
о
гм
(Г
о
о
о
0о5
о
н
а
>
>>
а
2
Си
о
X
<и
н
1)
о
гчI
05
«г>
а
го
5
о
о
а
о
гм
X
а>
о
о
X
гм
Р
ч
5
п*
го
Е
гч
8.1. Технические характеристики древесно-волокнистых плит
Таблица
н
с%е
X
н
5
Ч
и*
с Ц
и С
О
с
I
1 н >с»
се
&
0
а
о
1
X н
<
с СсС
I с
н >»
&
т
о
4
>
И
И
и
X х
*п
о
го
го
о
о
го
ГО
гм
о
о
00
о
о
оо
го
0
5
о
н
а
>
>»
а
о
гм
о
00
о
о
го
5
5
н
св
5
и
2
5
<и
ж
5
э
X
О
го
г*
О
<
ч
го
го
о
о
с
СО
се
О
X
гтГ
5
ш
сше
О
X
о
2
г-
а
о
X
а>
о
1ооП
о
о
С
о
го
о
о
О
X
го
го
о
н
и
X
а
о
х
<и
ю
о
о
*0
о.
О,
а
о
X
оо
Iо
ио
о
?
о
н
и
>>
0
5
о
н
<р
г
и
*
г
о
о
«г 03
ас
§н
о
с
а>
хее * *
5
к
Е ^*
Е
Зю \0
п ГМ
Ои го
и
а>
§
юя
и Й
к
X
^ 2
•
•
У
ГМ
л
с
е
С
О со X
Я
X
X
се
&
X
X
а.
со
X
1) X
X се
X
« Р.
;
о а
к 05
X
о X
с а,
)
о 0
со
§ .
3
г
I
сн
о гм
я
5 се се
со X
о X XX
х но се
X
а> о &
X
3 X
05
о
Е
а 05
1) X
СО ><
о Оа
с с <и
о
Й
з5
8 О
со
СО
X
а
с
X
н
о
се
]С
9х 2^
<и *
ко- Е
се
Р
о о у Й
X е со хX
у
5
Xс
о ■
X *
X
и 0
X
I
5 к а
§
3 р
а, осе
С О, 1
а.
се
&
05
05
X
X
X
X
ходы деревообработки, неделовая древесина, так называемое,
коротье и долготье.
Древесина состоит из следующих основных компонентов:
• целлюлоза, ее содержание в древесине различных пород
38 ...57%, (С6Н 10О5)п — кристаллический полимер, подвергается
гидролизу при температуре 180 °С;
• лигнин (17 ...34%) — аморфное вещество сложного химиче­
ского состава, не гидролизуется, но дает дополнительные хими­
ческие связи за счет полярности;
• гемицеллюлоза (15... 38 %) — по составу близка к целлюлозе,
при гидролизе выделяет смолоподобные продукты и полисахара,
связывающие волокна ДВП.
Различают два основных этапы производства ДВП: получение
волокна; формование плит.
Процесс получения древесно-волокнистых плит предполагает
следующие способы получения волокна и формования плит (го­
товых изделий) [ 1]:
• мокрый (мокрый размол волокна + мокрое прессование
плит);
./
. ) _ г,
• сухой (сухой размол волокна + сухое прессование плит);
• полусухой (сухой размол волокна + мокрое прессование
плит);
• мокросухой (мокрый размол волокна + сухое прессование
плит).
Мокрый способ производства ДВП наиболее распространен,
он разработан на основе бумажного производства. Схема способа
приведена на рис. 8.1. Сухой способ менее энергоемкий, посколь­
ку сокращается цикл прессования, но наблюдается значительный
выброс древесной пыли. Полусухой и мокросухой способы рас­
пространены мало. Для получения мягких теплоизоляционных
плит применяют более традиционный мокрый способ, позво­
ляющий получить наиболее качественное длинное и эластичное
волокно и легкие пористые изделия с ровной поверхностью.
Технология получения плит включает в себя следующие этапы.
1.
Размол щепы до волокна. Получение волокна при произ­
водстве мягких древесно-волокнистых плит обычно проходят две
стадии: сначала более грубое измельчение, затем (дополнительно)
тонкое. Это одна из самых ответственных операций в технологии
производства древесно-волокнистых плит, от нее во многом за­
висят физико-механические показатели готовых плит.
Различают несколько способов размола древесины:
• механический — быстро вращающиеся диски помольного
агрегата сдирают со щепы пучки волокон;
• термомеханический — дополнительно с механической об­
работкой используется горячая вода с температурой 70 °С или
Рис. 8.1. Схема получения мягких древесно-волокнистых плит
пар 170... 190"С, которые облегчают процесс размола. При ги­
дротермальной обработке щепа набухает, происходит частичный
гидролиз и ослабление структуры древесины. В сочетании с по­
вышенным трением происходит более легкое размельчение и пре­
образование кускового материала в древесную массу, состоящую
из пучков волокон;
•
термохимический — древесину наряду с пропаркой замачи
вают в щелочи (до 1 % по массе к сухому волокну), в результате
чего происходит более легкое отщепление волокон из-за посте­
пенного растворения лигнина, что облегчает механическую об­
работку. Однако усложняется технологический процесс, увеличи­
вается расход сырья.
Традиционно для производства ДВП в нашей стране исполь­
зуют термомеханический способ.
В качестве основного размольного оборудования применя­
ют: дефибратор — агрегат для пропарки и горячего размола (© =
= 300...600 об/мин), давление пара 1,2 МПа; рафинер — мельница
вторичного размола (со = 1500 об/мин); получают пульпу с кон­
центрацией волокон 3... 12 %.
2. Подготовка волокнистой массы. Полученную после раз­
мола щепы волокнистую массу сортируют и подвергают сгуще­
нию. Сортировка волокнистой массы осуществляется на пло­
ских ситах с диаметром отверстий 5... 7 мм и числом колебаний
1 200... 1 500 в минуту. Недомолотые частицы отправляют на до­
полнительный размол. Готовая гидромасса подвергается сгуще­
нию в аппаратах-сгустителях и направляется в массбассейн, где
производится непрерывное перемешивание, выравнивание кон­
центрации массы. Запас должен составлять 1 ...3 ч работы отлив­
ной машины.
Далее производится проклеивание древесно-волокнистой
массы, т.е. обработка эмульсиями химических веществ. Эмуль­
сии повышают качество и долговечность ДВП. Для этих целей
применяют гидрофобные вещества — эмульсию парафиновую,
окисляющиеся масла. Расход проклеивающих веществ обычно
составляет 1... 2 %. Для мягких древесно-волокнистых плит рас­
творы синтетических смол не применяют. Концентрация древес­
но-волокнистой массы на этом этапе примерно 1,8 ...2,2%. Для
осаждения эмульсий на волокно применяют коагуляторы — сер­
нокислый алюминий А12(8 0 4)3 и л и серную кислоту — количество
которых не превышает 0,5... 1,0%. Осадители коагулируют кол­
лоидные частицы проклеивающего вещества, которые оседают
на волокнах в виде частичек диаметром 0,1 ...5,0 мкм. Для по­
вышения долговечности изделий в массу вводят также растворы
антисептиков и антипиренов.
3. Формирование древесно-волокнистого ковра. Процесс
заключается в истечении массы на формующую сетку, свободной
фильтрации воды через сетку, отсоса воды вакуумной установ­
кой и дополнительного механического отжима. Изоляционные
плиты формуют на сетчатых отливных машинах обычно непре­
рывного действия. Скорость конвейера — по зарубежным тех­
нологиям V —7...21 м/мин (Пг = 12... 15 млн м2), по российским
проектам — V = 1...5 м/мин. Традиционно используют плоско­
сетчатые конвейеры, но существуют также сетчатые конвейеры
барабанного типа, когда подпрессовка производится на барабане
диаметром 4,5 м, а скорость движения — 8 м/мин, которые отли­
чаются компактностью, однако возможны дефекты виде трещин
полотна. На данном этапе древесно-волокнистую пульпу с кон­
центрацией волокна 0,9... 1,8% отливают на сетчатый конвейер,
где из древесно-волокнистой массы образуется влажный ковер.
На первом этапе происходит свободная фильтрация воды через
сетку, концентрация волокна повышается до 8... 10 %, на втором
этапе — вакуумирование (с постепенным наращиванием разре­
жения от 0,012 до 0,035 МПа) до концентрации 12... 16 %, на тре­
тьем — отжим (подрессовка при небольшом давлении прижимных
валков 0,002...0,5 МПа). Конечная влажность полотна — 60...70%.
На свободную фильтрацию воды влияет температура массы, с ее
повышением облегчается удаление излишней влаги. Оптимальная
температура — 50 °С. Готовый ковер должен иметь равную плот­
ность, хорошее переплетение волокон и одинаковую структуру
по длине и ширине.
4. Раскрой. Оформованный ковер подвергается раскрою дис­
ковыми пилами по заданным размерам древесно-волокнистых
плит.
5. Тепловая обработка. Сушка изоляционных плит произво­
дится в многоэтажных роликовых сушилках непрерывного дей­
ствия, работающих по принципу противотока. Продолжитель­
ность сушки — 3... 4 ч, температура теплоносителя — 130... 160 °С,
конечная влажность не более 3 %. Линия производства мягких
древесно-волокнистых плит приведена на рис. 8.2 [1]. При по­
лучении твердых плит в древесную массу вводится фенолформальдегидная смола (1,5... 5%) и технология заключается в до­
полнительной операции горячего прессования в многоярусном
прессе.
Свойства и применение теплоизоляционных древесно-волокнистых плит. В последние годы в России предлагаются новые
марки мягких древесно-волокнистых плит. Так, плиты компании
\Уоос1\уау Сгоир рекомендуются для применения в гражданском
строительстве в конструкциях пола, межкомнатных и межквартирных перегородках, конструкциях подвесных потолков, для
утепления кровли, лоджий, стен и мансард. Расширение области
применения мягких ДВП марки СОФТБОРД обусловлено новы­
ми решениями производственных процессов, использованием
современных добавок.
Отходы от сортировки
Опилки
Котельная
Рис. 8.2. Линия производства мягких древесно-волокнистых плит:
1 — лесоматериалы; 2 — цех распиловки; 3 — рубильная машина; 4 — дезинте­
гратор; 5 — сортировочная машина; 6, 12 — циклоны: 7 — элеватор; 8 — кон­
вейер; 9 — металлоуловитель; 1 0 — бункер щепы; 11 — подогреватель дефибратора; 13 — регулятор концентрации; 14 — бассейн дефибраторной массы; 15 —
рафинатор; 16 — размольная часть дефибратора; 17 — дозаторы; 18 — бак осадителя; 19 — насос; 2 0 — ящик непрерывного проклеивания; 21 — бак эмульсии;
22, 23 — бассейн рафинаторной массы; 24 — бак массы покровного слоя; 25 —
отливная машина; 26 — загрузочное устройство; 2 7 — роликовая сушильная
камера; 27, 2 8 — станки форматной резки; 29 — тележки с готовыми изделиями;
30 — склад
<
------------------------------------------------------------
Характеристики мягких древесно-волокнистых плит
марки СОФТБОРД
Толщина, мм..................................................................................... 10...40
Плотность, кг/м 3.......................................................................... 140...250
Влажность, %...................................................................................... 4... 12
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К )............... 0,041 ...0,047
Прочность при сжатии, МПа, при 10% деформации....0,25...0,32
Прочность при изгибе, М П а.....................................................0,4... 1,2
Коэффициент паропроницаемости, м г/(м *ч •Па).......0,014...0,018
Набухание по толщине за 2 ч, %...................................................7... 10
Снижение ударного шума, дБ ........ :............................................ 21 ...28
Температура применения, °С...................................................-50...+75
Пожароопасность, не н и ж е...................................................Г4, ВЗ, Д2
Современные мягкие древесно-волокнистые плиты несо­
мненно могут быть рекомендованы для звукоизоляции и шумопоглощения внутри здания. Предложения по их использованию
в конструкциях многослойных стен и фасадов нуждаются в ком­
плексной проверке долговечности.
8.2. Фибролит
Фибролит — плитный материал на основе древесной шер­
сти (стружки длиной 200...500 мм, шириной 2...5 мм, толщиной
0,3 ...0,5 мм).
Технические характеристики фибролита. Фибролит не яв­
ляется новинкой для России. Фибролитовые плиты (ГОСТ 8928)
подразделяются на три марки и применяются в качестве теплоизо­
ляционного (марки Ф-300), конструкционно-теплоизоляционного
и акустического (марки Ф-400 и Ф-500) материала в строительных
конструкциях зданий и сооружений с относительной влажностью
воздуха не выше 75 % (цифры в марке указывают плотность плит,
кг/м3). По стандарту плиты имеют длину 2400 и 3000, ширину
600 и 1 200, толщину 30... 150 мм, с пределом прочности при изгибе соответственно не менее 0,35; 0,6 и 1,0 МПа и теплопроводностью 0,08...0,1 Вт/(м-К).
Фибролит не горит открытым пламенем, легко обрабатывается:
его можно пилить, сверлить и вбивать в него гвозди. Водопоглощение цементного фибролита не более 35...45 %; при влажности
свыше 35 % он может поражаться домовым грибом, поэтому его
необходимо защищать от увлажнения, в частности путем ошту­
катуривания. Шероховатая поверхность фибролита способствует
хорошему сцеплению со штукатуркой.
Прочность магнезиального фибролита несколько выше, чем
цементного, но он обладает меньшей водостойкостью и большей
гигроскопичностью.
Теплоизоляционные фибролитовые плиты марки 300 применяют для утепления ограждающих конструкции щитовых и каркасных деревянных домов, сельскохозяйственных построек различного назначения, а также жилых, общественных и промышленных зданий в виде теплоизоляционного слоя в железобетонных
стеновых панелях, фибролитоасбестоцементных панелей и т. п.
[ 1]. В зданиях с влажным режимом его не рекомендуется использовать. Эффективно применение фибролита для звукоизоляции
в виде звукопоглощающих барьеров. Технические характеристики
фибролита приведены в табл. 8.2.
Технология производства изделий из фибролита. Древесную
шерсть получают на специальных станках из малоценного круТ а б л и ц а 8.2. Технические характеристики фибролита
^1
О
#
•
»
е»
О
•
•
0
гм
Класс прочности на сжатие
0,09 ...0,12
г*
Прочность при сжатии /?изг,
МПа
500 и более
О
Коэффициент теплопрово­
дности X, Вт/(м °К)
300...400
о
Плотность, кг/м 3
Конструкционные
плиты
V#
Показатель
Теплоизоляцион­
ные плиты
и ...4 ,о
В 0 ,3 5 ...В 0,75
В1; В1,5; В2,5; В3,5
Морозостойкость, циклов
Не менее 15
Более 15
Водопоглощение, %
Не более 60
Не более 60
!
|
]
{
«
1
|
|
I
]
{
глого леса или крупных отходов деревообработки в виде тонких
и узких лент. Древесную шерсть минерализуют раствором хлори­
стого кальция, жидкого стекла или сернистого глинозема, а затем
смешивают с минеральным связующим (магнезиальное вяжущее,
портландцемент, жидкое стекло).
Производство фибролитовых плит может быть организовано
по мокрому и сухому способам. При мокром способе древесную
шерсть для фибролита окунают в ванну с водным раствором це­
мента и минерализатора с последующим удалением излишнего
раствора на виброгрохоте. Этот способ требует постоянного пере­
мешивания цементного раствора во избежание его расслоения,
введения в формовочную массу большого количества воды, что
отрицательно сказывается на качестве плит. Наибольшее распро­
странение получил сухой способ производства фибролита, вклю­
чающий в себя подготовку сырья, получение древесной шерсти,
приготовление формовочной смеси, формование плит прессова­
нием и их тепловую обработку.
Технология производства изделий из фибролита состоит из сле­
дующих этапов.
1. Подготовка сырья. Поступающую на завод древесину окоривают и отправляют на выдержку, чтобы устранить вредное воз­
действие цементных ядов. Древесину выдерживают на открытом
воздухе не менее 4...6 весенне-летних месяцев. После выдержки
древесину распиливают на чураки, удаляют гниль и другие поро­
ки, затем чураки подают к древесно-шерстным станкам.
2. Минерализация древесной шерсти. Минерализацию дре­
весной шерсти для фибролита осуществляют путем ее окунания
или обрызгивания 3 ...4%-ным водным раствором хлористого
кальция или жидкого стекла. Для этого применяют шерстетрясы,
конвейеры с перфорированной лентой, барабанные смесители.
Влажность минерализованной шерсти составляет 140... 160%.
3. Приготовление формовочной смеси. Для каждого вида
древесной шерсти существует рациональный расход цемента,
соответствующий оптимальной толщине слоя цементного камня
на поверхности ее элементов. Средние значения расхода древес­
ной шерсти, м3, и цемента, кг, следующие: для марки 300 —0,4
и 190, для марки 400 —0,55 и 240, для марки 500 —0,82 и 270 со­
ответственно. Влажность смеси составляет 45... 50 %. Компоненты
формовочной массы смешиваются в смесителях принудительного
действия, обеспечивающих перемешивание шерсти без уплотне­
ния и навивания ее на вал.
4. Формование плит фибролита. Приготовленная формовоч­
ная масса загрузочным конвейером распределяется по формам
и разравнивается валками или вручную. Формы устанавливают
на многополочный пресс в виде пакета, при этом одновременно
Рис. 8.3. Схема получения теплоизоляционного фибролита
128
прессуют 15...20 плит. Для прессования применяются механи­
ческие, пневматические или гидравлические прессы. Удельное
давление при прессовании теплоизоляционных плит составляет
0,06:.. 0,1 МПа. После достижения заданной степени уплотнения
массы фиксируют толщину в целях исключения упругого после­
действия лент древесной шерсти. В обжатом состоянии формы
с уплотненной массой подают на тепловую обработку.
5.
Тепловая обработка фибролитовых плит. Тепловая об­
работка фибролитовых плит осуществляется в два этапа. Сначала
тепловую обработку производят в формах в обжатом состоянии
в целях закрепления структуры, полученной при формовании.
Пакеты форм загружают в камеру твердения, где их выдержива­
ют при влажности 60...70% и температуре 30...35°С в течение
8 ч при использовании быстротвердеющего цемента и до 24 ч
при использовании обычного портландцемента. Затем плиты фи­
бролита распалубливают, обрезают боковые и торцевые кромки
и выдерживают под навесом на открытом воздухе (в летнее время)
в течение 5... 7 сут или в специальных сушилках при температуре
50...60°С и относительной влажности 60 ...70% в течение 1...2
сут. Влажность высушенных плит фибролита не должна превы­
шать 20 %. Готовые плиты отправляют на склад. Схема получения
теплоизоляционного фибролита приведена на рис. 8.3.
8.3. Теплоизоляционные изделия на основе
местного органического сырья и отходов
производства
В настоящее время стали возрождаться технологии полу­
чения недорогих местных материалов, незаслуженно забытые
в 80 —90-е гг. XX в. Теплоизоляционные изделия на основе мест­
ного органического сырья — это одни из самых дешевых мате­
риалов, их применение рекомендовано для малоэтажных зданий,
подсобных помещений (складов, хранилищ) и других объектов
местного и сельского строительства. Повышенный интерес к но­
вым или хорошо забытым старым, экономичным местным стро­
ительным материалам и технологиям обусловлен несколькими
причинами:
• развитие индивидуального строительства может оживить
строительную отрасль, поскольку себестоимость жилья в кирпич­
ных и крупнопанельных зданиях очень высока;
• проблема энергоресурсосбережения стоит особенно остро,
что заставляет уже сегодня строить ресурсосберегающие дома;
• строительство нуждается в принципиально новых концепци­
ях и технологиях экологически чистого жилья. Здания из кирпича
и железобетона тяжело обогреть, они не решают проблем ни ко­
личества, ни качества жилья, ни тем более его экологичности.
Выбирая материал для теплоизоляции, потребители обращают
внимание на технические характеристики утеплителей: коэффи­
циент теплопроводности, плотность, водостойкость и др. Однако
в последнее время все большее значение приобретает такое ка­
чество, как экологическая безопасность материалов. Рынок на­
чинают завоевывать утеплители, которые безопасны для челове­
ка и природы на протяжении всего цикла своего существования
от производства до утилизации. За рубежом производители уже
прекращают продажу на внутреннем рынке теплоизоляционных
материалов, которые могут каким-то образом навредить здоровью
человека. Становятся популярны материалы на основе необыч­
ных, но натуральных материалов: мягкие маты с применением
льна, конопли, соломы и т. п. Некоторые из этих экзотических
материалов стоят довольно дорого, но за здоровье за рубежом
привыкли платить.
Сейчас стремление к здоровому образу жизни приходит и в Рос­
сию, причем зачастую новые материалы — это хорошо модерни­
зированные старые [17].
Изделия на основе торфа. Торфоплиты представляют собой
теплоизоляционные изделия, получающиеся из торфа путем фор­
мования и тепловой обработки. Сырьем для производства торфя­
ных изделий служит слаборазложившийся мох-сфагнум (белый
мох) из верхних слоев торфяников, сохранивший волокнистое
строение торфообразующих растений и не использующийся в ка­
честве топлива и сельскохозяйственного удобрения. Около 50 %
мировых запасов торфа находятся в России.
>1|
Изготавливать торфоизоляционные изделия можно двумя спо­
собами: мокрым и сухим. Обычно используют мокрый способ
производства. Технологический процесс производства изделий
по этому способу складывается из следующих операций. Торф
подвергают обработке на зубчатых вальцах. Затем он поступает
в варочные чаны, снабженные мешалкой, где разбавляется боль­
шим количеством воды. Содержание торфяного волокна в пуль­
пе составляет 5...6% . Перемешивание ведут при температуре
60...70°С, что способствует разделению торфа на отдельные во­
локна. После варки в течение 20...25 мин масса поступает на фор­
мование, которое производят в формах с перфорированными
днищами и крышками. Чтобы избежать уноса волокон торфа
и предотвратить прилипание изделий к формам, на днища форм
и под их крышки укладывают металлические сетки. Прессова­
ние производят при давлении 0,4.„0,5 МПа. После прессования
плиты на поддонах направляют в туннельное сушило, где под­
вергают действию горячего воздуха или дымовых газов с макси­
мальной температурой 150...260°С. Продолжительность сушки
около 30 ч.
При тепловой обработке происходит не только испарение вла­
ги, но и выделение из торфа смолистых веществ в коллоидном со­
стоянии, которые склеивают волокна торфа и обеспечивают изде­
лиям механическую прочность. При сухом способе производства
требуется меньше тепла на сушку, чем при мокром способе.
Торфяные теплоизоляционные плиты характеризуются одно­
родной волокнистой структурой мелкопористого строения с от­
крытыми сообщающимися порами. Общая пористость торфяных
плит составляет 84...91 %:. Высокопористое строение торфяных
плит способствует капиллярному и гигроскопическому их увлаж­
нению. Так, водопоглощение обычных плит (по массе) за 24 ч со­
ставляет 190... 180%, а специальных водостойких — 50%.
В зависимости от средней плотности торфоплиты подразделя­
ются на марки 170, 200, 230, 260 и имеют следующие характери­
стики: А. = 0,058...0,064 Вт/(м-К), Яиэг = 0,3...0,5 МПа.
Торфяные плиты — горючий материал. Температура воспла­
менения их около 160 °С, а самовоспламенения — около 300 °С.
В увлажненном состоянии при хранении в штабелях торфяные
плиты склонны к микробиологическому самовозгоранию и при
более низкой температуре. Поэтому предельная температура хра­
нения и эксплуатации торфяных плит составляет 100 °С; однако она
может быть повышена, если в состав плит ввести антипирены.
Размеры торфяных плит обычно 1000x500x30 мм. В зависи­
мости от назначения торфяные теплоизоляционные плиты могут
быть: водостойкими В, огнестойкими О, биостойкими Б, ком­
плексными, имеющими два или три из указанных свойств (огнебиостойкие, биостойкие и т.п.), и обычными.
Эковата. Эковата — мелкозернистый утеплитель, получен­
ный путем последовательного сухого измельчения макулатуры
и обработки специальными химикатами. Эковата — сыпучий
материал, состоящий из волокон целлюлозы (81 %) с антисеп­
тиком (7%) и антипиреном (12%). Волокнистое сырье состоит
из переработанной газетной бумаги (80 %) и прочей макулатуры:
картона, книжных страниц, свободной от добавок бумаги (20 %).
Впервые получение эковаты было разработано в США.
Для производства эковаты не подходит бумага с большими при­
месями пластика (глянцевая бумага с покрытием из полиэтилена
или воска, журнальная бумага, книжные обложки). В качестве
антисептика применяется бура, а антипирена — борная кислота,
поэтому на эковату не влияют микроорганизмы, вызывающие
обычно гниение и появление плесени. Материал не возгорается
и не плавится, а только медленно тлеет. При пожаре не выделяет
токсичных продуктов.
Так как эковата является мелкозернистым и плотным утепли­
телем, ее воздухопроницаемость мала. Небольшой размер воло­
кон эффективно замедляет движение воздуха. При изменении от­
носительной влажности воздуха влага выпадает на верхний слой
эковаты, и его волокна слипаются между собой, образуя тонкую
бумаговидную корку, которая эффективно предотвращает про­
никновение потока воздуха вовнутрь утеплителя. Характеристики
эковаты приведены в табл. 8.3.
Процесс производства эковаты состоит из двух основных ста­
дий:
1) предварительное измельчение, при котором поступающая
макулатурная бумага рвется на довольно крупные куски;
2) тонкое измельчение, при котором предварительно разорван­
ная бумага измельчается на волокна.
Схема получения эковаты приведена на рис. 8.4.
Существует два способа нанесения эковаты:
• сухое нанесение — на горизонтальное верхнее перекрытие,
нижнее перекрытие, коробчатые конструкции стен;
• влажное нанесение — на открытые конструкции стен.
Нанесение эковаты производится с помощью специальной
установки: материал распушается в бункере и под давлением по­
дается на утепляемые поверхности или ниши (полости), которые
необходимо засыпать. Установки позволяют подавать вату на вы­
соту до 30 м.
|
Влажное нанесение, используемое при утеплении конструк­
ций стен, дает некоторое преимущество. Смачивание водой ак­
тивизирует лигнин, имеющийся в древесных волокнах, который
выполняет функции связующего. При этом эковата схватывается
с поверхностью конструкций, образуя тем самым цельный и плот­
ный покровный слой. При этом она проникает в самые мелкие
зазоры, слой изоляции получается плотным и бесшовным.
Пробковые плиты. Пробковые теплоизоляционные плиты
производят на основе коры пробкового дуба. Это дерево произТа б л и ц а 8.3. Технические характеристики эковаты
Показатель
Плотность, кг/м3
Теплопроводность, Вт/(м •К)
Значения
35. ..70
0,038...0,047
Паропроницаемость, мг/(м-ч-Па)
0,35
Влажность, %
8... 12
Класс горючести
Г2, В1,Д1
Бумага (макулатура)
Сортировка (ленточный транспортер)
Крупное дробление (протирка
вращающимися ножами через решетку)
П ылеотделение
(циклонный пылеотделитель)
Уравновешивание потока
(промежуточный бункер)
Улавливание металла (ленточный
транспортер с металлоулавителем)
борная кислота
Дозирование по объему
Дозирование
Тонкое измельчение на древесные волокна
(протирка вращающимися ножами через частое сито)
Готовая эковата
(упаковочный бункер)
Рис. 8.4. Схема получения эковаты
растает в основном на побережье Средиземноморья и россий­
ского Дальнего Востока. Основные страны-экспортеры изделий
из пробки — Португалия, Испания, Марокко, Алжир и Тунис.
В настоящее время материал широко представлен на российском
рынке строительных материалов.
Пробка — природный долговечный материал, структура кото­
рого состоит из ячеек (их приблизительно 40 млн в 1 см3) и мини­
мального количества твердого вещества. Каждая стенка состоит
из 5 слоев: 2 слоя клетчатки, к которым прилегает воздух, находя­
щийся в ячейке, 2 плотных и жировых слоя, непроницаемых для
воды, и заключительный древесно-волокнистый слой, который
придает ячейке жесткость и формирует конечную структуру.
Пробковые плиты изготавливают путем прессования и тепло­
вой обработки при температуре 250...300°С заранее измельчен­
ной пробковой крошки (отход производства бутылочной пробки).
При этом выделяется клеящее вещество суберин, содержащееся
в пробке, и скрепляет отдельные частицы. Затем агломерирован­
ные блоки режутся на панели размером 1ОООх 500 мм, при этом
толщина панелей может регулироваться.
Пробковые материалы применяются для теплоизоляции ограж­
дающих конструкций, при температуре изолируемой поверхно­
сти до 70 °С. В качестве тепловой изоляции применяются плиты
толщиной 25 ...50 мм типа Агломерат или Экспанзит. Выпускают
также пробковые плиты с виниловым покрытием для придания
стойкости к истиранию. Прессованная пробка в рулонах (10x1 м
при толщине 2 мм) применяется как теплозвукоизолирующая
прокладка. Технические характеристики изделий из натуральной
пробки приведены в табл. 8.4.
Пробка легко режется, это гарантирует чистую и быструю ра­
боту, химически инертна и долговечна. Она не покрывается пле­
сенью, и ее физические свойства практически не меняются с те­
чением времени; хорошо сопротивляется воздействию грызунов.
Пробка не проводит электрический ток и не накапливает стати­
ческое электричество. Материалы из пробки не горят, а только
тлеют (при наличии источника открытого огня); после обработки
огнестойкими составами они принадлежат к классу горючести Г1.
При тлении пробки не выделяется токсичных веществ.
Камышит. Современная ориентация на экологический образ
жизни заставила вспомнить хорошо забытые старые технологии.
Издавна во многих странах камыш использовали в строительстве.
Применение камыша вместо традиционных материалов значи­
тельно снижает стоимость построек.
Т а б л и ц а 8.4. Технически* характеристики изделий из натуральной
пробки
Плотность, кг/м
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К)
Предел прочности при сжатии, МПа
104... 120
0,037... 0,040
0,02
■ Я Я Р И Н и м нш лм м ям » I
Предел прочности при растяжении, МПа
Рабочие температуры, 'С
Коэффициент термического расширения
(20)
Звукопоглощение при частотах от 125
до 4000 Гц, дБ, при толщине 40 мм,
плотности 1 2 0 кг/м 3
0,1
От -200 до +130
От 250 до 50 х 10
Камышит (ГОСТ 7483) — местный теплоизоляционный мате­
риал, изготовленный в виде плит из плотно уложенных стеблей
камыша, скрепленных оцинкованной проволокой.
камышит (камышитовые плиты) заготовляют из тростника,
камыша осенне-зимней рубки. Производство камышита обычно
организуют на передвижных установках, оборудованных прессами
высокой производительности, на которых осуществляется прес­
сование, прошивка проволокой и торцовка плит.
Плотность камышита в зависимости от степени прессования со­
ставляет 175...250 кг/м3, теплопроводность 0,046...0,093 Вт/(м-К),
предел прочности при изгибе примерно 0,5 МПа. Камышит за­
гнивает при увлажнении, не держит гвозди, способен возгораться,
подвержен порче грызунами. Эти недостатки можно уменьшить
путем пропитки антисептиками, оштукатуриванием плит.
Камышит применяют для заполнения стен каркасных зданий,
устройства перегородок, утепления перекрытий и покрытий в ма­
лоэтажном строительстве. Это один из самых дешевых теплоизо­
ляционных материалов.
Стебли камыша сначала сушат, прессуют, затем прошивают
оцинкованной проволокой. Влажность при изготовлении не долж­
на превышать 18 % от массы сухого камыша. Размеры плит, мм:
(2000...3000)х (800... 1 000), толщина — 30... 100. В зависимости
от расположения камыша плиты делятся на два типа: с попереч­
ным и продольным расположением стеблей.
Положительный опыт строительства домов из камышита нако­
плен в Казахстане, где уровень жизни основной части населения
невысок, зимой нередки морозы до -40 °С, а природного камыша
много. Строили и строят из камышита в прибалтийских и сканди­
навских странах. Тростник, собранный на побережье Балтийского
моря, в настоящее время экспортируют в европейские страны.
Камыш по химическому составу близок к древесине, но по
ряду параметров превосходит ее:
• вследствие наличия кремневых отложений в клетках камыша
он меньше, чем дерево, подвержен гниению;
• плиты из прессованного камыша не горят открытым пламе­
нем под воздействием огня, а только тлеют;
• малая плотность камыша позволяет использовать его для уте­
пления междуэтажных перекрытий и кровли;
• камышит обладает способностью к шумопоглощению, по­
этому его целесообразно использовать не только для утепления
внешних стен дома, но и для изготовления внутренних стен и пе­
регородок.
Обычно для заполнения стен, устройства перегородок и кровли
камышитовые плиты располагаются в два слоя. Для внешней от­
делки камышитовых стен используется минеральная штукатурка.
В таком случае уровень влажности и паропроницаемость ограж­
дений будут должным образом сбалансированы, и обеспечена
противопожарная безопасность.
Теплоизоляция из соломы. В качестве теплоизоляционного
материала в ряде стран используются соломенные блоки (тюки)
сразу после пресс-подборщика с поля. Блоки укладывают на рас­
твор или применяют в качестве заполнителя каркасных стен с по­
следующим их оштукатуриванием. На сегодняшний день техно­
логия теплоизоляции из соломенных блоков сертифицирована
в США.
Стена соломенного дома при толщине 60 см имеет сопротив­
ление теплопередаче не менее 8, в то время как современные
строительные нормы требуют для Сибири 3,5 ...3,9 м2 °С/Вт. Со­
ломенные тюки дешевы, доступны, экологически чисты, обладают
хорошей теплоизоляцией. Паропроницаемость стены из соломы
выше, чем натуральных бревен [29].
Наружная и внутренняя отделка стен в таких домах не отлича­
ется от обычной: оштукатуривание или покрытие из гипсокарто­
на. Соломенный дом можно построить в очень короткий срок без
применения грузоподъемных устройств и сразу отделывать.
Материал на основе прессованной соломы долговечен. Если
соломит защищен от проникающей влаги, например глиняной
обмазкой, то долговечность таких домов может быть довольно вы­
сока. В настоящее время в США эксплуатируются дома из прес­
сованной соломы, построенные в XIX в.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды древесного сырья используются для производства те­
плоизоляционных материалов?
2. Перечислите разновидности древесно-волокнистых плит в зависи­
мости от способов производства, назначения, условий твердения.
3. В чем заключаются физико-химические особенности получения те­
плоизоляционных древесно-волокнистых плит?
4. Назовите технологические схемы производства древесно-волокнистых
плит и виды основного технологического оборудования.
5. Приведите основные свойства и особенности технологии производ­
ства фибролита.
6. Охарактеризуйте основные физико-механические свойства и назна­
чение торфоплит.
7. В чем заключается особенности производства и применения эко­
ваты?
Глава 9
ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Полимерные теплоизоляционные материалы относятся к груп­
пе наиболее эффективных. Сюда включают материалы на орга­
нической (синтетической) основе: пенопласты (пенополистирол,
пенополиуретаны, фенолформальдегидные и др.), сотопласты,
материалы на основе синтетических волокон.
По сравнению с неорганическими утеплителями (минеральной
и стеклянной ватой) пенопласты применяются в несколько мень­
ших объемах. Однако в последние годы в связи с изменением тре­
бований к термическому сопротивлению ограждающих конструк­
ции объем производства пенопластов значительно возрос и про­
должает расти. Так, в трехслойных панелях наилучшие результаты
по сопротивлению теплопередаче получают, используя пенополи­
стирол, фенольно-резольный пенопласт, пенополиуретан.
Рост промышленного производства и применения пенопластов
обусловлен также значительно меньшими в сравнении с другими
утеплителями удельными капитальными затратами на организа­
цию их производства. Очевидно, в ближайшие годы эта тенденция
сохранится. Об этом свидетельствуют также многочисленные пред­
ложения по техническим решениям теплоэффективных наружных
стен жилых зданий, выполненных с применением пенопластов.
В современных условиях новые нормы по тепловой защите можно
обеспечить, используя утеплители на органической основе.
Современные пенопласты нашли широкое применение как
легкие конструкционные и теплоизоляционные материалы, их
используют для изготовления двух- и многослойных сэндвичконструкций. Такие конструкции часто применяют в качестве
несущих и навесных стеновых панелей и перегородок быстровозводимых зданий. В декоративных целях сэндвич-панели ис­
пользуются для защитной и декоративной облицовки, в том числе
и при реконструкции.
В радиотехнике и электронике пенопласты с успехом применя­
ются для электроизоляции отдельных элементов в приборах, для
герметизации сложных деталей. В ряде случаев из пенопластов
изготавливают оболочки кабелей.
Низкое водопоглощение пенопластов позволяет использовать
их для изготовления плавучих средств (буи, бакены, понтоны),
спасательных средств (жилеты, пояса, плоты), легких лодок и камер.
Пенопласты с полностью открытыми порами широко при­
меняют для фильтрации воздуха в бытовых кондиционерах,
фильтрации жидкостей и газов в технологии химических про­
изводств.
Эластичные пенопласты используются для упаковки дорого­
стоящей аппаратуры. Другое популярное использование — изго­
товление мягкой мебели (подушки, сиденья, спинки, матрацы).
Эластичный листовой полиуретан используют для дублирования
с тканями при пошиве теплой одежды, более толстые листы —
в качестве подкладки под ковровые покрытия. Специальные раз­
новидности эластичных пенополиуретанов и ПВХ-пенопластов,
обладающих повышенными вибродемпфирующими, амортизи­
рующими и звукоизоляционными свойствами, применяют в ка­
честве прокладок в касках и шлемах, в защитных рукавицах, при
работе с отбойными молотками, в вентиляционных установках
и различных глушителях.
Для защиты от низких температур пенопласты используются
при изоляции бытовых холодильников, морозильных установок,
корпусов рефрижераторов, трубопроводов, кондиционеров.
В гражданском и промышленном строительстве пенопласты
применяют в качестве теплоизоляционных материалов, которыми
заполняют панели с бетонными и металлическими обшивками,
кирпичную кладку; в качестве утеплителей полов и крыш зданий,
герметизации швов и стыков.
9.1. Основы получения полимерных
теплоизоляционных материалов
Материалы на основе полимеров, содержащие в своем составе
газовую фазу, называются газонаполненными (газосодержащими)
полимерными теплоизоляционными материалами.
Основной структурой газосодержащих материалов является га­
зоструктурный элемент, состоящий из собственно газовой ячейки
и стенок из полимерной фазы, который повторяется с определен­
ной периодичностью в объеме материала.
Газосодержащие полимерные материалы по структуре можно
разделить на несколько групп (рис. 9.1):
•
пенопласты — материалы с системой изолированных не со­
общающихся между собой ячеек, содержащих инертный газ и раз­
деленных тонкими стенками — перегородками;
Рис. 9.1. Группы структур полимерных теплоизоляционных материа­
лов:
а — закрытопористая; 6 — открытопористая, в — интегральная, г — синтактная
(с полыми заполнителями)
• поропласты — материалы с системой сообщающихся ячеек,
заполненных газом (данное разграничение весьма условно, так
как в некоторых случаях ячеистая и пористая структуры образу­
ются одновременно);
• интегральные пеноматериалы имеют четко выраженный гра­
диент плотности при переходе от поверхности к центру изделия,
изготовленного за одну технологическую операцию;
• синтактные пенопласты — материалы, структура которых
формируется путем введения полых заполнителей;
• сотопласты — с регулярно повторяющимися полостями пра­
вильной геометрической формы, которые получают литьем стенок
или их прессованием без вспенивания;
• волокнистые — материалы, структура которых образована
переплетением синтетических волокон [19].
Содержание газовой фазы в пено- и поропластах в зависимости
от способа ее введения, свойств полимерной матрицы и метода
переработки может достигать 98 %, что позволяет регулировать
плотность материала в широких пределах: от плотности полимера
до плотности газовой фазы (плотность воздуха — 1,3 кг/м3).
9.1.1. Основные принципы получения пенопластов
Для получения ячеистых полимерных теплоизоляционных
материалов (в дальнейшем — пенопластов) в качестве матрицы
можно использовать как термопластичные, так и термореактив­
ные полимеры: твердые, в растворах, эмульсиях или суспензиях,
частично полимеризованные или мономеры.
Из термопластичных полимеров, имеющих линейные и раз­
ветвленные молекулы и размягчающихся при нагревании, мож­
но получать пенопласты самыми различными способами. Выбор
того или иного способа и технологические параметры получения
вспененных материалов зависят в основном от температуры раз­
мягчения полимера [5].
Из термопластичных полимеров для получения пенопластов
чаще всего применяют полистирол, полиэтилен, полипропилен,
поливинилхлорид и др.
Значительно более сложным является получение пенопластов
на основе термореактивных полимеров или продуктов частичной
поликонденсации: для получения готового пенопласта полимер
необходимо вспенивать, когда в нем мало межмолекулярных свя­
зей, т.е. он не потерял способность к размягчению. Отверждение,
т. е. процесс образования трехмерной структуры, должно про­
ходить уже во вспененном полимере. Из термореактивных по­
лимеров в производстве пенопластов наиболее распространены
фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные (карбамидные), полиуретановые, эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические и другие полимеры.
4
Получение пенопластов при повышенном давлении (прес­
совые методы). Прессовые методы применимы только для тер­
мопластичных полимеров. Использование прессовых методов для
термореактивных полимеров невозможно вследствие их отвер­
ждения при повышенной температуре, что может произойти не­
посредственно в форме.
Прессовые методы можно разделить на следующие виды:
• прессовый метод — прессование смеси полимера и газообразователя при повышенных температурах и давлении с по­
следующим вспениванием размягченной композиции в прессформе или вне ее;
:
,
• экструзионный метод — выдавливание через профилирующее
устройство композиции, состоящей из размягченного полимера,
насыщенного газами, продуктами разложения порофоров или
легкокипящих жидкостей;
*
• литьевой метод — впрыскивание под давлением в форму
размягченной полимерной композиции, насыщенной газами или
легкокипящими жидкостями;
• автоклавный метод — насыщение размягченной композиции
газами или легкокипящими жидкостями под давлением с после­
дующим вспениванием путем снижения давления.
Прессовый метод. Этот метод включает в себя следующие
операции: смешивание полимера с газообразователями и другими
компонентами; прессование композиции; вспенивание.
При получении жестких пенопластов с м е ш и в а н и е про­
изводят в шаровых мельницах, оборудованных охлаждающими
рубашками. Процесс продолжается от 6 до 24 ч до получения
однородной мелкодисперсной смеси, от этого во многом зависит
качество готового изделия.
При получении эластичных пенопластов исходные компонен­
ты смешивают в виде пасты в смесителях лопастного типа. Затем
пасту выдерживают двое суток при температуре 25...30°С, т.е.
Г| жеяируют.
П р е с с о в а н и е композиции происходит на гидравлических
1 прессах в пресс-формах закрытого типа. В процессе прессования
| под действием температуры 120... 180°С и давления 12...20 МПа
^ частицы полимера расплавляются. Газообразователь разлагается,
) и выделившиеся газы распределяются в полимере в виде мелких
[ ячеек. Для равномерного прогрева заготовки ее выдерживают при
; температуре прессования. Время выдержки составляет 1 ...2 мин
на 1 мм толщины. После выдержки заготовки охлаждают до ком­
натной температуры (до отвердевания композиции) и извлекают
из пресс-формы.
При в с п е н и в а н и и прессованные заготовки нагревают
Г при температуре 85... 120°С паром, водой или горячим воздухом
до размягчения полимера. Ячейки увеличиваются в размере и под
действием давления растворенного газа заготовка в свободном
состоянии вспенивается.
Данный метод универсален, но довольно длителен, трудоемок,
требует применения весьма сложного и громоздкого оборудова­
ния. Кроме того, достаточно сложно равномерно прогреть прессформы и равномерно вспенить заготовки.
Экструзионный метод. Этим методом возможно осуществить
непрерывное производство пенопластов высокого качества. Он
заключается в том, что в экструдер (червячный пресс) подает­
ся предварительно перемешанная однородная композиция по­
лимера, газообразователя и специальных добавок. В экструдере
происходит гомогенизация смеси, уплотнение, нагрев, плавле­
ние полимера, разложение газообразователя, распределение вы­
делившегося газа в расплаве полимера, формование заготовки
в профилирующей головке. При выходе из экструдера, т.е. при
, снятии давления, смесь вспенивается и затем охлаждается в при­
емном устройстве.
Преимуществом экструзионного метода является непрерыв­
ность процесса, возможность его полной автоматизации, высокая
производительность, возможность регулирования свойств пено­
пластов в широких пределах, разнообразие ассортимента (листы,
пленки, трубы, профили и т. п.). На сегодняшний день это самый
перспективный метод производства прессовых пенопластов.
Литье под давлением. Этот метод применяется для получе­
ния штучных изделий из пенопластов. Композицию, состоящую
из полимера, газообразователя и добавок, подают через расходный
бункер дозирующего устройства в литьевую машину. Порция
композиции подается в холодную часть цилиндра. Когда мате­
риал засыпан, поршень проталкивает композицию в нагревае­
мую часть цилиндра. При возвратно-поступательном движении
поршня в нагреваемую часть поступает новая порция компози­
ции, в то время как предыдущая порция материала расплавляется
и проталкивается в сопло. В этот момент к соплу прижимается
предварительно собранная охлаждаемая пресс-форма. При оче­
редном ходе поршня расплавленная композиция с растворен­
ными в ней газами впрыскивается в пресс-форму, вспенивается
и охлаждается. После выдержки, необходимой для охлаждения
и отверждения вспененных изделий, пресс-форму размыкают
и готовое изделие подают в приемное устройство.
Автоклавный метод. При этом методе сначала проводят на­
сыщение полимера газами или легкокипящими жидкостями под
давлением. Затем композицию вспенивают в этом же автоклаве
при снятии давления.
^
Метод нашел применение при получении полистирольного пе­
нопласта, но широкого распространения не получил из-за слож­
ности, периодичности, ограниченной номенклатуры изделий.
Получение пенопластов при обычном давлении (беспрессовые методы). Получение пенопластов без применения повы­
шенного давления можно производить как из термопластичных,
так и из термореактивных полимеров. Существует несколько ме­
тодов получения пенопластов при обычном давлении:
• беспрессовый метод — вспенивание размягченной компози­
ции полимера путем нагрева до температуры разложения (кипе­
ния) газообразователя;
• химический метод — вспенивание композиции газами, выде­
ляющимися в процессе полимеризации (поликонденсации), или
при химическом взаимодействии компонентов с последующим
отверждением полученных полимеров;
• дисперсионный метод — вспенивание растворов, эмульсий,
дисперсий полимеров механическим диспергированием газа с по­
следующим отверждением вспененной композиции.
Б е с п р е с с о в ы й метод заключается в том, что в термопла­
стичный полимер или его раствор вводят твердые или жидкие
газообразователи, которые при нагревании композиции до тем­
пературы кипения или разложения газообразователя вспенивают
композицию. Метод имеет следующие варианты:
• вспенивание гранул полимера, предварительно насыщенных
вспенивающим агентом, путем нагрева до температуры размягче­
ния полимера (метод спекания пенополистирола);
• метод полимер-мономерных паст, когда вспенивается на­
греванием композиция, состоящая из полимера, мономера, га­
зообразователя и инициатора. Этим способом можно получать
пенопласты и на основе термореактивных полимеров;
• вспенивание композиции из полимера, газообразователя
и отвердителя нагревом до температуры разложения газообразо-
вателя с последующим отверждением за счет образования трех­
мерной структуры (пенопласты на основе новолачных фенолоформальдегидных полимеров).
Характерной особенностью этих способов является вспениваI ние полимеров в высокоэластичном состоянии, пенообразующие
►вещества, как правило, не добавляются.
Х и м и ч е с к и й метод заключается в том, что композиция,
[ состоящая из мономеров или олигомеров, вспенивается газами,
выделяющимися при полимеризации или при взаимодействии
• компонентов с последующим их отверждением (пенополиуретан).
| Для улучшения процесса вспенивания дополнительно вводят пе­
нообразователи.
При д и с п е р с и о н н о м методе обычно водный раствор
} термореактивных полимеров, смешанный с пенообразователем
и катализатором отверждения, вспенивается путем интенсивно' го перемешивания или продуванием газа или воздуха компрес­
сором. Готовую пеномассу отверждают в стационарных формах
>или непосредственно на поверхности изделий (напыление). Для
| отверждения полимера требуется довольно длительное время или
повышенная температура (карбамидный пенопласт).
9.1.2. Газообразующие и вспенивающие вещества
Н| с
Пористая структура пенопластов создается при помощи газо| и пенообразователей. От их выбора зависят характер пористости,
технологические параметры, способ получения пенопласта.
Газообразователи. Газообразователи по агрегатному состоя, нию подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, по хи­
мической природе — на органические и неорганические. По ме­
ханизму газообразования твердые и жидкие газообразователи
подразделяются на выделяющие газ:
• при необратимом термическом разложении (порофоры);
• при обратимом термическом разложении;
• при химическом взаимодействии компонентов;
[ • при термической десорбции (адсорбенты);
1 • вследствие кипения при нагреве или при снижении давления.
- Порофоры — органические вещества, которые при повышен­
ной температуре разлагаются с выделением инертных газов N ,
§С 02, СО,
и др. По химическому строению их можно раздеК лить на следующие типы:
! • азосоединения К.—N = N—К/ (ЧХЗ-57, 4X3-24,4X3-23, ЧХЗ1 21 ЧХЗ-4, ДАБ и др.);
| • сульфонилгидразиды К.—3 0 2МН—1МН2 (ЧХЗ-9, ДФ-9, ЧХЗ-5,
I Оепйгоп, ЧХЗ-6А);
2
• нитрозосоединения К—N (N 0)—К' (ЧХЗ-18, ДФ-3);
• азиды кислот К—СХЖ3 (ЧХЗ-9а, ДФ-4);
• прочие соединения.
Порофоры — это твердые вещества с необратимым характером
разложения, легко измельчаются и совмещаются с полимерами.
Они довольно токсичны, дороги и могут снижать теплостойкость
пенопластов, так как оказывают пластифицирующее действие
на полимеры. Порофоры не универсальны, их действие носит
избирательный характер, поэтому их применяют в сочетании
с определенными полимерами. Основные характеристики порофоров приведены в [5, 30].
Газообразователи, выделяющие газ при обратимом термиче­
ском разложении, — неорганические вещества карбонаты. Они не­
дороги, недефицитны, не оказывают пластифицирующего действия,
что позволяет получить более теплостойкие пенопласты, но плохо
совместимы с полимерами, что затрудняет их равномерное распре­
деление. К ним относятся карбонат аммония, бикарбонат натрия.
Карбонат аммония — твердые белые кристаллы с запахом ам­
миака. Технический продукт содержит кроме углекислого аммо­
ния (ТЧНз^СОз также бикарбонат аммония ЫН4НСОэ и карбомат
аммония ЫН^ООТЧН^ Диссоциация последних происходит уже
при 30...40°С, а основного продукта — при 60 °С:
ЫН4НСОз <-> 1ЧН3Т + с о 2Т + н 2о
Ш ^СООМИ, *-» 214Н3Т + С 0 21
(1ЧН3)2С 0 3 <-►21*Ш3Т + С 0 2Т + Н20
Разложение идет очень бурно, в результате образуется круп­
нопористая структура, поэтому размер зерен не должен превы­
шать 2 мм.
Бикарбонат натрия — белый кристаллический порошок, со­
стоящий на 98,5 % из ЫаНСОэ и примесей — 1Ча2С 0 3. Процесс
разложения протекает при 85... 160°С с образованием равномер­
ной пористости:
2№ Н С 03 <-> № 2С 0 3 + Н20 + с о 2Т
Газообразователи, выделяющие газ при химическом взаимо­
действии компонентов. В настоящее время для получения ряда
пенопластов широко используется реакция взаимодействия тон­
ких порошков металлов, стоящих выше водорода (А1, 2п, М§, Ре),
с минеральными (Н28 0 4, Н3РОэ, НС1) или органическими кисло­
тами, сопровождающаяся выделением газов (обычно Н2).
Газообразователи, выделяющие газ вследствие термической
десорбции (адсорбенты), — это вещества, которые выделяют при
повышенной температуре газы, адсорбированные их активной
Наименование
Формула
Тт , °с
Плотность р, кг/м3
СН 3СР 2С1
9,25
1 100
СРС13
23,7
1480
Изопентан
(СН 3) 2СНС 2Н 5
27,85
619
Ф реон-113
ЯН!
47,6
1570
Спирт этиловый
С2Н5ОН
78,37
789
Бензол
Сбн 6
80,1
879
Вода
н 2о
100
1000
Толулол
С6Н 5СН 3
110,62
867
Ксилол
С6Н 4 (СН 3) 2
144,4
880
ссц
207
1565
Ф реон-142
фреон -1 1
Четыреххлористый
углерод
удельной поверхностью. К таким веществам относятся активиро­
ванный уголь, силикагель, цеолиты и т.д. Адсорбент насыщают
газом при возможно более низкой температуре, а при ее повы­
шении происходит выделение газа (десорбция).
Легкокипящие жидкости — это вещества, не растворяющие
вспениваемый полимер, при нагревании до температуры кипения
(табл. 9.1) или при снижении давления, испаряясь, вспенивают
полимер. К легкокипящим жидкостям относятся бензол, изопентан, ксилол, толуол, четыреххлористый углерод, вода, спир­
ты, фреоны и т.д.
Легкокипящие жидкости при испарении развивают значитель­
но меньшее давление, чем твердые газообразователи, т.е. по вспе­
нивающей силе им уступают.
Газообразные вспениватели — это вид газообразователей, при
применении которого полимер под давлением насыщают инерт­
ными газами (азотом, воздухом, углекислым газом), вспенивание
происходит при снятии давления и повышении температуры. По­
ристая структура закрепляется отверждением термореактивных
или охлаждением термопластичных полимеров.
На процесс вспенивания и устойчивость структуры пенопла­
ста оказывают влияние растворимость газа, его диффузия через
стенки ячеек, природа самого полимера.
Применение кислорода в качестве вспенивателя нежелатель­
но, так как может привести к последующему старению полиме-
ра, а водорода — вследствие его горючести и повышенной диф­
фузии.
Щ
•
Пенообразователи. Это поверхностно-активные вещества —
органические соединения, адсорбция которых из их растворов
приводит к резкому снижению поверхностного натяжения на по­
верхности раздела раствора с воздухом, что обусловливает в том
числе возможность получения пены. Поверхностная активность
ПАВ обусловлена гидрофильными группами или гидрофобными
радикалами. Поверхностно-активные вещества подразделяют­
ся на ионогенные и неионогенные. Ионогенные диссоциируют
в растворе на ионы, одни из которых обладают адсорбционной
активностью, другие — нет. Неионогенные ПАВ не диссоцииру­
ют при растворении на ионы; носителями гидрофильности в них
являются гидроксильные группы.
Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем,
образуемых при взаимодействии с растворителем: мицелло­
образующие (полуколлоидные, мылоподобные) и не образующие
мицелл (при любой концентрации ПАВ находятся в истинном
растворе).
Ионогенные ПАВ подразделяются на анионоактивные и ка­
тионоактивные. Анионоактивные вещества — это карбоновые
кислоты и их соли (мыла), алкил сульфаты, алкил сульфонаты и пр.
Промышленное значение имеют также смоляные и жирные кис­
лоты таллового масла, канифоли. Катионоактивные ПАВ — это
амины, азотсодержащие основания, аммониевые соли и т. п.
Неионогенные ПАВ — получают присоединением окиси эти­
лена к спиртам, карбоновым кислотам, аминам и другим соеди­
нениям. Наиболее известны ОП-4, ОП-7, О П -10.
Высокомолекулярные ПАВ — растворимые карбо- или гетероцепные полимеры. Среди них есть природные соединения (белки,
альгинаты, пектиновые вещества), например «Неопор», продукты
химической обработки природных полимеров (производные цел­
люлозы), синтетические полимеры (на основе поливинилового
спирта, полиакриловых кислот).
■«
Поверхностная активность, т.е. способность понижать в ре­
зультате адсорбции свободную поверхностную энергию, — важ­
нейшее общее свойство ПАВ. Это свойство позволяет облегчить
диспергирование различных материалов, смачиваемость поверх­
ностей, эмульгирование, повышение стабильности пены и т.д.
Поверхностную активность оценивают по понижению величины
поверхностного натяжения (Да).
В настоящее время для получения пенопластов используют
синтетические ПАВ: продукты нефтепереработки и нефтехими­
ческого синтеза. К ним относят сульфанолы — смесь натриевых
солей алкилбезосульфокислот, вещество «Прогресс» — смесь
натриевых солеи сернокислых эфиров вторичных спиртов, пе­
нообразователь ПО-1 и др. Все они образуют стабильные пены
с весьма высокой кратностью.
9.2. Свойства пенопластов
Свойства пенопластов определяются, прежде всего, свойства­
ми полимерной основы, объемом и характером распределения
газовой составляющей.
Плотность и пористость. Пористость и средняя плотность пе­
нопластов являются одним из основных показателей, характеризу­
ющих их свойства. Эти характеристики обусловлены относитель­
ным содержанием полимерной и газовой фаз, видом полимера,
характером пористой структуры: геометрической формой и раз­
мерами пор, соотношением замкнутых и сообщающихся пор.
По значению средней плотности пенопласты подразделяются
на легкие (р = 5... 50 кг/м3), средней плотности (р = 50... 150 кг/м3),
плотные (р = 150...400 кг/м ). Полимерные теплоизоляционные
материалы, производимые в настоящее время для строительных
целей, обладают плотностью в пределах от 10 до 250 кг/м3 [18].
Структура промышленных пенопластов характеризуется полифракционным распределением пор: форма, размер пор, тол­
щина межпоровых перегородок колеблются в широких пределах.
Наиболее равномерной мелкоячеистой структурой характеризуют­
ся пенопласты на основе термопластов, получаемых по прессовой
технологии. Для заливочных пенопластов характерна вытянутость
пор в направлении вспенивания, что определяет анизотропию их
свойств в разных направлениях. Структуру и плотность пенопла­
стов можно регулировать, меняя содержание порообразователя,
вводя дополнительно поверхностно-активные вещества, эмульга­
торы, наполнители и т.д.
Физико-механические показатели. Прочностные показатели
пенопластов зависят от вида полимера, на основе которого по­
лучен материал, и от его плотности. Мелкопористые пенопласты
с преобладанием закрытых пор отличаются большей прочностью,
чем крупнопористые и материалы с сообщающимися порами, по­
лученные из одного и того же полимера.
Особенностью прочностных свойств пенопластов, как и всех
полимеров, является отклонение как от свойств идеально упру­
гих тел, для которых характерна (в соответствии с законом Гука)
пропорциональность напряжения и деформаций, так и от свойств
идеально вязких жидкостей, для которых напряжение пропорцио­
нально скорости деформаций. При сжатии у пенопластов отсут­
ствует хрупкое разрушение и четко выраженная характеристика
прочности. Поэтому изучение сжатия пенопластов сводится к анализу их деформативности. Чаще всего показатель прочности при
сжатии определяют при 10% деформации.
В зависимости от значений модуля упругости пенопласты
разделяют на жесткие и эластичные. К жестким относятся материалы, имеющие прочность при сжатии при 10% деформации
более 0,15 МПа (новолачный фенолформальдегидный пенопласт
(ФФП), жесткий пенополиуретан (ППУ), экструзионный пенополистирол (ППС) и др.), к эластичным — менее (^01 МПа (пенополиэтилен (ПП), эластичный ППУ, пенокаучук). Полужесткие пенопласты характеризуются промежуточными показателями
прочности.
ИИШ
к п '
Теплофизические свойства. Одним из важнейших свойств
пенопластов является теплопроводность, которая значительно
ниже, чем у минеральных теплоизоляционных материалов, и составляет 0,023.„О,052 Вт/(м-К), что делает их наиболее эффективными материалами для тепловой защиты. Теплопроводность
пенопластов зависит от средней плотности, вида полимера, размера и типа пор, от природы газа, заполняющего поры. Для
каждого пенопласта существуют оптимальные значения средней плотности, отклонения от которых приводят к повышению
теплопроводности. При чрезмерном снижении рср возрастает
количество крупных и сообщающихся пор, следовательно, увеличивается перенос тепла конвекцией, т.е. повышается X. При
увеличении рср снижается общая пористость, что также приводит
к повышению X. Природа газа, заполняющего поры, оказывает
существенное влияние на теплопроводность:
* 0,023, а
*
* 0,019 Вт/(м ■К).
я
Теплостойкость и температура применения пенопластов зависят, прежде всего, от вида полимера, применяемого для их изготовления. Пенопласты на основе т е р м о п л а с т и ч н ы х поли­
меров (полистирол, полиэтилен и др.) при повышении температур
из твердого состояния переходят в эластичное со значительными
деформациями. Их можно применять при Тэкс < 60 ...75 °С. Пено­
пласты на основе т е р м о р е а к т и в н ы х полимеров (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, полиуретановые и др.)
являются значительно более теплостойкими ( Тэкс * 150... 200 °С).
Однако при достижении предельных температур начинается про­
цесс термоокислительного распада и деструкции.
Огнестойкость (горючесть) пенопластов зависит от вида по­
лимерной матрицы. Различают горючие (сгораемые) материалы,
которые самостоятельно поддерживают горение в течение более
1 мин (полистирол); трудносгораемые (самозатухающие) при
вынесении из пламени тлеют, а затем затухают (поливинилхло­
рид).
’
||
I
I
I
I
1
1
1
1
I
1
I
3
I
I
I
I
I
1
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
Отношение к действию воды. Одним из важнейших свойств
пенопластов является их способность противостоять действию
влаги.
Водопоглощение пенопластов характеризуется отношением
количества поглощенной влаги к общей площади, кг/м2, или
к объему образца (объемное), %. Минимальные значения водопоглощения характерны для прессовых пенопластов.
Гигроскопичность (сорбционная влажность) пенопластов мо­
жет колебаться в значительных пределах и зависит, прежде всего,
от вида полимера, характера и размера пор, влажности среды.
Минимальные значения характерны для экструзионного пенополистрола, максимальные — для карбамидных поропластов.
Наибольшей паропроницаемостью характеризуются пенопла­
сты с открытыми сообщающимися порами, наименьшей — имею­
щие плотную поверхностную пленку (экструзионный пенополистирол и напыляемый пенополиуретан).
Эксплуатационная стойкость. Эксплуатационная стойкость
полимерных теплоизоляционных материалов определяется спо­
собностью противостоять разрушающему воздействию климати­
ческих факторов: знакопеременных температур, солнечной ра­
диации, влажности, окислительному действию кислорода воздуха,
биологическим воздействиям и т.д.
При длительном воздействии повышенных температур, уль­
трафиолетового излучения, кислорода воздуха, механических
и других факторов в пенопластах происходят процессы старения
(термическая, механическая, фотохимическая, биологическая де­
струкции). Эти процессы вызваны образованием свободных ра­
дикалов, разрывом макромолекул, т.е. деполимеризацией, и, как
следствие, образованием микротрещин, а затем и макротрещин.
Главным фактором, определяющим долговечность полимерных
материалов, является энергия связи между атомами макромолекул,
на величину которой можно влиять, регулируя плотность сшивки
молекул, изменяя рецептуру композиций. Основным методом по­
вышения эксплуатационной стойкости является применение ста­
билизаторов — веществ, блокирующих процессы деструкции. В на­
стоящее время нет единых методов стабилизации, как нет и оди­
наковых стабилизирующих веществ для всех полимеров. Однако
существуют некоторые общие приемы стабилизации: подавление
цепных реакций деструкции, акцептирование низкомолекулярных
продуктов деструкции, управление процессом распада и т.д.
Для каждого процесса старения также применяют свои ста­
билизаторы: химические акцепторы, антиоксиданты, светостабилизаторы, фунгициды и т.д. Стабилизаторы вводят в полимер
как на стадии его получения, так и при приготовлении сырьевой
композиции для конкретных условий применения [191.
9.3. Основные виды, технологии получения
и применение полимерных
теплоизоляционных материалов
В данном подразделе приведены характеристики и технологии
наиболее известных пенопластов.
9.3.1. Полистирольный пенопласт
Полистирольный пенопласт является наиболее распространен­
ным полимерным теплоизоляционным материалом. Это обуслов­
лено рядом его несомненных достоинств: он доступен по цене,
нетоксичен, прост в изготовлении, сырье недефицитно. Это тер­
мопластичный полимер, поэтому в настоящее время пенопласт
на его основе получают как с применением повышенного давле­
ния, так и беспрессовыми методами.
Беспрессовый пенополистирол. Сырьем для производства
пенополистирола беспрессовым методом (ПСБ) является суспен­
зионный бисерный полистирол, который получают суспензион­
ной полимеризацией стирола в присутствии изопентана. Размер
гранул составляет 0,5... 3,0 мм. Каждая гранула содержит внутри
ячеек легкокипящую жидкость изопентан, разделенную тонкими
полимерными стенками. Выпускается также полистирол с пони­
женной горючестью (самозатухающий) марки ПСБ-С.
Производство полистирольного пенопласта характеризует­
ся тем, что при нагревании свыше 80 °С полистирол переходит
из стеклообразного в вязкотекучее состояние, а изопентан при
температуре свыше 28 °С вскипает и давлением паров вспенивает
гранулу полистирола. При этом размягченные гранулы при тем­
пературе 90... 100°С слипаются друг с другом в монолит.
Технологическая схема производства беспрессового пенополи­
стирола марки ПСБ представлена на рис. 9.2.
Предварительное вспенивание гранул производят при помощи
горячей воды, пара, воздуха или токов высокой чистоты, нагре­
вая бисерный полистирол до 90... 120°С. При этом объем гранул
увеличивается в 10—30 раз.
Для предварительного вспенивания используют аппараты пе­
риодического и непрерывного действия с различными теплоно­
сителями. К вспенивателям периодического действия относятся
водяные ванны и барабаны горизонтального и вертикального
типа, снабженные ситом типа дуршлаг или мешалкой. Обычно
обогрев осуществляется водой, производительность их невелика
(рис. 9.3).
.
■ ;
*
Суспензионный полистирол
Рис. 9.2. Схема получения пенополистирола беспрессовым способом
Рис. 9.3. Устройство периодического
вспенивания гранул полистирола:
1 — предохранительный клапан; 2 —дви­
гатель мешалки; 3 — загрузочный бункер;
4 —смотровое окно; 5 —фотоэлемент для
регулирования плотности; 6 — дробящая
лопасть; 7 —лопастная мешалка; # — раз­
грузочная шахта; 9 — сброс конденсата;
10 —сито; 11 ~~ подача пара на дно; 12 —
подача пара на боковины
Рис. 9.4. Устройство для непрерыв­
ного вспенивания гранул полисти­
рола:
1 —двигатель мешалки; 2 —лопастная
мешалка; 3 — дробящая лопасть; 4 —
загрузочный бункер; 5 — вариатор; 6 —
двигатель шнека; 7 — дозирующий
шнек; 8 —-сброс конденсата; 9 — сито;
10 — подача пара на дно; 11 — общая
подача пара; 12 — подача пара на бо­
ковины; 13 — разгрузочная шахта
К вспенивателям непрерывного действия относятся механи­
ческие, барабанные, шнековые, в которых процесс вспенива­
ния может производиться водой или паром в течение 1 ...6 мин.
Производительность аппаратов может составлять от 1 до 50 м3/ч
(рис. 9.4). Вспененные гранулы в случае повышенной влажности
подсушивают при температуре 40 °С, охлаждают и выдержива­
ют в течение 6...24 ч для выравнивания давления с окружающей
средой. При большем времени выдержки остаточный изопентан
может улетучиться и тем самым снизится способность гранул
к последующему вспениванию.
Вторичное вспенивание (формование изделий) также можно
производить непрерывным и периодическим способом с исполь­
зованием различных теплоносителей.
К формовочным агрегатам периодического действия сле­
дует отнести переносные и стационарные формы различных
конструкций. Обычно теплоноситель (острый пар или горячая
вода) подается через перфорированные стенки и днище. Размер
переносных форм не превышает 1 ОООх 750 х 100 мм. Стацио­
нарные формы позволяют получать изделия больших размеров:
от 2000x1000x500, 4000x1000x500 до 6000х 1 000х 1 250 мм.
Формы обычно оборудуются гидравлическими затворами для
смыкания и раскрытия стенок и выталкивателем готовых бло­
ков. Теплоносителем чаще всего является пар под давлением
0,4...0,5 МПа. Конструкции форм могут иметь пустотообразователи, позволяющие изготавливать изделия сложных конфигу­
раций. Общая продолжительность спекания вспененных гранул
в блок 4...5 мин, охлаждение 45...55 мин (для выравнивания
давления внутри блока).
При использовании в качестве аппарата для вторичного вспе­
нивания автоклава единичные формы, заполненные гранулами,
подают в автоклав и пропаривают по заданному режиму (засып­
ка гранул — 2 мин, вспенивание — 1...2 мин при Т= 95... 105 °С,
охлаждение — 10 мин).
При непрерывном способе вторичного вспенивания использу­
ются конвейерные линии, карусельные машины, пакетные формователи и др. Технология производства состоит из тех же опе­
раций, что и при периодическом способе формования. В этом
случае пенопласт получают в виде непрерывной ленты заданной
толщины или в виде блоков определенного объема. Производи­
тельность установок —от 2 до 9 м3/ч. К недостаткам непрерывного
способа следует отнести металлоемкость и сложность оборудова­
ния, строго заданные размеры готового изделия и необходимость
дополнительной переналадки оборудования в случае смены па­
раметров изделий.
Отформованные изделия при необходимости сушат при тем­
пературе 40 °С, выдерживают 1...3 сут. Блоки режут при помощи
горячих струн (нихромовой проволокой) или дисковыми пила­
ми на изделия требуемых размеров. Технические характеристиТ а б л и ц а 9.2. Технические характеристики беспрессового
пенополистирола
Нормативные значения для марок
Наименование показателя
15
25
35
50
15
25
35
50
Прочность на сжатие при 10 % де­
формации, МПа, не менее
0,04
0,08
0,14
0,16
Прочность при изгибе, МПа,
не менее
0,06
0,16
0 ,2 0
0,30
Теплопроводность при 25 ± 5*С,
Вт/(м-К ), не более
0,043
0,041
0,038
0,040
12
12
Плотность, кг/м 3
Влажность, %, не более
12
1
4,0
Водопоглощение за 24 ч, %
по объему, не более
Время самостоятельного горения
ПСБ-С, с, не более
Температура применения, °С
3,0
2
2 ,0
4
1
-40.. ». +65
2 ,0
ки беспрессового пенополистирола (ГОСТ 15588) приведены
в табл. 9.2.
-■
И
Н Р р К Р ИШ ЯиШ ЙЭ пИВ
На некоторых предприятиях для получения стеновых или кро­
вельных панелей применяют также способ вспенивания полисти­
рола непосредственно в полости строительных конструкций.
Образцом новых энергосберегающих технологий возведения
стен является применение пенополистирольных блоков в качестве
несъемной опалубки — пенополистирольная опалубка. Эта тех­
нология позволяет возводить монолитные бетонные стены одно­
временно с двойной тепло- и звукоизоляцией из блоков-модулей,
которые легко, как детский конструктор, собираются на строи­
тельной площадке. Блоки состоят из двух пенополистирольных
панелей, соединенных между собой прочными пластмассовыми
связями. Выполненная из таких секций опалубка заполняется бе­
тоном, образуя монолитную стену. Для обеспечения необходимой
прочности блоки армируются стержневой арматурой. Произво­
димый предприятиями набор элементов длиной 370... 1 200 мм
позволяет реализовывать разнообразные архитектурные решения
для зданий любого назначения.
Области применения полистирольной опалубки: коттеджи;
сельские дома и дачи; двух-, трехэтажные многоквартирные
дома; административные здания; общественные здания и спорт­
комплексы; холодильники, сервисные и промышленные объ­
екты; овощехранилища и склады. Применение в строительстве
пенополистирольных блоков в качестве несъемной опалубки —
это сокращение себестоимости, трудозатрат и времени возведе­
ния зданий примерно в 2 —3 раза. Себестоимость строительства
с применением несъемной опалубки уменьшается в 1,5 —2,0 раза
по сравнению с традиционными методами. Специальная кон­
струкция замков позволяет быстро и точно соединять блоки и пре­
пятствует вытеканию бетона. Малая масса несъемной опалубки
позволяет обходиться на стройке без грузоподъемных механизмов
большой мощности.
Строительство с применением несъемной опалубки можно ве­
сти круглый год практически во всех климатических зонах России.
Высокие теплоизоляционные свойства блоков позволяют произ­
водить работы по бетонированию при минусовых температурах,
что уменьшает сроки строительства в различных климатических
условиях.
Экструзионный пенополистирал. Мировой опыт доказал ис­
ключительную практичность и эффективность применения экгрузионного пенополистирола (ПС) в качестве теплоизоляционного
материала в гражданском и промышленном строительстве. До не­
давнего времени российские специалисты вынуждены были поль­
зоваться продукцией западных компаний, так, широко известна
марка мугойиг производства химического концерна ВА8Е Этот
метод позволяет получить пенопласт в виде плит, листов, труб
и других профильных изделий.
Производство отечественного экструзионного пенополистирола марки «Пеноплэкс» освоено с 1998 г. в г. Кириши Ленинград­
ской обл., а затем под маркой «Экстрапен» в г. Реж Свердловской
обл., «Экстрол» — в г. Екатеринбурге заводом экструзионных ма­
териалов и многих других.
Полученный материал обладает равномерной структурой,
состоящей из мелких, полностью закрытых ячеек с размерами
0,1 ...0,2 мм.
Сырьем для получения экструзионного пенополистирола слу­
жат порошок или гранулы полистирола различных марок, в ка­
честве вспенивателей используют газы, органические порофоры,
минеральные газообразователи, легкокипящие жидкости (смеси
легких фреонов и диоксид углерода С 02). Количество вспениваю­
щих агентов составляет 4... 5 массовых частей на 100 частей поли­
мера. При экструзии вводят также различные добавки: красители,
пластификаторы, антипирены и другие вещества, позволяющие
получить пенопласты с требуемыми свойствами (эластичные,
окрашенные, слабогорючие и т.д.).
Экструзионный пенополистирол обычно получают с исполь­
зованием газообразных вспенивателей. Вспенивающий агент
(сжиженный газ) при помощи насоса высокого давления впры­
скивается в зону смешения экструдера, где осуществляется его
равномерное распределение в расплаве полимера. Выходя из экс­
трудера, расплав в смеси с газом попадает в зону низкого давле­
ния (атмосферного), происходит его активное вспенивание (уве­
личение объема). Фильера формующей головки имеет щелевой
зазор, формирующей выходящий расплав в виде листа. Толщина
изделия регулируется шириной зазора и скоростью отвода листа.
После изготовления плит в ячейках происходит быстрое замеще­
ние остатков вспенивателя окружающим воздухом.
В технологическом процессе производства экструзионного пе­
нополистирола различаются следующие стадии:
1) приготовление сухой вспенивающейся композиции, состоя­
щей из полистирола вспенивающегося и технологических доба­
вок (смеситель);
2) автоматическое дозирование вспенивающейся композиции
из бункера-накопителя через бункер-смеситель в зону загрузки
экструдера;
3) непрерывная переработка вспенивающейся композиции
в экструдере при температурных режимах, обеспечивающих пла­
стикацию, гомогенизацию, насыщение газом и транспортирова­
ние материала шнеком;
4) выдавливание и вспенивание материала на выходе из плоскощелевой экструзионной головки;
5) калибрование и термостатирование плиты на валковом ка­
либраторе;
6) охлаждение и термостабилизация размеров плиты в тянущем
сдвоенном конвейере;
7) отрезка плиты по длине на резательном устройстве.
Режимы экструдирования: температура в зоне разложения газообразователя 110... 120°С, давление 5...7 МПа, температура в зоне
выдавливания 140...150°С, давление 8 МПа. Время нахождения
композиции в экструдере 3... 5 мин.
В качестве вспенивающего агента используют также смеси легких фреонов (озонобезопасных, нетоксичных и негорючих) или
твердых порофоров. При этой технологии пенопласт получают
путем смешивания при повышенной температуре и давлении
в экструдере гранул полистирола, вспенивающего агента и доба­
вок. Вспенивание композиции происходит при снятии давления
на выходе из профилирующей головки. В зависимости от при­
роды, количества порообразователя и технологических режимов
экструзии изделия могут получаться с различным количеством
открытых, сообщающихся и закрытых пор, иметь различную
плотность.
Режим экструзии нужно подбирать так, чтобы сначала плавил­
ся полимер, а после этого уже происходило насыщение компози­
ции газом. Давление газа должно быть меньше давления расплава
перед входом его в формующую головку. В полимерную компози­
цию вводят также вещества, активизирующие процесс поризации
(стеараты свинца, цинка); ПАВ, способствующие хорошему дис­
пергированию композиции; зародыши газообразования (тальк),
обеспечивающие получение мелкопористой структуры; различные
пигменты и красители.
Благодаря замкнутой, однородной, мелкоячеистой структу­
ре экструзионный пенополистирол обладает низкой теплопро­
водностью, практически нулевым водопоглощением, высокой
прочностью на сжатие. Поверхность готовых плит гладкая, с за­
крытой пористостью, в виде водоотталкивающей оболочки, что
позволяет использовать их в наружных стенах без дополнитель­
ной гидроизоляции.
Изделия сохраняют свои свойства после длительного воздей­
ствия замораживания — оттаивания. Это химически инертный
и не подверженный гниению нетоксичный материал. Все это по­
зволяет применять экструзионный пенополистирол при возведе­
нии высоконагруженных оснований сооружений (гаражных по­
лов, ограждений промышленных холодильных камер, в дорожном
строительстве, при устройстве инверсионной кровли).
1
|
]
I
]
]
I
]
I
|
Плотность, кг/м 3 ....... ............ ................. ...... ................................ 3 5 5 0
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К )...............0,028...0,032
Прочность при сжатии, МПа, при 10% деформации....0,25...0,70
Прочность при изгибе, М П а................................................... 0,4...0,7
Коэффициент паропроницаемости, мг/(м ч Па).......0,014...0,018
Водопоглощение за 24 ч (по объему), %................................ 0,1 ...0,2
долговечность, л ет................................................................................. 50
Температура применения, °С...................................................-50...+75
Стойкость к огню в зависимости.......От Г4, ВЗ, ДЗ до Г1, В1, Д1
от марки
Особенностью экструзионного пенополистирола является низ­
кая паропроницаемость, в 40 —70 раз меньше, чем у обычного.
Во избежание отсыревания стен требуется дополнительное кон­
диционирование жилых помещений.
Разновидностью экструзионного пенополистирола являются
Оергоп-теплоизоляционные плиты производства ФРГ (толщи­
на — 3 и 6 мм, плотность — соответственно 40 и 33 кг/м3). В от­
личие от традиционного экструзионного ППС Оергоп характе­
ризуется пониженным сопротивлением диффузии водяных паров
(так как имеет специальную микроперфорацию), защищает от сы­
рости потолки и стены, поэтому может служить для устройства
теплоизоляционной подложки внутри помещения.
При одинаковом сопротивлении теплопередаче толщина плит
из экструзионного пенополистирола ПС составляет 20 мм, беспрессового ПСБ — 30 мм, а минеральной ваты — 38 мм. Малое водо­
поглощение ПС обеспечивает незначительный прирост теплопро­
водности во влажных условиях (не более 0,001 ...0,003 Вт/(м-К)),
что позволяет применять его в конструкциях кровель, полов, фун­
даментов, подвалов без дополнительной гидроизоляции. Это де­
лает на сегодняшний день экструзионный пенополистирол одним
из самых перспективных для применения в строительстве пено­
пластов. Единственным сдерживающим фактором его широкого
распространения является высокая цена.
9.3.2. Пенополиуретан
Пенополиуретаны (ро1уиге1Ьапе Гоатз, ППУ, рипор и т.д.) по­
лучают беспрессовым методом на основе композиций, содержа­
щих изоцианиты и гидроксилсодержащие олигомеры (полиэфиры,
олигоэфиры), а также воду, катализаторы, эмульгаторы, в неко­
торых случаях — наполнители, красители и антипирены. Разли-
чают ППУ двух типов: эластичные мягкие поропласты (поролон)
и жесткие прочные пенопласты. Эластичные ППУ применяются
для производства мягкой мебели, губок, ковровых изделий, гер­
метизации стыков и т.д. Жесткие ППУ применяются для изготовления трехслоиных панелей типа сэндвич, плит покрытия, в ка­
честве электро-, тепло- и звукоизоляционных материалов. Из пе­
нополиуретанов получают тепловую изоляцию трубопроводов,
холодильников, резервуаров и хранилищ высокого качества.
Э л а с т и ч н ы е пенополиуретаны марок ППУ-Э-... получают
на основе простых олигоэфиров с молекулярной массой 750...600,
синтезированных из оксидов алкиленов (этилена, пропилена),
тетрагидрофурана и гликолей. Реже используют сложные олигоэ­
фиры дикарбоновых кислот и гликолей.
Ж е с т к и е пенополиуретаны марок ПУ-..., ППУ-..., Вилан-...,
Изолан-..., Рипор-... и другие получают из простых олигоэфиров
разветвленной структуры на основе оксидов алкиленов и триодов
(глицерина, триметилолпропана и др.). Используют также слож­
ные олигоэфиры на основе дикарбоновых кислот и триодов или
их смесей с диэтиленгликолем.
Среди обширного класса пенопластов жесткие пенополиурета­
ны занимают заметное место как наиболее технологичный и вы­
сокоэффективный теплоизоляционный материал с уникальным
комплексом физико-механических свойств.
Плотность образующихся пенополиуретанов зависит от со­
отношения изоцианатов и полиэфиров в исходной смеси. При
избытке изоцианатов ППУ будет содержать больше мочевинных
групп —ТЧНСОМН—, чем при недостатке изоцианатов, когда об­
разуется больше уретановых групп —1ЧНСОО—. Поскольку поли­
мочевины обладают более низкой плотностью (1050... 1230 кг/м3),
чем полиуретаны (1 280 кг/м3), в первом случае получают пено­
пласты с меньшей плотностью.
При взаимодействии изоцианатов с гидроксилсодержащими
олигомерами образуется полимер с уретановыми звеньями:
20СЫ — К — N 6 0 + НО - К' - ОН
ОСЫ - Я — ИНСОО — Я' — ООСНЫ - Я — N 0 3
(9.1)
При избытке изоцианата в реакционной среде на концах расту­
щих макромолекул оказываются изоцианатные группы, которые
могут вступать в реакцию с водой:
пОСN - Я - 1ЧНСОО - Я' - ООСНN - Я - ЫСО + пН20
[-1Ч Н О Ж Н - Я - >ШСОО - Я' - ООСНЫ - Я—]п +
При этом выделяется углекислый газ, вспенивающий компо­
зицию, а макромолекулы присоединяются друг к другу через мо­
чевинные группы.
Взаимодействие изоцианатных групп с гидроксилсодержащими
олигомерами (реакция (9.1)) и водой (реакция (9.2)) — конкури­
рующие реакции. Роль катализаторов сводится к регулированию
скоростей каждой реакции. При этом выделение газа и рост по­
лимерных молекул должны происходить с такими скоростями,
чтобы газ оставался в полимере и образовавшаяся пена была бы
достаточно прочной и не опадала. Наиболее часто в качестве ка­
тализаторов применяют соединения олова (олеат и октоат, соли
дибутилолова и др.), регулирующие реакцию образования уретановых звеньев, и третичные амины (триэтаноламин, диметилбензиламин и др.), катализирующие реакции образования трехмерной
структуры и выделения углекислого газа. На практике используют
каталитическую смесь, состоящую из соединения олова и одного
или нескольких аминов. Вспенивать полиуретановую композицию
можно также легкокипящими жидкостями (обычно фреонами).
Химизм образования эластичных и жестких ППУ одинаков.
Жесткие пены отличаются от эластичных тем, что состоят из по­
лимеров с бблыпим числом поперечных связей. В жестких ППУ
средняя молекулярная масса структурной единицы, приходящаяся
на один узел разветвления сетки, составляет 400...700, а в эластич­
ных ППУ — 2 500... 20000. Поэтому композиции для производства
эластичных ППУ не содержат трифункциональных гидроксилсо­
держащих олигомеров, а содержат меньше третичных аминов.
Обязательным компонентом композиции является эмульгатор,
который способствует высокой степени диспергирования компонен­
тов в массе и играет роль стабилизатора пены в момент вспенивания.
В качестве эмульгаторов используют сульфоспирты, сульфокислоты,
кремнийорганические жидкости и др. Некоторые стабилизаторы (па­
рафиновые углеводороды, кремнийорганические жидкости) определя­
ют характер (открытые или закрытые) и размер образующихся пор.
В качестве антипиренов применяют трехоксид сурьмы, трихлорэтилфосфат, порошкообразный поливинилхлорид и др. Для
окрашивания ППУ пригодно большинство органических краси­
телей. Наполняют полиуретановые пенопласты в случае необхо­
димости тальком, керамзитом, суспензионным полистиролом,
волокнами различной природы (см. подразд. 9.3.4).
Такое разнообразие сырьевых компонентов и условий их из­
готовления позволяет получать весьма широкую гамму полиуре­
тановых пенопластов с различными свойствами и назначением.
Получение пенополиуретана. Пенополиуретан получают пу­
тем смешивания компонентов, взятых в определенном соотноше­
нии, на специальном оборудовании. Композиция вспенивается га­
зами, выделяющимися в результате реакции между компонентами
исходной смеси (первый вариант) или с помощью легкокипящих
жидкостей (второй вариант). При получении ППУ по первому ва­
рианту выделяется значительное количество теплоты, внутренние
слои крупногабаритных изделий могут даже обугливаться. Поэтому
этот вариант применим только для изделий небольшой толщины.
Образующаяся смесь распыляется сжатым воздухом (при помощи
пеногенератора) на изолируемую поверхность, в полость панели
или на конвейер. Во втором варианте выделяющаяся теплота за­
трачивается на испарение легкокипящей жидкости, что позволяет
предотвратить местные перегревы и обугливание ППУ.
При получении пенополиуретана все компоненты подают
в смесительное устройство одновременно. Взаимодействие ком­
понентов происходит сразу же, причем подъем пены начинается
приблизительно через 10 с и заканчивается через 1... 2 мин после
смешения. Окончательное отверждение пены продолжается от не­
скольких часов до нескольких суток. Для образования трехмерной
структуры ППУ имеет значение температура твердения: при ком­
натной температуре окончательной отверждение заканчивается
в течение 1 ...7 сут, при 80...200°С — за 2...6 ч.
Полиуретановый пенопласт можно получать заливкой и на­
пылением.
З а л и в к а ППУ обычно производится непрерывным способом
в стационарные формы, конструкцию или на ленту конвейера.
Для заливки применяют специальные установки, оборудованные
смесительной головкой. Исходные компоненты перемешиваются
в строго заданном соотношении и с помощью рукава длиной до 5 м
подаются в форму или на конвейерную ленту (бумагу, металличе­
ский лист), движущуюся со скоростью 3... 5 м/мин. При получении
жестких и эластичных пенополиуретанов конвейерным способом
1
2
3
4
Рис. 9.5. Схема получения заливочных пенополиуретанов:
1 — боковая подача бумаги; 2 — смесительная головка; 3 — газопроницаемое по­
лотнище; 4 — выравнивающая лента; 5 — готовый блок; 6 — транспортер; 7 —
участок вспенивания; 8 — заливочная композиция; 9 — нижняя подача бумаги
Полиэфиры
Рис. 9.6. Схема получения пенополиуретанов напылением
необходимы операции выдержки (тепловой обработки), охлажде­
ния; резки на плиты (маты); упаковки (рис. 9.5). Заливочный ме­
тод может применяться при получении скорлуп для теплоизоляции
трубопроводов, при изготовлении трехслойных панелей.
Технологический процесс получения ППУ методом н а п ы ­
л е н и я непосредственно на объекте состоит из следующих опе­
раций: подготовка поверхности; подготовка компонентов; смеше­
ние компонентов; напыление смеси пистолетами-распылителями;
отверждение пенопласта (рис. 9.6).
Примерный расход сырьевых компонентов (в объемных ча­
стях) для производства эластичных (мягких) пенополиуретанов
приведен в табл. 9.3, жестких — в табл. 9.4.
Т а б л и ц а 9.3. Расход сырья для производства эластичных ППУ,
объем, ч.
Плотность пенопласта, кг/м3
Сырьевые компоненты
35
40
45
55
100
100
100
100
43,2
38,3
35
31,5
Катализатор (активатор)
1 ,2
1 ,2
1 ,2
1 ,2
Эмульгатор
3,0
3,0
3,0
3,0
Вода
1 ,0
0 ,8
0,7
0 ,6
Полиэфиры
Диизоцианат (по расчету)
Т а б л и ц а 9.4. Расход сырья для производства жестких ППУ,
объем, ч.
Плотность. пенопласта, кг/м3
Сырьевые компоненты
40
50
60
80
100
Полиэфиры
100
100
100
100
100
Диизоцианат (по расчету)
81
74
72,5
71
67,5
Катализатор (активатор)
1 ,0
1 ,0
1 ,0
1,25
1,5
Эмульгатор
3,0
2 ,0
1,75
1,5
1 ,0
Свойства пенополиуретанов. Мелкоячеистая закрытопори­
стая структура жестких напыляемых пенополиуретанов позволяет
получать многослойные бесшовные покрытия требуемой толщи­
ны, обеспечивающие низкие теплопотери и высокие гидроизоля­
ционные свойства. Такое покрытие обеспечивает также хорошие
звукоизолирующие свойства. Кроме того, покрытие на основе
ППУ инертно к кислотам и щелочам, т. е. может работать в грун­
те, служить в качестве антикоррозионной защиты металлов. Пе­
нополиуретаны в зависимости от вида сырья, рецептуры, спосо­
ба получения, режима отверждения и других показателей могут
обладать различными свойствами, которые можно представить
в обобщенном виде.
Технические характеристики эластичных пенополиуретанов
Плотность, к г /м ................................................................................30...60
Прочность при растяжении, МПа.......................................... 0,1 ...0,13
Напряжение сжатия, МПа, при 40% деформации...........0,03...0,1
Относительное удлинение, %..................................................100... 170
Эластичность по отскоку, %......................................................... 15 ...40
Температура применения, °С................................................. -15...+100
Технические характеристики жестких пенополиуретанов
Плотность, кг/м 3............................................................................. 40... 200
Прочность при сжатии, М П а.................................................. 0,2...2,5*
Прочность при изгибе, М П а.....................................................0 ,2 ...2 ,0
Ударная вязкость, кДж/м 2 (кг-см/см2) .....................................0,4... 1,0
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К )............... 0,023... 0,035
Водопоглощение, %, не б о л ее....................................................0,1 ...0,3
Коэффициент паропроницаемости, мгДм ч -Па)... 0,011 ...0,050**
Агрессивные среды..................................................................... Устойчив
Горючесть...............................Г4 (специальный тип — Г1, Г2, ГЗ)***
162
ЩтТемпература врими ю н ш . * с
..
Щгг- - Ни* *|гн!
%&■- ■^
-&
■
-$ф№^:"им>|й|ы^ ?; .Ущ
(ст и и м у м м ||$$
||Ш ||1М
ШйШМ'
марк и 18 0 : *2 0 0 )
Р Срок службы, л и .» —т _Т1Т
.,11|||||<ш |( ........
.............. ___ г зо
* Прочностные свойстве ППУ швисят в основном от плотности псмолласта. '
** Эначення кшффицненп мропргтмиммостм приведены в мвиси»
мости т « (у т т е ш интегральные слоев при нштыленки ППУ
#м Горючесть ППУ завис ит от типа н концеиграй им антипирена,
в также от степени воаифимнии жмивермой структуры ог нес ти к ими
|и р изоцивмуригивши группами.
^
■
- йма#
г
Особенностью применения пенополиуретанов является защита
от прямых солнечных лучей. Наиболее экономичный вариант за­
щиты — окрашивание пенополиуретанового покрытия лакокра­
сочны ми материалами.
Наносить покрытия на основе ППУ можно как на новые, так
и на старые конструкции, демонтаж старого покрытия не тре­
буется. Напыляемый пенополиуретан имеет хорошую адгезию
практически с любыми материалами: деревом, стеклом, метал­
лом, бетоном, кирпичом, идеально прилипает к горизонтальным
и вертикальным поверхностям практически любого строительного
материала любой кривол и ней ной формы, юкрывая швы, неров­
ности и трешины. В результате этого отсутствует необходимость
в специальном креплении изоляции.
Адгезия ППУ с некоторыми материалами составляет, кг/см2:
алюминий — 1.0; сталь, волокнит. древесина (фанера) — 1,5; чу­
гун, оцинкованное железо — 2,0; бетон — 2,5.
Рекомендуемая толщина покрытия при разовом напылении
не более 50... 70 мм. При необходимости выполнения большей
толщины покрытия следующий слой пены напыляется после двух­
часовой выдержки.
Отличие напыляемых пенополиуретанов от заливочных состоит
в том. что при напылении каждого слоя образуется пленка, выпол­
няющая функции пароизоляции. т.е. вызывающая значительное
сопротивление диффузии водяных паров, которое тем больше,
чем больше число слоев. Установлено, что коэффициент паропроницаемости ц уменьшается в 3 раза с увеличением количества
интегральных слоев от 2 до 3. Этот фактор необходимо учитывать
при расчетах ограждающих конструкций.
Разновидностью пенополиуретана является монтажная пена
типа МакгоЯех — это однокомпонентная готовая композиция,
затвердевающая под воздействием влажного воздуха. Монтажная
пена МакгоЯех имеет закрытые поры, хорошую адгезию к различ­
ным строительным материалам, степень расширения 2 —3 раза,
может наноситься при температуре не ниже +5 °С. Также выпу­
скаются варианты двухкомпонентных композиций для работы
зимних условиях
настоящее время пои заполнении
швов и стыков функциональная полиуретановая монтажная пе]
практически полностью заменила устаревшую льняную паклю
Среди всех пенопластов пенополиуретан обладает наибоог
широкой областью применения. В силу своей технологичное!
этот материал признан полимером № 1. В Европе доля ППУ ере;
теплоизоляционных материалов
России —лишь 1 %.
Потребление ППУ напрямую связано с развитием энергосбере­
гающих отраслей промышленности: строительством, автомобиле­
строением, производством мебели, упаковки, обуви и т.д. Строи­
тельная индустрия потребляет до 30 % общего объема ППУ.
Расчеты пенополиуретановых композиций. 1. Расчет коли­
чества изоцианатов.
При получении полиуретановых пенопластов необходимо
предварительно рассчитать количество изоцианатов в соответ­
ствии с техническими условиями на конкретный вид пенопласта
по формуле
(270 %ОН + И', + *К2)
(9.3)
О
%ысо
где О количество изоцианатов, мас.ч. на 100 мас.ч. полиэфира; %ОН — количество гидроксильных групп в полиэфире по па­
спорту; ИК| влажность полиэфира, % по паспорту; \У2 — расход
воды, мае. ч. на требуемую плотность %МСО — количество изо­
цианатных групп по паспорту.
2. Расчет количества композиции.
Суммарное количество компонентов для получения изделия
необходимой толщины при периодическом способе производства
рассчитывают по формуле
Р = кЗИр,
(9.4)
где Р — требуемое колич<
коэффициент
потерь за счет выделения
площадь, подлежащая напылению, м2; А требуемая толщина напыляемого слоя
пенопласта, м; р — заданная плотность пенопласта, кг/м3.
Количество композиции можно определить также исходя
из кратности вспенивания:
кУо ИСТ
Р
(9.5)
к
ВСП
где к
коэффициент запаса с учетом потерь, к « 1,2; У — объем
вспенивания, м3; рисг — плотность исходной смолы, кг/м3; К„„
кратность вспенивания, Квсп = У„/УЯ(У„ — объем пенопласта при
ГЪ Ш 9 • Я Ж *
Ж « 3
.
л
-----------------------------------------
-
-
-
-------------------------Ч
*
____________________________________ __________________________ ^
Л
1
_
Ш Ж
свободном вспенивании; Уж— объем первоначальной компози­
ции в жидком состоянии).
Расчет продолжительности (времени) заливки
х = Р/0,
где О — производительность заливочной машины, кг/мин.
При непрерывном способе получения пенопластов заливку
композиции ведут непрерывно на движущуюся ленту конвейе­
ра или напыляют на поверхность утепляемого ограждения. Тре­
буемую производительность заливочной машины определяют
по формуле:
0 = кНЬир,
(9.6)
где к — коэффициент, учитывающий потери при вспенивании,
к » 1,2; Ь — ширина панели или ленты конвейера, м; о — скорость
движения конвейерной ленты, м/мин; р — заданная плотность
пенопласта, кг/м3.
Основные закономерности вспенивания заливочных ком­
позиции. Специфика получения заливочных пенопластов (поли­
уретановых, резольных фенолформальдегидных и карбамидных)
состоит в совмещении процессов вспенивания и отверждения
полимерной композиции. Образование ячеистой структуры про­
исходит на всех стадиях получения материала, включая смешение
исходных компонентов, их вспенивание и отверждение [29].
Диспергирование пузырьков газа в жидкой активированной
композиции является первой стадией получения пенопластов.
При этом газ либо механически рассеивается в композиции,
либо образуется в результате химических реакций. Для образо­
вания мелкоячеистой структуры необходимо иметь дисперсию
газа в композиции и исключить возможность слияния газовых
пузырьков в процессе смешения и заливки. Такие мелкие и отно­
сительно стабильные центры зарождения газовой фазы получают
при использовании в составе композиции ПАВ.
Процесс вспенивания заливочных композиций характеризу­
ются вязкостью, индукционным периодом, временем гелеобразования и временем подъема пены.
С вязкостью композиции связана ее способность растекаться
и смачивать поверхности, что в конечном итоге определяет каче­
ственное заполнение формы или адгезионную прочность пенопла­
ста к обшивкам. От вязкости композиции зависит также выбор ме­
ханизма для подачи ее в форму или на напыляемую поверхность.
За индукционный период принимается время от момента со­
вмещения всех ингредиентов композиции до начала увеличения
ее объема. Этот параметр определяет способ (периодический или
непрерывный) переработки заливочной композиции.
Время гелеобразования — время от начала перемешивания
исходных компонентов до образования нитевидных полимерных
структур. Определяет продолжительность свободного растекания
композиции внутри заполняемого объема.
Время подъема пены — время от начала смешения компонен­
тов до завершения увеличения объема пены. Определяет скорость
заполнения объема полости изделия.
В зависимости от вида изделий вспенивание может происхо­
дить в свободном состоянии (имеется возможность неограничен­
ного роста пены хотя бы в одном направлении, так называемый
изобарный процесс) или в стесненных условиях, когда увеличение
объема композиции ограничено (вспенивание в закрытых фор­
мах или замкнутой полости панелей, условно называемый изохорный процесс). Вспенивание композиций в стесненных усло­
виях позволяет получать пенопласты с различной (требуемой)
плотностью, в том числе и с интегральной, не меняя при этом
рецептуру композиции.
/
Для всех композиций существуют ограничения по температур­
ным режимам и по содержанию катализаторов. Температура за­
ливочных композиций должна находиться в пределах 19...23°С,
при этом температура форм может составлять 35 ...45 °С. Количе­
ство катализаторов может меняться в пределах ±9 % от оптималь­
ных значений. При температуре исходных компонентов и формы
ниже 17 °С реакционная способность заливочных композиций
низка. При температурах свыше 45 °С кратность вспенивания так­
же уменьшается. В результате увеличения скорости отверждения
пеносистема недовспенивается. В готовом материале (особенно
в пенополиуретанах) появляются заметные трещины, связанные
с термическими напряжениями. Происходит настолько быстрое
сокращение индукционного периода, что композицию практиче­
ски трудно переработать.
Аналогичное влияние на процесс вспенивания оказывают ка­
тализаторы. Только при определенном (оптимальном) содержании
катализатора пеносистема оказывается сбалансированной, а про­
цессы роста пены и ее отверждения — синхронными.
Весь процесс отверждения заливочных пенопластов можно
условно разделить на три основных момента. Сначала компози­
ция характеризуется весьма малыми скоростями взаимодействия
реакционных групп, что не вызывает заметного изменения агре­
гатного состояния системы. При развитии процесса вспенивания
и отверждения в системе начинает накапливаться сетчатый по­
лимер, возрастает ее вязкость. При достижении максимальных
кинетических параметров реакции начинается ее замедление. Это
происходит при степени отверждения системы 50...70%, а реак­
ционная способность определяется подвижностью и доступностью
реагирующих групп. Причем все параметры реакций — химизм,
скорости, величины развиваемого давления (при вспенивании
в стесненных условиях) — у различных заливочных композиций
совершенно разные.
В процессе выдержки в течение первых двух месяцев во вспе­
ненных композициях продолжают протекать процессы структури­
рования. Глубина отверждения фенольного пенопласта достигает
до 75 %, пенополиуретана до 95... 97 %.
9.3.3. фенолформальдегидные пенопласты
Пенопласты на основе фенолформальдегидных полимеров
(рЬепоИс Гоатз, фенольные пенопласты, фенопласты) являют­
ся одними из недорогих и распространенных в строительстве.
Их отличительной особенностью является тепло- и огнестой­
кость.
Пенопласты могут быть получены как на основе термопла­
стичных новолачных, так и термореактивных резольных фенол­
формальдегидных полимеров с переводом их в готовом виде в не­
плавкий и нерастворимый продукт.
В настоящее время фенольные пенопласты получают без при­
менения повышенного давления:
• вспениванием размягченной полимерной композиции при
помощи разложения газообразователя с последующим отвержде­
нием (беспрессовый метод); • вспениванием жидких композиций газами, выделяющимися
при химическом взаимодействии компонентов, или парами легкокипящих жидкостей (заливочный метод).
Беспрессовый метод. Беспрессовым методом получают пено­
пласты из термопластичных новолачных фенолформальдегидных
олигомеров. Отверждение их (переход в состояние резита) воз­
можно только в присутствии отвердителя.
С ы р ь е . Новолачные смолы получают при избытке фенола
в кислой среде. Это твердые хрупкие материалы темно-коричневого цвета, хорошо растворимые в спирте и ацетоне. В качестве
отвердителя применяют уротропин (СН2) б ^ (гексаметилентетрамин) — белый кристаллический порошок. Газообразователем служит порофор 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил (порофор N
или ЧХЗ-57), который вводится в количестве 1 ...2%. Возможно
применение мягчителей — каучуков (довольно трудоемко), на­
полнителей — перлита, стекловолокна, асбеста. Если сырьевые
материалы имеют влажность выше предусмотренной техниче­
ской документацией, то перед употреблением их необходимо
подсушить.
Т е х н о л о г и я п о л у ч е н и я . Беспрессовый метод получения
новолачных пенопластов включает в себя: приготовление гомо­
генной смеси компонентов, вспучивание и отверждение компо­
зиции.
Фенолформальдегидная смола поступает в кусках, ее пред­
варительно измельчают в молотковой дробилке до размера ча­
стиц не более 10... 15 мм, затем в шаровой мельнице — до частиц
не более 0,35 мм. Уротропин и порофор перед смешением про­
сеивают до размера частиц 0,15 мм. Смешивание компонентов
производят в шаровой мельнице с водяным охлаждением в те­
чение 20... 120 мин до тонкости 5000 см2/г. Температура внутри
мельницы не должна превышать 40 °С.
Сначала в мельницу загружают смолу, затем порофор и отвердитель, в последнюю очередь — наполнитель, совместный помол
с которым не должен превышать 3 мин.
Готовую молотую смесь выгружают в герметически закрытые
емкости и хранят при нормальной влажности воздуха и темпера­
туре не выше 25 °С. Смесь загружают в формы или на конвейер
в количестве, необходимом для получения заданной плотности
пенопласта. Смесь ровным слоем распределяют по форме, так
как композиция обладает незначительной текучестью, и пода­
ют в зону тепловой обработки. При нахождении в зоне с тем­
пературой 110°С смола расплавляется и начинается разложе­
ние порофора с выделением газа и вспениванием массы. При
повышении температуры до 150... 200 °С смола отверждается
и пенопласт приобретает прочность. Время выдержки зависит
от толщины слоя, количества отвердителя, условий и вида те­
пловой обработки.
При вспенивании пенопласта в формах тепловую обработку
проводят в камерных или туннельных сушилках.
Затвердевший пенопласт режут циркулярной пилой по задан­
ным размерам.
При изготовлении трехслойных сэндвич-панелей возможно
вспенивание пенопласта производить непосредственно между
металлическими обшивками, заполняя зазоры порошкообраз­
ным полуфабрикатом, который при нагревании вспенивается
и надежно соединяет все заготовки между собой и со стенками
конструкции. Схема получения пенопласта из новолачных смол
приведена на рис. 9.7. По такой же схеме получают так называе­
мый перлитопластбетон (наполненный перлитом новолачный
пенопласт).
С в о й с т в а . Свойства пенопластов на основе твердых но­
волачных смол (ФФ), а также в сочетании с каучуком (ФК-20)
или наполненных перлитом (перлитопластбетон) приведены
в табл. 9.5.
Рис. 9.7. Схема получения фенолформалъдегидного новолачного пено­
пласта
Заливочный метод. Для этого метода используются сравни­
тельно недорогие недефицитные резольные термореактивные
смолы и довольно простые технологии получения пенопластов.
Для перевода резольных смол в нерастворимый неплавкий про­
дукт (резит) отвердителей не требуется.
С ы р ь е . Для получения заливочных пенопластов используют
резольные фенолформальдегидные полимеры — вязкие гомоген­
ные жидкости вишневого цвета, представляющие собой смесь
олигомерных продуктов поликонденсации фенола с формаль­
дегидом (при избытке последнего) в щелочной среде. Обычно
растворимы в воде и спиртах. В качестве вспенивающего агента
и газообразователя применяют поверхностно-активное вещество
(ОП-7 или О П -10) и алюминиевую пудру.
ФФ
ФК-20*
Перлито­
пластбетон
190... 230
140 ...200
100... 175
Теплопроводность при
25 ± 5°С, В т /(м °С ),
не более
0,042... 0,061
0,041 ...0,061
0,039 ...0,046
Прочность на сжатие,
МПа
2,0...4,0
0,85...2,3
0 ,1 2 - 0 ,2
Предел прочности при
изгибе, МПа
1,5
0,9... 2,9
0,18 ...0,3
Ударная вязкость, кДж/м 2
0 ,2
0 ,8
——
Водопоглощение за 24 ч,
кг/м 2
0,1 ...0,3
0,1 ...0,3
1 1 ...8
Температура применения,
°с «
+ 150
+ 120...-130
- 5 0 ...+ 150
Самозатухающий
Горючий
Самозатухающий
Наименование показателя
Плотность, кг/м 3
Горючесть
* Пенопласт марки ФК-20 может быть получен с плотностью 50... 100 кг/м3,
для этого вводят в композицию до 5... 7 % порофора, что приводит к снижению
механических показателей.
** При отсутствии контакта с воздухом пенопласты на основе новолачных
смол могут выдерживать температуру до 350 °С.
Композиция вспенивается водородом, выделяющимся при
реакции соляной или ортофосфорной кислоты с алюминиевой
пудрой. В качестве катализатора отверждения применяют смесь
бензосульфокислоты в сочетании с диэтиленгликолем.
Примерная рецептура пенопластов на основе резольных смол
в зависимости от плотности приведена в табл. 9.6.
Т е х н о л о г и я п о л у ч е н и я . Заключается в механическом
смешивании при комнатной температуре смоляной композиции,
катализатора вспенивания и катализатора отверждения, заливке
полученной композиции в форму или полость конструкции. По­
лученная смесь вспенивается водородом в результате реакции
между алюминиевой пудрой и минеральной кислотой. Твердение
вспененной композиции происходит за счет теплоты, выделяю­
щейся при отверждении олигомеров в присутствии органических
кислот, являющихся катализаторами.
Расход материалов, мас.ч.,
при плотности р, кг/м3
Л к
Исходные компоненты
заливочных пенопластов
0 ,8
5
4
3,75
О
о
18 . . . 2 0
1ч)
1
72... 80
67... 75
4
0,75
в
#
■
72... 80
67 ...75
4
ОО
72... 80
67 ...75
4
(О
Катализатор отвержде­
ния (бензолсульфокислота: этиленгликоль —
7:3 по объему)
90
•
•
Ортофосфорная кислота
(катализатор вспенива­
ния)
80
00
Смоляная композиция:
смола резальная
ПАВ (ОП-7)
алюминиевая пудра
50
Заливочный пенопласт может быть получен в изобарном или
изохорном процессе.
Изобарный процесс производится при постоянном атмосфер­
ном давлении, т.е. в открытой форме, это так называемое сво­
бодное вспенивание. Критерием изобарного процесса является
кратность вспенивания.
Пенопласт, полученный в изобарном процессе, отличают малая
плотность, но невысокая механическая прочность.
Изохорный процесс характеризуется определенным постоян­
ством объема. В этом процессе форму заполняют композицией
на определенную высоту (или полностью) и герметично закрыва­
ют крышку. Стенки и крышка формы не позволяют композиции
свободно вспениваться, поэтому выделяющиеся при вспенивании
газы развивают внутри композиции избыточное давление. Такой
пенопласт характеризуется повышенной механической прочно­
стью, но обладает высокой плотностью. Такой вариант применяют
для вспенивания пенопласта в полости конструкций.
Технологический процесс получения заливочного резального
пенопласта может быть периодическим и непрерывным.
При изготовлении пенопласта по п е р и о д и ч е с к о м у спо­
собу применяют обычные смешивающие устройства (лопастные
мешалки) со скоростью 800... 1 500 об/мин.
Для н е п р е р ы в н о й заливки применяют устройства, вклю­
чающие в себя две расходные емкости (для смоляной и каталити­
ческой композиций), два подающих насоса и смесительную го­
ловку. Производительность смесительной машины 4... 6 м /ч.
Рис. 9.8. Схема получения фенолформалвдегидного резального пенопласта
Т а б л и ц а 9.7. Свойства резольных пенопластов
Наименование показателя
Плотность, кг/м3, не более
Нормативные значения для марок
50
80
90
Теплопроводность при 25 ± 5 °С,
Вт/(м • К ), не более
0,041
0,044
0,045
Прочность на сжатие при 10 %
деформации, МПа, не менее
0,05
0,13
0,20
Предел прочности при изгибе,
МПа, не менее
0,08
0,18
0,26
Сорбционное увлажнение, %,
не более
22
21
20
Влажность, %, не более
20
20
20
Температура применения, °С
- 6 0 ...+ 100 (180)
Количество вспенивающих и отверждающих агентов опреде­
ляют по расчетной рецептуре в соответствии с техническими
условиями. Схема получения заливочного резольного пенопласта
приведена на рис. 9.8.
Резольные заливочные пенопласты — это жесткие, но хрупкие
материалы розового или светло-коричневого цвета. По степени
горючести относятся к группе трудновоспламеняемых материа­
лов. Водопоглощение значительное (до 20 %).
Физико-механические показатели пенопластов на основе резольных фенолформальдегидных смол (ГОСТ 20916) приведены
в табл. 9.7.
Фенольные пенопласты используются в качестве теплозвукои­
золяционного материала в строительстве, изоляции теплотрасс,
нефте- и газопроводов, промышленных холодильников. Применя­
ются также в судо- и вагоностроении, авиационной промышлен­
ности. Заливочные резольные пенопласты в основном применя­
ются для заполнения пространств непосредственно на объектах,
в том числе и для бесканальной прокладки трубопроводов.
9.3.4. Карбамидный пенопласт
Карбамидный пенопласт (мочевиноформальдегидный пено­
пласт, МФП, пеноизол) — это дешевый, простой в получении,
недефицитный материал.
Карбамидные смолы представляют собой смеси низко- и вы­
сокомолекулярных соединений. При наличии в смолах большого
количества сильнополярных групп (—СН2ОН) происходит обра­
зование гидратных оболочек с пространственными структурами,
что сопровождается увеличением вязкости смолы.
В отличие от полиуретановых и фенольных систем вспенива­
ние карбамидных смол осуществляется не только за счет химиче­
ских реакций, но и физическим путем. Этот процесс заключается
в принудительном введении газа (воздуха) в жидкую композицию
с помощью быстровращающихся мешалок (взбивание) или про­
дуванием воздуха через распределительное устройство.
К новому поколению карбамидных теплоизоляционных пе­
нопластов (поропластов) относится пеноизол. Этот материал
значительно отличается от своего предшественника мипоры, так
как обладает улучшенными физико-механическими, экологиче­
скими и эксплуатационными характеристиками. Изготавливается
пеноизол дисперсионным способом и без термической обработки
из пенообразующего состава, который включает в себя мочевиноформалвдегидную смолу, пенообразователь, катализатор отвер­
ждения (кислоту), модификаторы, улучшающие физико-механи­
ческие характеристики. В качестве исходного сырья применяют
дешевые недефицитные отечественные компоненты.
Технология производства карбамидного пенопласта. В про­
изводстве используются следующие компоненты: смола карбамидная; пенообразователь; ортофосфорная кислота (ОФК); добавки;
вода. Сначала приготавливается водный раствор пенообразова­
теля в пропорции 40 мл на 10 л воды и 150 мл ОФК. Затем этот
раствор вспенивается сжатым воздухом, давая высокократную
и мелкоячеистую пену. На второй стадии осуществляется совме­
щение полученной пены с раствором карбамидной смолы и про­
изводится заливка пены в формы. Отверждение вспененной ком­
позиции происходит растворами ОФК (или соляной кислоты).
Первоначальное отверждение карбамидного пенопласта проис­
ходит за 15... 20 мин после выхода вспененной композиции из пе­
ноформующего рукава, последующее отверждение — в течение
3...4 ч. За это время материал становится упругим. Окончатель­
ное отверждение и сушка карбамидного пенопласта занимают
1.5... 3,0 сут (в зависимости от температуры окружающей среды).
После заливки необходимо выждать 2... 3 ч, затем можно присту­
пать к резке готового пенопласта. Резка производится леской или
струной без нагрева. Затем производится сушка нарезанных плит
на стеллажах 1,5 ...3,0 сут в зависимости от температуры. Схема
приведена на рис. 9.9.
Свойства карбамидного пенопласта. Это легкий, дешевый
и пожаробезопасный материал. Он может изготавливаться непо­
средственно на строительной площадке, что позволяет исключить
дорогостоящие транспортные расходы, потери материала при пе­
ревозках. Из него можно изготавливать плиты или блоки задан­
ной толщины или заливать в пустотелые профили трехслойных
ограждающих конструкций, где он полимеризуется и высыхает
в нормальных условиях. Благодаря тому что во время истечения
пены давление постепенно сбрасывается, заполняемые пеной
формы не испытывают больших давлений, и поэтому могут быть
выполнены из малопрочных материалов с небольшой толщиной
стенок. Это выгодно отличает карбамидный поропласт от других
заливочных пенопластов (полиуретановых, фенольных и др.), соз­
дающих при вспенивании в закрытых формах большие давления
и требующих прочных материалов для обшивок форм с большой
толщиной стенок или ребрами жесткости [9].
Перспективными направлениями использования карбамидного
пенопласта являются:
| строительство 1—2-этажных сооружений типа ангаров, бок­
сов, крытых площадок, утепление складов, гаражей, дач;
•
текущий и капитальный ремонт жилых и производственных
зданий и сооружений;
Рис. 9.9. Схема производства карбамидного пенопласта
• изоляция крыш, стен, перекрытий полов;
• применение в кровельных и стеновых панелях с деревянным
и металлическим каркасом, с ограждающими обшивками в сбор­
но-разборных сооружениях;
• применение в звукоизолирующих перегородках;
• использование для изоляции трубопроводов, овощехрани­
лищ, промышленных холодильников и т.д.
Характеристики этого пенопласта обусловлены в первую оче­
редь содержанием в нем 90 % газовой фазы, химическим соста­
вом, соотношением исходных компонентов, регламентированной
технологией производства. В конструкциях, заполненных МФП,
даже при наличии трещин во внешней стене опасность проник­
новения влаги в помещение исключается. Даже при большом ско­
плении влаги на границе раздела внутренней поверхности внеш­
ней стены и утеплителя несмотря на свою открытую пористость
МФП не пропускает влагу внутрь помещения, что препятствует
повышению влажности в помещении и конденсации влаги на вну­
тренних стенах здания. Поропласт стоек к действию большинства
агрессивных сред, органических растворителей, грибов и микроорганизмов. Отсутствие способности к развитию стабильного
процесса горения, самостоятельному горению после отключения
источника зажигания и образованию расплава при горении свидетельствует о пониженной пожарной опасности МФП. Испытания
на токсичность показали, что после завершения процесса полимеризации и сушки пенопласта выделение свободного формальдегида не превышает норму предельно допустимой концентрации
(ПДК). Но несмотря на преимущества по сравнению с другими
пенопластами (низкую плотность (5...40 кг/м3), морозостойкость,
способность сопротивляться огню, биостойкость, стойкость к дей­
ствию большинства органических растворителей) карбамидные
(МФП) пенопласты имеют существенные недостатки. К ним от­
носятся: незначительная механическая прочность, повышенная
хрупкость и сыпучесть, высокая влагоемкость, значительные усад­
ки при отверждении и сушке. Поэтому в соответствии с нормами
проектирования карбамидные пенопласты не рекомендуются для
утепления стен многоэтажных зданий.
Технические характеристики карбамидного пенопласта
Плотность, кг/м ................................................................. 10... 30
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •К).............0,035... 0,047
Прочность при сжатии, МПа, при 10% деформации....0,01 ...0,05
Прочность при изгибе, МПа...................................... 0,01 ...0,025
Прочность при растяжении, МПа.............................0,005 —0,008
Водопоглощение за 24 ч (по массе), %............. ——..—.10,5...20,0
Сорбционное увлажнение (по массе), %............................12—20
Температура применения, “С........................................ -50...+120
Горючесть, не ниже.......................................................Г2, В2, Д1
Наполненные пенопласты. В целях снижения усадки, по­
вышения физико-механических свойств и снижения горючести
заливочных пенопластов в них можно вводить наполнители.
Эти композиции представляют собой модификацию различных
пенопластов с легкими минеральными гранулами: керамзитом,
вспученным перлитом, пеностеклом и т. д. В зависимости от вида
и свойств применяемого полимера и наполнителей можно полу­
чить композиционные материалы различной плотности, прочно­
сти, степени горючести и теплопроводности. Однако, как правило,
с добавкой в заливочные композиции наполнителей плотность
пенопластов заметно растет. За счет этого можно обеспечить тре­
буемые прочностные показатели. Чаще всего наполненные пено­
пласты применяют в многослойных панелях.
Оптимальные параметры многослойных конструкций опреде­
ляются из условия равенства плотностей обшивок и среднего слоя
|
I
|
!
\
I
|
|
I
■
пенопласта. Для трехслойных сэндвич-панелей такое равенство
имеет вид
■1Ш
*
2р|8| = р252,
где р! и р2 — плотность соответственно обшивок и среднего слоя
пенопласта; и 62 — их толщина.
Анализ приведенного равенства показывает, что выбор пе­
нопластов для многослойных конструкций ограничивается их
плотностью. Для наиболее распространенных типов обши­
вок (перфорированный металл, асбоцемент, фанера, стекло­
пластик и др.) плотность среднего слоя не должна превышать
80... 120 кг/м3. Максимально возможная добавка наполнителей
составляет до 90 % объема, при этом осуществляется заливка
композиции в форму, заранее заполненную гранулами, однако
введение больших количеств наполнителя затрудняет смешение
и заполнение формы. Поэтому оптимальным можно считать рас­
ход наполнителя не более 50...60%.
Положительные результаты получены при армировании пено­
пластов стекловолокном (рубленым волокном и стеклохолстом).
В процессе заливки холст пропитывают заливочной компози­
цией, которая растворяет связку стеклохолста. При вспенива­
нии при подъеме пены стеклянные волокна вытягиваются под
углом 30...60°, в результате происходит объемное армирование
пенопласта. Армирование позволяет снизить в 1,6 раза усадоч­
ные деформации, повысить стабильность формы и исключить
концентрацию внутренних напряжений. При 4... 6 % арми­
ровании происходит увеличение прочности при растяжении
в 1,5 —2,5 раза.
К достоинствам наполненных пенопластов следует отнести
пониженную горючесть: материалы характеризуются меньшей
возгораемостью, снижением скорости распространения пламени,
меньшим дымовыделением и уменьшением содержания токсич­
ных газов (НСЫ, СО, С 02) в продуктах горения. Водопоглощение
наполненных пенопластов также несколько снижается.
9.3.5. Пенопласты на основе полиолефинов
К полиолефинам, применяемым в качестве промышленной
теплоизоляции, относятся полиэтилен и полипропилен. Эти по­
лимеры имеют линейное строение макромолекул, обладают вы­
сокой химической стойкостью, водостойкостью, эластичностью,
не токсичны. Все эти положительные свойства, а также сравни­
тельно низкая стоимость сырья делают эти пенопласты весьма
перспективными для применения в строительстве.
Вспененный полиэтилен. Наиболее распространенным сре­
ди полиэфинов является пенополиэтилен (ро1уо1еГте Гоатз,
81етоЯех, ТегтаЯех, ТиЪоШ, ППЭ) — нетоксичный материал
с закрытой ячеистой структурой, который полностью поддается
вторичной переработке. Пенополиэтилен можно изготавливать
различными способами: прессовым, экструзионным, автоклав­
ным, литьем, спеканием и др.
При п р е с с о в о м способе в качестве порофоров обычно
применяют азосоединения, в качестве стабилизатора и наполни­
теля — газовую сажу. Для улучшения соответствия температуры
переработки полиэтилена и разложения газообразователя в него
вводят вулканизирующие добавки или органические перекиси
(например, перекись дикумила) для сшивания молекул одновре­
менно со вспениванием.
Методом э к с т р у з и и пенополиэтилен можно изготовить
двумя путями: прямой экструзией и экструзией с последующим
вспениванием. При прямой эсктрузии покрытые газообразователем гранулы полиэтилена подаются в эсктрудер, где композиция
нагревается до температуры разложения газообразователя и вы­
давливается через профилирующую головку под давлением. Ма­
териал вспенивается в момент выхода из головки.
Экструзия с последующим вспениванием отличается тем, что
при выходе из экструдера материал вспенивается не полностью
и после цикла охлаждения подвергается последующему вспени­
ванию путем нагрева до температуры размягчения полиэтилена.
Это дает возможность упростить конструкцию головки, получать
материал с меньшей плотностью, использовать сшивание полиэ­
тилена.
В результате сшивки образуется поперечно-связанная или сет­
чатая молекулярная структура. За счет этого увеличиваются тепло­
стойкость (на 20... 30 °С); стойкость к органическим растворителям,
масло-, нефте-, бензостойкость; стойкость к ультрафиолету и ат­
мосферным воздействиям, а значит, и срок службы самого ППЭ.
Промышленность России выпускает эластичный пенополиэти­
лен с низкой кажущейся плотностью (25 ...200 кг/м3), со сшитой
(ППЭ) и несшитой (НПЭ) молекулярной структурой. Этот тепло­
звукоизоляционный материал получают из пищевого полиэтилена
высокого давления. Пенополиэтилен объединяет в себе положи­
тельные качества традиционных термопластов с эластичностью
эластомеров: гибкость, стойкость к механическим повреждениям.
Схема получения ППЭ в виде труб и листов методом прямой экс­
трузии приведена на рис. 9.10.
Благодаря современной технологии пенополиэтилен обладает
структурой с полностью закрытыми ячейками, что является пре­
пятствием для прохождения влаги. Материал не поддерживает
Полиэтилен
Порофор
I
*—
Добавки
Вулканизатор (для ППЭ)
т '
\
Дозирование
____________________________________________
♦
Смешение
*
Экструзия, Т= 120 ... 150 °С, давление в цилиндре 15...25 МПа
♦
I
Придание формы (профилирующая кольцевая головка), Т - 140... 150 °С
I
Для НПЭ
*
Вулканизация (для ППЭ) (камера непрерывного действия)
I
1
Охлаждение
|
Разрезание вдоль трубы (для получения полотен)
.... ......................... ........ ......... .......
*
----------------------
Резка по длине
--------------------------------------------------------------------------г
-
............. -
.......
Кондиционирование (склад)
Рис. 9.10. Схема получения пенополиэтилена
горения, не выделяет ядовитых веществ в условиях пожара. Срок
службы изделий на основе пенополиэтилена порядка 25 лет.
В зависимости от технологии производства и используемого
сырья различают следующие типы пенополиэтилена:
• ППЭ и ППЭ-Л — физически сшитый пенополиэтилен, вспе­
ненный на вертикальной установке, имеет поперечно-связанную
структуру. Производится в соответствии с трехстадийным про­
цессом вертикального вспенивания (экструзия, сшивание, вспе­
нивание);
• ППЭ НР — физически сшитый пенополиэтилен, вспененный
на горизонтальной установке;
• ППЭ НХ — химически сшитый пенополиэтилен, вспененный
на горизонтальной установке;
• НПЭ и НПЭ-Л — пенополиэтилен с несшитой молекулярной
структурой, производится экструзионным способом;
• ПСЭВ и ПСЭВ-Л — физически сшитый резиноподобный
материал с закрытоячеистой структурой на основе сэвилена, об­
ладает низкой остаточной деформацией.
Марка пенополиэтилена определяется кратностью вспенива­
ния (от 5 до 35) и толщиной готового изделия (от 0,8 до 6 мм для
однослойного, до 50 мм — для многослойного).
Основные показатели пенополиэтилена (табл. 9.8):
• широкий диапазон толщин 0,8 ...6,0 мм для однослойного
материала, до 50 мм для многослойного;
• хорошие физико-механические свойства;
• возможно производство с огнегасящими добавками (группа
горючести по ГОСТ 30244 — Г1, воспламеняемости — В1, дымо­
образующей способности — ДЗ);
• выбор мягкости в соответствии с типом и маркой;
• хорошие теплоизоляционные свойства;
• хорошая изоляция от ударного шума;
• малое водопоглощение;
• низкая паропроницаемость;
• химическая инертность;
Т а б л и ц а 9.8. Физические свойства различных типов
пенополиэтилена
Типы пенополиэтилена
Показатель
Кратность вспенива­
ния
Плотность, кг/м 3
Прочность при сжа­
тии (25 %), МПа
Прочность при сжа­
тии (50%), МПа
ППЭ
НПЭ
ПСЭВ
5... 35
25 ...30
5... 30
29... 200
33 ...40
33 ...200
0,031 ...0,33
'
—
—
Более 0, 015 &ЙЙМЁН1 8 *Н■.. , Щ
0,058... 0,294
■ ——
Прочность на растя­
жение в продольном
направлении, МПа
0,36... 1,9
Удлинение при раз­
рыве, %
250... 130
Теплопроводность,
Вт/(м •К)
0,031 ...0,037
0,048... 0,049
Водопоглощение
(96 ч), % по объему
Менее 1
Менее 1
0 ,0 1 1 - 0 ,0 2 1
80
80
Паропроницаемость,
мг/(м •ч • Па)
0 ,0 0 1
Температура приме­
нения, °С
100
0,53...6,6
520 - 271
—
'■
'— !
• окрашивание в широком цветовом диапазоне;
• безопасная утилизация посредством переработки или сжи­
гания.
Область применения пенополиэтилена весьма разнообразна:
• строительство — тонкие гибкие маты для звукоизоляцион­
ной подложки под паркет и ламинированные полы, теплоизо­
ляции строений, крыш, полов, стен дачных домиков, гаражей;
эластичные скорлупы толщиной от 6 до 25 мм, внутренним диа­
метром от 10 до 108 мм для теплозвукоизоляции трубопроводов
холодной и горячей воды, систем кондиционирования воздуха,
канализационных трубопроводов, уплотнения стыков сборных
элементов зданий;
• машиностроение — теплоизоляция холодильных установок,
термических камер, кондиционеров;
• автомобильная промышленность — теплозвукоизоляция са­
лона автомобиля;
• пищевая промышленность — тара под пищевые продукты,
упаковочный теплоизоляционный материал;
• медицина — ортопедические изделия, корсеты, стельки;
• спорт и туризм — туристические коврики, защитные щитки
и шлемы, плавательные доски;
• кожгалантерейная промышленность — прокладочные мате­
риалы в сумках и чемоданах.
Одной из разновидностей пенополиэтилена является отража­
ющая изоляция типа «Фольма-пена» — комбинированный двух­
слойный материал, состоящий из тонкой алюминиевой фольги
и вспененного полиэтилена. По данным производителя отражает
до 97 % теплового излучения. Назначение такого материала:
• утепление стен, потолков, кровли, чердачных, мансардных
и подвальных помещений;
• отражающая изоляция за радиаторами отопления;
• использование в системах «теплый пол»;
• изоляция помещений в банях и саунах;
• изоляция трубопроводов, емкостей и арматуры в системах
водоснабжения и отопления;
• изоляция воздуховодов в системах вентиляции;
• изоляция кузовов легковых и грузовых автомобилей.
Технические характеристики «Фольма-пены»
Масса, г/м 2 ................................................................................ 150...400
Толщина, м м ................................................................................... 2... 10
Теплопроводность при 25°С, Вт/(м♦К ) ....................... 0,042...0,038
Прочность слоев на отрыв, Н/мм, не менее,....................0,2...0,25
Температура эксплуатации, °С ,..........................................-60...+ 100
Горючесть........................................................................................Г1, В1
На основе пенополиэтилена изготавливают также профильный
теплозвукоизоляционный герметик «Вилатерм». Прокладки «Вилатерм» получают из полиэтилена, порофора и добавок-стабилизаторов. Как и для других профильных герметиков, применяют
экструзионный способ производства. Технические характеристики
«Вилатерма» приведены в подразд. 13.3.
Вспененный полипропилен. Вспененный полипропилен представляет собой закрытоячеистый полимерный материал толщиной
от 2 до 50 мм. От пенополиэтилена отличается более высокой температурой применения, низким коэффициентом остаточной деформации, высокой прочностью, служит в конструкции гораздо дольше.
I
I
1
|
!
|
|
•
1
]
Технические характеристики пенополипропилена
марки «Пенотерм»
Плотность, кг/м 3.......................................................................... ........ 40
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К )............................0,034
Прочность при сжатии, МПа, при 25 % деформации............ 0,058
Прочность при растяжении, МПа.................................................1,35
Динамический модуль упругости, при 2000 Н /м2, М П а.........0,66
Коэффициент паропроницаемости, мг/(м •ч ■Па).................... 0,001
Водопоглощение за 24 ч, % ................................. .......................... 0,74
Индекс снижения ударного шума, д Б ............................................. 22
Горючесть.................................................................................Г2, В2, ДЗ
Температура применения, °С...............................................-60...+150
н
-I
/1
Области применения и технология изготовления пенополи­
пропилена и пенополиэтилена очень похожи. НПП также может
быть дублирован алюминиевой фольгой или металлизированной
пленкой.
9.3.6. Вспененный каучук
Изоляция из вспененного синтетического каучука — это сравнительно новый и весьма эффективный материал, который из­
вестен в Европе с 50-х гг. XX в. Такая теплоизоляция выпускает­
ся под торговыми марками АгтаПех (на 19 предприятиях фирмы
Агтасе11, ФРГ) и КиЬаЯех (фирма У801Л8, Италия). С 2005 г. 1К
1п$и1апоп Сгоир производство эластомерной изоляции К-Р1ех открыто и в России. Каучуковая изоляция представляет собой гибкий эластичный материал с закрытой поровой структурой, предназначенный для использования на любых типах оборудования
и инженерных коммуникаций:
• для теплоизоляции трубопроводов высокотемпературных систем (коммуникаций с перегретым паром, горячего водоснабже-
I
|
|
I
!
‘
]
'
1
]
I
I
I
I
ния, паровых установок) — допустимая температура носителя от
-50 °С до +150 (кратковременно +175) °С, например НТ/АгшаПех:
трубки длиной 2 м;
• предотвращения образования конденсата или обморожения
(системы кондиционирования воздуха, холодильная техника,
вентиляция) и защиты коммуникаций от коррозии — допусти­
мая температура носителя от -50 (-200) °С до +105 °С, например
АР/АгшаЯех: трубки длиной 2 м, в том числе и самоклеющиеся;
листовой материал в рулонах, в том числе и самоклеющийся;
• тепло- и звукоизоляции (сантехнические коммуникации,
воздуховоды, переговорные комнаты, студии звукозаписи, лин­
гафонные кабинеты и т.п.) — допустимая температура носителя
от +10 °С до +60 "С, например АС/АгшаЯех: листовой материал
в рулонах, в том числе и самоклеющийся; листовой материал
с алюминиевой фольгой (табл. 9.9).
Т а б л и ц а 9.9. Характеристики изоляции из вспененного каучука
Показатель
Температура при­
менения, °С
-5 0 ...+ 150
(+175)
Тип 2 (конди­
ционирование)
! -50 (-200)...
+ 105
Тип 3 (звукои­
золяция)
+ 1 0 ... +60
т
оо-
••
•
О
40
Плотность, кг/м 3
Тип 1 (теплои­
золяция)
60... 85
Теплопрово­
дность, В т/(м *К),
при 0 °С, не более
0,040
0,036
0,034
Коэффициент со­
противления паропроницанию,
не менее*
3000
7000
3000
Шумопоглощение,
дБа, не менее
60... 85
35
Горючесть
Трудногорю­
чий Г 1
Трудногорю­
чий Г 1
Трудногорю­
чий ГГ
Устойчивость к ат­
мосферным воз­
действиям
Очень хоро­
шая, устой­
чив к УФИ
Хорошая,
окраска
на открытом
воздухе
Вне помеще­
ний нуждает­
ся в защите
Черный
Черный
Серый
Цвет
* По методике стандарта ЕС.
Толщина готовых изделий АгтаЛех составляет от 6 до 32 мм в со­
ответствии с расчетами. При монтаже теплоизоляции специальный
клей на основе полихлорпрена обеспечивает надежное химическое
сшивание швов — полимеризацию (в отличие от пенополиэтилена,
для которого склеивание имеет физическую природу или соедине­
ние стыков производится клипсами). При этом пенополиэтилен
может давать усадку около 5... 10%, а каучук не более 1...2%.
Изоляция АгшаПех (марки АС и АР) производится на основе
нитрилбутадиенового каучука, марка НР на основе термостой­
кого этиленпропилен тройного каучука марки СКЭПТ (ЕРОМ).
Производство основано на основных принципах технологии про­
фильных резинотехнических изделий: интенсивная пластикация,
экструзия с последующей вулканизацией (рис. 9.11).
В настоящее время гибкая изоляция из вспененного синтети­
ческого каучука АппаЯех — это уникальный материал, поскольку
ни один полимерный теплоизоляционный материал не обладает тем-
Рис. 9.11. Схема получения теплоизоляции из вспененного каучука
184
пературои применения от -200 °С до +175 °С, а также таким высоким
сопротивлением диффузии водяного пара (для сравнения у пеноплистирола ц не превышает 40...200, пенополиэтилена — 700... 1000).
Это позволяет применять Агтайех в криогенной технике, предотвра­
щать образование конденсата там, где другая изоляция не справляет­
ся. Это высококачественный, но весьма дорогой материал, поэтому
его применение должно быть экономически обосновано.
9.3.7. Пенопласты на основе поливинилхлорида
Пенопаливинилхлорид (ро1ууту1 сЫопёе Гоаш, винипор, дуфлекс, витасел, армосель, дивиницелл, ПВХ) — термопластичный
полимер, содержащий до 56 % связанного хлора, что обеспечивает
его пониженную горючесть. Пенопаливинилхлорид способен со­
вмещаться с большим количеством пластификатора, что позволяет
получить пенопласты от жестких до упругих, которые можно по­
лучать как прессовыми, так и беспрессовыми методами.
С ы р ь е. В производстве ПВХ-пенопластов используют эмульси­
онный (латексный) поливинилхлорид марок Е-62, Е-66, отличаю­
щиеся друг от друга величиной молекулярной массы. Ввиду низкой
температуры деструкции поливинилхлорида и отсутствия текучести
ниже этой температуры, что создает большие трудности при фор­
мовании пенопластов, для улучшения деформации полимера при
повышенной температуре вводят пластификаторы (дибутилфталат,
трикрезилфосфат, диоктилфталат) или мономеры (метилметакрилат). Такие композиции называют полимер-мономерными пастами
(пластизолями). Соотношение пластификатора и мономера опре­
деляет степень жесткости ПВХ-пенопласта. В состав полимерных
композиций входят обычно газообразователи (ЧХЗ-57, углекислый
аммоний, бикарбонат натрия и др.) в количестве от 1 до 15 % в со­
четании с активаторами разложения (карбамид, стеараты и бензоа­
ты цинка и т. п.). В некоторых случаях в качестве вспенивающих
агентов применяют легкокипящие жидкости (фреоны) или газы,
которыми предварительно насыщают композицию.
Получение пенополивинилхлорнда прессовым методом. Этим
методом можно получать как жесткие пенопласты марок ПВХ-1,
так и эластичные ПВХ-Э преимущественно с закрытой структу­
рой ячеек с применением газообразователей. Для получения жест­
ких пенопластов используют стандартные прессовые технологии,
в последние годы чаще всего экструзию. В процессе прессования
(экструзии) пенопласта происходят сложные физико-химические
процессы: плавление полимера, полимеризация метилметакрилата,
образование двойных связей, разложение газообразователей. Это
требует тщательного соблюдения рецептуры и технологических ре-
жимов. В общих чертах схема производства жестких ПВХ-пенопла­
стов напоминает производство пенополиэтилена экструзионным
способом. Толщина готовых плит от 5 до 80 мм.
Жесткий ПВХ-пенопласт получают по следующей рецептуре,
масс.ч.: поливинилхлорид — 100, метилметакрилат (мономер)
25, смесь порофоров — 10... 15.
Характеристика жесткого прессового ПВХ
(марок ПВХ-1, -2)
Характер пористости................................................... Замкнутая
Плотность, кг/м3............................................................... 70...200
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м -К)............ 0,030...0,056
Прочность при сжатии, МПа при 10% деформации........0,4... 1,5
Прочность при растяжении, МПа................................... ..... 2...4
Водопоглощение за 24 ч, кг/м2.................... ...................0,25 ...0,3
Температура применения, °С........................................ -60...+60*
Горючесть.......................................................... Самозатухакмций
* Пенопласт ЮшшееП фирмы ШАВ марок НС5 имеет Т„р до 120 °С.
Для получения эластичного пенопласта марки ПВХ-Э приме­
няют поливинилхлорид с более высокой молекулярной массой
и значительное количество пластификаторов. Рецептура компози­
ции, масс.ч.: поливинилхлорида — 100, порофора — 10... 15, пла­
стификатора (дибутилфталата и трикрезилфосфата) — 50... 100.
Характеристика эластичного ПВХ (марок ПВХ-Э)
Характер пористости....................................................Замкнутая
Плотность, кг/м3............................................................. 100...270
Прочность, МП, при 10% сжатии,................................ 0,03 ...0,05
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •К).............0,043 ... 0,066
Прочность при растяжении, МПа......................... .......... 0,2 ...0,6
Относительное удлинение при разрыве, %...................... 80... 105
Водопоглощение за 24 ч, кг/м2............................................... 0,05
Температура применения, °С...............................................-10 ...+40*
Горючесть...... I........................................ Трудновоспламеняемый
* Пенопласт Отшсе11 фирмы ШАВ марок НС 8 имеет Гпрдо 120 °С.
Получение ПВХ-пенопластов беспрессовым методом. Боль­
шое распространение получил способ изготовления из поливи­
нилхлоридных композиций тонких вспененных покрытий типа
искусственной кожи. Такие пенопласты готовятся из пластизолей
(полимерных паст) или каландрированных пленок с применени­
ем газообразователей.
Каландровым способом получают П ВХ-пенопласт со смешан­
ной структурой ячеек марки ПВ-1, свойства которого близки ха­
рактеристикам прессового пенопласта марки ПВХ-1. Из предва­
рительно смешанных компонентов путем вальцевания формуют
листы, которые затем вспенивают в перфорированной форме,
размеры которой соответствуют готовому изделию.
Эластичный и жесткий пенопласт — винипор — получают при
использовании в качестве вспенивающих агентов газов или легкокипящих жидкостей. Для этого пластизоль (ПВХ-паста) насыщают
азотом или диоксидом углерода, фреонами и после этого выдавли­
вают через сливные устройства на транспортер, где он вспенива­
ется, желатинизируется и сплавляется (рис. 9.12). Винипор имеет
смешанную структуру пор (до 90 % открытые) и может выпускать­
ся в виде жесткого, полужесткого и эластичного материала.
Технология производства винипора используется для получе­
ния теплозвукоизоляционных пленок типа пеноплен (так назы­
ваемый промазной способ производства). Обычно выпускается
на тканевой или бумажной основе. Толщина готового изделия
5... 25 мм. Для укладки на криволинейную поверхность листы
могут быть нарезаны ячейками.
Рис. 9.12. Схема получения теплоизоляции на основе ПВХ-паст
Полужесткий
Характер пористости............ Открытая
Плотность, кг/м3.................... 100... 120
Прочность при
растяжении, МПа.................... —
Относительное
удлинение при
разрыве, %.............................. —
Коэффициент
теплопроводности,
Вт/(м •К )................................0,051
Температура
применения, °С.................. -10...+55
Горючесть..........................Трудновоспламеняемый
Эластичный
Открытая
80... 180
0,08...0,15
80... 150
—
-10...+55
Трудновоспламеняемый
Применение. ПВХ-пенопласты легко обрабатываются, склеи­
ваются между собой и другими материалами. К недостаткам отно­
сятся корродирующее действие на незащищенные металлические
поверхности, довольно высокая плотность.
Жесткий ПВХ-пенопласт с з а м к н у т о й структурой (марки
ПВХ-1, -2, ПВ-1, пеноизовинил, Омтсе11) используется как кон­
струкционный материал. В основном применяется в строитель­
стве, авиационной промышленности, судостроении, для изготов­
ления спасательных средств, буйков, плотов и т.д.
Жесткий ПВХ-пенопласт с о т к р ы т о й пористостью (винипор) обладает отличными звукоизолирующими свойствами
в широком диапазоне частот и применяется для глушения шумов
в звукоизоляционных конструкциях и облицовках. Также исполь­
зуется для изготовления фильтров и сепараторов.
Эластичный ПВХ-пенопласт с з а к р ы т ы м и порами (ПВХ-Э)
применяется для изготовления амортизаторов, звукоизолирующих
прокладок, плавучих и спасательных средств, деталей для мебели,
подошв для обуви, спортивного инвентаря.
Эластичный ПВХ-пенопласт с о т к р ы т о й пористостью (винипор) применяется как мягкий амортизирующий и звукопогло­
щающий материал, главным образом при изготовлении рельеф­
ных обивок для мебели и автомашин, подкладочного слоя под
ковры, линолеум, ткань, одежду. Рулонный ПВХ-пенопласт типа
искусственной кожи (пеноплен, изоплен) используется для по­
шива одежды, отделки и звукоизоляции стен.
Сравнительные характеристики строительных пенопластов [9]
приведены в табл. 9.10.
а
О
н
О
О
<
с
о
X
ф
С
X
2
X
л
<
Ф
Ё
X
О
о.
о
X
*
X
Р
оX
а
ф
оа
о
X
ф
2
X
а
О
X
о
О
о
<>
о
IX
X
<
ю
о
и
н
ю
о
со
о
с
и
+
о
и
з
р
5
5
&
о
X
&г о
л
. ^
а
го
«о
о
о
го
о •»
о
Л 4)
ёО ' ё е
X
:
О
а
С
I
о
с
о
О
«
§О
О
га
с
2
!
I
о
Ь
5
?
н
с о
и
о
о
X
а>
с
д
X
00
#
ш
ш
ф
О
VI
+
+
+
оо
04
го
о
о
оч
•
X «
0 л
5 н
15
а
о
з
о л
с
о с
X
о с
с
о
о
00
I
04
ГЧ
о 'ь'
Ч *
о
оо
ГЧ
•
ГО
о
чо
о
о
щ
н
о л 2
Б
Ъ
с о 2
X
О
о
о
о
I
н
о
«в
о"
ГЧ
и
2
ф
О
О
ГО
*!*
св
т!"
I
о
о
00
40
4~>
+
••
•
О
*-н
о
чо
I
»п
о
о
ГО
о
о
с
0>
о
о
о
ГМ
о
о
м
Л
н
5
а
о0)
X
т
с
ж
о
о
ЧО
+
••
О
чо
I
о
о
о
*
о
о
ч
о
4">
о
40
го
+
+
ф
ЧО
40
о с*
о
00
го
о
о
о
о
04
•
ГО
го
оо
о
оч
ШЯк.
Ф
•»
5
га
*
го
о
•
го
а>
о
X
и
я <М
I
>» I
н
о
л 5
О, о , X
с св 8
а Ж
о
+
иэ
О
го
ГЧ
X ^
(О
и
л
оо
С
00
о
§ гг
С
О г>
О
>
§
со §
н
X
о
X
я
X
Ц
§
иа
Ч
О
со
О
4
00
40
(и
~>
4
о \
г»
X
5
3
с
и
н
Л
2о 5
^
Х
5 о
сх о. оЦ& *©*
с «
V
си го
с С
0>
I
О
а
ао т5
и
н
л
5
о
2! *
и
н
9
ш
о
г-
о
чоI
о
40
о
44
I
гм
о
го
•ч
О
ф
ф
ф
ГО
о
о
о
о
40
о •*«
о
го
о
о
о
о
о
4")
•
•
•
о
т}-
«р
с
о
о
1Л
44
о
о
о
00
40
I
н
о
л
•
X
и
с
о
а
с
о
X
и
с
•
I
с
00
ЭХ
м
гм
X
5
с
а
о о
X
о сX
сг X X
со
X
X
с
00
с
00
с
л
-а
X
о
о
с
л
о
у
X
X
д
5
и
а
о
«
X
X
2
8
Н
о
С
в
е
В
о
X
О
с
я
X
* I
>>
5>*»
СО
*
о
X
«и
с
* Способ получения: Э — экструзия; БП — беспрессовый; 3 — заливочный; НП — напыление; В — вулканизация;
промазной; ПР — прессовый.
** Горючесть: ТС —- трудносгораемый; СЗ — самозатухающий.
Окончание табл. 9.10
Ц
п
оа о
(2 е
9.3.8. Сотопласты
Сотопласты (ЬопеусошЬз) — это теплоизоляционные материа­
лы, которые в отличие от пено- и поропластов имеют геометриче­
ски правильную форму ячеек по типу растягивающихся новогод­
них гирлянд. Сотопласты получают из листовых материалов путем
искусственного формования пустот-ячеек. В качестве материала
для стенок сотопластов используют бумагу, ткани, стеклоткани,
фольгу, древесный шпон, жесткие пластмассы. Форма ячеек со­
топластов [5] приведена на рис. 9.13 и может быть следующая: ше­
стигранная (рис. 9.13, а), ромбическая (рис. 9.13, б), квадратная
(рис. 9.13, в), синусоидальная (рис. 9.13, г), шестигранная усилен­
ная (рис. 9.13, д), смещенная (рис. 9.13, ё).
Наиболее широко распространены соты с ячейками шести­
гранной формы, повторяющие форму пчелиных сот, так как
они обладают наибольшей прочностью и сравнительно просты
в изготовлении. Размер сот, мм, принято определять по размеру
стороны шестигранника. Сотопласты из пористых материалов
(бумаги, тканей) обычно пропитывают синтетическими смола­
ми для придания им большей жесткости и прочности. В отличие
от пенопластов сотопласты имеют сравнительно высокий коэф­
фициент теплопроводности и низкие звукоизолирующие свойства.
Однако при заполнении ячеек пористой крошкой (полистрольными гранулами, перлитом, вермикулитом) эти характеристики
приближаются к таким же величинам для пенопластов соответ­
ствующей плотности. При этом сотопласты способны выдержи­
вать значительные механические нагрузки, т.е. удачно сочетают
г
д
е
Рис. 9.13. Формы ячеек сотопластов:
а —шестигранная; б — ромбическая; в —квадратная; г —синусоидальная; д —
шестигранная усиленная; е —смещенная
тепло- и звукоизоляционные свойства с прочностными характе­
ристиками конструкционных материалов.
С ы р ь е . Сотопласты выпускают на основе изоляционно-про­
питочной и крафт-бумаги и карбамидных полимеров, хлопча­
тобумажной ткани и фенолформальдегидных резольных смол,
стеклоткани и различных эпоксифенольных связующих; алюми­
ниевой фольги, склеиваемой эпоксидными клеями, жесткого по­
листирола, поликарбоната.
Т е х н о л о г и я и з г о т о в л е н и я. Сотопласты изготавливают
различными методами: склеиванием профилированных листов,
растяжкой пакетов, методом объемного ткачества, экструзией.
Метод склеивания профилированных листов довольно прост,
не требует специального оборудования. Ткань или бумагу пропи­
тывают раствором полимера в пропиточных машинах, высушива­
ют, прессуют в нагретой пресс-форме (гофрируют). На склеивае­
мые поверхности наносят клей, собирают гофрированные листы
в блоки необходимых размеров и склеивают при нагреве.
Применяя метод растяжки пакетов, бумагу или ткань раз­
матывают из рулона на металлическую пластину через систему
клеенаносящих роликов. Расстояние между роликами определя­
ет размер сот. После каждого оборота пластины с наматываемой
на нее бумагой ролики смещаются по ширине бумаги, тем са­
мым обеспечивая чередование клеевых полос. Затем слои бума­
ги склеивают между собой по клеевым полосам, рулон снимают
с пластины, разрезают на полосы, растягивают и пропитывают
раствором полимера. После отверждения полимера сотопласты
приобретают необходимую прочность и жесткость.
Метод объемного ткачества заключается в изготовлении сотоблоков на ткацком станке с программным управлением. В этом
случае возможно получение сот с любой формой ячеек. Сотопла­
сты отличаются высокой прочностью в местах крепления отдель­
ных сот, возможностью введения различных упрочняющих нитей.
Снятые с ткацкого станка сотоблоки растягивают до требуемой
формы, пропитывают и подвергают термообработке.
Метод экструзии применяют при изготовлении сото пластов
из полимеров. Этот вид изделий обычно выпускают светопроз­
рачными со средним слоем в виде решетки с ячейками 4...25 мм.
Такие сотопласты применяют в виде панелей для устройства
прозрачных покрытий и перегородок. Изготовление сотопластов
из поликарбоната или полистирола производят стандартным ме­
тодом экструзии с выдавливанием расплава полимера через про­
филирующую головку. Характеристики сотопластов приведены
в табл. 9.11.
! *
С в о й с т в а и о б л а с т ь п р и м е н е н и я . Характеристики
и область применения сотопластов зависят от свойств материала
■ в
Показатель
Хлопчато­ Изоля­
Крафтбумажная ционная
бумага
ткань
бумага
Размер сот, мм
Плотность,
кг/м 3
10... 12
10... 12
5 ... 10
3 ...1 0
4 ...2 5
20... 140
30
90
70... 140
70
30... 170
0,3
1
0,3 ...6,0
3
•
•
•
#ч
о
5 ... 25
О
Прочность при
сжатии, МПа
Модуль упруго­
сти, МПа
100
16
45
Прочность
на срез, МПа
1,8
0,05
0,6
Ударная проч­
ность, Дж
Температура
применения, °С
Алюми­ Поли­
Стеклониевая карбо­
ткань
фольга
нат
Ёэ*
Ж Г Ш
-----------
+100
Ш
Ш
*
■
------
3
+ 100
—
------
—
1,5
—
2,1 ...2,8
1
-----------
+ 100
(У
Э
Д
Ч
+180
-5 0 ...
+120
основы. Так, соты на основе бумаги не разрешается эксплуати­
ровать в условиях длительного воздействия влаги. Огнестойкость
бумажных сотопластов также невысока, ее повышают пропиткой
антипиренами. Сотопласты применяют обычно в качестве сред­
него слоя в щитовых дверях, столярных перегородках, трехслой­
ных панелях, которые являются эффективными ограждающими
и несущими конструкциями. В качестве обшивок используют
различные легкие металлические и неметаллические материалы,
например алюминиевые листы, декоративный бумажно-слоистый
пластик. Размеры таких панелей обычно не превышают 2,4 х 6,0 м
(рис. 9.14).
Рис. 9.14. Трехслойные панели с поперечным (а) и параллельным (б)
расположением сото пласта:
1 — обшивка; 2 — сотовый блок; 3 — клеевой слой
Сотопласты из поликарбоната и полистирола используют как
самостоятельные, обычно светопрозрачные изделия. Они обеспе­
чивают светопропускание до 86 %, удерживают тепловое излучение
от грунта и растений, поэтому их применяют во внутреннем и внеш­
нем оформлении зданий, устройстве зимних садов и теплиц.
9.3.9. Полотна «Холлофайбер»
Нетканые полотна «Холлофайбер» изготавливают из синтети­
ческих полиэфирных волокон, полученных из расплава полиме­
ров. «Холлофайбер» представляет собой объемные полотна, из­
готавливаемые посредством термоскрепления и обработки холста
из пустотелого волокна. Готовые полотна можно каландриро­
вать — «запекать» верхний и нижний слои в целях исключения
миграции влаги, что позволяет избежать необходимости исполь­
зования дополнительных материалов для уплотнения поверхно­
сти или создания многослойного прокладочного материала при
помощи связующего. Данная технология отличает «Холлофайбер»
от других волокнистых материалов, для скрепления которых не­
редко используются недолговечные или токсичные клеи ПВА,
фенолформальдегидные смолы и т. д.
Термосшитые волокна имеют спиралевидную структуру, об­
ладают демпфирующим действием, т. е. при сжатии изделие вос­
станавливают форму. В строительстве это позволяет сохранять
постоянную толщину теплоизоляции. К достоинствам полотен
«Холлофайбер» относятся: прочность, эластичность, устойчивость
к истиранию, водостойкость, светоустойчивость. Полиэфирные
волокна не поддаются воздействию органических и минераль­
ных кислот. Термоскрепленные холсты могут иметь различную
плотность от 60 до 4 ООО г/м2 с максимальной шириной до 3,6 м
и возможностью варьирования толщины от 50 до 150 мм. При
соприкосновении полотен «Холлофайбер» с огнем происходит
оплавление, коксование полиэфирной основы, при этом отсут­
ствует выделение гари, копоти и дыма.
Изделия применяются как наполнители, утеплители, а также
фильтрующие элементы для текстильной и швейной промыш­
ленности, изготовления ортопедических матрацев, в мебельном
производстве, строительстве, автомобилестроении, производстве
мягкой игрушки. Разработаны следующие виды нетканых полотен:
«Холлофайбер-Софт», «Холлофайбер-Медиум», «ХоллофайберВолюметрик», «Холлофайбер-Хард», «Холлофайбер-Строй».
«Холлофайбер-Медиум» — упругое долговечное полотно. Приме­
няется в фильтах для очищения воздуха от вредных выбросов, приме­
сей, крупных и мелких частиц пыли, копоти, лаков, красок и т.п.
«Холлофайбер-Волюметрик» — объемный материал, обладаю. щий высокой восстанавливаемостью формы после многократных
усилий на сжатие и повышенной упругостью, рекомендуется для
придания объема текстильным изделиям.
«Холлофайбер-Хард» — жесткое нетканое полотно, эффек­
тивно в применении в нагруженных элементах мягкой мебели,
салонах автомобилей и т. п. Является заменителем токсичному
и недолговечному поролону при изготовлении мягкой мебели,
ортопедических матрацев и т. п.
«Холлофайбер-Строй» — волокнистый теплоизоляционный
материал для использования в малоэтажном строительстве, а так­
же для зданий и сооружений промышленного назначения. Тепло­
проводность «Холлофайбер» марки 1000 в сухом состоянии состав­
ляет 0,039 Вт/(м •К); теплопроводность для условий эксплуатации
в наружной ограждающей конструкции — 0,04 Вт/(м-К). Матери­
ал характеризуется низкой сорбционной способностью, впитывает
парообразной влаги не более 1 %. На сегодняшний день в России
сдан в эксплуатацию завод по производству нетканых материалов
марки «Холлофайбер».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите основные виды теплоизоляционных пластмасс, их свойства,
преимущества и недостатки по сравнению с другими теплоизоляци­
онными материалами.
2. В чем заключаются особенности прессовых и беспрессовых техноло­
гий получения пенопластов?
3. Опишите режимы предварительного и окончательного вспенивания
при производстве пенополистирола и основное оборудование для
проведения этих процессов.
4. В чем особенности экструзионного способа производства пенополи­
стирола? Назовите свойства этого пенопласта.
5. Какие виды пенополиуретанов вы знаете? Опишите их свойства и об­
ласти применения.
6 . В чем особенность технологии пенополиуретанов?
7. Опишите способы производства фенолформальдегидных пенопла­
стов.
8 . Назовите свойства и особенности технологии производства заливоч­
ных фенолформальдегидных пенопластов.
9. Приведите виды сырьевых компонентов при производстве беспрес­
совых и заливочных фенолформальдегидных пенопластов.
10. Какие основные технологические этапы в производстве мочевиноформальдегидных пенопластов вы знаете? Назовите их основные
свойства и области применения.
11. Назовите свойства и области применения пенополиэтилена и пенокаучука.
Р а з д е л II
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ
Гидроизоляционные, в том числе кровельные и герметизи­
рующие, материалы и изделия предназначены для изоляции
строительных конструкций зданий и сооружений от воздействия
агрессивной внешней среды, особенно воды и влажного воздуха.
Поэтому материалы этой группы должны быть водонепроницае­
мыми и удовлетворять требуемым показателям прочности, эла­
стичности, теплостойкости, долговечности, прочно сцепляться
с основанием.
Гидроизоляционные материалы используют:
• для наружной и внутренней защиты подземных сооружений
(котлованов, фундаментов, трубопроводов, коллекторов, тунне­
лей и т. п.) от воздействия грунтовых вод с растворенными в них
агрессивными солями, кислотами и щелочами, а также другими
химическими реагентами;
• изоляции водохранилищ, бассейнов, водоемов и пр.;
• защиты мостов (конструкций проезжей части, опор и др.);
• устройства противофилырационных экранов и укрепитель­
ных покрытий в гидротехническом строительстве;
• заполнения полостей в горных породах, при устройстве осно­
ваний и фундаментов;
• защиты междуэтажных перекрытий в производственных по­
мещениях и санузлах;
• устройства кровли и кровельных покрытий зданий;
• герметизации стыков, температурных швов, отверстий
в крупнопанельном домостроении.
Гидроизоляция не только предохраняет защищаемую поверх­
ность от контакта с водной средой, но также способствует парои газоизоляции, повышению коррозионной стойкости конструк­
ционных материалов.
Высокое качество современного строительства, реконструкции,
реставрации обеспечивается в том числе и надежной защитой
зданий и сооружений от увлажнения. Современный рынок пред­
лагает широкий спектр новых и традиционных способов и мате­
риалов для устройства гидроизоляции. Качественное их исполь­
зование возможно только при комплексном подходе к решению
проблемы увлажнения, системной увязке отдельных материалов,
обеспечивающей восполнение недостающих свойств одного ма­
териала специфическими свойствами другого. Выбор эффектив­
ного способа защиты возможен только при четком представлении
роли и места каждого отдельного материала в комплексе мер ги­
дрозащиты.
На российском строительном рынке кроме традиционных ру­
бероида, толя и битума появилось большое количество новых
изоляционных материалов. При этом существенно улучшилось
качество этих материалов, чему способствовали широкое ис­
пользование различных полимерных композиций, позволяющих
получать материалы с разнообразными свойствами, технический
прогресс, рыночные отношения.
В настоящее время стоимость 1 м2 различных типов кровель­
но-изоляционных материалов может отличаться в несколько раз.
Такое многообразие кровельно-изоляционных материалов делает
необходимым проведение детального рассмотрения и сопоставле­
ния отдельных характерных свойств различных групп этих мате­
риалов с целью объективной технической оценки, учитывающей
эксплуатационную пригодность и критерии выбора для примене­
ния в строительстве и при ремонте.
Глава 10
ВИДЫ И СВОЙСТВА
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
К гидроизоляционным материалам относится большая груп­
па материалов, обеспечивающая защиту строительных кон­
струкций от атмосферных осадков и грунтовых вод, а также
от неблагоприятного воздействия различных неблагоприятных
факторов: химически агрессивных сред, перепадов температур,
изменения влажности, давления грунта и снежного покрова,
воздействия микроорганизмов и т.д. Таким образом, гидроизо­
ляционные материалы предназначены для комплексной защиты
строительных конструкций. Интенсивность воздействий зави­
сит от типа изоляционного материала, климатического района
и условий эксплуатации материалов. Последние и определяют
выбор наиболее эффективных гидроизоляционных материа-
лов. Для этих целей могут применяться материалы различного
состава:
• минеральные — материалы на основе цементов, природных
глин, в том числе бентонитовых глин, а также материалы на осно­
ве водорастворимых силикатов (жидких стекол). К этой группе
материалов могут быть отнесены изделия из природного и син­
тетического камня (каменное литье, керамическая плитка);
• органоминеральные — материалы на основе органической
и минеральной составляющей. В этой группе наиболее распро­
странены материалы на основе полимерцементного вяжущего,
формирующие гидроизолирующие свойства за счет цементной
и полимерной матриц;
• органические — различные классы органических, как прави­
ло, полимерных соединений в виде эмульсий (дисперсий) в воде
или органических растворителях (битумные, битумно-полимерные, полимерные);
■ *
• металлические — материалы в виде монтируемых металли­
ческих листов.
В настоящее время наиболее эффективные гидроизоляционные
материалы изготавливают преимущественно на основе органиче­
ских и органоминеральных составляющих.
10.1. Классификация гидроизоляционных
материалов
По ф и з и ч е с к о м у с о с т о я н и ю и в н е ш н е м у в и д у
в период использования гидроизоляционные материалы подраз­
деляются:
• на жидкие;
• пластично-вязкие;
• упруго-вязкие и твердые.
По в и д у п р и м е н я е м о г о с в я з у ю щ е г о гидроизоля­
ционные материалы подразделяются:
• на битумные;
• битумно-резиновые;
• битумно-полимерные;
• полимерные;
• минеральные (глины, силикаты, специальные цементы).
По н а з н а ч е н и ю гидроизоляционные материалы подраз­
деляются:
• на кровельные;
• гидроизоляционные;
• пароизоляционные;
• герметизирующие.
По комбинированной классификации проф. И.А.Рыбьева [22]
жидкие гидроизоляционные материалы подразделяются:
• на пропиточные;
• инъекционные;
• пленкообразующие;
• грунтовочные.
Пластично-вязкие материалы подразделяются:
• на обмазочные (мастики и пасты);
• обмазочно-уплотняемые (бетоны и растворы);
• приклеивающие;
• шпаклевочные;
• герметизирующие.
Упруго-вязкие и твердые материалы подразделяются:
• на герметизирующие;
• рулонные (основные и безосновные);
• пленочные;
• штучные;
• насыпные.
10.2. Виды и характеристики связующих
Битумы. По структуре нефтяной битум представляет собой
коллоидную систему из битумных мицелл, смешанных с тяжелыми
вязкими маслами. Мицеллы могут быть агрегированы (объеди­
нены) и пептизированы (расщеплены) и в зависимости от этого
образуют системы с различными физическими свойствами (золи,
золи-гели, гели). Считается, что центрами мицелл являются асфальтены, состоящие из высокомолекулярных углеводородов
ароматического характера. Благодаря адсорбции на поверхности
асфальтенов ароматическо-нафтеновых и алифатических углево­
дородов, являющихся смолами, образуется мицелла. Масляная
часть битумов составляет среду для мицеллы.
Если система содержит достаточное количество компонентов
жидкой фазы, то асфальтены полностью расщеплены и могут
двигаться свободно. Такая структура называется «золь». В основ­
ном это жидкие или разжиженные битумы. При недостаточном
количестве смол мицеллы могут взаимно притягиваться, случай­
но сближаясь, т.е. могут быть объединены в агрегаты, а часть
свободно диспергирована в межмицеллярной фазе. Эта про­
межуточная структура, характерная для полутвердых битумов,
носит название «золь-гель». Структура «гель» — неправильной
формы пространственная система из агрегатов мицелл, прони­
зывающих весь объем битума. Такую структуру имеют твердые
битумы.
Битумы характеризуются следующими свойствами:
• интервал пластичности ( Т рязм... Тхт„) составляет макси­
мум, *С:
>
.’*=
(+70...+80) - (-5...-10) * 80...85;
• хрупкость при отрицательных температурах. Поэтому стан­
дартные испытания битумных материалов на гибкость (деформативность) проводят при +5 °С;
• ползучесть под нагрузкой;
• горючесть;
• быстрое старение (долговечность — 5 лет).
Материалы на основе битумов наиболее традиционны, до­
ступны и дешевы. Однако сегодня их качество уже нельзя считать
достаточным для современного строительства: они недолговеч­
ны, недостаточно технологичны. С течением времени стоимость
ремонта таких покрытий может превысить стоимость их перво­
начального устройства.
Старение битума протекает в основном по двум механизмам:
термодистилляция под действием теплоты; термоокислительное
старение при совокупном воздействии теплоты, кислорода воз­
духа и ультрафиолетового излучения (УФИ).
Термодистилляция заключается в испарении легколетучих
компонентов битума, приводящем к концентрированию тяжелых
компонентов и, как следствие, повышению температуры размяг­
чения и охрупчиванию.
Термоокислительное старение выражается в реакции кислорода
воздуха с окисляемыми компонентами битума при одновремен­
ном воздействии теплоты и УФИ, которая протекает в основном
по радикальному механизму. Необходимым условием для ее раз­
вития является наличие достаточно большой площади контакта.
По данным исследований, через 1—2 года протекает до 30 %
кровель, через 5 лет — до 70 %, а через 7 лет текут практически
все кровли с покрытием из битумных материалов. В России на ре­
монт ежегодно потребляется более 50 % от общего объема выпуска
битумных материалов для мягких кровель. В некоторых регионах
России введен официальный запрет на использование этих мате­
риалов для устройства кровли. Технические характеристики раз­
личных видов нефтяных битумов приведены в табл. 10.1.
Битумно-резиновые связующие. При введении резинокау­
чуковых добавок, в качестве которых используется регенериро­
ванная резина от старых автомобильных покрышек, улучшаются
эластичность, температура размягчения и долговечность связую­
щих. Сложность применения таких модификаторов заключается
в разнообразии синтетических каучуко в, используемых в автомо­
бильных резинах, требующих различные режимы девулканизации
А
§
Н
К
*
ю
о
3
X
X
>I
8
К
из
>
о
=
г
Б!
§со
5
в
5
X
ю
Показатели испытаний
^ со
3
§
>
»
н
5
ю
4>
2
X
А
5а
осх
2
о
о
о
ж^
из а\
о
сч
о
о
*о
«о
сч
«
о
г^*
О
«о
«о
ф
ш
•
40
»о
т
«о
04
•
■
ф
#
Ф
Ф
*п
гч
О
00
о
сч
сч
о
о
»п0>
о
сч
о
*
Л
>
04
о
тг
^г
о
Ж~
шо
о
о
гм
«о
о
«о
о
о
XЩ
из о
о
тг
о
оо
•
ф
•
о
сч
сч
о
о
чо
о
чО
о
«о
ТГ
I
Л
*
5
X
са а я
С X
<
3
со
а.
(в^
04
о
о
00
о
о
«о
С\
о
оо
о
о
О
о
о#1
т
о
'ГТ
о
п*
гч
о
*г>
о
т
сч
о
•*
04
04
04
о\
•О
I1=
:
ф
О
#1
•*
3
О
О
3
4
и
•»
о
»Л
о
2*
о
о
СО
со №
2
4> &
X
X
|
«
а> С с
•ч
сои
с
X 1з
ж
ю
о
$ —*о
X <ч
о
«о
04
04
04
е>
О
04
о
о
«о
о.
•*
гм
о
• п
ф
сч
сч
•Л
т
о
Xс
из о
«о
о
«о
«г>
о
т
ф
из
о
«о
о
•
•
•
о
гч
оо
*
X
го
о
»о
оо
40
о
сч
04
о
о
00
о
«о
о
о
V
4>
X
<
и
со
#1
о
г*
и
шх
X
о
е*
с§о
О
Оз
I! §
4>
7
Г
)
5 С
X
2 со
и переработки. К тому же на старой резине обычно отсутствует
маркировка, что затрудняет идентификацию каучука.
Содержание резины в смеси может достигать 5... 15 %, при этом
эластичность может увеличиваться более чем в 2 раза, Трлзм до
+85 "С, Т’хрупдо -15 "С. Испытание битумно-резиновых материалов
на гибкость обычно проводят при О°С. Резина связывает часть
масел, тем самым предотвращается быстрое старение материала,
и срок службы такой гидроизоляции доводится до 10 лет.
Битумно-полимерные связующие. Широкое использование
битумных материалов в качестве гидроизоляционных материа­
лов и кровельных покрытий выдвигает проблему повышения их
эксплуатационных характеристик. С этой целью проводится мо­
дификация битумов, полимерами. Полимерно-битумные компо­
зиции представляют собой физические смеси, свойства которых
зависят от их фазового состояния, межфазного взаимодействия
и от свойств непрерывной фазы. Если непрерывную фазу форми­
рует модификатор, битумные смеси по свойствам приближаются
к пластикам, имеют высокую температуру размягчения и гиб­
кость материала. В случае если непрерывной фазой является би­
тум, то свойства материала будут низкими, при этом нагревание
системы выше температуры плавления битума (40 °С) приводит
к сегрегации компонентов и фазовому разделению и в результате
резкому падению свойств материала до уровня обычного битума.
В свою очередь, совместимость модификатора и компонентов би­
тума зависят от состава битума (количества ароматических, на­
сыщенных соединений и смол), природы и структуры модифика­
тора. Переход полимера в непрерывную фазу зависит от состава
полимерно-битумной смеси, состава битума, условий смешения
и специальных добавок.
Битумно-полимерные связующие получают путем введения
в битум различных полимеров, обычно термоэластопластов: атак­
тический полипропилен (АПП), стирол-бутадиен-стирол (СБС),
этилен-пропилен-бутен (ЭПБ) и др. Полимер играет роль струк­
турирующей или пластифицирующей добавки. Его содержание
может составлять от 1 до 15 % (оптимально 12 %). При содержании
полимера 1...2 % он растворяется в масляных фракциях, до 10 % —
представляет собой отдельные несвязанные частицы (эффект на­
полнителя), 10... 15 % — образуется сетчатая структура полимера,
битум включается в его структурные ячейки. Это позволяет улуч­
шить материал за счет свойств, присущих полимерам, и не сильно
изменить цену благодаря доминирующему содержанию дешевого
битума. Интервал пластичности при этом может увеличиваться от
-25 до +(100... 120) °С, долговечность до 20 —25 лет. Стандартные
испытания на гибкость битумно-полимерных материалов прово­
дят при -15 °С.
Сравнительные показатели свойств модификаторов
АПП
Устойчивость....
к воздействию
подошв
Устойчивость.................................+
к ультрафиолетовому
излучению
Теплостойкость............. :..Свыше 30...60
Низкие температуры..... Подбор состава
СБС
ЭПБ
— ~
+
—
+
—
+
Свыше 30...60
Подбор состава
Чрезвычайно важным показателем модифицированных би­
тумных материалов является также температура окислительной
деструкции полимеров, °С: для ЭПБ- и АПП-модифицированных материалов 300, для СБС-модифицированных 195... 200.
Температура, при которой в процессе производства смеси про­
исходит термомеханическое плавление полимеров, лежит в пре­
делах 200... 210 °С, поэтому полимер СБС начинает окисляться
уже во время фазы приготовления, чего не наблюдается у АПП
и ЭПБ. Однако при укладке материалов с помощью пропановой
горелки температура расплава достигает 700 °С, что приводит
к деструкции полимеров в зоне расплава, т. е. связующее в зоне
расплава может остаться не модифицированным, сохраняя все
недостатки битума.
Перечисленные характеристики и параметры имеют модифи­
цированные наплавляемые материалы высокого качества с хоро­
шей гомогенностью. Но жесткие климатические условия России
требуют от гидроизоляционных материалов устойчивости к низ­
ким температурам (до -50 °С и ниже), высокой теплостойкости
летом (летом кровля разогревается до +80 °С, а при определенных
условиях и выше), устойчивости к частым переходам через 0°С,
ультрафиолетовому облучению и озону при длительном сохране­
нии исходных физико-механических свойств. Битум, содержа­
щийся в большом количестве в битумно-полимерных материалах,
не позволяет удовлетворять всем этим условиям.
Полимерные связующие. Полимерные гидроизоляционные
материалы обладают всеми преимуществами полимеров, по­
скольку из них можно получать материалы практически с лю­
быми заданными свойствами: химстойкостью, водостойкостью,
эластичностью в широком диапазоне температур, озоностойкостью и др. Стандартные испытания полимерных пленок на гиб­
кость проводят при температуре -20 “С. У полимерных материа­
лов значительно выше показатель долговечности по сравнению
с материалами, содержащими битум; они более просты в укладке,
так как свариваются горячим воздухом. Изоляционные компози-
Наименование показателей
Вид модификатора, %
Битумные связующие
Битумно-резиновые
связующие
Резина, 5... 10
—
Интервал пластичности,
°С
от -5 до +80
от -15 до +85
Гибкость на стержне ди­
аметром, мм, при Т, °С
025, при +5 'С
010, при ±0*С
Максимальная Тэксп, °С
70
85
2
1 ***2А
я
Картон
Без основы, картон,
стеклоткань
Волопоглоптение %
1 1 \_ / К ^
1 V -/ 1 -1 Д Ч / I 1 Г 1 V
^
/ 1 /
Вид основы листовых
материалов
Относительное удлине­
ние, %
1,5
Количество слоев
4...5
2...3
Толщина материала, мм
3...4
3...4
Способ крепления слоев
Приклеивание
на битум,сварка
газовой горелкой
Приклеивание
на мастики, сварка
газовой горелкой
Рулонные материалы
Рубероид,
пергамин
Рубемаст, изол,
бризол
Пропиточные составы
Жидкий битум,
праймер
Битумно-латексная
эмульсия
Мастики
МБК-Г, МБК-Х
МБР, изол
Мастичные герметики
—
Профильные герметики
Срок службы, лет
Горючесть
м
Пороизол
3...4
До 10
Г4
Г4
Полимерные мембраны
Битумно-полимерные связующие
[
1
тпо
АПП, СБС,
12... 14
—
^
I
от -25
1 д о +(100... 120)
от -25
до +100
*
—
“
ЭПДМ
*1
'
—
от -25 до +120
от -40 до +130
0 5 , при ,
-(20... 55) °С
0 5 , при
-(35 ...40) °С
0 5 , при -40 °С
100
120
130
0,01 ...0,04
0,1 ...0,2
0,15
Стеклохолст,
полиэстер
Без основы,
стеклохолст
Без основы, стекло­
холст, полиэстер
Без основы
30
200 ...700
100 ...400
350... 400
1
1
1
1,2 ...2,0
1,15 ...1,52
010, при -15 °С
1
пвх
100 ...
120
|
1
I
2
О
•
•
•
•V
10
О
3...5,5
|
Приклеивание
на мастики, кре­
пление, сварка
Сварка
горячим
воздухом
Сварка горячим
воздухом, механи­
ческое крепление
Приклеивание
на клеи, меха­
ническое кре­
пление, балласт
Изопласт,
филизол,
техноэласт
ПЭ пленки
ПВХ пленки
Мембраны
ЕРОМ, мем­
браны СКЭПТ
ГКЖ-10, ГКЖ-94, аквасил,
синтетические смолы
Синтетические
латексы
-
Вента, кровлелит МББК, поликров
"
« М
М
Тиокол, наириты, силиконы
»
-
§
1
1
Вилатерм
Гернит
20... 25
До 40
Г2-ГЗ
Г
4
Ц
2
Г1-Г4
Г2-Г4
ции получают в основном на основе термопластов: полиэтилена
(ПЭ), полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ), полиа­
мидов (ПА) и др.
Полимерные связующие служат основой для получения различ­
ных гидроизоляционных составов: мастик, герметиков, пленок,
пропиток. Однако термопласты отличает ползучесть под нагруз­
кой, невысокая температуростойкость (обычно не выше 100 вС)
и нестойкость к УФИ.
Синтетические эластомеры. С началом применения легких
конструкций из профилированного стального листа в 70-х гг.
XX в., появилась насущная потребность в перекрытии больше­
пролетных зданий площадью свыше 100 тыс. м . Вместе с тем
строительные фирмы не устраивали показатели долговечности,
огнестойкости и трудоемкости битумных материалов. Решение
было найдено в создании материалов на основе эластомеров
(мягких резин), стойких к окислению. Необходимым условием
являлось наличие двойных связей в цепных молекулах, необхо­
димых для проведения вулканизации (сшивания цепей) с помо­
щью серы.
Один из первых полученных синтетических эластомеров —
полиизобутилен (ПИБ) — стоек к окислению, но не способен
к вулканизации. Затем появился бутилкаучук (БК), который от­
личается наличием в структуре 0,7... 3,0 % мономерных звеньев,
содержащих двойные связи. Дальнейшее развитие технологии
привело к созданию тройных этиленпропиленовых каучуков
(СКЭПТ), в молекулах которых третий мономер, содержащий
двойные связи, расположен в боковых ответвлениях от главной
цепи. Так как третьим сополимером (мономером) обычно явля­
ется диен — другое название СКЭПТ — это ЭПДМ (этилен-пропилен-диен-мономер) или ТЭПК (тройной этиленпропиленовый
каучук). В СССР подобные каучуки появились во второй поло­
вине 80-х гг. XX в.
Свойства СКЭПТ (наполненных техническим углеродом):
условная прочность при растяжении 20... 26 МПа, относитель­
ное удлинение при разрыве 350...500%, температура хрупкости
Тхрул ниже -75 °С, высокие показатели эластичности. Стандарт­
ные испытания на гибкость эластомеров проводят при -40 °С.
Прогнозируемая долговечность материалов на основе эластоме­
ров 40 —50 лет. В настоящее время общая доля эластомеров в ру­
лонных кровельных материалах составляет, %: в ФРГ и Фран­
ции — 20, Японии и Италии — 30, в США — 40, в России — ме­
нее 2 [3].
Свойства органических связующих и особенности их влияния
на свойства основных гидроизоляционных материалов на их осно­
ве приведены в табл. 10.2 [8].
10.3. Свойства гидроизоляционных
материалов
К группе изоляционных материалов относяся многие кровель­
ные и гидроизоляционные материалы, изготовленные либо в виде
полос гибкого материала, свернутых в рулон (рулонные мате­
риалы), либо в виде мастик, общим и отличительным качеством
которых является их способность выполнять преимущественно
гидроизоляционные свойства [21].
Свойства каждого кровельно-изоляционного рулонного и ма­
стичного материала характеризуются номенклатурой технических
показателей, определяемой различными стандартами. Однако для
рассмотрения эксплуатационных свойств материалов достаточно
использовать следующий перечень показателей (по ГОСТ 2678
и ГОСТ 26589):
• условная прочность при разрыве;
• относительное удлинение при растяжении;
• остаточное удлинение при растяжении;
• гибкость (мороустойчивость);
• теплостойкость;
• водонепроницаемость;
• для мастик — адгезия к основанию;
• климатическая стойкость (долговечность);
• пожарная и экологическая безопасность.
Отношение гидроизоляционных материалов к водной и па­
ровой среде. Отношение гидроизоляционных материалов к дей­
ствию водной и паровой сред можно отнести к основным (функ­
циональным) свойствам изоляционных материалов, так как они
отражают принципиальную возможность использования матери­
ала для целей гидроизоляции. В наибольшей степени основные
свойства зависят от наличия пористости — степени заполнения
объема материала порами.
От степени пористости зависят прочность, морозоустойчи­
вость, водопоглощение и другие свойства гидроизоляционных
материалов. Гидроизоляционные материалы стремятся изготав­
ливать с минимальной пористостью: П -» 0 %.
Гидрофильность и гидрофобность — соответственно способ­
ность и неспособность материала смачиваться водой. Гидрофоб­
ность является средством повышения водостойкости, водонепро­
ницаемости, снижения гигроскопичности гидроизоляционных
материалов. Оценивается по величине краевого угла смачивания
ф. Для гидрофобных материалов <р > 90° и созср < 0 (рис. 10.1).
Основным функциональным свойством гидроизоляцион­
ных материалов является водонепроницаемость. Степень во-
донепроницаем ости оценивается
в основном: по времени, в течение
которого образец не пропускает воду
при постоянном гидростатическом
Гидроизоляция/
давлении (указанном в технической
Рис. 10.1. Схема работы Документации на материал); по гигидроизоляционного по- ДРоетатическому давлению, котокрытия
Р°е выдерживает образец в течение
определенного промежутка времени.
Стандартные испытания проводят при помощи устройств, соз­
дающих избыточное давление до 0,3 МПа. Обычно водонепро­
ницаемы особо плотные гидрофобные материалы с замкнутыми
мелкими порами.
Весьма важной характеристикой для оценки гидроизоляцион­
ных свойств является водопоглощение — способность поглощать
и удерживать в своих порах воду. Стремятся получить гидроизоминимальным
пористости и ги
дрофобной поверхности.
Важной характеристикой для этой группы материалов является
паропроницаемость — способность материала пропускать водя­
ные пары, содержащиеся в воздухе (для этого служат диффузные
пленки), или задерживать его — паронепроницаемостъ (парои­
золяционные барьеры). Качество пароизоляционных материалов
характеризуется сопротивлением паропрон ицан ию Я, м2•ч •Па/мг.
материалы защищают конструкции
никновения водяных паров с теплой стороны ограждения влаж­
ных помещений. Качество диффузных материалов оценивается
показателем паропроницаемости ц, мгДм ч-Па), [кг/(м •с •Па)].
Для пленочных материалов приводится обычно в граммах на ква­
дратный метр за 24 ч.
М еханические свойства. Показатели условной прочности
и деформаций (относительного удлинения) характеризуют проч­
ность и эластичность гидроизоляционного материала, а их совоотражает
При этом
соотношение значения этих показателей, как правило, обратное,
т.е. при большей прочности материала его эластичность ниже,
и наоборот.
еформации гидроизоляционных материалов могут быть обра­
тимыми (упругими и эластическими), которые характеризуются
мгновенным спадом деформаций или в течение длительного вре­
мени после удаления нагрузки, их вызывающей. Такие деформа­
ции характерны для эластомеров. Необратимые деформации
пластические деформации, не спадают после снятия нагрузки,
но могут и возрастать (деформации ползучести). Пластические
деформации характерны для битумных материалов. Для их сни­
жения используются добавки резин, полимеров, активных по­
рошковых наполнителей. Чаще наблюдается сочетание обратимых
и необратимых упруговязкопластических деформаций (битумно­
резиновые, 'битумно-полимерные материалы).
В отношении деформативных свойств материала у специали­
стов сложилось два подхода:
• концепция эластичной изоляции основывается на том, что
деформации основания (температурные, усадочные и др.) ком­
пенсируются за счет эластичности (растяжения) изоляционно­
го материала при относительном удлинении его не менее 100 %
(иногда до 700 %);
• концепция прочной изоляции предполагает, что при дефор­
мации основания растягивающие усилия воспринимаются за счет
прочности материала, его армирующей основы, при этом проч­
ность изоляции на разрыв должна превышать величину растяги­
вающего напряжения.
Значительные деформации, которые испытывает любая строи­
тельная конструкция, концентрируются в слабых и потому наи­
более опасных местах (стыки, узлы примыкания и др.). Именно
в этих местах и происходит разрыв изоляционного слоя даже
из прочных материалов. Но этого не произойдет с эластичным
покрытием, которое способно растягиваться в пределах, превы­
шающих все возможные деформации основания.
Отсюда следует, что прочность не является основным пока­
зателем изоляционных материалов, так как при малой деформативности она только ухудшает качество и надежность покрытия.
Дополнительными аргументами в пользу эластичных материалов
служат следующие обстоятельства:
• климатические условия России с широким диапазоном тем­
ператур наружного воздуха, вызывающие значительные деформа­
ции конструкций, особенно покрытий;
• наличие регионов, неблагоприятных в гидрогеологическом
и сейсмическом отношении, со значительными и неравномерны­
ми деформациями зданий;
• относительно низкое качество изготовления конструкций
и многочисленные дефекты при монтаже зданий, способствующие
увеличению допусков в соединениях и стыках зданий.
Это подтверждает, что эластичные материалы лучше соответ­
ствуют реальным условиям строительства и эксплуатации в Рос­
сии. Для материалов эластичной кровли и изоляции нет необходи­
мости в прочности, превышающей 2 МПа. При этом относитель­
ное удлинение гидроизоляционного материала (е = А1/1) должно
быть не менее 150 %, а у кровельного — не менее 200 %. В то же
время прочность применяемых для кровли армированных мате-
риалов весьма высока и достигает 10... 12 МПа, хотя это никак
не влияет на их изолирующие свойства.
Д е ф о р м а ц и о н н ы е свойства кровельных и изоляционных
материалов в условиях отрицательной температуры (морозоустой­
чивость) характеризуются гибкостью, определяемой изгибом по­
лосы материала на стандартном брусе с закруглением радиусом
5... 25 мм при отрицательной температуре и отсутствии поврежде­
ний материала. Для каждого конкретного материала радиус закру­
гления и минимальная температура определяются в соответствии
с нормативными документами и могут составлять от +5 до -40 °С
в зависимости от вида материала.
П р о ч н о с т н ы е свойства гидроизоляционных вязкопла­
стичных и упругих материалов являются весьма условной ха­
рактеристикой, поскольку отсутствует хрупкое разрушение.
Поэтому при пластичном характере разрушения определяют
условный предел прочности, принимая за него величину част­
ного от деления нагрузки, при которой происходит нарастание
деформаций без увеличения усилия, на площадь начального по­
перечного сечения образца. Так, для мастик и рулонных мате­
риалов определяют условную прочность при разрыве по ГОСТ
2678 и ГОСТ 26589:
( 10. 1)
ЪЯ'
где Рр — разрывная сила, Н; Ь и Н0 — соответственно ширина
и толщина образца, м.
При этом определяют и относительное удлинение, т. е. дефор­
мацию материала, %:
I
____ I
е=^ °Ю 0 ,
I
(10.2)
Л
где / — расстояние между
расстояние между установи
отражающим энергию связи и особенности струк
материала
материала
другого, более твердого тела. Метод основан на вдавливании в ис­
пытуемый гидроизоляционный материал стального шарика или
специального твердого наконечника (индентора) с последующим
испытанием на водонепроницаемость.
.олговечность. Одним из главных показателей для гидроизо­
ляционных материалов является долговечность. Долговечность
понимается как срок службы материала без потери им эксплуа­
тационных показателей. Основные внешние факторы, действию
гидроизоляционные материалы
иие, колебания температур, воздействие УФИ, оюностойкость
и другие климатические и биологические воздействия. Для оценки
дол говечности гидроизоляционных материалов определяют еледующие характеристики:
• водостойкость — по снижению прочностных характери­
стик (обычно разрывной силы) в насыщенном водой состоянии
по сравнению с сухим. Оценка производится путем циклическоВодостойкость может характеризовать и такой показатель, как
усадка-набухание , типичный для материалов с органической
основой (рубероид, пергамин);
• теплостойкость гидроизоляционных материалов — оце­
нивается по отсутствию вздутий, перемещений покровного
слоя и других изменений испытуемого образца при нагревании
до определенной температуры;
• температуроустойчивость — определяется по предельным
линейным деформациям образцов;
• атмосферостойкость —определяют по потере массы и сни­
жению прочностных характеристик при агрессивном воздействии
внешней среды (кислорода, озона, дождя, УФИ и др.), которое
активизирует старение материалов, приводит к хрупкости, сниже­
нию адгезии. Одной из методик контроля стойкости к климати­
ческим факторам является испытание в аппарате искусственной
погоды — везерометре;
• биологическая стойкость — связана с возможным пора­
жением гидроизоляционных материалов грибами, насекомыми,
прорастанием растений, воздействием органогенных агрессив­
ных сред. Органическое углеводородное сырье — это питательная
среда для различных бактерий и микроорганизмов. Известным
способом повышения биостойкости является введение в сырье­
вую массу антисептических средств (фунгицидов), применение
биостойких минеральных и полимерных наполнителей.
Согласно кинетической теории разрушение полимерных и би­
тумных материалов трактуется как термомеханическая деструкция,
которая происходит вследствие разрыва межатомных (химических)
связей посредством теплового движения, флуктуации которого
превышают энергию этих связей. Долговечность битумов, поли­
меров и их композиций описывается уравнением:
(10.3)
где т — время до разрушения (долговечность); тт!п — минималь­
ная долговечность (период колебания кинетических единиц);
1}0 — начальная энергия активации разрушения, размягчения или
разложения; у — структурно-механическая константа, отражаго-
грузки по разрушающим
существования материатемпература;
I
1
связям; 7!шах
ла; Я — универсальная
а — напряжение.
Применяя графоанал
I
материала, что позволяет прогнозировать дол- |
говечность материалов в широком диапазоне нагрузок и температакже
I
рациональные пути
Благодаря применению современных материалов и технологий
долговечность гидроизоляции увеличилась с 5 лет (традиционные
материалы первого поколения) до 25 лет (материалы разработаны
в 90-е гг. XX в.).
(гезия. Адгезия — свойство сцепления (прилипания) поверх­
ностей разнородных тел, например гидроизоляционного покры­
тия и основания. От адгезии зависят прочность и стабильность 3
гидроизоляционного слоя на защищаемой поверхности. Адгезия 1
определяется действием сил притяжения на граничной поверх- ]
ности различного иода твердых и жидких тел. По ппиполе и механизму д<
специфическую (химиче
возникновение молекулярным
Таким образом, химическая адгезия появляется там, где может
^и реакция на границе поверхности, где есть валентные
связи или действуют ван-дер-ваальсовы силы. Более характерна
для плотных гладких материалов;
•
физическую (.механическую ) адгезию, для которой характер­
но проникновение жидкою гидроизоляционного вещества в поры
основания путем миграции и отвердевания.
Механическая адгезия типична для пористых волокнистых по­
верхностей, всегда меньше химической, но может быть повышена
благодаря обработке — «взъерошиванию» поверхности химическим
или механическим способом. В данном случае степень проникно­
вения зависит от структуры поверхности (глубины пор, угла накло­
на стенок пор, диаметра капилляров, поверхностного натяжения
гидроизоляционной жидкости). Механическая адгезия интенси­
фицирует химическую, поэтому пористым материалам присуща
химическая адгезия. На интенсификацию адгезии
кис
лучше сцепляются
неполярные — с неполярными;
химическая
поверхности;
химическая реакция между веществом и поверхностью;
смачиваемость поверхностей.
Воздух
Гидрои юляиия
Основание
Рис. 10.2 Схема смачивания минерального основания гид ро и зол я ци о н
ной пленкой
Величина адгезии оценивается по величине работы или усилию
при отрыве покрытия (рис. 10.2) от основания по формуле:
*К-о =
1 + соз фг_0),
(10.4)
где ог_, — поверхностное натяжение гидроизоляционного веще­
ства (вязкой жидкости) (г) на границе раздела с воздушной средой
(в); ф — краевой угол смачивания на границе раздела гидроизо­
ляция-основание (г—о).
Из формулы (10.4) видно, что для увеличения адгезии необхо­
димо увеличить поверхностное натяжение или улучшить смачи­
вание (снизить ф), или производить одновременно то и другое.
Величина краевого угла смачивания ф зависит, главным обра­
зом, от природы основания. Смачиваемость можно улучшить,
повысив температуру, уменьшив вязкость и толщину пленки:
1/ф ~ Т\ 1/г|; 1/6. Но основным регулятором адгезии является
поверхностное натяжение <тг_в, которое, в свою очередь, прямо
пропорционально вязкости и обратно пропорционально ква­
драту толщины гидроизоляционной пленки (<тг_в ~ т}; 1/52). Не­
обходимо правильно применять гидроизоляционные вещества
с низким поверхностным натяжением (хорошим смачиванием),
так как нельзя увеличивать смачиваемость беспредельно — могут
образовываться пузыри на граничной поверхности, т. е. снизится
когезия жидкости.
Когезия — сцепление, молекулярное взаимодействие между
частицами одного и того же материала, приводящее к объедине­
нию этих частиц в единое тело.
Качество сцеления гидроизоляционного покрытия с основа­
нием будет оптимальным, если адгезионные и когезионные силы
примерно равны. Оценка адгезии гидроизоляционных покрытий
обычно производится по величине сдвига и отрыва.
Трудоемкость устройства гидроизоляции. Трудозатраты
по устройству изоляционного покрытия отличаются в несколько
раз в зависимости от количества наносимых слоев, необходимых
для получения пленки определенной толщины. Выбор конкрет­
ного изоляционного покрытия необходимо производить, осно­
вываясь на анализе свойств, преимуществ и недостатков отдель­
ных групп материалов. Прежде всего это выбор вида покрытия:
рулонные или мастичные; вида связующего: битумное, битумно­
резиновое, битумно-полимерное или полимерное.
КО НТРО ЛЬН Ы Е В О П Р О С Ы
1. По каким признакам классифицируют гидроизоляционные материалы?
2. Назовите основные функциональные свойства гидроизоляционных
материалов.
3. Какими показателями характеризуются механические свойства ги­
дроизоляционных материалов? Какие существуют основные типы
гидроизоляционных материалов по отношению к деформациям?
4. Как можно повысить адгезию гидроизоляционного покрытия к осно­
ванию?
5. Какие связующие применяются для получения гидроизоляционных
материалов? По каким показателям можно оценить их качество?
Г л а в а 11
ТЕХНОЛОГИЯ жидких
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Наиболее простым и распространенным способом защиты ма­
териалов и конструкций от воздействия воды является применение
жидких гидроизоляционных составов. Жидкие составы можно раз­
делить на пропиточные (проникающие) и пленкообразующие.
По принципу действия пропиточная гидроизоляция может
быть подразделена на следующие виды:
• проникающая в дефекты структуры без химических превра­
щений: при естественных условиях, с применением вакуумирования, с применением метода горячехолодных ванн;
• проникающая под воздействием осмотического давления
с последующими химическими превращениями (кольматация);
• проникающая под воздействием давления (инъецирование).
11.1. Пропиточная изоляция
Пропиточными называются материалы, способные хорошо
смачивать поверхность, глубоко проникать в поры, трещины
и другие дефекты структуры. За счет заполнения пор и повыше­
ния плотности пропитка значительно повышает водонепрони­
цаемость пористых материалов. Пропитке подвергают каменные,
железобетонные, асбестоцементные, керамические, деревянные
и другие строительные изделия и конструкции, такие как сваи,
плиты, блоки, трубы, шпалы, кирпичи и т.д.
В качестве пропиточных материалов применяют битумы, по­
лимеры и некоторые минеральные водостойкие вещества про­
никающего (кольматируюшего) действия. Пропитка придает ма­
териалам и конструкциям гидрофобность, повышает водонепро­
ницаемость, морозостойкость и тем самым повышает их долго­
вечность. Это простой и вместе с тем весьма надежный способ
гидроизоляции.
В зависимости от вязкости пропитывающих составов, харак­
тера пористости обрабатываемого материала глубина пропитки
может составлять от 2 до 20 мм.
Битумы. Битумы — наиболее дешевые и распространенные
материалы для пропитки. При пропитке битумы применяют в го­
рячем и холодном состоянии (разжиженный и в виде эмульсий).
Для пропитки р а с п л а в л е н н ы м б и т у м о м обычно при­
меняются жидкие дорожные битумы марок БНД 40/60, БНД 60/90
или БНК 40/180 (температура 150... 180°С). Простейшим способом
пропитки является разлив расплава по поверхности или погруже­
ние изделия в ванну на 2... 8 ч. При этом способе на поверхности
строительной конструкции образуется толстая битумная пленка,
что не всегда желательно, к тому же применение расплава пожа­
роопасно.
Р а з ж и ж е н н ы е битумы применяют в виде смеси с легко­
летучими растворителями, автомобильным или авиационным
бензином в соотношении от 1:2 до 2:1 (вязкость составов * 25 с).
Приготовление разжиженных битумов может быть выполнено
двумя способами:
• холодное перетирание кусков битума в присутствии раство­
рителя;
• предварительное расплавление битума и подача его в котел
для смешения с растворителем.
Образование защитного слоя в этом случае происходит из-за
испарения растворителя, поэтому разжиженные битумы также
пожароопасны.
.
ю та
•
Технологические трудности, возникающие при использовании
горячих и разжиженных битумов, привели к появлению третье­
го способа — разжижению их до рабочей вязкости путем эмуль­
гирования в воде в присутствии водорастворимых эмульгаторов
и стабилизаторов — б и т у м н ы е эмульсии.
Эмульсия — это дисперсная система, в которой одна из жид­
костей распределена в виде мелких капель в другой жидкости.
В битумных эмульсиях капли горячего битума, полученные дис­
пергированием горячего битума в специальных устройствах (кол­
лоидных мельницах, гомогенизаторах), распределены в воде, со­
держащей поверхностно-активное вещество — эмульгатор.
Различают прямые эмульсии типа масло в воде, образован­
ные битумом, диспергированным в воде; и обратные — типа вода
в масле, состоящие из воды, диспергированной в битуме.
Эти две фазы разделяются защитной пленкой эмульгатора,
молекулы которого покрывают поверхность частиц. Эмульгато­
ры характеризуются тем, что в составе их молекул должны со­
держаться полярная растворимая в воде (гидрофильная) часть
и неполярная нерастворимая в воде (гидрофобная) часть. Непо­
лярная часть молекул обращена в углеводородную фазу (битум),
полярная — в воду и образует, ионизируясь, электрические заря­
ды на поверхности частиц. Адсорбируясь на поверхности раздела
жидкостей, эмульгатор понижает поверхностное натяжение и тем
самым облегчает процесс эмульгирования.
Существуют три наиболее общеизвестных классификационных
группы эмульгаторов битума: катионные, анионные и нейтральные
(незаряженные), последние применяются значительно реже.
При введении в воду ионных эмульгаторов они ионизируются
и концентрируются на поверхности битумных капель, которые
со всех сторон окружены водной фазой. Пленка, которая образу­
ется в результате объединения на поверхности битумной частицы
гидрофобных частей молекул эмульгатора, придает битумным ка­
плям электрический заряд. Знак этого заряда определяется заря­
дом гидрофобной или углеродистой части молекулы эмульгатора.
Если отрицательно заряженные ионы (анионы) эмульгатора об­
ладают гидрофобностью, то битумные капли будут нести отрица­
тельный заряд, а эмульсия относиться к типу анионных.
Если гидрофобностью обладают катионы или положительно
заряженные ионы эмульгатора, то битумные частицы будут не­
сти положительный заряд, а эмульсия будет катионной. В целом
и анионная и катионная эмульсии электирически нейтральны.
Для того чтобы происходила ионизация эмульгатора, дисперси­
онная среда должна иметь определенный уровень рН, т.е. являть­
ся кислой или щелочной. Поэтому при приготовлении анион­
ных эмульсий в воду добавляют щелочь, а катионных — кислоту
(в основном — соляную).
Знак и величина заряда, который приобретают битумные ча­
стицы в эмульсии, играют большое значение при ее контакте
с различными типами оснований (основных — таких как извест­
няк или кислых — гранит, кварц). Битумная эмульсия покрыва­
ет основание в связи с ионным притяжением полярных зарядов
между заряженными частицами битумными и противоположно
заряженными частицами основания. В этом случае распад эмуль­
сий не зависит от испарения воды.
В качестве эмульгаторов используются различные поверхност­
но-активные вещества в количестве от 1,5 до 3,5% в сочетании
с едким натром (или соляной кислотой для катионных эмуль­
сий) — от 0 до 0,5 %. Оптимальное содержание битума в эмульсии
от 50 до 65 %, средний размер частиц 1... 2 мкм, условная вязкость
2... 10 с. Битумная эмульсия наносится в несколько слоев, общая
толщина пленки до 2 мм. Для улучшения свойств эмульсий добав­
ляют 10...20% латекса типа СКС или других модификаторов.
Технология приготовления битумных эмульсий (рис. 11.1) за­
ключается в диспергировании подогретого битума в воде, со­
держащей эмульгатор. Диспергирование производится в высо­
коскоростном гомогенизаторе (с вращающимся со скоростью
3 000 об/мин ротором) или лопастном смесителе (скорость вра-
Рис. 11.1. Схема получения битумных эмульсий
щения 120 об/мин). Качество приготовления в лопастном смеси­
теле значительно хуже, так как эмульсия отличается более грубой
дисперсностью и невысокой однородностью, поэтому применяют
дополнительную обработку ультразвуком или направляют ее до­
полнительно в скоростные смесители.
Полученная эмульсия используется при температуре не ниже
5 °С в самостоятельном виде или в качестве полуфабриката для
получения холодных битумных мастик.
Полимерные составы. Наиболее известны водоотталкиваю­
щие пропитки на основе кремнийорганических жидкостей. Они
бесцветны, в основном водорастворимы, могут проникать на глу­
бину 5... 40 см, поэтому применяются для гидроизоляции памят­
ников архитектуры, стен жилых и общественных зданий. Это
полиорганосиликонаты щелочных металлов (ГКЖ-10, ГКЖ-11,
Аквастоп, Софэксил), полиорганогидросилоксановые эмульсии
(ГКЖ-94). Силиконовые составы в виде 0,5 ...5% растворов или
эмульсий предназначены для защиты от капиллярной поднима­
ющейся влаги, предусматривают насыщение конструкции рас­
твором при естественном давлении и используются для сужения
и гидрофобизации капилляров в материале. Не ухудшают паро­
проницаемость основания.
Новое поколение силиконовых гидрофобизаторов, получен­
ных по оригинальной методике синтеза, эффективнее традици-
• онных более чем в 2 раза («Пентастрой» П-820, П-822 и др.). Они
позволяют снизить капиллярный подсос в 10 раз по сравнению
с необработанными поверхностями.
В качестве полимерных пропиточных составов применяются
также синтетические латексы, мономеры стирол и метилметакрилат, фенолоспирты, полиуретаны, эпоксидные смолы.
Способы пропитки. Наиболее простым и распространен­
ным способом является пропитка строительных изделий спосо­
бом о т к р ы т ы х в а н н . Пропитка предусматривает насыщение
конструкции составом при естественном давлении погружением
в открытую ванну с раствором, поливом или нанесением состава
кистью. Процесс пропитки происходит путем миграции пропи­
тывающей жидкости и ее вязкого течения по порам за счет ка­
пиллярных сил. Скорость пропитки мала, зависит от вязкости
пропитывающей жидкости, время пропитки может составлять
от 2...8 ч до 2 сут (для вязких составов). При применении спо­
соба глубокой пропитки ее продолжительность может достигать
40 сут.
Хор оший э ф ф е к т дает п р о п и т к а с в н у т р е н н и м
в а к у у м и р о в а н и е м . Сущность этого способа заключается
в принудительном создании вакуума в порах материала, за счет
чего облегчается движение жидкости по капиллярам и порам, что
приводит к увеличению скорости пропитки в 3 —4 раза.
Аналогичный эффект может быть получен при повыше­
нии температуры пропитки или применении способа г о р я ­
ч е х о л о д н ы х в а н н , когда при скачках температуры внутри
пор материала образуется вакуум, что увеличивает напор на про­
питывающую жидкость и уменьшает противодавление паров и га­
зов внутри пор.
11.2. Проникающая (кодьматирующая)
изоляция
Создавая плотную защитную пленку, органические составы
работают отдельно от материала защищаемой конструкции в силу
несовместимости деформационно-прочностных свойств, что мо­
жет привести в процессе эксплуатации к их отслоению. К тому же
при их нанесении необходима сушка поверхности. Минеральные
материалы проникающего действия лишены этих недостатков.
Материалы проникающего действия (проникающая изоляция)
представляют собой сухие смеси на основе специальных цементов,
обогащенного фракционированного кварцевого песка и активных
химических добавок. Принцип действия заключается в проник­
новении под воздействием осмотического давления химических
веществ в капиллярно-пористую структуру бетона, где, взаимо­
действуя с составляющими цементного камня, образуют нераство­
римые нитевидные кристаллы, заполняющие (кольматирующие)
микротрещины, поры бетона размером до 0,4 мм. Заполняя поры,
кристаллы уплотняют структуру бетона, тем самым перекрывая
доступ воде, но не воздуху. Глубина проникновения до 100 мм.
При отсутствии воды рост кристаллов прекращается, при появ­
лении воды кристаллы начинают расти вновь. Время схватывания
в зависимости от вида и назначения состава от 15... 20 с до 4... 6 ч,
толщина покрытия 2...4 мм. Обычно материалы поставляются
в герметичной пластиковой таре. При применении необходимо
развести сухую смесь водой и тщательно перемешать.
Применение материалов проникающего действия позволяет:
• повысить класс водонепроницаемости бетона;
• обеспечить гидроизоляцию на весь срок службы бетонного
сооружения;
/
• обрабатывать как внутренние, так и наружные стороны кон­
струкции независимо от направления давления воды;
• применять материалы на влажной поверхности или поверх­
ности свежеуложенного бетона;
• не использовать сложную и длительную подготовку поверх­
ности;
• обработанному бетону сохранить паропроницаемость;
• обработанному бетону приобрести коррозионную стой­
кость;
• повышать морозостойкость бетона.
Область применения материалов проникающего действия: за­
щита резервуаров, бассейнов, фундаментов, подвальных помеще­
ний, плотин, шахт, хранилищ нефтепродуктов, канализационных
коллекторов, дымовых труб, мостовых сооружений, туннелей,
причалов, гидротехнических сооружений, градирен и т.д.
Примером материалов проникающего действия могут быть со­
ставы «Акватрон», «Стромикс», Репе1гоп, Ка1та1гоп и др.
11.3. Инъекционная гидроизоляция
Инъекционная гидроизоляция выполняется путем нагнета­
ния вяжущего в швы и трещины строительной конструкции или
примыкающий к ней грунт под воздействием давления. Прину­
дительное нагнетание гидроизоляционного материала в полости
и дефекты конструкций требует сложного оборудования и поэто­
му дороже пропитки. Инъецирование применяется главным об­
разом при ремонте, авариях, устранении протечек. Этот метод
эффективно используется при работе в подвалах, тоннелях, мо-
. стах, оассеинах, резервуарах, откосах, канализации, водосточных
системах, стенах в фунте, дамбах, плотинах, фундаментах и в дру­
гих сооружениях.
Метод инъецирования является наиболее эффективным и бы­
стрым по сравнению с традиционными способами ремонта.
Во время инъецирования здания и конструкции могут эксплуа­
тироваться в нормальном рабочем режиме.
В качестве инъекционных материалов применяются битумные
расплавы и эмульсии; эпоксидные, полиуретановые, фенолформальдегидные и другие смолы, акрилатные олигомеры; мине­
ральные композиции (на основе цементов или жидкого стекла).
Инъекционные композиции могут иметь повышенную вязкость
(до 40 с), что позволяет использовать, например, битумно-резиновые составы.
Инъецирование непосредственно на объектах осуществляется
путем бурения скважин, шурфов и нагнетания составов насоса­
ми. С помощью полимерных композиций можно формировать
как горизонтальные, так и вертикальные барьеры в конструкциях
различной степени влажности. Инъецируемый раствор при на­
гнетании двигается от одной полости к другой; в местах пустот
и повреждений полимеризация происходит быстрее.
Инъецирование в заводских условиях выполняется в авто­
клавах под давлением 0,8...'1,4 МПа в течение нескольких часов.
Обычно нагретые изделия помещают в автоклав, вакуумируют
в течение 1 ...2 ч, после чего подают пропиточный состав и по­
вышают давление и температуру до требуемых величин. Ско­
рость пропитки в автоклавах в 3—10 раз быстрее, чем в открытых
ваннах. Вязкость применяемых составов обычно выше, чем при
пропитке без давления. Инъецирование позволяет максимально
полно осуществить пропитку на всю толщину конструкций.
11.4. Пленкообразующие составы
Пленкообразующими называются материалы, которые после
нанесения на поверхность образуют тонкий слой в виде прочной
водонепроницаемой пленки. Образование пленки происходит
физическим путем за счет испарения растворителя (полимер­
ные составы) или химическим — за счет процессов окисления
и полимеризации (составы на основе масел и битумов). Гидро­
изоляционные пленки предохраняют защищаемую поверхность
от проникновения влаги внутрь материала, не дают развиваться
атмосферной коррозии, декорируют. Нанесение пленкообразую­
щих материалов производится пистолетами-распылителями, кра­
скопультами или другими механическими способами.
В качестве пленкообразующих составов используются лаки,
эмали с обязательным предварительным нанесением грунтовоч­
ного слоя.
Битумные лаки. Представляют собой разжиженные битумы,
улучшенные полимерными добавками. Все они недостаточно
водо- и атмосферостойки, поэтому применяются только для вре­
менных, периодически возобновляемых покрытий или для грунто­
вок. Иногда качество лака повышают введением пластификатора
и сиккатива. Битумные лаки и краски на растворителях дороже
разжиженного битума.
Примером традиционного защитного состава может служить
«Кузбасслак» (состав на основе каменноугольного пека) и краски
на его основе, чаще всего с добавлением алюминиевого порошка
для придания стойкости под действием УФИ.
Битумно-полимерные сплавы. Битумно-полимерные сплавы,
или пластифицированные битумы, представляют собой сплавы
нефтяных битумов с полимерными добавками. Они обладают не­
сколько лучшей эластичностью на морозе, теплостойкостью и ме­
ханической прочностью. Наилучшими свойствами обладают сплавы
битумов с бугилкаучуком, этиленпропиленовыми каучуками и дивинилстирольным термоэластопластом, обладающие неплохой водо­
стойкостью и большей, чем исходный битум, адгезией к бетону.
Полимерные лаки и краски. Этинолевые лаки и краски
(ЭК) приготавливаются на основе высокополимерных ацетиле­
новых производных в хлорбензоле и ксилоле. Для повышения
атмосферостойкости вводятся стабилизаторы и пластификаторы,
в качестве пигментов используются алюминиевая пудра, цинковая
пыль, железный сурик.
Перхлорвиниловые краски (ХВ) на основе перхлорвиниловых
смол ПСХ-Н и ПСХ-С и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида применяются для окрасочной гидроизоляции под­
водных и подземных металлических и железобетонных изделий.
Наиболее распространены в гидротехнической практике покрытия
из грунта ХС-010, лака ХС-76, краски ПХВ-26. В ответственных
случаях покрытия необходимо армировать и делать многослой­
ными (до 16 слоев).
Поливинилацетатные краски (ПВА) на основе эмульсии
(ПВАЭ) в сочетании с различными добавками рекомендуются
для защиты надземных конструкций. Дешевизна, простота и без­
опасность применения привлекают к этим краскам внимание
потребителей, но низкая водостойкость, малая твердость и кис­
лая реакция (рН 4...6), снижающая адгезию покрытия к бетону,
ограничивают применение.
Эпоксидные композиции (ЭП), применяемые для гидроизоля­
ционных покрытий, состоят из основнбй смолы (чаще диановой,
. реже алифатической), отвердителя кислотного типа, растворите­
ля, пластификаторов или модификаторов (ДБФ и ДОФ, полиэ­
фиров, каучуков), пигментов и кислых наполнителей. Не следует
применять порошки из оснбвных минералов, так как отвердители
имеют кислую реакцию.
Полиэфирные составы (ПЭ) получают на основе смол обще­
го назначения ПН-1 ...4. Полиэфирные композиции (так же как
эпоксидные) — это многокомпонентные отверждаемые составы.
Их можно использовать в условиях периодического увлажнения,
они обладают пониженной горючестью, эластичны.
Фенолформальдегидные смолы (ФФ) используются в составе
бакелитового лака и эмали, отличаются тепло-, кислото- и нефтестойкостыо.
Кремнийорганические краски (КО) на основе силиконов, силоксанов и полисилоксанов имеют целый ряд несомненных до­
стоинств: высокую теплостойкость ( Тпрки = -60...+300°С и даже
до 500 °С), атмосферо- и водостойкость.
Образуя на поверхности основания водонепроницаемую плен­
ку, пленкообразующие составы могут привести к повышению
диффузионного сопротивления испаряющейся из конструкции
влаги. Вследствие закупорки пор, обеспечивающих паропрони­
цаемость, влага может накапливаться под пленкой, отрывая ее, что
может вызывать облупливание, образование мельчайших трещин,
изменение цвета пленки. Долговечность таких защитных систем
весьма ограничена (5—10 лет).
Разработаны и применяются составы, совместимые с матери­
алом обрабатываемой поверхности, эффективно защищающие
их даже при увлажнении во время дождя, в то же время активно
«дышащие» — паропроницаемые. Долговечность этих материа­
лов составляет в среднем 15 —20 лет при условии соблюдения
технологии.
К таким покрытиям относятся современные водоэмульсион­
ные акриловые краски (АК), которые обладают повышенной
вязкостью, щелочной реакцией (рН 8...8,5), водостойкостью,
стойкостью к агрессивным средам. В настоящее время в защите
от увлажнения им отдается предпочтение.
Для обеспечения сцепления пленкообразующих компози­
ций с основанием, уменьшения его отсасывающей способности
и улучшения смачиваемости применяется предварительное нане­
сение специальных грунтовочных составов (грунтов). Обычно
грунтовочные составы разрабатывают в комплексе с основной
краской, в этом случае все слои пленкообразующего состава ра­
ботают по единому механизму.
Грунтовочный состав обладает меньшей вязкостью, легко про­
никает в поры материала. Так, для улучшения сцепления с осно-
ванием битумных составов используется так называемый праймер
(30 % битума и 70 % бензина или другого летучего растворителя).
Для холодных грунтовок применяют главным образом нелетучие
растворители.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды жидких гидроизоляционных материалов вы знаете?
2. Укажите назначение и области применения жидких гидроизоляци­
онных материалов.
3. Какие сырьевые материалы используют для получения жидких ги­
дроизоляционных материалов?
4. В чем заключаются принципы получения жидких гидроизоляционных
материалов? Какое основное оборудование используется?
5. Укажите технологические приемы выполнения покрытий на основе
жидких гидроизоляционных материалов различного типа.
Глава 12
Щ
ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАСТИЧНО-ВЯЗКИХ
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Эффективная гидроизоляция может осуществляться путем на­
несения пластично-вязких материалов, которые отличаются пла­
стичной консистенцией, многокомпонентным составом и высо­
кой эластичностью.
12.1. Обмазочные составы
К обмазочным гидроизоляционным материалам относятся па­
сты и мастики. Обмазочную изоляцию наносят в несколько слоев
розливом или набрызгом на вертикальные поверхности. Толщина
такой изоляции обычно составляет от 2 до 5 мм, может наносить­
ся в несколько слоев.
Пасты. Это густая сметанообразная масса, получаемая путем
диспергирования битума в воде в присутствии твердого неорга­
нического эмульгатора: извести (гашеной и негашеной), высоко­
пластичной глины, трепела и др. Твердые эмульгаторы используют
в виде тонких порошков с частицами, размер которых такой же,
как у коллоидов. Наиболее водостойки пасты с известковым
эмульгатором.
Пасты отличаются от обычных эмульсий сметанообразной
консистенцией, более грубой дисперсностью и более высокой
стабильностью. Гидроизоляция пастами проста, надежна, не­
дефицитна. Битумные пасты используются для приготовления
холодных асфальтовых мастик, грунтовки бетонных поверхно­
стей и грунтов и других целей. В состав битумных паст входят:
битум — 45 ...55% , вода — 25 ...45% , эмульгатор — Ю...35%.
Обычно пасты приготавливают на основе битумов БНД 40/60,
БНД 60/90.
Технологический процесс приготовления паст включает в себя
следующие этапы:
• разогрев битума до 150... 180 °С;
• замачивание твердого эмульгатора;
• подогрев суспензии эмульгатора до 75... 85 “С;
•
смешение расплавленного битума с суспензией путем введе­
ния струи расплавленного битума в суспензию эмульгатора при
непрерывном перемешивании в лопастном смесителе.
Могут быть использованы вихревые смесители, гомогени­
заторы и другие устройства. Схема получения паст приведена
на рис. 12.1.
М астики. Это пластичные материалы, получаемые смеше­
нием органических вяжущих с минеральными наполнителями
и добавками (пластифицирующими, упрочняющими, стабили­
зирующими, разбавляющими и др.). Применяемые в настоящее
время мастики весьма разнообразны и должны соответствовать
требованиям стандартов и техническим условиям на конкретную
продукцию.
Главное преимущество мастичных материалов состоит в том,
что они обладают высокой эластичностью: их относительное
удлинение достигает 700%. Технологичность нанесения мастик
механизированным или ручным способом позволяет просто и на­
дежно выполнять кровлю и изоляцию на поверхностях практиче­
ски любых форм и уклонов. Особенно заметно это преимущество
при устройстве кровли с многочисленными узлами примыканий
и деталями. В этих местах рулонные материалы, особенно на­
плавляемые, нужно выкраивать по сложным формам, что замет­
но увеличивает трудоемкость работ и снижает качество кровли.
Мастики эффективны при ремонте практически всех изоляци­
онных покрытий и, прежде всего, всех видов кровель: мастич-
Рис. 12.1. Схема получения битумных паст
226
ных, рулонных, металлических, асбестоцементных, бетонных
и др. При этом ремонт производится, как правило, без удаления
старой кровли, из одного вида материала, за один рабочий цикл,
с применением простой технологической оснастки. Простота от­
дельных операций позволяет использовать работников невысо­
кой квалификации.
Мастики классифицируют по следующим основным призна­
кам:
• назначение: кровельные (для устройства и ремонта всех видов
кровель), приклеивающие (для приклеивания рулонных кровель­
ных и гидроизоляционных материалов и устройства защитных
слоев кровель), гидроизоляционные (для устройства мастичных
слоев гидроизоляции), пароизоляционные (для устройства ма­
стичных слоев пароизоляции);
• вид основных исходных компонентов: битумные, битумно­
эмульсионные, битумно-резиновые, битумно-полимерные, по­
лимерные;
• вид разбавителя: содержащие воду или органические раство­
рители, а также жидкие органические вещества (машинное, со­
ляровое и другие масла);
• характер отверждения: отверждающиеся (в том числе вулка­
низирующиеся) и неотверждающиеся. Отверждающиеся мастики
могут быть одно- и многокомпонентными;
• способ применения: горячие (с предварительным подогре­
вом перед применением) и холодные (не требующие подогрева,
содержащие растворитель и эмульсионные).
К мастикам предъявляют следующие технические требования
(ГОСТ 30693).
1. Мастики выпускаются в готовом к употреблению виде (для
однокомпонентных мастик) либо в виде составных частей (для
многокомпонентных мастик).
2. По внешнему виду мастики должны быть однородными (без
видимых посторонних включений).
3. Физико-механические показатели мастик (в зависимости
от вида):
условная прочность от 0,2 до 0,6 МПа;
относительное удлинение на разрыв не менее 100... 150%;
прочность сцепления с основанием не менее 0,1 ...0,2 МПа;
прочность сцепления между слоями не менее 0,1 МПа;
водопоглощение в течение 24 ч, % по массе, не более 2%.
4. Мастики должны выдерживать испытания на гибкость
в условиях, приведенных в табл. 12.1.
5. Теплостойкость и температура размягчения мастик установ­
лены в зависимости от области их применения на конкретный
вид мастики.
Условия испытания мастик
Вид мастики
На брусе с закруглением
радиусом, мм
При температуре,
*С, не выше
Битумно-эмульсионная
5 ± 0,2
-15
Битумно-резиновая
5 ± 0 ,2
-15
Битумно-полимерная
5 ± 0 ,2
-15
Полимерная
5 ± 0 ,2
-30
6.
Кровельные мастики должны быть водонепроницаемыми
при испытании в течение не менее 72 ч при давлении не менее
0,001 МПа.
Гидроизоляционные мастики должны быть водонепроницае­
мыми при испытании в течение не менее 10 мин при давлении
не менее 0,03 МПа, если иные условия испытания не установлены
в нормативном документе на конкретный вид мастики.
Наполнители. Чтобы снизить расход дорогих вяжущих ма­
териалов и повысить теплостойкость и механические свойства,
в мастики вводят наполнители — порошкообразные и волокни­
стые материалы с крупностью зерен менее 150 мкм и удельной
поверхностью 2 500... 3 000 см2/г.
К п ы л е в и д н ы м наполнителям относятся порошки из­
вестняка, каолина, кирпичного боя, мела, шлака, гипса, цемента,
извести-пушонки и др.; к в о л о к н и с т ы м — коротковолокни­
стая шлаковая вата, сечка стекловолокно, асбест 6-го или 7-го
сорта; к о м б и н и р о в а н н ы е наполнители представляют со­
бой смесь волокнистых и пылевидных материалов в соотношении
1:1,5... 1:1,3. Обычно в мастике должно быть не менее 25 % пы­
левидного наполнителя, 10 % волокнистого или 20 % комбиниро­
ванного. Все наполнители для мастик не должны содержать влагу,
поэтому перед употреблением наполнитель необходимо высушить,
а хранить в условиях, исключающих увлажнение.
Виды кровельных и гидроизоляционных мастик. Мастика
битумная кровельная горячая (ГОСТ 2889) представляет собой
однородную массу, состоящую из битумного вяжущего, наполните­
ля, антисептиков и других добавок. Для приготовления применяют
нефтяные кровельные, а также нефтяные дорожные битумы и их
сплавы. Выпускаются мастики следующих марок: МБК-Г-55, МБКГ-65, МБК-Г-75, МБК-Г-85 и МБК-Г-100 (цифра означает темпе­
ратуру размягчения мастики). Такие мастики содержат 25 ...30%
минерального порошка и 15...25 % волокнистого асбеста. Горячие
битумные мастики характеризуются высокой водостойкостью, хи­
мической стойкостью, гибкостью при температуре +18 °С на стерж­
нях диаметром 10...40 мм (в зависимости от марки), незначительной
долговечностью. Область применения зависит от района строитель­
ства и уклона кровли. Мастики наносят в горячем виде.
Холодные битумные мастики получают путем смешения би­
тумных эмульсионных паст с минеральными наполнителями без
нагрева компонентов. Они представляют собой водные диспер­
сионные системы битума и наполнителя, переходящие из водного
жидкотекучего состояния после испарения воды в обезвоженное
пластичное (мастика «Хамаст»). Другая разновидность холодных
мастик представляет собой смесь раствора битума в органическом
растворителе (керосин, солярка и др.) с наполнителем и антисеп­
тиком (мастики МБК-Х, МБС-Х).
В целях повышения качества мастик вводят резиновую крошку.
Мастика битумно-резиновая (ГОСТ 15836) — многокомпонент­
ная однородная масса, состоящая из нефтяного битума (или смеси
битумов), наполнителя и пластификатора. В качестве наполнителя
применяют резиновую крошку (от 6 до 12 %) и минеральный поро­
шок; пластификатором служит зеленое масло. Битумно-резиновые
мастики рекомендуется применять при следующих температурах
окружающей среды, °С: МБР-65 — +5...-30, МБР-75 — +15...-15,
МБР-90 — +35...-10, МБР-100 — +40...-5.
Принципиальная технологическая схема получения мастик со­
стоит из подготовки битума или битумно-резинового вяжущего
и наполнителя путем их нагрева до необходимой температуры,
дозирования компонентов и перемешивания в обогреваемых
смесителях (рис. 12.2). При получении горячих битумных мастик
не добавляют резину и пластификатор, битумно-резиновые вя­
жущие для обеспечения однородности подвергают длительному
смешению и гомогенизации в обогреваемых смесителях. Напол­
нитель вводят в расплавленный и частично обезвоженный битум
в просушенном и разрыхленном виде при непрерывном переме­
шивании. Пластификатор добавляют перед окончанием варки.
Технология получения битумно-каучуковых и каучуковых ма­
стик, содержащих бутилкаучук или хлорсульфополиэтилен (масти­
ки «Вента», «Кровлелит», «Паликров-М», «Битурэл», «Гекопрен»
и др.), имеет ряд особенностей, заключающихся в весьма сложном
процессе совмещения и гомогенизации компонентов смеси.
Технологическая схема производства мастики: каучук обраба­
тывается на вальцах в течение 40... 50 мин при постоянном нагре­
ве (Т= 60...70°С), после чего развальцеванная каучуковая смесь
предварительно перемешивается в лопастном смесителе с раство­
рителем (рис. 12.3). После этого производится постепенная пода-
Рис. 12.2. Схема получения битумных и битумно-резиновых мастик
Рис. 12.3. Схема получения каучуковых и битумно-каучуковых мастик
230
Рис. 12.4. Схема получения битумно-эмульсионных мастик
ча остальных компонентов согласно рецептуре. Если мастика со­
держит битум, то получение битумного связующего производится
по отдельной нитке обычным способом. Готовый раствор каучука
и битумное связующее после небольшой выдержки загружаются
в резиносмеситель, где в течение 1,0... 1,5 ч продолжается процесс
гомогенизации. Готовая пастообразная смесь «А» выгружается
в плотную герметичную тару.
Если мастика вулканизирующаяся, то вулканизирующий агент
дополнительно готовится по отдельной технологической нитке
в виде состава «В» и поставляется в отдельных емкостях. Для при­
готовления рабочего состава оба компонента смешивают в уста­
новленном соотношении непосредственно на объекте [23].
Гидроизоляционные битумно-эмульсионные мастики типа
БЛК, БЛЭМ, ЭГИК и другие не содержат токсичных и огне­
опасных растворителей. Такие мастики допускается наносить
на влажное основание. Мастики готовят смешивая битумную
и предварительно стабилизированную латексную или силиконо­
вую эмульсии (рис. 12.4).
12.2. Мастичные герметики
Для обеспечения непроницаемости между сборными элемен­
тами зданий и сооружений при воздействии на них влаги, газов.
теплоты, звука, агрессивных сред и других факторов применяют
строительные герметики, которые должны удовлетворять ком­
плексу требований, определяемых в зависимости от назначе­
ния здания или сооружения, его конструктивной схемы, а также
от климатических и атмосферных воздействий [12].
Весьма уязвимыми в здании являются участки стыкований
наружных стеновых панелей и места примыкания к этим пане­
лям оконных и балконных блоков, кровельных элементов и др.
Через недостаточно загерметизированные швы между панелями
могут проникать внутрь здания атмосферные осадки и водяные
пары, вызывающие ряд нежелательных или недопустимых по­
следствий. Попадание даже незначительного количества воды
приводит к увлажнению теплоизоляции в зоне стыков или в са­
мой панели, что, как следствие, снижает теплоизоляционные
показатели этих участков. Особенно уязвимыми оказываются
углы зданий, где чаще, чем в других местах, в зимнее время
года на внутренних поверхностях стен может образовываться
конденсат.
При знакопеременных внешних температурах атмосферная
влага, попавшая через стыки наружных стеновых панелей, при­
водит к попеременному замораживанию и оттаиванию участков
стен, расшатыванию и разрушению структуры бетонного тела
панелей. При интенсивных летних ливнях или осенних дождях,
сопровождающихся ветрами, попадание воды внутрь здания за­
метно увеличивается. При сильном ветре плохо уплотненные швы
панелей продуваются, что нарушает нормальный температурный
режим ограждающих конструкций и помещений.
Весьма опасным последствием попадания влаги в стыки па­
нелей является увлажнение стальных закладных деталей, при­
водящее к их коррозии. Это может снизить общую статическую
надежность и долговечность всего сооружения.
Кроме того, в зависимости от изменения температуры наруж­
ного воздуха размеры стыков между сборными элементами зда­
ний все время меняются. Усилия, возникающие в панелях зданий,
настолько велики, что даже цементные растворы высоких марок
не выдерживают напряжений и дают трещины, нарушая герме­
тичность стыков. Поэтому, для того чтобы стык был герметичен
независимо от атмосферных явлений, необходимо для его уплот­
нения использовать эластичные строительные герметики. Одна­
ко при выборе герметика нельзя ограничиваться только требова­
ниями сохранения материалом эластичности при положительной
и отрицательной температуре. Герметики должны быть влаго-,
паро-, газонепроницаемыми, тепло- и морозостойкими, способ­
ными противостоять окислению и старению, не изменяя своих
свойств в течение всего срока службы зданий, а также удобными
в применении. Они должны изготавливаться из доступного сырья
и иметь невысокую стоимость.
Характер работы герметика в стыке различен в зависимости
от расположения стыка и конструктивной схемы здания. В домах
с продольными несущими стенами горизонтальные стыки почти
не подвергаются периодическим температурным деформациям,
а только осадочным, которые в большинстве случаев довольно
равномерны по всему периметру здания. Вертикальные стыки
кроме осадочной деформации, которая может иметь характер
сдвига, на протяжении всего срока службы здания подвергаются
температурным деформациям. Величина этих деформаций в за­
висимости от размеров панелей и изменений температуры может
колебаться от 1 до 3 мм.
При герметизации горизонтальных стыков их достаточно
уплотнить во время монтажа, так как после окончания строитель­
ства они будут работать только на сжатие. Поэтому уплотнитель
должен обладать хорошими эластичными свойствами, чтобы обе­
спечить во время монтажа панелей заполнение всех неровностей
стыка и погрешностей при изготовлении панелей. Сохранение
эластичных свойств для герметизации таких швов в дальнейшем
не имеет решающего значения.
При герметизации вертикальных стыков, которые подвержены
непрерывным температурным деформациям, уплотнитель дол­
жен сохранять эластичность на протяжении всего срока службы
здания.
В домах с поперечными несущими стенами характер работы
герметика в вертикальных стыках остается неизменным, но в го­
ризонтальных стыках при определенных условиях герметик может
работать и на растяжение. Следовательно, необходимо выбирать
материалы с различными свойствами в зависимости от характера
работы герметика в стыке.
Ассортимент современных строительных герметиков доста­
точно разнообразен. При этом марки герметиков различаются
не только по основным эксплуатационным свойствам, что свя­
зано, главным образом, с химической природой исходного по­
лимера, но и по внешнему виду, а также по технологическим
показателям — вязкости, текучести, жизнеспособности. В зави­
симости от физико-химических процессов, происходящих после
применения, различают герметики отверждающегося (вулканизи­
рующегося), нетвердеющего и высыхающего типов.
Вулканизирующиеся герметики. Строительные герметики
отверждающегося (вулканизирующегося) типа после введения
их в пастообразном или жидком состоянии в места, подлежащие
герметизации, подвергаются необратимым физико-химическим
изменениям, т. е. вулканизируются, переходят из вязкого в рези­
ноподобное состояние практически без усадки. Это происходит
под воздействием теплоты, влаги и других факторов или специ­
альных веществ: вулканизирующих или отверждающих агентов,
вводимых в герметик перед его применением.
Основными компонентами вулканизирующихся герметиков
обычно являются жидкий низкомолекулярный каучук с ингреди­
ентами и вулканизирующий агент. Иногда в этот герметик вво­
дят смолы для улучшения адгезионных свойств. Свойства герме­
тиков и температурный диапазон их эксплуатации обусловлены
в основном свойствами каучука, поэтому герметики часто называ­
ют по типу каучука: тиоколовые, силоксановые, фторкаучуковые,
фторсилоксановые и др. Прочность при растяжении составляет
Яр = 0,8 ...2,4 МПа.
л
?
Герметики на основе жидких т и о к о л о в ы х каучуков обыч­
но выпускаются двухкомпонентными: в виде герметизирующей
и отверждающей паст, которые смешиваются непосредственно
перед употреблением. Герметизирующие пасты представляют со­
бой смеси жидкого тиокола. Отверждающие пасты содержат вул­
канизирующие агенты. Специальные вулканизирующие агенты
позволяют получать на основе полисульфидных олигомеров белые
и цветные герметики с высокой термо- и маслобензостойкостью
и широким интервалом деформационно-прочностных свойств без
использования дорогостоящих пигментов.
Для заделки швов между панелями сборных конструкций зда­
ний изготавливают с и л и к о н о в ы е герметики в виде двух­
компонентных и однокомпонентных масс. Однако в основном
силиконовые герметики применяют как однокомпонентные со­
ставы, которые сшиваются при воздействии атмосферной влаги.
В закрытых емкостях и при отсутствии доступа воздуха мастики
могут храниться около года. В зависимости от характера образо­
вания полимерной сетки различают три группы систем: вступа­
ющие в щелочную реакцию аминосистемы, вступающие в окис­
лительную реакцию ацетатные системы и системы, вступающие
в реакцию нейтрализации, например бензамид.
Силиконовые аминосистемы сшиваются в полимерную сетку
при температуре +20 °С и относительной влажности обычно в те­
чение 8 сут. Это мягкие мастики, содержащие почти 100 % эла­
стичного материала. Их используют для заделки швов с дефор­
мацией до 25 %. Можно также наносить их на металлы. Обладают
достаточно высокой химической стойкостью. Их изготавливают
в виде прозрачных или цветных масс.
Силиконовые мастики для заделки швов производятся
на основе веществ, вступающих в реакцию нейтрализации. Они
характеризуются особо высокой эластичностью, но вместе с тем
и большой продолжительностью полимеризации. Эти мастики
обладают достаточно высокими адгезионными свойствами прак­
тически ко всем материалам и отличаются химической стойко­
стью. Силиконовые заделочные мастики не поддаются окраске.
В результате вулканизации силиконового каучука в присутствии
катализатора и наполнителя получается эластичный полимер,
по физико-механическим свойствам приближающийся к некото­
рым специальным маркам резин. Процесс низкотемпературной
полимеризации герметика длится не более 3...4 ч.
П о л и у р е т а н о в ы е герметики обычно производят в виде
двухкомпонентных масс, содержащих изоцианаты и полиолеины,
которые после их смешивания вступают в реакцию друг с другом.
Их отверждение при температуре +20 °С длится около 6 ч, а при
+5 °С примерно 2... 3 сут. Жизнеспособность обеспечивается в те­
чение 1 ч. Известны также однокомпонентные мастики, отвержда­
ющиеся путем поглощения атмосферной влаги. Герметики содер­
жат различные добавки: наполнители, пластификаторы, пигменты
и др. Изменение объема полиуретанов не превышает 3 %.
К числу положительных свойств полиуретановых герметиков
относятся маслостойкость и износоустойчивость. Недостатка­
ми являются шелушение поверхности под воздействием ультра­
фиолетовых лучей и сильное ухудшение адгезионной прочности
вследствие воздействия воздуха и влаги. Мастики из полиуретанов
применяются для заделки деформационных и стыковых швов.
В России выпускаются вулканизирующиеся (отверждающие­
ся) герметики следующих марок: У-30М, У-ЗОМЭС-5, УТ-31,
УТ-32, УТ-34, У -1-18, У-2-28, У-4-2, У-ЗОМЭС-Ю, 51-УТ-48,
АМ-0,5, ЛТ-1, СГ-1, ТМ-0,5, Тиксопрол, Тиксур, Аэропласт,
Рис. 12.5. Схема получения отверждающихся мастичных герметиков
235
Электросил-1106, УТО-42, КО, КЛ-4, КЛФ-20, ВГФ-1, ВГФ-2, 51Г-15, 51-Г-16 и др. Схема получения отверждающихся мастичных
герметиков приведена на рис. 12.5.
Высокие требования к надежности и долговечности гермети­
зируемых стыков между сборными элементами зданий и сооруже­
ний обеспечиваются правильным выбором марки строительного
герметика и технологией его применения.
Нетвердеющие герметики. Нетвердеющие герметики (жидко­
сти, мастики, пасты, замазки) остаются мягкими и пластичными
на протяжении всего периода эксплуатации здания и отличаются
удобством применения (методом шприцевания) и возможностью
герметизировать стыки любых конфигураций. Шприцевание гер­
метика в стыки сборных элементов зданий осуществляется меха­
ническим путем или с помощью сжатого воздуха.
В основном нетвердеющие герметики представляют собой
высоконаполненные (до 50... 75 %) резиновые смеси на основе
полиизобутилена, бутилкаучука, этиленпропиленового каучука
и сочетания этих каучуков друг с другом, а также с полиэтиленом,
полипропиленом. Такие каучуки весьма стойки к воздействию
кислорода, различных окислителей и атмосферных факторов,
что и является одним из критериев, определяющих стабильность
герметиков на их основе.
Рецептуру герметиков нетвердеющего типа составляют три
основных компонента: полимерная основа, которая формирует
подвижную пространственную сетку и придает системе упруго­
эластические свойства, прочность, атмосферостойкость, стой­
кость к агрессивным средам, адгезию; пластификатор и мягчитель,
которые являются разбавителями каучука, снижают вязкость си­
стемы; наполнитель, которые придает необходимую консистен­
цию, тиксотропные свойства, влияет на стойкость к агрессивным
средам. Большое влияние на улучшение свойств нетвердеющих
герметиков оказывают специальные добавки.
Наиболее ценными свойствами обладают герметики на осно­
ве полиизобутилена, отличающиеся медленным старением в ат­
мосферных условиях и исключительной стойкостью к действию
химически агрессивных сред.
К отечественным герметикам нетвердеющего типа относятся
марки 51-Г-ЧМ — для защиты стальных закладных элементов
от коррозии; 51-Г-6 — для уплотнения стеклопакетов; 51-Г-7 —
для уплотнения отверстий и щелей на стыках металлических
участков каркасов; УН-01 — для уплотнения сварных швов, мест
стыка деталей и узлов, сохраняющие эксплуатационные свойства
в интервале температуры —50...—90°С. Мастики УМ-40, УМ-50,
УМ-60, УМС-50, Бутепрол-2М и другие применяются для уплот­
нения стыков наружных стеновых панелей и блоков, усадочных
Рис. 12.6. Схема получения нетвердеющих мастичных герметиков
и температурных швов в строительных конструкциях при темпе­
ратуре -50...+70°С. Прочность при растяжении герметиков этого
типа составляет от 0,007 до 0,08 МПа. Схема получения нетвер­
деющих мастичных герметиков приведена на рис. 12.6.
К классу строительных нетвердеющих герметиков относятся
также герметизирующие составы на основе битума. Так, масти­
ку «Изол Г-М» изготавливают на основе битума с добавлением
высокомолекулярного полиизобутилена, канифоли, кумаровой
смолы, коротковолокнистого асбеста и антисептика. Такую масти­
ку применяют как в горячем виде (80... 100 °С), так и в холодном
состоянии с добавкой разбавителя (бензина, лигроина, зеленого
масла и др.), вводя ее в стыки методом шприцевания с помощью
сжатого воздуха. Однако герметики на основе битума могут экс­
плуатироваться в небольшом диапазоне температуры.
Для надежной герметизации резьбовых соединений приме­
няется нетвердеюшая мастика, в которую в виде наполнителя
введены порошки графита и политетрафторэтилена. Поверхно­
сти резьбовых соединений перед нанесением мастики тщательно
очищаются от жидких и твердых загрязнений. Неотверждаемость
мастики допускает последующую регулировку резьбовых соеди­
нений и легкое развинчивание деталей.
Высыхающие мастичные герметики. Герметики полувысыхающего и высыхающего типов представляют собой, как правило,
растворы резиновых смесей определенного состава в органиче­
ских растворителях. После заполнения стыков сборных элементов
зданий и испарения растворителя они становятся эластичными,
резиноподобными. Различия этих типов герметиков — степень их
упрочнения после улетучивания растворителя и величина усадки.
Основным недостатком герметиков полувысыхающего и высы­
хающего типов является замедленность и обратимость процесса
высыхания, что обусловливает непостоянство их физико-механи­
ческих свойств и снижает качество герметизации.
Высыхающие строительные мастики и пасты могу быть так­
же приготовлены на основе к а у ч у к о в и с и н т е т и ч е с к и х
с мо л . Так, известны мастики на основе растворов каучуков в ле­
тучих растворителях. На основе п о л и в и н и л х л о р и д а могут
быть приготовлены пасты, получаемые при тщательном смеши­
вании смолы с избыточным количеством пластификаторов.
Герметики высыхающего типа на основе б у т и л о в о г о
к а у ч у к а и п о л и и з о б у т и л е н а применяются либо в чи­
стом виде, либо в смеси с пластификаторами, наполнителями,
пигментами и добавками, улучшающими адгезионные свойства;
иногда добавляются растворители. Эти герметики в основном
используются для заделки стыков панелей сборных зданий и со­
оружений.
Б у т и л к а у ч у к о в ы е мастики широко используются при
проведении наружных работ по герметизации стыков сборных
строительных конструкций, гидроизоляции бетонных и железо­
бетонных сооружений промышленного и хозяйственного назна­
чения, ремонта и устройства безрулонной кровли. К их достоин­
ствам следует отнести высокую эластичность отвержденных по­
крытий и хорошую адгезию к различным материалам при темпе­
ратуре -60...+120°С. Наиболее известные из них — «Бутислан»,
«Гермабутил», «Пигментобутил» — представляют собой растворы
бутилкаучука БК-1675С(Т) в бензине или уайт-спирите, содержа­
щие неактивные наполнители и модифицирующие добавки. Из-за
невысокой условной прочности при растяжении отвержденных
композиций на их основе (Яр < 0,2 МПа) их рекомендуют ис­
пользовать в комбинации с армирующими тканями, что повы­
шает стоимость ремонтных работ.
Для увеличения прочностных характеристик бутилкаучуковых
мастик разработан способ регулирования их качества, основан­
ный на использовании каучука БК-1675С(Т) растворной поли­
меризации при наличии в нем гель-фракции и с расширенным
молекулярно-массовым распределением.
А к р и л о в ы е д и с п е р с и о н н ы е герметики в виде ма­
стик представляют собой модифицированные эфиры акрило­
вой кислоты, содержащие различные добавки — наполнители,
пластификаторы, регуляторы вязкости, растворители и др. Они
применяются в виде однокомпонентных составов и имеют отно­
сительно высокую молекулярную массу. Их отверждение проис­
ходит, главным образом, путем высыхания. При этом выделяются
растворители, вода, мономеры. Усадка при высыхании может со-
Рис. 12.7. Схема получения высыхающих мастичных герметиков
ставлять 10...20%. Материалы устойчивы к старению, подвижки
воспринимаются ими лишь в определенных пределах. Имеют хо­
рошую адгезию к основе и без наличия грунтовки, по ним можно
производить окраску. Некоторые затруднения могут возникнуть
из-за действия дождевой воды в период, пока не образовалась по­
верхностная пленка, т.е. в течение 10 ч после нанесения мастики.
Дисперсионные герметики применяются преимущественно для
заделки швов или трещин, не испытывающих заметных деформа­
ций, а также стыковых швов в интерьере зданий и сооружений.
Высыхающие отечественные герметики марок 51-г-10, 51-г-12,
51-г-143, 51-г-17 и других применяются для уплотнения стыков
при температуре -70...+70°С. Схема изготовления высыхающих
герметиков приведена на рис. 12.7.
12.3. Обмазочно-уплотняемые материалы
К этой группе относятся материалы, применение которых
требует различных способов уплотнения: затирки, вибрации,
торкретирования. К обмазочно-уплотняемым материалам обыч­
но относят специальные гидроизоляционные бетоны, растворы
и некоторые мастики повышенной вязкости.
Известно, что обычные цементные бетоны и растворы бла­
годаря наличию остаточной пористости легко пропускают воду,
особенно под напором. Специальным подбором состава, приме­
нением уплотняющих добавок, обработкой поверхности можно
достичь некоторого эффекта, но для особых случаев — противофильтрационных систем, золоотвалов, селепроводов и других кон­
струкций, работающих в очень сложных условиях, — этих меро­
приятий недостаточно. Необходимо выполнять дополнительную
гидроизоляционную защиту. В подобных ситуациях можно ис­
пользовать специальные гидроизоляционные бетоны и растворы,
обладающие значительной водонепроницаемостью.
Асфальтовые бетоны и растворы. Представляют собой полидисперсные материалы, получаемые смешением нефтяного биту­
ма с минеральными тонкоизмельченными наполнителями и более
крупными скелетными заполнителями: песком — в асфальтовых
растворах; песком, щебнем или гравием — в асфальтобетонах. В за­
висимости от крупности щебня асфальтобетоны подразделяются
на песчаные (до 5 мм), мелкозернистые (до 15 мм), среднезернистые
(до 25 мм) и крупнозернистые (до 35 мм), а в зависимости от плот­
ности — на плотные (гидротехнические) и пористые (дорожные).
В зависимости от температуры приготовления и укладки смеси
асфальтобетоны и растворы подразделяют на горячие (до 180 °С),
теплые (до 80 °С) и холодные (без подогрева, на эмульсиях),
а по консистенции — на жесткие (уплотняемые), пластичные
(укладываемые путем розлива с легким уплотнением) и литые
(только розливом).
Для приготовления асфальтобетонов применяют жидкие до­
рожные битумы различных марок: от БНД 200/300 до БНД 40/60.
В гидроизоляционной технике асфальтовые растворы применяют­
ся для литой и штукатурной изоляции, а асфальтовые бетоны —
для конструктивных элементов: экранов, диафрагм, облицовок.
Во всех случаях используются плотные горячие гидротехнические
смеси, а холодные, теплые и пористые — только для устройства
подготовок под гидроизоляционные покрытия. Уплотняемые ас­
фальтобетоны отличаются большим насыщением минеральным
наполнителем, поэтому для них характерна повышенная механи­
ческая прочность и стабильность.
Технология изготовления асфальтобетонов состоит из следую­
щих операций:
• сушка и нагрев минеральных компонентов и связующего
(битума);
• фракционирование заполнителей;
• дозирование горячих материалов (битума, наполнителя, пе­
ска, щебня);
• смешение компонентов в смесителе принудительного дей­
ствия;
• выгрузка асфальтобетонной смеси, транспортировка к месту
укладки;
• уплотнение (формование покрытия).
Щебень до 15 мм, % от массы
Каменная крошка до 5 мм, %
Минеральный порошок
Коротковолокнистый асбест....
Битум БНД 40/60 (сверх 100 %)
Плотность, кг/м 3.........................
Предел прочности при сжатии, МПа:
при 20 °С ............................... .............
50 °С.............. ...................... .................
о°с...............................
Водопоглощение,% от массы
Морозостойкость, циклов
........20...29
........ 13...26
...........0...5
.......5,5... 10
2 200... 2420
..... 2...5,2
...0,8 ...2,7
..8,7... 12,9
0,27 ...0,69
..... До 300
Гкдроизоляционные бетоны на основе полимеров. Это ис­
кусственные каменные материалы, получаемые на основе мине­
ральных заполнителей с применением полимерных связующих,
обладающие большой водонепроницаемостью. Различают полимерцементные бетоны, полимербетоны (пластбетоны) и бетонополимеры.
П о л и м е р ц е м е н т н ы е бетоны получают на основе двух
вяжущих: цемента и полимера, обычно вододисперсионного типа
[27]. К таким полимерам относятся поливинилацетат, каучуковые
латексы (чаще всего используется бутадиен-стирольный латекс
СКС-65—ГП), акриловые латексы, водорастворимые эпоксидные
смолы. Количество полимерных добавок может составлять от 1
до 10 % по сухой массе от массы цемента. Полимерцементные бе­
тоны и растворы приготавливают по технологии цементных бето­
нов (рис. 12.8). Водорастворимые и вододисперсионные полимеры
обычно вводят в воду затворения, перемешивание смесей произ­
водят в смесителях принудительного действия. Необходимо уве­
личивать время предварительной выдержки перед пропаркой.
Свойства полимерцементных бетонов зависят от вида и ко­
личества полимерной добавки, способа твердения и других фак­
торов. Приведем общие характеристики, присущие этому виду
бетонов:
• прочность при сжатии по сравнению с обычными бетонами
не увеличивается, происходит замедление набора прочности;
• прочность при изгибе увеличивается в 1,5 —2 раза;
• водопоглощение снижается на 30...50%;
• водонепроницаемость увеличивается в 1,5 —3 раза;
• морозостойкость увеличивается в 1,5 —2 раза;
• повышение износостойкости, трещиностойкости и других
показателей, характеризующих долговечность бетонов.
Рис. 12.8. Общая схема получения полимерцементных бетонов
Полимерцементные бетоны рекомендуются для изготовления
водонепроницаемых подземных сооружений, напорных труб, опор
и пролетов мостов, верхнего слоя дорожных покрытий, защитных
штукатурных композиций и т. д.
П о л и м е р б е т о н ы (пластбетоны) — это композиционные
материалы, полученные на основе полимерных связующих с при­
менением минеральных заполнителей и микронаполнителей.
В качестве связующего обычно используют термореактивные
смолы с отвердителями: эпоксидные, полиэфирные, фурановые,
акриловые, карбамидные [20]. Микронаполнители применяют
для улучшения структурообразования бетонов. Благодаря хими­
ческой активности и высокой удельной поверхности они вступа­
ют в реакцию взаимодействия с полимером, позволяют регули­
ровать плотность, прочность, усадочные деформации, снижать
расход полимера. Процессы химического взаимодействия, сшивки
макромолекул линейного строения обеспечивают переход свя­
зующего из вязкотекучего (смолоподобного) состояния в твер­
дое. Для осуществления и регулирования этого процесса вводят
отвердители — катализаторы, инициаторы и ускорители тверде­
ния. Обычно отверждение сопровождается выделением теплоты,
летучих и усадкой.
Подбор составов заключается в получении бетона максимально
плотной структуры с минимальным расходом полимерного свя­
зующего. Содержание полимерного связующего обычно не пре­
вышает 8... 10 % общей массы смеси.
Получение полимербетонов состоит из тщательной подготов­
ки заполнителей: мойки, сушки, помола; приготовления смеси
полимера с наполнителем, перемешивания всех компонентов.
Одна из возможных схем получения полимербетонов приведена
на рис. 12.9.
Приготовление полимербетонной смеси обычно производится
в следующей последовательности: перемешивают наполнитель,
модификаторы, полимер в определенных соотношениях, затем
вводят эту композицию в общий смеситель и перемешивают
с заполнителями, отвердитель добавляют в последнюю очередь.
Общее время перемешивания 5...6 мин.
Для ускорения набора прочности и более полного отверждения
полимербетонов рекомендуется применять тепловую обработку.
Лучшие результаты дает прогрев теплым воздухом при 80 °С от 4
до 12 ч в зависимости от вида полимера.
Свойства полимербетонов
Прочность при сжатии, М П а.................................................60... 120
Прочность при растяжении, МПа..............................................5... 15
Водопоглощение, %, не более............................................................ 1
Водостойкость.................................:.................................. Абсолютная
Морозостойкость, циклов...................................................... До 5 ООО
Химическая стойкость........................ ......... ......................... Высокая
Усадка, м м /м ....................... ....................................... .................... 1...4
Заполнители
Модификатор
Наполнитель
1
Мойка
|
1
Сушка
Сушка
Помол
1
1
||
Полимер
1
Дозирование
Дозирование
I
по фракциям
Смешение
Дозирование
Смешение (смеситель принудительного действия)
Укладка и уплотнение готовой смеси
Рис. 12.9. Общая схема получения полимербетонов
Отвердитель
1
| | Дозирование |
Б е т о н о п о л и м е р ы — это обычные затвердевшие бетоны
на основе минеральных вяжущих, подвергнутые пропитке поли­
мерами. Бетон представляет собой капиллярно-пористое тело,
в котором обязательно присутствуют поры, микротрещины и дру­
гие дефекты в объеме от 5 до 20 % (для плотных бетонов).
Для получения бетонополимеров затвердевший бетон про­
питывается низковязкими полимерами или мономерами с по­
следующим их отверждением в порах. В качестве пропиточных
составов используют низковязкие эпоксидные, полиэфирные
и другие смолы, жидкие мономеры (стирол, метилметакрилат,
винилацетат и др.) [2].
Технология получения бетонополимеров включает в себя сле­
дующие этапы:
• изготовление бетонных изделий обычными методами (преи­
мущественно невысоких марок (не выше 15 ...20 МПа));
• высушивание бетона при 100... 110 °С;
• вакуумирование изделий для удаления паров воды и воздуха;
• пропитка мономером или жидким полимером под давле­
нием;
• отверждение полимера в порах бетона.
Технология позволяет пропитать изделие на всю глубину,
но в этом случае возможен повышенный расход полимеров. Обыч­
но привес мономера не превышает 10 % при насыщении всего
объема материала и резко сокращается при поверхностной про­
питке. Поэтому для гидроизоляции нередко ограничиваются по­
верхностной пропиткой на глубину до 5 мм. Известные на сегодня
данные показывают, что бетонополимеры абсолютно водостой­
ки и водонепроницаемы. Основные характеристики зависят как
от свойств исходного бетона, так и от свойств пропитывающего
полимера, степени заполнения пор, технологических параметров
обработки бетона.
Свойства бетонополимеров
Прочность при сжатии, М П а................................................ 100...200
Прочность при растяжении, М Па.............................................. 6 ...20
Водопоглощение, %, не более............................................................. 1
Химическая стойкость.............................................................. Высокая
Морозостойкость, циклов........................................................До 5 000
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие обмазочные гидроизоляционные материалы вы знаете? Ука­
жите технические требования и рациональные области их примене­
ния.
2. Перечислите основные типы, состав и назначение мастичных герме­
тиков.
3. Каковы принципы изготовления обмазочных гидроизоляционных
материалов?
4. Укажите виды и области применения гидроизоляционных бетонов
на основе полимеров.
5. Каковы особенности технологии изготовления гидроизоляционных
бетонов на основе полимеров?
Глава 13
ТЕХНОЛОГИЯ УПРУГИХ и ТВЕРДЫХ
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Наиболее распространенным видом продукции для гидроизо­
ляции и кровли являются материалы, которые в период их при­
менения находятся в упругом или эластичном состоянии. В боль­
шинстве случаев это материалы максимально полной заводской
готовности, поэтому можно осуществлять контроль качества,
механизацию и автоматизацию производства. Они удобны при
транспортировке, выполнении кровельных и гидроизоляцион­
ных работ.
Гидроизоляционные материалы этой группы подразделяются
на следующие подгруппы: рулонные, пленочные, штучные.
13.1. Рулонные материалы
Традиционно для России в качестве гидроизоляции широко
применяются рулонные материалы. Качество рулонной гидрои­
золяции определяется в основном тщательностью ее выполнения
и характеристиками изоляционного материала. Для обоснования
технико-экономического выбора гидроизоляционного рулонного
материала необходимо обращать внимание на физические по­
казатели (водонепроницаемость, водостойкость), механические
свойства (прочность, деформативность), а также химическую
и биологическую стойкость. К сожалению, фирмы-изготовители
не придерживаются единой методики для определения, напри­
мер, водонепроницаемости, что затрудняет объективную оценку
качества материала.
Как правило, рулонная гидроизоляция выполняется много­
слойно. Ассортимент представленных на рынке рулонных матери­
алов велик (насчитывает сотни наименований). Следует научиться
выбирать во всем разнообразии материалы с оптимальными по­
казателями долговечности и стоимости (251.
Традиционные рулонные материалы имеют органическую
основу, загнивающую под действием влажной среды, зараженной
микроорганизмами. Часто применяющиеся при изготовлении та­
ких материалов органические вяжущие вещества, в частности би­
тумы, не являются антисептиками и не в состоянии предотвратить
процесс гниения. По истечении непродолжительного времени эти
материалы становятся ломкими, что приводит к утрате их проч­
ности и потере гидроизоляционных свойств. Кроме того, такая
гидроизоляция поглощает воду, отчего ее основа, изготовленная
из бумаги и картона, со временем разрушается. Этим материалам
присущ еще один общий недостаток — «холодная ползучесть»
вдоль вертикальных поверхностей. К тому же выполнение тра­
диционной гидроизоляции весьма трудоемко, так как требует на­
несения нескольких (3... 5) слоев.
Указанные недостатки характерны для многих отечественных
дешевых битумных гидроизоляционных материалов п е р в о г о
п о к о л е н и я (рубероид различных марок, пергамин, гидроизол).
В настоящее время большинство крупнейших производителей
гидроизоляционных материалов перешли на выпуск модифици­
рованных аналогов рубероида. Модификация происходит по трем
направлениям:
1) замена картона более прочной и долговечной основой;
2) модификация битумного связующего;
3) использование новых видов бронирующих посыпок.
Улучшенные резиновыми модификаторами гидроизоляцион­
ные рулонные материалы в т о р о г о п о к о л е н и я , безосновные («Изол», «Бризол», «Гидробутил» и др.) и основные («Рубемаст», «Армобитэп», «Эластостеклобит» и др.), также имеют
существенные недостатки: во-первых, они приклеиваются к по­
верхностям конструкции в два слоя, во-вторых, при соприкос­
новении с горячими мастиками их прочность существенно сни­
жается. Гибкость таких материалов определяется при -5 ...-10 °С
на стержне диаметром 15... 20 мм, 7 ^ = -10... -15 °С, теплостой­
кость 80... 85 °С, растяжимость — примерно в 2 раза выше, чем
у материалов первого поколения. Хотя эти материалы и имеют
гнилостойкую основу (асбестовые, стеклянные и синтетические
волокна), их физико-механические свойства и долговечность
не в полной мере удовлетворяют требованиям современного
строительства.
В последние годы рядом европейских, а позднее российских
фирм предложены эффективные меры по повышению прочности
материала, его устойчивости перед ультрафиолетовым старением,
уменьшению «холодной ползучести». Все это достигается за счет
изменения структуры вяжушего и основы. Это так называемые
материалы т р е т ь е г о п о к о л е н и я , в которых в качестве свя­
зующего используется битум, модифицированный АПП, СБС
и другие добавки термоэластопластов (п. 10.2), в качестве осно­
вы — специальные стекловолокнистые, нетканые синтетические,
в частности полиэфирные, волокна, фольга, также существенно
улучшенные. Такие рулонные материалы характеризуются гиб­
костью до -25 °С, термостойкостью до +120 “С, устойчивостью
к УФИ и высокой износостойкостью. Укладка подобного типа
материалов может осуществляться как «холодным» способом, с ис­
пользованием специальных мастик, так и «горячим» с помощью
газовой горелки. Выполняется, как правило, в два слоя. Примера­
ми являются материалы французской фирмы ОпсЫше, финской
Ка1ера1, изделия российских производителей: завода «Изофлекс»,
компании «ТехноНиколь».
Материалы третьего поколения обладают лучшими физиче­
скими и механическими характеристиками по сравнению с вы­
пускаемыми ранее, поскольку используют ряд технологических
достижений (улучшенная основа и модифицированное связую­
щее). Они существенно выигрывают в ремонтопригодности, хи­
мической и биологической стойкости, а следовательно, и в дол­
говечности, что в итоге компенсирует первоначальные затраты
на их приобретение.
Кроме того, в настоящее время можно выделить полимерные
рулонные материалы ч е т в е р т о г о п о к о л е н и я , состоящие
из термопластов и эластомеров со специальными добавками.
Кровли и изоляцию из этих материалов выполняют в один слой,
что существенно снижает трудозатраты. Традиционно эластомеры
относятся к пленочным материалам.
Объем производства рулонных кровельно-изоляционных ма­
териалов составил в России более 500 млн м2, из которых более
50 % приходится на рубероид, примерно 25 % — на наплавляемые
битумно-резиновые материалы, более 20 % — на битумно-поли­
мерные и только 2 % на полимерные мембраны [14].
13.1.1. Классификация рулонных материалов
Рулонными называются материалы в виде полотен определен­
ной длины, ширины и толщины, смотанные в рулон цилиндриче­
ской формы (обычно площадью 7...20 м2). Рулонные кровельные
и гидроизоляционные материалы классифицируют по следующим
основным признакам.
По н а з н а ч е н и ю рулонные материалы подразделяют:
• на кровельные, предназначенные для устройства однослойно­
го, верхнего и нижнего слоев многослойного кровельного ковра;
• гидроизоляционные, предназначенные для устройства ги­
дроизоляции строительных конструкций;
• пароизоляционные, предназначенные для устройства пароизоляции строительных конструкций.
По с т р у к т у р е п о л о т н а рулонные материалы подразде­
ляются:
• на основные (одно- и многоосновные);
• безосновные.
По в и д у о с н о в ы рулонные материалы подразделяются
на материалы:
• на картонной основе;
• асбестовой основе;
• стекловолокнистой основе;
• основе из полимерных волокон;
• комбинированной основе.
По в и д у о с н о в н о г о к о м п о н е н т а покровного состава,
вяжущего или материала рулонные материалы подразделяются:
• на битумные (наплавляемые, ненаплавляемые);
• битумно-полимерные (наплавляемые, ненаплавляемые);
• полимерные (эластомерные вулканизированные и невулканизированные термопластичные).
По виду з а щ и т н о г о с л о я рулонные материалы подраз­
деляются:
• на материалы с посыпкой (крупнозернистой, чешуйчатой,
мелкозернистой, пылевидной);
• материалы с фольгой;
• материалы с пленкой.
13.1.2. Характеристики рулонных материалов
На основе ГОСТ 30547 приведем основные характеристики
рулонных материалов.
1. Полотно рулонного материала не должно иметь трещин,
дыр, разрывов и складок, кроме материалов на перфорирован­
ной основе.
2. На кромках (краях) полотна рулонного материала на кар­
тонной и асбестовой основах допускается не более двух надрывов
длиной 15...30 мм на длине полотна до 20 м. Надрывы длиной
до 15 мм не нормируются, а более 30 мм не допускаются.
3. На основные битумные и битумно-полимерные рулонные
материалы покровный состав или вяжущее должны быть нанесе­
ны сплошным слоем по всей поверхности основы. Крупнозерни­
стая или чешуйчатая посыпка должна быть нанесена сплошным
слоем на лицевую поверхность полотна рулонных кровельных
материалов.
4. Рулонные кровельные материалы с крупнозернистой или
чешуйчатой посыпкой должны иметь с одного края лицевой по­
верхности вдоль всего полотна непосыпанную кромку шириной
(85 ± 15) мм. Ширина непосыпанной кромки может быть увели­
чена в зависимости от области применения и приведена в нор­
мативном документе на конкретный материал.
5. М атериалы должны быть плотно нам отаны в рулон
и не слипаться. Торцы рулонов должны быть ровными. Допуска­
ются выступы на торцах рулона высотой, мм, не более: 15 — для
рулонных материалов на картонной, асбестовой и комбиниро­
ванной основах; 20 — для рулонных материалов на волокни­
стой основе, безосновных битумно-полимерных и полимерных
материалов.
I
ОЩщЩщ Щ рхГск ЩЁрРф *
6. Линейные размеры, площадь полотна рулонного материа­
ла и допускаемые отклонения от линейных размеров и площади
устанавливаются в нормативном документе на конкретный вид
материала.
7. Разрывная сила при растяжении рулонных основных битум­
ных и битумно-полимерных материалов должна быть не менее,
Н: 215 — для ненаплавляемых материалов на картонной основе;
274 — для наплавляемых материалов на картонной основе; 294 —
для наплавляемых материалов на стекловолокнистой основе;
343 — для наплавляемых материалов на основе из полимерных
волокон; 392 — для наплавляемых материалов на комбиниро­
ванной основе.
«
) а ■! .- *
8. Условная прочность гидроизоляционных безосновных би­
тумно-полимерных материалов должна быть не менее 0,45 МПа.
Условная прочность и относительное удлинение при разры­
ве рулонных полимерных материалов должны быть не менее:
1,5 МПа и 300 % — для невулканизированных эластомерных;
4 МПа и 250 % — для вулканизированных эластомерных; 8 МПа
и 200 % — для термопластичных.
9. Условная прочность и относительное удлинение при разрыве
рулонных армированных полимерных материалов должны быть
не менее: 2,5 МПа и 15 % — для невулканизированных эластомер­
ных с армированием из стекловолокон; 2,5 МПа и 100 % — для
невулканизированных эластомерных с армированием из поли­
мерных волокон; 6 МПа и 15 % — для вулканизированных эласто­
мерных с армированием из стекловолокон; 5 МПа и 100 % — для
вулканизированных эластомерных с армированием из полимер­
ных волокон; 12 МПа и 15% — для термопластичных с армиро­
ванием из стекловолокон; 9 МПа и 60 % — для термопластичных
с армированием из полимерных волокон.
10. Рулонные материалы должны выдерживать испытание
на гибкость в условиях, приведенных в табл. 13.1.
11. Битумные и битумно-полимерные рулонные материалы
(кроме беспокровных) должны быть теплостойкими при испы­
тании в условиях, приведенных в табл. 13.2.
Т а б л и ц а 13.1. Условия испытаний рулонных гидроизоляционных
материалов на гибкость
Условия испытания материалов на гибкость
Вид материала
на брусе с закруглени­
ем радиусом, мм
при температуре, °С,
не выше
Битумные:
на картонной основе
волокнистой основе
25 ± 0,2
25 ± 0,2
5
0
Битумно-полимерные
25 ± 0,2
-1 5
Полимерные:
эластомерные
термопластичные
5 ± 0 ,2
5 ± 0 ,2
-4 0
-2 0
12. Изменение линейных размеров рулонных безосновных по­
лимерных материалов должно быть не более ±2 % при испытании
при температуре 70 ± 2 °С в течение не менее 6 ч.
13. Температура хрупкости покровного состава или вяжуще­
го наплавляемых битумных рулонных материалов должна быть
не выше -15 °С, битумно-полимерных — не выше -25 °С.
14. Масса покровного состава или вяжущего с наплавляемой
стороны для основных наплавляемых битумных рулонных мате­
риалов должна быть не менее 1500, а для битумно-полимерных —
не менее 2 ООО г/м2.
15. Водопоглощение рулонных материалов (кроме пергами­
на) должно быть не более 2 % по массе при испытании в течение
не менее 24 ч.
16. Рулонные кровельные материалы (кроме пергамина) долж­
ны быть водонепроницаемыми в течение не менее 72 ч при дав­
лении не менее 0,001 МПа.
Т а б л и ц а 13.2. Условия испытании рулонных гидроизоляционных
материалов на теплостойкость
Условия испытания рулонных материалов
на теплостойкость
Вид материала
при температуре, °С,
не ниже
в течение, ч,
не менее
Битумные
70
2
Битумно-полимерные
85
2
17. Гидроизоляционные материалы должны быть водонепро­
ницаемыми при испытании в течение не менее 2 ч при давлении
не менее 0,2 МПа, если иные условия испытания не установлены
в нормативных документах на конкретные виды материала.
18. Потеря посыпки для рулонных кровельных материалов
с крупнозернистой посыпкой должна быть не более 3 г на обра­
зец для битумных и не более 2 г на образец для битумно-поли­
мерных материалов.
19. Рулонные материалы с цветной посыпкой должны выдержи­
вать испытание на цветостойкость посыпки в течение не менее 2 ч.
13.1.3. Виды, свойства и технологии рулонных
материалов
Битумные рулонные материалы. К этим материалам на осно­
ве картона относятся такие традиционные кровельные и гидро­
изоляционные материалы, как рубероид кровельный, рубероид
прокладочный, рубероид наплавляемый, пергамин.
Рубероид (ГОСТ 10923) получают пропиткой кровельного кар­
тона нефтяными битумами с последующим нанесением на обе
стороны полотна покровного нефтяного битума с наполнителем
и посыпки. В зависимости от назначения рубероид подразделяют
на кровельный (для устройства верхнего слоя кровельного ковра)
и подкладочный (для устройства нижних слоев кровельного ковра
и гидроизоляции строительных конструкций).
Технологический процесс изготовления рубероида включает
в себя четыре основных этапа:
• подготовка сырьевых компонентов;
• пропитка движущегося полотна картона мягким кровельным
битумом;
• нанесение покровного слоя на основе тугоплавкого битума;
• образование защитного слоя из минеральной посыпки.
Рубероид получают на специальных рубероидных агрегатах не­
прерывного действия типа СМА-184, СМ-486Б, состоящих из сле­
дующих машин: станок для размотки картона, магазин запаса,
установка предварительного полива картона, ванна для пропитки
его горячей битумной массой, камера допропитки, покровный
лоток, посыпочно-холодильная секция, магазин запаса готового
материала, смоточный станок [28).
Битум на предприятие поступает в жидком состоянии. Вы­
гружается в парообогреваемые битумоприемники (подземные
битумохранилища) обычно емкостью 500... 1 ООО т. Битум специ­
альными насосами подают в агрегат, где его обезвоживают при
180 ...210 "С. Для пропитки обычно используют битумы марок
БНК 45/180. Битумы, применяемые для покровных слоев, доокисливают в специальных реакторах для повышения качества. Для
приготовления покровной массы битум (БНК 90/30) смешива­
ют с минеральным наполнителем для повышения механической
прочности, атмосферо- и теплостойкости, для чего нагретый би­
тум смешивается в турбосмесителе (л * 100... 120 об/мин) с по­
рошкообразным наполнителем, например тальком. Дня улучше­
ния эластичности вводят модифицирующие добавки. Бобины
кровельного картона поступают к станку для размотки картона
(обычно одновременно несколько бобин, одна из которых раз­
матывается, другие находятся в запасе). Пройдя магазин запаса,
используемый для бесперебойной работы линии, полотно по­
ступает в специальное устройство предварительного полива, где
опрыскивается с одной стороны горячей пропиточной массой
и затем поступает в ванну, наполненную горячим битумом. Для
увеличения длины полотна, находящегося одновременно в ванне,
его пропускают через ряд горизонтальных валков. Пройдя через
отжимные вальцы, полотно поступает в магазин петлевого запаса
(допропиточную камеру), где за счет тонкой пленки массы проис­
ходит более глубокое насыщение полотна. Затем полотно посту­
пает в покровную ванну. Там на него наносится покровный слой
тугоплавкого битума путем погружения в ванну или наливом.
Полнота и скорость пропитки зависят от свойств пропитывае­
мого картона (пористость, плотность, влажность и т.д.), качества
пропиточной массы (вязкость, состав) и температурных условий
пропитки (до 200 "С).
После вальцов покровной ванны полотно поступает в по­
сыпочный аппарат, где на лицевую сторону полотна наносится
равномерным слоем крупнозернистая декоративная посыпка,
в то время как нижняя сторона посыпается тальком или другим
порошком. Далее полотно рубероида попадает на цилиндры холо­
дильного аппарата и затем в магазин запаса готовой продукции,
где окончательно охлаждается до нормальной температуры. Далее
на намоточном станке готовая продукция сворачивается в руло­
ны, маркируется, упаковывается и направляется на склад. Схема
получения материалов типа рубероида приведена на рис. 13.1.
Битумно - резиновые рулонные материалы. Рулонные мате­
риалы улучшенных свойств отличаются значительным разнообра­
зием: это может быть стеклохолст, покрытый резиновой масти­
кой, или основой служит кровельный картон, или безосновный
рулонный битумно-резиновый ковер. Технологии изготовления
таких материалов имеют существенные различия:
•
при использовании в качестве основы пористого материала —
картона («Рубемаст», «Гидроизол») — основным агрегатом явля­
ется пропиточная ванна (см. получение рубероида на рис. 13.1):
Рис. 13.1. Схема получения битумных рулонных материалов типа рубе­
роид
•
если основа плотная или малопористая — фольга, стеклохолст
или полиэфирная ткань («Стекломаст», «Стеклоизол», «Фольгои­
зол» и др.) — применяется двухстороннее промазывание основы
резино-битумным связующим (см. далее рис. 13.4).
Получение безосновных битумно-резиновых материалов осу­
ществляется по другим технологическим схемам.
Безосновные битумно-резиновые материалы («Изол», «Бризол», «Бикапол» и др.). Получают прокаткой полотна из битум-
но-резиновои массы, в которую входят порошковые и волокни­
стые наполнители, пластификаторы, мягчители, стабилизаторы,
антисептики и другие компоненты. Для различных материалов
применяются разные сырьевые компоненты в различных коли­
чествах и соотношениях.
Резиновый модификатор добавляется в связующее в виде мел­
кой крошки с размером частиц до 1,0... 1,5 мм, полученной при
размоле старых автомобильных покрышек. Чтобы превратить ав­
томобильную резину в эластичный каучукоподобный материал,
ее необходимо девулканизировать, т. е. разрушить трехмерную,
сшитую серными мостиками, структуру. Девулканизация проис­
ходит при высокой (до 200... 220 °С) температуре и интенсивном
перемешивании. Обычно девулканизацию резины совмещают
со смешением с горячим битумом, что одновременно ускоряет
процесс и улучшает однородность смеси.
Резина, получаемая от различных видов автопокрышек, содер­
жит каучук разного вида: натуральный, изопреновый, бутадиенстирольный и др. Это обстоятельство оказывает существенное
влияние на качество материала. Поэтому необходимо проводить
предварительную сортировку автопокрышек по виду применяе­
мого в них каучука. Это позволяет значительно повысить долго­
вечность готового изделия.
Девулканизацию можно производить периодическим и непре­
рывным способами.
П е р и о д и ч е с к и й способ заключается в девулканизации
резиновой крошки в горячей битумной массе в резиносмесителе
периодического типа (рис. 13.2). Резина набухает, частично рас­
творяется в битумных маслах, становится эластичной и приобре­
тает способность к повторной вулканизации. Далее в смеситель
вводятся наполнители и другие добавки. Битумно-резиновая масса
подвергается интенсивному перемешиванию до однородного со­
стояния. Затем полученную массу охлаждают, пропускают через
две пары вальцов с зазором 0,2 ...0,5 мм для окончательной пла­
стикации и деструкции резины. После вальцевания смесь подают
на червячный пресс со щелевой головкой, где происходит пред­
варительное формирование полотна толщиной примерно 1 см.
Далее полотно по охлаждаемому водой транспортеру подается
на трехвалковый каландр, где происходит окончательная кали­
бровка до 2 мм, затем посыпка, резка и сматывание в рулоны.
Н е п р е р ы в н ы й способ производства битумно-резиновых
безосновных материалов заключается в перемешивании рези­
новой крошки и битума в трех последовательно установленных
скоростных червячных двухшнековых смесителях непрерывного
действия. В первый смеситель-девулканизатор поступают рези­
новая крошка и битум, которые перемешиваются при темпера-
Рис. 13.2. Схема получения битумно-резиновых безосновных материалов
типа изол периодическим способом
туре 200...220°С до образования гомогенной высокопластичной
массы. Далее масса поступает во второй смеситель, где охлажда­
ется до 60...80°С. Туда подаются остальные компоненты; проис­
ходит перемешивание битумно-резиновой массы до однородно­
го состояния. Третий смеситель предназначен для интенсивной
пластикации массы, оборудован щелевой насадкой для предва­
рительного формирования полотна толщиной 1,0... 1,5 см. Далее
полотно подается на трехвалковый каландр для калибровки. За­
тем происходит обрезка кромок, посыпка и сматывание в рулоны
(рис. 13.3).
Битумно-полимерные рулонные материалы. Современные
битумно-полимерные рулонные материалы обладают большей
долговечностью, повышенной прочностью, эластичностью, во­
донепроницаемостью, теплостойкостью, поэтому пользуются все
большей популярностью. Как правило, все битумно-полимерные
материалы изготавливают на стеклооснове или на эластичных по-
Рис. 13.3. Схема получения битумно-резиновых безосновных материалов
типа изол непрерывным способом
лиэфирных основах с использованием в качестве полимерного
модификатора бутадиенстирольного термоэластопласта, атакти­
ческого полипропилена или их аналогов.
Различия в технологии производства заключаются прежде всего
в видах полимерных модификаторов, разнообразных характери­
стиках основы и вариантах совмещения битума с полимером. Су­
ществуют следующие варианты совмещения полимера и битума.
1. Предварительное растворение полимера в легколетучем рас­
творителе, который затем испаряется из горячей смеси.
2. Возможно тонкое измельчение полимера с последующим
постепенным добавлением к горячему битуму при интенсивном
перемешивании.
3. Добавка полимера в виде эмульсии с последующим выпа­
риванием влаги.
4. Механическое смешение полимера и битума на вальцах или
в резиносмесителях.
Способы 1 и 3 дают более однородную смесь; способ 1 дает ток­
сические испарения, огнеопасен; при способе 2 нагрев ухудшает
качество смеси; способ 4 дает менее однородную смесь (но нет
длительного нагрева).
Несмотря на большое разнообразие битумно-полимерных ру­
лонных материалов и предприятий, их выпускающих, имеются
общие технологические принципы их производства.
Технологический процесс изготовления битумно-полимерных
материалов включает в себя два основных этапа: получение свя­
зующего; двухстороннее нанесение его на основу.
Битумно-полимерное связующее можно приготовить следую­
щим образом: в лопастном смесителе с небольшим числом обо­
ротов предварительно перемешивают полимер в битуме, во вто­
ром смесителе, большом и быстроходном (обычно применяется
резиносмеситель), происходит гомогенизация массы. Общее время
приготовления вяжущего может составлять 8... 12 ч при темпера­
туре 200...220°С. Далее его перекачивают в расходную емкость,
охлаждают до 150... 175 °С. Затем готовое связующее подают в уста­
новку для нанесения на основу.
Оптимальная технология битумно-полимерных связующих за­
ключается в коллоидном растворении полимерного модифика­
тора в количестве 12... 14% в неокисленном битуме БНК 45/180.
Применение для этой цели окисленного битума марки БН 70/30
в сочетании с 5... 8 % полимера приводит к получению более де­
шевых вяжущих с удовлетворительными исходными показателями,
но сниженными эксплуатационными характеристиками и долго­
вечностью, что дезориентирует потребителей.
Для производства качественной смеси необходимо наличие
гомогенизатора — устройства, перетирающего полимер с биту­
мом. Не на всех предприятиях есть такое смесительное оборудо­
вание. Применение соответствующих материалов в оптимальном
количестве и при оптимальных параметрах смешивания позволяет
получить гомогенное, а значит, долговечное связующее с тепло­
стойкостью не менее 90 °С. Относительно дешевые материалы
с теплостойкостью ниже 90 °С при эксплуатации в дальнейшем
быстро разрушаются, поэтому фактически не могут быть отнесены
к битумно-полимерной гидроизоляции третьего поколения.
В отличие от кровельного картона стеклохолст и нетканое по­
лиэфирное полотно обладают незначительной пористостью (сле­
довательно, и меньшей впитывающей способностью), поэтому
технологическая линия может не включать в себя пропиточной
ванны.
Способы нанесения связующего весьма разнообразны: это
может быть экструзия с использованием головки щелевого типа
(«Фольгоизол»), промазывание так называемыми ракельными
ножами, мажущей фильерой, полив и т.д. Чаще всего нанесе­
ние покровной массы производится на специальной валковой
установке, которая состоит из покровного лотка со связующим
и рабочего органа — верхнего и нижнего валков. Нижний валок
на одну треть диаметра погружен в ванну, при вращении валок
захватывает связующее, намазывает и впрессовывает его в основу
с нижней стороны. На верхнюю лицевую сторону полотна слой
связующего наносится верхним валком, который поливается рас­
плавленной покровной массой, поступающей из питателя. Тол­
щина нижнего слоя может быть различной: для приклеиваемых
материалов — 1... 1,5 мм, для наплавляемых — до 4 мм. Для по­
вышения качества покрытия на передовых предприятиях исполь­
зуется двухкратное нанесение покровной массы.
После этой операции полотно поступает на калибровочные
валки, а затем на охлаждающий транспортер. Охлаждение гото-
Рис. 13.4. Схема получения битумно-полимерного рулонного материала
типа техноэласт
вою полотна может производиться при помощи обдува или при
прохождении транспортера через ванну с водой. Далее полотно
с нижней стороны при помощи прижимного валка защищается
полиэтиленовой пленкой, с лицевой стороны — декоративной
крошкой или порошковой защитной посыпкой.
Следующей операцией является охлаждение готового материала
на барабанах холодильной машины и прохождение через магазин
запаса, необходимый для создания запаса материала на время,
необходи мое для намотки в рулон и отрезки ленты материала за­
данной длины. Общая схема изготовления битумно-полимерного
рулонного материала типа техноэласт приведена на рис. 13.4.
13.2. Пленочные гидроизоляционные
материалы (мембраны)
В последние годы пленочные гидроизоляционные материа­
лы находят все большее распространение в строительстве. Они
обладают высокой прочностью, водонепроницаемостью, тепло­
стойкостью, долговечностью, малой трудоемкостью, наносятся
в один слой. Их можно отнести к материалам XXI в., материалам
«четвертого поколения». Полимерные гидроизоляционные рулон­
ные материалы принято называть кровельными мембранами, их
материалы подразделяют на пленки (мембраны) на основе термо­
пластов и эластомеров (мягких резин).
Эта группа материалов характеризуется принципиально новы­
ми подходами к устройству покрытий. Главным отличием являет­
ся большая ширина мембран — I ... 15 м. Благодаря этому можно
заказывать покрытие оптимальной ширины и свести количество
стыков и швов к минимуму. Как правило, мембраны не прода­
ются рулонами.
13.2.1. Пленки на основе термопластов
Из многочисленного класса полимерных материалов в гидро­
изоляционной технике наибольшее применение нашли пленки
на основе термопластов: полиолефинов, поливинилхлорида, по­
лиамидов, поливинилацетата, фторопластов. Их характеризуют
высокая прочность, водо-, био- и химическая стойкость, легкость
соединения (сварка горячим воздухом). Они тоньше, эластичнее,
чем традиционные рулонные материалы, но имеют недостаточную
стойкость к УФИ, поэтому обычно применяются для устройства
внутренних слоев гидроизоляции, пароизоляции, антифильтрационных экранов.
П о л и э т и л е н о в а я пленка (ГОСТ 10354) имеет толщину
0,015...0,8 мм, Яр до 15 МПа, гибкость на брусе диаметром 5 мм
-50°С, водопоглощение менее 0,1 %, паропроницаемость8...25 г/м2
за 24 ч, 7^кс = 80 С, относительное удлинение 300...400%, ширину
полотна от 0,8 до 3,0 м и выше.
Сырье: до 70 % от общего объема потребления приходится
на полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, или РЕ1ЛЭ), называе­
мый иначе полиэтиленом высокого давления, который получают
при давлении 150... 300 МПа и Т= 240... 280 °С. Он характеризуется
по ГОСТ 16637 плотностью 915...935 кг/м3, Гэкс = 80°С, легкостью
в переработке. Полиэтилен низкого давления или высокой плот­
ности (ПЭВП, или РЕНО) получают при давлении до 0,5 МПа
и температуре до 80 °С в присутствии катализаторов. По ГОСТ
16338 его плотность 940...960 кг/м3, Тэкс да 100°С. Полиэтилен
высокой плотности характеризует ббльшая стабильность свойств,
но он сложнее в переработке.
Полиэтилен указанных видов практически нерастворим в ор­
ганических растворителях, стоек в щелочах и кислотах, не ток­
сичен, но в атмосферных условиях быстро стареет. Его также ха­
рактеризует отсутствие адгезии к минеральным и органическим
основаниям и клеям. Для крепления полиэтилена требуются клеи
сложного состава или сварка горячим воздухом.
Производство полиэтиленовой пленки осуществляется методом
экструзии. Чаще всего применяется рукавный способ производ­
ства продавливанием расплава через кольцевую головку с после­
дующим раздувом [30]. Процесс производства пленки приведен
на рис. 13.5.
~
*
»
Подсушенное сырье в виде порошка или гранул подается
в экструдер через дозирующее устройство. Далее материал пере­
мещается шнеком вдоль обогреваемого цилиндра, расплавля­
ется и подвергается пластической деформации. Расплавленный
полимер в угловой головке рассекается дорном и, выходя, имеет
форму цилиндра. Для придания формоустойчивости охлаждает­
ся воздухом. Для раздувания пленки внутрь рукава подается воз­
дух, движение пленки осуществляется тянущими валками, обо­
рудованными складывающимися под некоторым углом щеками.
Рукав в сложенном виде может разрезаться по бокам ножницами
и наматываться на бобины одинарным слоем либо не разрезать­
ся и наматываться двойным слоем на одну бобину. Получение
рукавной пленки возможно по трем схемам: отвод рукава вверх,
вниз или горизонтально.
Полимерный материал последнего поколения ТПО-мембрана,
изготавливается путем соэкструзии полиолефинов (полиэтилена
и полипропилена) с этиленпропиленовым каучуком. ТПО-мем­
брана изготавливается экструзией через плоскощелевую головку
Рис. 13.5. Производство полиэтиленовой пленки рукавным способом:
1 —пневмозагрузчик; 2 — бункер; 3 — экструдер; 4 —формующая головка; 5 —
охлаждающее устройство; 6 — кольцевой бандаж; 7 — пленочный рукав; 8 —
складывающие щеки; 9 —тянущее устройство; 10 — полотно пленки; 11 — вал­
ки; 12 — резка; 13 — намотка
с последующей ориентационной вытяжкой. В этом случае пленку
получают в виде ленты. Для повышения стабильности размеров
возможно применять армирование стеклосеткой. На сегодняшний
день разработана система гидроизоляции на основе ТПО-геомембран в виде плоских листов или листов с анкерными ребрами.
ТПО-геомембраны предназначены для применения в качестве
гидроизоляции строительных сооружений (фундаментов, кров­
ли), противофильтрационных экранов, для гидроизоляции агрес­
сивных отходов, резервуаров с питьевой водой, защиты зданий
и сооружений от радона.
Основные свойства ТПО-геомембран
Толщина, мм
Ширина, м ...
Длина...........
..........................................1...3
.....................................1,8 ...3,2
По согласованию с заказчиком
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее.............. 450
Морозоустойчивость, °С ........................................................... До -70
Гибкость на брусе диаметром 5 мм, °С ...................................До -60
Химическая стойкость....................................................... рН 0,5... 14
Группа горючести............ ........... ........................ ............ Г2, В2, РП1
ТПО-геомембраны изготавливают методом экструзии через
плоскощелевую головку, для соединения по длине и ширине сва­
риваются внахлест горячим воздухом. После укладки ТПО-геомембрану необходимо защитить слоем песка, глины либо цемент­
ной стяжкой. Процесс производства полиэтиленовых мембран
приведен на рис. 13.6.
Итальянской фирмой ТЕМА (ТесЬпо1о§1е8 апс1 Ма1епа1з) раз­
работаны мембраны на основе ПЭВП («Тефонд») со специальны­
ми выпуклостями в виде полых полусфер с высотой 8 мм. Края
мембраны механически соединяются наложением друг на друга
(как кнопки). Это мембрана, которую можно укладывать не толь­
ко горизонтально, но и вертикально. «Тефонд» предназначен для
защиты подземных частей зданий и фундаментов, полов и пере­
крытий (в том числе, для звукоизоляции), гидроизоляции пло­
ской кровли, дна и берегов каналов, тоннелей и подпорных сте­
нок и т.д. Длина рулона 20 м, ширина 2,07 м, вес 600...660 г/м2,
максимальное усилие разрыва свыше 300 Н на 5 см, максималь­
ное относительное удлинение 25 %, диапазон рабочих температур
30...60°С. В настоящее время подобные амортизирующие мем­
браны выпускаются и в России.
П о л и п р о п и л е н о в а я пленка по своим свойствам превос­
ходит пленку из полиэтилена: плотность 900...910 кг/м3, относи­
тельное удлинение 500... 700 %, Лрастдо 30 МПа, обладает большей
теплостойкостью, Тжс ~ 130 °С, но невысокой морозостойкостью
(до -30 °С). Пленку получают аналогичными способами.
П о л и в и н и л х л о р и д н а я пленка выпускается в виде
жестких (винипласт) и мягких пластифицированных (пласти­
кат) материалов. Наилучшими гидроизоляционными свойствами
1
2
3
4
5
6
7
8
Рис. 13.6. Производство полиэтиленовых мембран методом экструзии:
1 — манипулятор; 2 — вакуумный захват; 3 — ножницы; 4 — тянушие валки;
5 — роликовый конвейер; 6 — торцевой обрезчик; 7 — каландр; 8 — экструдер
обладает ПВХ пластикат, превосходя винипласт по эластично­
сти и температуростойкости. Гибкость материалу придают со­
держащиеся в нем летучие пластификаторы. Отечественными
заводами выпускается широкая номенклатура ПВХ-пленок:
упаковочных, изоляционных, с липким слоем, в том числе для
изоляции труб, и т.д. Для изоляционных работ могут приме­
няться технические ПВХ пленки (ГОСТ 16272) в виде рулонов
толщиной от 0,15 до 0,3 мм и листовой прокладочный пласти­
кат до 1... 3 мм.
Свойства поливинилхлоридных пленок
Винипласт
Пластикат
Плотность, кг/м 3.........................
1380... 1400
Прочность при
растяжении /?раст, М П а.......... ............. 40...60
Растяжимость, % ........................ ............. 10... 15.
Температура размягчения
Т
л разм) °С ...................................... ..................65
Температура хрупкости
Т
- 1 0 .. . - 2 0
л хруп? °С
^ ......................................
Водопоглощение, %.................... ............ 0,4 ...0,6
1 350... 1 380
До 10
80... 150
120
-15
0,3
Европейский концерн 81КА-ТКОСАЬ (серия 5Псар1ап), чеш­
ская фирма РАТКА (серия Ра1гаГо1) и другие производители вы­
пускают ПВХ-мембраны различного назначения: для кровель­
ных покрытий (в том числе без предохранительного слоя), озе­
леняемых кровель, защиты от поверхностных и грунтовых вод
туннелей, резервуаров, промышленных отвалов. Характеристи­
ки ПВХ-мембран в зависимости от назначения: длина рулонов
15 ...50 м, ширина 1,2 ...4,0 м, толщина 0,15 ...2,0 мм, относи­
тельное удлинение 350...400%, предел прочности при разрыве
17,3... 20,7 МПа при нулевом водопоглощении. Изоляционные
ПВХ-мембраны 81кар1ап и Ра1гаГо1 выпускаются ярких расцветок,
однослойные и дублированные полиэфирной тканью, со сроком
службы до 30 лет.
Соединение листов производится термической сваркой, при
этом прочность шва превышает прочность мембраны, возмож­
но склеивание с помощью растворителей. Легкость монтажа,
высокая надежность, пониженная горючесть (до Г1), способ­
ность выпускать избыточный пар из утеплителя, привлекатель­
ный внешний вид позволили ПВХ-мембранам завоевать попу­
лярность. Сегодня в европейских странах до 30 % коммерческих
мягких кровель выполняются из ПВХ-материалов. В настоящее
время выпуск ПВХ-мембран освоен и на отечественных пред­
приятиях.
Технические характеристики ПВХ-мембраны ПЛАСФОИЛ
(Россия)
Линейные размеры, мм
длина в рулоне................................................ 20000, 25000, 30000
ширина.............. ...................... ..................... ...........500, 1 0 0 0 , 2 0 0 0
толщина.............. ............. ............................... 1............... 1,2 , 1,5 , 1,8
Армирование........................................ Без армирования, полиэстер
Условная прочность, МПа, не менее......................... ..................... 17
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее.............. 370
Водопоглощение по массе (24 ч), %............................................. 0,15
Гибкость на брусе диаметром 5 мм, °С .............................. -30 (-55)
Поливинилхлоридные пленки можно получать тремя способа­
ми: экструзионным, вальцово-каландровым (сырье — суспензи­
онный П ВХ) и промазным (для пленок, наносимых на тканевую
основу применяют эмульсионный ПВХ). Наиболее производи­
тельным и распространенным способом получения ПВХ пленок
(мембран) является вальцово-каландровый (рис. 13.7).
Получение армированных пленок по вальцово-каландровой
и экструзионной технологии производится на дополнительной
линии дублирования [15]."
К недостаткам ПВХ пленок можно отнести выделение из этих
трудногорючих материалов при тлении вредных веществ диокси­
нов, выпотевание под воздействием УФИ пластификаторов и не­
совместимость с битумом.
Дальнейшее развитие строительства привело к созданию пленок
(мембран), обладающих дополнительными свойствами: защищаю­
щих внутреннее пространство дома от проникновения пыли, влаги,
препятствующих выходу конденсата, обеспечивающих циркуляцию
Рис. 13.7. Производство ПВХ-мембран вальцово-каландровым методом:
1 — экструдер-пластикатор; 2 — закрытый транспортер; 3 — поворотный транс­
портер; 4 — каландр; 5 — валки каландра; 6 — терморегулирующие валки; 7 —
ориентационная вытяжка; 8 — охлаждающие валки; 9 — толщиномер; 10 — на­
моточное устройство
воздуха для повышения теплового эффекта и способных при этом
оставаться гидроизоляторами. Производителями этого класса пле­
нок являются фирмы ЛЛА , ЕШ РОЫТ, московская фирма «Гекса»,
выпускающая пленки серии «Изоспан», и др. [3].
Д и ф ф у з н а я п л е н к а с м и к р о п е р ф о р а ц и е й («Ютафол Д», «Изоспан А8») не пропускает влагу в помещение извне
и в то же время обеспечивает выход конденсата из утеплителя
наружу благодаря микроперфорации.
С у п е р д и ф ф у з н а я п л е н к а («Ютавек») благодаря высо­
кой паропроницаемости (1 ОООг/м2 за 24 ч) значительно увеличи­
вает выветриваемость водяных паров из внутреннего пространства
объекта, используется с любыми типами теплоизоляции, для всех
видов кровельных и стеновых конструкций.
А н т и к о н д е н с а ц и о н н а я пленка («Ютакон», «Изоспан
А») с влагопоглощающим нетканым слоем способна вбирать
в себя весь образующийся конденсат (нет каплеобразования). Это
четырехслойная система — ткань, покрытая с обеих сторон поли­
пропиленовой пленкой, с нижней стороны которой подсоединен
влагопоглощающий материал. В воздушном потоке влагопогло­
щающий нетканый материал быстро высыхает.
П а р о н е п р о н и ц а е м ы е б а р ь е р ы («Ютафол Н», «Изо­
спан О») препятствуют проникновению водяного пара из внутрен­
него пространства объекта в теплоизоляцию (паропроницаемость
0,52...0,98 г/м2 за 24 ч). Материал отличается повышенной прочно­
стью, так как состоит из трех слоев: армирующей полиэтиленовой
сетки и двух внешних слоев из полиэтиленовой пленки.
13.2.2. Пленки на основе эластомеров
Эластомерные пленки («Кромэл», «Поликров», «Эластокров»,
«Гидробутил» и др.) представляют собой рулонные материалы, по­
лучаемые на основе синтетических каучуков с добавкой вулканиза­
торов. Это могут бьггь бутилкаучук, хлорпреновый каучук (наирит),
этиленпропиленовый (СКЭП), этиленпропиленовый тройной сопо­
лимер (СКЭПТ), эластомеры и другие каучуки или их смеси. Они
обладают высокой эластичностью, морозостойкостью, химической
и биологической стойкостью, механической прочностью и долго­
вечностью. Для них характерно отсутствие текучести, присущее тер­
мопластам. Это позволяет применять эластомерные пленки не толь­
ко для внутренних гидроизоляционных слоев, но и для внешних,
в том числе устройства кровли. Покрытия из эластомерных мате­
риалов выполняют в один слой без наплавления, что существенно
снижает трудозатраты и способствует безопасному проведению
работ. Использование рулонных наплавляемых материалов предпо­
лагает устройство многослойного (для рубероида в 3... 5 слоев, для
современных материалов в 2... 3 слоя) кровельного ковра.
В настоящее время использование таких систем значительно
возросло, так как они удовлетворяют самым взыскательным тре­
бованиям, диктуемым современными стандартами проектирова­
ния в строительстве [25].
Характеристики гидроизоляционных пленок
на основе эластомеров
Толщина листов, мм...................................................................... 1...2
Условная прочность при растяжении, М Па......................8,3... 10,3
Относительное удлинение, %, не менее...................................... 300
Температура хрупкости Т у^, “<§.......................................... -40...-54
Набухание в воде (в течение 166 ч при 70 °С), % ........................... 1
Наиболее известные кровельные системы Рйе$1опе, «Бридж­
стоун» получают на основе однослойных резиновых мембран
из этилен-пропилен-диен-мономера (ЕРОМ) (в отечественной
аббревиатуре СКЭПТ). Полимеры ЕРОМ изготавливаются из тех­
нических смесей, в состав которых входят полимер ЕРОМ, сажа,
технологические добавки и агенты-отвердители (вулканизаторы).
Минимальное (до 2 %) количество двойных связей в главной цепи
эластомера обеспечило его термостойкость, высокую стойкость
к УФИ и окислению, что определило направление его использо­
вания в кровельных материалах.
Мембрана ЕРОМ весит всего около 1,4 кг/м2 при толщи­
не 1,15 мм, при этом имеет высокую прочность при разрыве.
Этот эластичный лист способен удлиняться более чем на 300 %,
благодаря чему может переносить подвижки зданий. Мембра­
ны из эластомеров стойки к большим перепадам температур
(-70...+120... 150°С) и длительному воздействию озона, при отсут­
ствии каких-либо признаков старения. Кроме того, ЕРЕ)М-мембрана в 100 раз снижает пожарную нагрузку на кровлю по сравтению с традиционным рубероидом. При горении СКЭПТ отли­
чается низким дымообразованием, отсутствием горящих капель
и невыделением токсичных продуктов горения.
Существует три основных типа кровельных систем из эласто­
меров, подходящих для самых разнообразных зданий: система
полного приклеивания, балластная система, а также системы
с механическим креплением (рис. 13.8).
Кровельные системы полного приклеивания
(Тип А) обладают гибкостью и хорошо подходят для кровель
со сложным профилем, а также для сооружений с ограниченной
несущей способностью. В таких системах полотна мембраны при­
клеиваются непосредственно на соответствующее основание с по-
Основание
Теплоизоляция (механически
прикрепляемая к основе)
а
б
Теплоизоляция (механически скрепленная
с рекомендованным основанием
Герметическое покрытие
для головки
в
7
Рис. 13.8. Схемы мембранных кровельных систем:
а — тип А — полностью приклеенная; б — тип В — балластная; в — тип С —
механически закрепляемая; 1 — клей; 2 — связующий адгезив; 3 — мембрана;
4 — герметик на соединении внахлест; 5 — балласт; 6 — рейка Йгезйвде; 7 — са­
морез
мощью монтажного адгезива. Примыкающие друг к другу полотна
перехлестываются на 100 мм, и швы склеиваются с помощью само­
клеящейся ленты так, чтобы сформировать сплошной водонепро­
ницаемый ковер. Наиболее легкая по весу система, обладающая
наибольшей конструктивной гибкостью (без ограничений по укло­
нам) . В этой системе мембрана полностью приклеивается по всей
поверхности гидроизоляции (можно клеить на бетон, металл, де­
рево и т. д.) и не требует дополнительного пригруза или другой за­
щиты. Система имеет следующие ограничения: основание должно
быть ровным и сухим, а также совместимым с адгезивами.
В б а л л а с т н ы х системах (Тип В) мембрана свободно укла­
дывается на соответствующее основание. Примыкающие друг
к другу листы перехлестываются минимум на 100 мм, и швы
склеиваются с помощью самоклеящейся ленты так, чтобы сфор­
мировать сплошной водонепроницаемый ковер. Затем мембрана
пригружается балластом для устойчивости к ветровым нагрузкам
(обычно применяется гравий или щебень твердых пород фракции
20...40 мм) из расчета 50 кг на 1 м2. В данной универсальной си-
■
стеме обычно используется мембрана толщиной 1,14 мм и раз­
мером 4,5 мхЗО м. Наиболее экономичная система и наиболее
просто и быстро устанавливаемая. Имеет следующие ограниче­
ния: основание должно выдерживать указанную дополнительную
нагрузку и уклоны кровли должны быть не более 1:6 (для удер­
жания балласта).
Инверсионная система (эксплуатируемая кровля) — это раз­
новидность обычной балластной системы, которая идеально под­
ходит для озеленения, выполняется в местах, где проходят посто­
янные потоки движения, применяется для устройства эксплуати­
руемых кровель подземных стоянок (гаражей), для регионов с су­
ровыми климатическими условиями. Как показывает сам термин
«инверсионная крыша», расположение ее элементов оказывается
обратным привычному: теплоизоляция располагается поверх мем­
браны. В качестве теплоизоляции в инверсионной кровле следует
применять только высококачественный экструдированный пено­
полистирол. Затем поверх слоя теплоизоляции в качестве разде­
ляющего слоя укладывается нетканое полотно, на которое уклады­
вается (балласт) защитный и пригружающий слой, в зависимости
от дальнейшего предназначения и способа эксплуатации кровли.
Это может быть гравийная.засьшка из окатанного гравия, настил
из тротуарных плит, кровля с озелением. Балласт укладывается
из расчета 50 кг на 1 м2, поэтому необходимо учитывать, чтобы
основание выдерживало дополнительную нагрузку, уклоны кровли
должны быть не более 1:6 (для удержания балласта).
М е х а н и ч е с к и з а к р е п л я е м ы е системы (Тип С) пред­
ставляют собой легкие системы и подходят для кровель, которые
не могут нести нагрузку балластных систем. Здесь используются
широкие листы, которые укладываются свободно поверх соответ­
ствующего основания. Листы в зоне периметра могут быть полно­
стью приклеены или скреплены механически. Листы, располо­
женные по полю кровли, крепятся механически с помощью реек,
которые помещаются поверх мембраны и затем защищаются само­
клеящимися полосами для реек шириной 150 мм. По свойствам это
«промежуточная» система. Система имеет следующие ограничения:
основание должно иметь достаточное сопротивление на выдерги­
вание саморезов, максимально допустимый уклон кровли 1:3.
Выбор той или иной системы определяется предпочтениями
потребителя, особенностями эксплуатации здания, особенностя­
ми климата (в частности местных ветровых нагрузок), высотой
здания и т.д. Важной особенностью технологий монтажа кро­
вельных систем с применением мембраны ЭПДМ является воз­
можность качественного выполнения работ при отрицательных
температурах, что существенно продлевает строительный сезон
в климатических условиях России.
Технология изготовления пленок на основе эластомеров ана­
логична технологиям производства резин вальцово-каландровым
способом (рис. 13.9) и заключается в подготовке сырьевых ком­
понентов, пластикации каучука, смешении с вулканизирующим
агентом, с последующим вальцеванием и вулканизацией.
Состав для получения рулонного гидроизоляционного материа­
ла на основе СКЭПТ достаточно сложен. В него входят следующие
компоненты на 100 массовых частей СКЭПТ: оксид цинка — 5;
стеариновая кислота — 1; наполнители (мел, каолин) — 30...60;
технический углерод — 80... 90; парафиновое масло — 50... 55;
противостарители — 2...3; сера — 0,4... 1,0 [23].
Первый этап производственного процесса включает в себя тща­
тельную подготовку сырья, измельчение, высушивание, просеива-
Рис. 13.9. Схема получения мембран на основе эластомеров
270
ние сухих добавок (наполнителей, стабилизаторов); резку, дробле­
ние, термопластикацию каучука. Для этого каучук нагревают при
130... 140°С для увеличения пластичности. Затем сухие, жидкие
компоненты (пластификаторы, мягчители), каучук, необходимое
количество вулканизатора и ускоритель (регулятор) процесса вул­
канизации перемешиваются в течение 10 мин в роторном резиносмесителе. Далее сырьевая смесь вальцуется на трех-четырех
парах подогреваемых вальцов, расположенных последовательно
перед каландром. На вальцах производится окончательная пла­
стикация массы и подогрев ее до температуры, установленной для
процесса каландрирования (обычно 70... 85 °С). По транспортеру
масса направляется на каландр, где формуется в полотно задан­
ной ширины и толщины. Заключительной операцией является
вулканизация сырой резины в котлах-автоклавах острым паром
или в барабанных (ротационных) вулканизационных аппаратах
непрерывного действия с прижимной лентой при температуре
примерно 170 “С. В процессе вулканизации (соединение молекул
каучука с серой или другими химическими реагентами) резиновая
смесь переходит из пластичного в эластичное состояние, приобре­
тает упругость и ббльшую прочность. Строение вулканизирован­
ной резины отличается от строения сырого каучука тем, что в ней
отдельные молекулярные цепи связаны серными, кислородными
мостиками, а также имеются прямые связи между углеродными
атомами разных молекул каучука. Разработаны методы непрерыв­
ной вулканизации полотен на основе эластомеров без повышен­
ной температуры и давления с помощью ионизирующей радиации
или электронных ускорителей. Для проведения радиационной
вулканизации в резиновую смесь на основе СКЭПТ вводят про­
моторы структурирования, например перекись дикумила. Линия
по производству резиновых мембран приведена на рис. 13.10.
1
2
3
4 5
6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
Рис. 13.10. Производство ЭПДМ-мембран:
1 — экструдер с щелевой головкой; 2 — двухвалковый каландр; 3 —калибрующее
устройство; 4 — нанесение боковых полос; 5 — передний поворотный валок;
6 — нагревательный барабан; 7 — обогреватель; 8 — защитный экран; 9 — ро­
тационный вулканизатор; 10— канал дополнительного нагрева; 11 — охлаждаю­
щее устройство; 12 — устройство для ориентирования кромок; 13 — ножи про­
дольной резки; 14 — ножи поперечной резки; 15 — намоточное устройство
Э0 V ийи/ит
‘у иоэЛиггвс! ээ
-Лс!д вн чхэомди I
г
я
я
л
н
о
«с
Э0 ‘ихэояиЛйх
о
а
Таблица
13.3. Технические характеристики рулонных гидроизоляционных материалов
о
»
С
>
7
*Г)
см
всШ,ес1э1шэх
см
I
% ‘ь К ве
о
эинэйюкюиоЮд
о
«п
I
«О
о
+1
о
см
«о
04I
«О
гм
о
гм
»п
I
о
см
»п
см
I
*о
гм
I
о
I
I
10
чо
Г1
о
о
о
о
о
см
о
о
гг
5
(ага) н
3
с
в
‘вши кеншчске^
X
0
1
о
о
оо
чо
о
о\
о
СП
00
»п
т
о
«о
о
сп
и
5
со
5
е
Эо
‘Ч1Э0ЭШ01Э01Ш
ЭI
'
мм
о
о
о
о
*л
о
00
т
оо
шонсЬшигсш иит
ээнэм эн
6гУ1о/л ‘Леинэ / квт
-до олэтпЛжкя вээвм
по
СО
го О
й>
ЩX
о
о
о
о
о
гм
о
о
о о с
и и с
О
о
2
^ °
о
:
о
о
»п
см
о
^
о
^ о
:о
О
™
ю
г^
сп
Ш
сп
со
гач ‘ВНИТП1ГОХ
ев
§
а
а
>
н
ей
а>
X
X
ясо
О
X
«и
§
се
X
тл­
I
ОО
г^тГ
<и
О
X
Л
К °о
н
С
П
гм 5
О О
оI 0 о
*г>
X
н
юI
о
к
х 3; 1 X
и
о^
X
I
X
*
Я >ь
к
ш >>
ОО
го
<и О
X
о
о
*
о
ю
о о
<
о
о
о
о
о
см
о
о
«л>
сч
#
СП
0\I
СП
О
Ч
I
СМ
Т
1
I
04
СП
ОО
оо
см
о
о
но
и I
&я
§Ъ
из ^
оо
оо
00
сч
о
оI
н
5
о «п
*=?5^
3"
чо
Н
О
О
и
0
со
из ^
а
из
о
й
и
С
й
2
Н
>
»
о ю
'О
сп
40
04
00
ш
и
А
*1чяонэо щЬ
о
и
С
Н
^ВСкЛ-ВМИфиСТСЖ
о
оо
чо
оо
§
го
н
аи
о
с и
Э0 ийи/уш
‘у мооХи№с! эо
-Л(1д вн чхоохдит
Б
в(Шдз<1э1шэх
о
% ‘ь к вс
С>
о
гч
о
Эо ‘ихэохиЛсЬс
а:
«3*з
а:
«о
<и I эинэШошоыой'од
(ага) н
‘В1гио квнанс&вл
О
со
о
со
о
00
гм
40
гч
О
г-
‘Ч100ХР10Х001ШЭХ
**в(1о1вхифи1Гсш
шонйэшигоы ии I
о
го
0
0
0
0
о
о
т
оо
:
:
о
00
оГ"*
оо
и
иэ
и
го
оо
и
иа
и
и
ю
и
и
ш
и
*1<гаонэо ггид
о о с
ээнэк эн
‘гмэ/л ‘Леинэ / ввш
до олэтпАжва вээвш
ММ ‘ВНИШ1ГОХ
1
о
00
со
гч
а
о
X
а>
X
I
о
о
о
о
а\
10
•
Й•
• 1 •
о
о
о
о
*“ Ч
°
гч
ГО
Лк
о
о
°
го
»пгч
го
•
•
•
гч
го
Гч
•
•
•
10Гч
ГО
СО !
ГМ
го•
#
•
гч
ГЧ
»Г)
ГЧ
40
•
•
•
го
го
Более
1000
ол
п•
ТПО мембрана
(удлинение свыше 200 %)
Более 980
130
2 500/-
25/-15
20/±0
5/-60
-20
1
0,6
«О•1
«ПЛ
0,1
0,2
-20 37,5/-15
1
I
1
ГЧ
••
ГЧ
• Вил основы: К — картон; РАФ —- рифленая алюминиевая фольга; ПЭ — полиэфирное нетканое полотно; СТк — стеклот­
кань или стсклополотно; СТх — стеклохолст; АФ — алюминиевая фольга.
** Тип полимерного модификатора: АПП — атактический полипропилен; СБС — бутадиен-стирольный термоэластопласт;
СКЭПТ (ЕРЭМ) — синтетический каучук этиленпропилендиеновый; ПВХ — мягкий пластифицированный поливинилхлорид;
ТПО — мембрана из гибких полиолефинов.
750 (75)
786 (80)
20/-15
10
т
щ
25/-15
-30
о
ГЧ
1
Без
основы
Без
основы
или
СТк
СТк,
ПЭ
3 200/2 000
1
1,2... 2,0
И 600
130
СТк
2 400/-
1
ПВХ мембрана
(удлинение свыше 250 %)
ГО
100... 1400
СБС
АФ
1
1,15... 1,5
80
СБС
1
ЕРОМ (СКЭПТ)
(удлинение свыше 400 %)
Эластобит
(ТУ 95300-00289973-94)
3 -3 ,5
1
Элабит
(ТУ 5770-528-00284718-94)
800 (80)
70
1
*\о
Фольгорубероид
(ТУ 21-РФ-698-88)
750 (75)
80
1
РАФ
Л
80
1
2 100/—
СБС
о
0 \ ГО
ГЧ
СТк,
СТх,
ПЭ
•тИ ••
• •
3 250/2 200
0
Фольгоизол
(ГОСТ 20479-84)
2,5-3,5
о ^
06
Филизол
(ТУ 5774-002-04001212-94)
*ч
т1
т
1
Ш
Наименова­
ние материа­
лов
Рубероид
Коли­ Стоимость
чество ремонта,
слоев отн. ед./м2
Гарантийный срок
службы/количество
ремонтов за 10 лет
Стоимость
ремонтов
за 10 лет,
отн. ед./м2
10
13,3*
1
1
4
2,2*
Менее 1 года / 9 ре­
монтов
2 года / 5 ремонтов
Бикрост
1
2
1,27
2,17
1 год / 9 ремонтов
2 года / 5 ремонтов
12,78
13
Унифлекс
1
2
1,6
2,78
2 года / 5 ремонтов
3 года / 3 ремонта
9,7
11,1
Техноэласт
1
2
2,2
3,56
3 года / 3 ремонта
5 лет / 2 ремонта
8,9
10,7
Мембрана
ЕРОМ
1
5
10 лет / срок службы
25 лет
5
*Данные приведены в относительных единицах, за 1 принята стоимость ру­
бероида.
Кроме безосновных рулонных материалов на основе эластоме­
ров выпускают изделия, усиленные синтетическими или стеклян­
ными тканями. Введение в конструкцию полотна из эластомера
прочной ткани существенным образом меняет физико-механи­
ческие свойства готовых материалов. Относительное удлинение
армированных изделий не превышает 40 %. Они имеют больше
на 30...50% сопротивление продавливанию, повышенное со­
противление раздиру. Армированные материалы получают путем
дублирования резинового полотна с основой перед вулканиза­
цией.
Сравнительные характеристики рулонных гидроизоляционных
материалов приведены в табл. 13.3 [14].
Важными факторами, влияющими на выбор того или иного
кровельного материала, являются его стоимость, затраты на экс­
плуатацию, прогнозируемый срок безремонтной службы. Сравни­
тельная стоимость ремонтов плоских мягких кровель по старому
рубероидному покрытию различными материалами (битумными,
битумно-полимерными и эластомерными) с учетом затрат на экс­
плуатацию за 10 лет приведена в табл. 13.4.
Очевидно, что затраты на устройство более дорогих ЕРОМ
мембран окупаются в ходе эксплуатации.
13.3. Профильные герметики
Упругие профильные герметики — герметизирующие эла­
стичные прокладки получают в виде пористых или плотных лент,
жгутов, штапиков различной конфигурации. Они широко ис­
пользуются для уплотнения деформационных швов монолитных
и сборных конструкций, оконных и дверных проемов, стыков
между панелями и других полостей. Штучные герметики изготав­
ливаются из натурального, полиизобутиленового, хлорпренового
и других каучуков и резин на их основе, поливинилхлорида, по­
липропилена и иных эластичных материалов.
Наиболее известны пороизол, гернит, поробит, прокладки
ПРП-1, бутапор, «Вилатерм» и др.
Пороизол — профильный герметик на основе пористой рези­
ны, имеет следующие характеристики: плотность 100.„450 кг/м3,
прочность при разрыве 0,1 ...0,3 МПа, растяжимость 60... 160%,
водопоглощение до 5 %, 7 ^ им = -50... +80 °С. Используют в обжа­
том состоянии.
Пороизол изготавливается из резиновой крошки (70...75%),
нефтяных дистиллятов (20... 23 %), вспенивателя — порофора
(1,5 ...6% ) и вулканизаторов (1,5 ...2%). Он выпускается в виде
круглых жгутов диаметром 10, 20 и 45 мм и полос прямоугольного
сечения 40 x 20 и 30x40 мм. Процесс производства включает в себя:
девулканизацию резины в нефтяном дистилляте при 160... 165*С,
пластикацию массы в шнековом смесителе с введением порообразо-
Рис. 13.11. Схема производства пористых профильных герметиков типа
пороизол
вателя, вулканизатора, стабилизаторов и других добавок (рис. 13.11).
Формование жгутов пороизола, как и других профильных герме­
тиков, производится на экструзионной установке с калибрующим
мундштуком. Вулканизация и вспенивание порообразователя про­
изводится в специальных термокамерах при 150... 160°С.
Гернит — пористая эластичная прокладка на основе хлорпренового каучука (наирита) длиной до 3 м, диаметром 20...60 мм.
Его качественные показатели выше, чем у пороизола: плотность
150...250 кг/м3, Яр = 0,3 МПа, Тприм = -30...+70°С, растяжимость
180 %, водопоглощение до 2,5 %. Получают гернит по непрерыв­
ной схеме с использованием экструдера.
Поробит — прокладка из эластичного пенополиуретана (по­
ролона), пропитанного для придания гидрофобных свойств би­
тумом марки БНД 40/60, с добавкой пластификатора и других
компонентов. Поробит имеет плотность 200 кг/м3, выдерживает
давление воды до 1 МПа. Применяется для герметизации оконных
и дверных проемов, стыков в подземных сооружениях.
Пористые прокладки на основе пенополиэтилена «Вилатерм»
получают из полиэтилена, порофора и добавок-стабилизаторов.
Как и для получения других профильных герметиков, применяют
экструзионный способ.
Характеристики пористых герметиков
на основе пенополиэтилена «Вилатерм»
Диаметр, м м ................... ..........................................8 , 15, 20, 30, 40, 50
Интервал эксплуатации, ° С ................................................... -60...+90
Паропроницаемость, мг/(м •ч •П а)........................................ До 0,003
Водопоглощение, %, не более............................................................. 1
Коэффициент теплопроводности, В т /(м °С )............. 0,035 ...0,037
Индекс снижения ударного шума, д Б ................................ .....22...27
Разновидностью профильных герметиков являются гермети­
ки ленточные самоклеющиеся типа «Герлен», «Липлен», «Герволен» и другие герметики, представляющие собой эластопластичные материалы, наклеиваемые обычно по грунтовке. Это ленты
из липкого слоя невулканизированного синтетического каучука
шириной 0,1 ...0,2 м, толщиной 1,2...3 мм.
Профильные эластичные уплотнители (ГОСТ 19177) изго­
тавливаются из каучуковых составов (ЭПДМ и др.), полиэти­
лена, поливинилхлорида и других эластичных материалов без
применения дополнительной поризации. В настоящее время вы­
пускается широкий ассортимент профильных лент чрезвычайно
разнообразной конфигурации для уплотнения деревянных, пла­
стиковых, алюминиевых и других конструкций. Они могут иметь
очень сложные сечения, полые, плотные, заполненные упругим
Рис. 13.12. Схема производства профильных герметиков:
1 — намоточное устройство; 2 — ленточный транспортер; 3 — охлаждающее
устройство; 4 — соэкструдер; 5 — основной экструдер с головкой
наполнителем или специальными жидкостями, обеспечивающие
максимально плотное прилегание к поверхностям стыка. Линия
производства профильных эластичных уплотнителей приведена
на рис. 13.12.
Характеристики эластичных профильных уплотнителей
Прочность при растяжении, МПа, не менее.................................20
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее.............. 500
Морозоустойчивость, °С, не менее...............................................-45
Водопоглощение через 24 ч, %, не более......................................... 2
Интервал эксплуатации -30...+70 и -60...+50°С для морозо­
стойких прокладок. Обычно пористые и плотные профильные
ленты применяются в сочетании с нетвердеющими мастичными
герметиками, чем обеспечивается максимальная защита стыка
от проникновения влаги.
13.4. Штучные гидроизоляционные
материалы
Штучные гидроизоляционные материалы представляют собой
изготовленные заводским способом гибкие полотнища, плиты,
пропитанные пористые камни и т.д. В отличие от рулонных ма­
териалов штучные изделия имеют более ограниченные размеры,
особенно по длине. Обычно это материалы длиной не более 2 м
и шириной 0,15... 1,0 м.
В зависимости от формы и размеров такие материалы могут
быть подразделены на листовые, плитные и фасонные:
• листовые — тонкие (тоньше I см) полотнища значительной
длины, обладающие значительной гибкостью и допускающие хра­
нение в виде рулонов;
• плитные — менее гибкие плиты значительной толщины
(3...5 см), длина которых превышает ширину не более чем в 3 раза;
•
фасонные — твердые изделия в виде плит, блоков, кирпичей,
труб или листов из бетонов, керамики, природных пористых кам­
ней, асбестоцемента, пропитанные органическими вяжущими.
Органические штучные материалы. По виду вяжущего ве­
щества, используемого для изготовления штучных материалов,
органические штучные материалы можно разделить на битумные,
асфальтовые, битумно-резиновые, битумно-полимерные и поли­
мерные изделия.
•Применение штучных материалов, как правило, менее трудо­
емко, более удобно, чем рулонной изоляции, способствует боль­
шей механизации при проведении работ.
Битумные армированные маты — наиболее старый, тради­
ционный материал представляет собой полотнища стеклянной
или органической ткани (брезента или мешковины), пропитан­
ные битумом, на обе стороны которых нанесен слой тугоплав­
кого битума или асфальтовой мастики. Размер матов по ширине
800... 1 ООО мм, длине 3... 10 м, толщине 4...6 мм. Область при­
менения — оклеечная гидроизоляция и уплотнение деформаци­
онных швов.
Асфальтовые армированные плиты изготавливаются из уплот­
няемых горячих асфальтобетонов с армированием стальной сет­
кой, мешковиной. Рекомендуемый размер для неармированных
плит — 800 х500 х 10 мм, армированных — до 2 000 х 1 200x40 мм.
Применяются для облицовок, устройства противофильтрационных экранов и подготовок под гидроизоляционные покрытия.
К листовым гидроизоляционным материалам относятся не­
которые виды полимерных или каучуковых пленок, например
полиизобутилена, полиэтилена, изопренового, бутадиенстирольного, этилен-пропиленового и других каучуков. Это эластичные
материалы, выпускаемые в виде пластин размером (3 000... 6 000) х
х 800х (2...2,5) мм. Используются в качестве подслоечных мате­
риалов или мембранных кровель. Особый эффект дает примене­
ние предварительно изготовленных резиновых полотнищ (ковров)
площадью 100... 1000 м2, поступающих в сложенном виде, что по­
зволяет условно отнести их к штучным материалам. Применение
таких полотен предполагает специальную технологию монтажа,
склеивания, сварки, дополнительную герметизацию швов.
Фасонные плитки типа «Шинглс» представляют собой битум­
ный или битумно-полимерный штучный материал со стекловолок­
нистой основой различных типоразмеров, например 100x34 см,
толщиной 3... 5 мм. На верхней стороне плитки имеется посыпка,
которая придает материалу определенный цвет и служит защитой
от воздействия атмосферных осадков. Полная цветовая гамма
включает в себя до 10 оттенков, что позволяет кровле гармонич­
но вписаться в любой ландшафт. Разнообразная конфигурация
таких изделий может быть получена путем вырубки, штамповки,
прессовки. Крепление производится гвоздями, специальными
скобами или самоклеящимися точками к обрешетке.
Кровтэп М — штучный кровельный материал, предназна­
ченный для устройства новой, реконструкции и ремонта старой
кровли, а также для наружной защиты фасадов. Производство
Кровтэп М осуществляется на основе технологий получения ком­
позиционных смесевых термоэластопластов. Материал выпуска­
ется в виде штучных элементов плоской или объемной формы,
шириной от 300 мм, толщиной 2,5... 15 мм. Предел прочности
не менее 2 МПа, теплостойкость более 120 °С, водопоглощение
не более 1 %, прогнозируемая долговечность не менее 15 лет.
Пропитанные пористые элементы представляют собой изде­
лия из твердых материалов: бетона (трубы, сваи, колонны, плиты
и т.п.), керамики (кирпич, плитки, трубы, черепица), асбестоце­
мента (трубы и листы) или природных пористых камней (извест­
няк, мел, туфы и др.), пропитанных органическими вяжущими.
Такие изделия обладают высокой водонепроницаемостью и водо­
стойкостью, морозо- и атмосферостойкостью.
В последние годы широкое распространение получили штуч­
ные материалы из полимербетонов, в основном в виде облицо­
вочных плиток небольшого размера: 500 х 500 мм. Толщина таких
плиток принимается в зависимости от механических нагрузок
и может составлять от 5 до 50 мм.
М атериалы на минеральной основе. Глиняные замки —
один из наиболее известных способов гидроизоляции сооруже­
ний, но в качестве штучных изделий применяется недавно. При
устройстве глиняных замков укладываются и тщательно уплот­
няются большие объемы глинистых фунтов, что является весьма
трудоемким процессом. Толщина замка обычно 0,6... 1,2 м [21].
Американской коллоидной компанией СЕТСО разработаны
высокоэффективные штучные материалы на основе природного
натриевого бентонита группы УОЬСЬАУ. Натриевый бентонит —
одна из разновидностей монтмориллонитовых глин природного
происхождения. Кристаллическая решетка монтмориллонита со­
стоит из трех слоев: два наружных слоя кремнекислородных се­
ток с атомами кремния в центрах и внутренний слой — плотно
упакованные атомы кислорода и гидроксильные группы, между
которыми расположены атомы алюминия. Сочетание этих трех
слоев образует слоистые пакеты, связанные между собой обмен­
ными катионами Ыа+1, Са+2, М
К*,. При преобладании ионов
натрия в процессе гидратации силы взаимных связей уменьша­
ются настолько, что пакет пластинок распадается на отдельные
частицы, происходит сильное увеличение общего объема при­
мерно в 14—16 раз. Когда этот процесс протекает в замкнутом
&
21
пространстве, возникает напряженное состояние в структуре
образующегося геля, за счет чего водопроницаемость материала
значительно снижается.
Рулонный материал ВЕМТОМАТ представляет собой каркас
из полипропиленовых волокон, заполненных гранулами натрие­
вого бентонита. Применяется в качестве противофильтрационных
экранов для защиты от проникновения в почву и фунтовые воды
загрязняющих веществ, в дорожном строительстве. Выдерживает
гидростатическое давление до 7 атм. Размер мата 4,5x40 м.
Маты УОЬТЕХ используются для изоляции вертикальных
и горизонтальных поверхностей. Эффективны при сооруже­
нии туннелей, крыш подземных сооружений и др. Размер мата
1,25 x 4,50 м.
- *•хашй»: г•
Гидроизоляционная прокладка ^АТЕЯЗТОР применяется для
герметизации рабочих и конструкционных швов подземных бе­
тонных сооружений, мест прохода инженерных коммуникаций.
Гидропрокладка представляет собой жгут прямоугольного сече­
ния, в состав которого входит природный бентонит и бутилкаучук.
В ограниченном для свободного разбухания пространстве обра­
зуется плотный водонепроницаемый гель, создающий надежный
барьер для поступающей влаги. Размер жгута 15x25 мм, длина
5 м. В настоящее время материалы на основе бентонитовых глин
производятся и в России.
КОНТРОЛЬНЫ Е В О П Р О С Ы
1. Укажите виды, назначение, показатели основных свойств рулонных
гидроизоляционных материалов.
2. Какие сырьевые материалы, используемые для получения рулонных
гидроизоляционных материалов, вы знаете?
3. Перечислите основные принципы получения битумных и битумно­
резиновых рулонных гидроизоляционных материалов. Какое основ­
ное оборудование применяется?
4. Укажите особенности производства битумно-поли мерных рулонных
гидроизоляционных материалов, их основные преимущества по срав­
нению с традиционными.
5. Какие виды, свойства и области применения пленочных гидроизо­
ляционных материалов вам известны?
6. Какие технологические приемы используются для получения мембран
на основе термопластов и эластомеров?
7. Каковы назначение и получение профильных герметиков?
■
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баженов В. А. Технология производства древесных плит и пла­
стиков : учебник / В. А. Баженов, Е. И. Карасев, Е. Д. Мерсов. — 2-е изд.,
перераб. и доп. — М. : Экология, 1992. — 416 с.
2. Баженов Ю. М . Бетонополимеры / Ю. М. Баженов. — М .: Стройиздат, 1983. — 472 с.
3. Белевич В. Б. Справочник кровельщика / В. Б. Белевич. — М. :
Высш. шк., 2002. — 461 с.
4. Бобров Ю.Л. Долговечность теплоизоляционных минераловатных
материалов / Ю.Л. Бобров. —- М. : Стройиздат, 1987. — 336 с.
5. Воробьев В. А. Полимерные теплоизоляционные материалы /
B. А. Воробьев, Р. А. Андрианов. — М. : Стройиздат, 1972. — 320 с.
6 . Горлов Ю. 77. Технология теплоизоляционных и акустических ма­
териалов и изделий : учебник / Ю. П. Горлов. — М .: Высш. шк., 1989. —
383с.
• т т 9т » д е
* II '> ' '
7. Горяйнов К . Э. Технология теплоизоляционных материалов и из­
делий : учебник / К. Э. Горяйнов, С. К. Горяйнова. — М. : Стройиздат,
1982. - 376 с.
8 . Игнатова О. А. Технология гидроизоляционных материалов :
учеб. пособие / О. А. Игнатова. — Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин),
2004. - 100 с.
9. Игнатова О. А. Технология пенопластов : учеб. пособие / О. А. Иг­
натова. — Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2006. — 108 с.
10. Игнатова О. А. Технология тепло- и гидроизоляционных мате­
риалов и изделий : метод, указ. / О. А. Игнатова. — Новосибирск : НГА­
СУ (Сибстрин), 2007. — 64 с.
11. Каменецкий С. /7. Перлиты (технология, свойства, применение) /
C. П. Каменецкий. — М. : Госстройиздат, 1963. — 356 с.
12. Козлов В. В. Гидроизоляция в современном строительстве : учеб.
пособие / В. В. Козлов, А. Н.Чумаченко.— М .: АСВ, 2003. — 118 с.
13. Кокшарев В. Н. Тепловые установки : учебник / В.Н.Кокшарев,
А. А. Кучеренко. — Киев : Вы т а шк., 1990. — 335 с.
14. Кровельные и гидроизоляционные материалы : дайджест пу­
бликаций журнала «Строительные материалы» за 1996 — 2001 гг. — М.,
2002. - 142 с.
15. Крыжановский В. К. Производство изделий из полимерных ма­
териалов : учеб. пособие / В. К. Крыжановский. — СПб. : Профессия,
2004. - 461 с.
16. Майзель И.Л. Технология теплоизоляционных материалов : учеб­
ник / И. Л. Майзель, В.Г.Сандлер. — М. : Высш. шк., 1988. — 238 с.
17. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции / И.Х. Наназашвили. — Л : Стройиздат, 1990. — 415 с.
18. Новиков В. У. Полимерные материалы для строительства : спра­
вочник/ В. У. Новиков. — М .: Высш. шк., 1995. — 448 с.
19. Основы технологии переработки пластмасс : учебник / [С. В. Вла­
сов и др.] ; под. ред. В. Н. Кулезнева. — М .: Химия, 1995. — 528 с.
20. Патуроев В. В. Полимербетоны / В. В. Патуроев. — М. : Стройиздат, 1986. — 285 с.
21. Попченко С. Н. Справочник по гидроизоляции сооружений /
С. Н. Попченко. —Л .: Стройиэдат. Ленингр. отд-ние, 1975. — 232 с.
22. Рыбъев И. А. Технология гидроизоляционных материалов : учеб­
н и к/ И. А. Рыбьев, А. С. Владычин, Е. П. Казенкова. — М .: Высш. шк.,
1991.- 286 с.
23. Спектор Э.М. Рулонные, кровельные и гидроизоляционные
материалы на основе эластомеров / Э. М. Спектор. — М .: АСВ, 2003. —
120 с.
24. Справочник строителя. Тепловая изоляция / под ред. Г. Ф. Кузне­
цова. — М. : Строииэдат, 1985. — 226 с.
25. Теличенко В. И. Кровля. Современные материалы / В.И.Теличенко, В. Ф. Касьянов. — М .: АСВ, 2005 — 336 с.
26. Теплоизоляционные материалы и конструкции : учебник /
[Ю.П.Бобров и др.]. — М. : ИНФРА-М, 2003. — 268 с.
27. Черкинский Ю. С. Полимерцементный бетон / Ю. С. Черкинский. — М. : Стройиздат, 1984. — 213 с.
28. Чикида И. Т. Оборудование кровельных заводов / И.Т.Чикида. —
М .: Машиностроение, 1969. — 304 с.
29. Чистяков А. М. Легкие многослойные ограждающие конструк­
ции / А. М. Чистяков. — М .: Стройиздат, 1987. — 240 с.
30. Шварц О. Переработка пластмасс : подготовка сырья, технологии
и оборудование, соединение полимеров, покрытия и отделка / О. Шварц,
Ф.-В. Эбелинг, Б. Фурт; под ред. А. Д. Паниматченко ; пер. с нем. Н. Савченкова. — СПб.: Профессия, 2005. — 316 с.
31. Энциклопедия полимеров. В 3 т. Т. 1 / глав. ред. В. А. Кабанов. —
М .: Сов. энцикл., 1972.
32. Энциклопедия полимеров. В 3 т. Т. 2 / глав. ред. В. А. Кабанов. —
М .: Сов. энцикл., 1974.
33. Энциклопедия полимеров. В 3 т. Т. 3 / глав. ред. В. А. Кабанов. —
М .: Сов. энцикл., 1977.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................................................................ 3
РАЗДЕЛ I
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Става 1. Классификация и основные свойства
теплоизоляционных материалов.......................................... 6
1.1. Классификация теплоизоляционных материалов и изделий.........7
1.2. Основные свойства теплоизоляционных материалов....................12
Глава 2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
Принципы создания пористой структуры
теплоизоляционных материалов......................................... 28
Газообразование............. ...................................................................... 28
Пенообразование..................................................................................30
Удаление порообразователя................................................................ 32
Неплотная упаковка........... ....... .......................................................... 33
Омоноличивание...................................................................................33
Плава 3.
Минеральная вата и изделия на ее основе ......................35
3.1. Минеральная вата.................................................................................35
3.2. Изделия из минеральной ваты...........................................................49
Става 4. Теплоизоляционные изделия из стекла......................... 64
4.1. Стеклянная вата и изделия на ее основе................................... 64
4.2. Ячеистое стекло........................................................................... 73
Глава 5. Теплоизоляционные бетоны............................................81
5.1. Теплоизоляционные ячеистые бетоны...................................... 82
5.2. Полистиролбетон..................................................................... 86
Глава 6. Теплоизоляционные материалы и изделия
из вспученных горных пород.........................................90
6.1. Вспученный перлит................................................................... 90
6.2. Вспученный вермикулит............................................................98
Гтава 7. Теплоизоляционные жаростойкие материалы
для изоляции промышленного оборудования.............. 104
7.1. Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы...................104
7.2. Керамические теплоизоляционные изделия.................................. III
Глава 8. Теплоизоляционные изделия на основе древесного
сырья................... ..............................................................116
8.1. Древесно-волокнистые плиты.................................................... 117
8.2. Фибролит....................................................................................125
8.3. Теплоизоляционные изделия на основе местного
органического сырья и отходов производства............................ 129
Глава 9. Полимерные теплоизоляционные материалы..............137
9.1. Основы получения полимерных теплоизоляционных
материалов.................................................................................. 138
9.1.1. Основные принципы получения пенопластов.................139
9.1.2. Газообразующие и вспенивающие вещества....................143
9.2. Свойства пенопластов................................................................. 147
9.3. Основные виды, технологии получения и применение
полимерных теплоизоляционных материалов........................... 150
9.3.1. Полистирольный пенопласт.............................................150
9.3.2. Пенополиуретан................................................................ 157
9.3.3. Фенолформальдегидные пенопласты............................... 167
9.3.4. Карбамидный пенопласт...................................................173
9.3.5. Пенопласты на основе полиолефинов............................. 177
9.3.6. Вспененный каучук.......................................................... 182
9.3.7. Пенопласты на основе поливинилхлорида...................... 185
9.3.8. Сотопласты.............................. ......................................... 191
9.3.9. Полотна «Холлофайбер»....................................................194
Р А З Д Е Л II
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Глава 10. Виды и свойства гидроизоляционных материалов......197
10.1. Классификация гидроизоляционных материалов..................... 198
10.2. Виды и характеристики связующих............................................199
10.3. Свойства гидроизоляционных материалов................................ 207
Глава 11. Технология жидких гидроизоляционных
материалов........................................................................ 215
11.1. Пропиточная изоляция............................................................... 215
11.2. Проникающая (кольматирующая) изоляция.............................. 219
11.3. Инъекционная гидроизоляция....................................................220
11.4. Пленкообразующие составы.......................................................221
Глава 12. Технология пластично-вязких гидроизоляционных
материалов........................................................................225
12.1. Обмазочные составы...........!.......................................................225
12.2. Мастичные герметики................................................................. 231
12.3. Обмазочно-уплотняемые материалы..........................................239
Глава 13. Технология упругих и твердых гидроизоляционных
материалов................................................................................ 246
13.1. Рулонные материалы...........................................................................246
13.1.1. Классификация рулонных материалов................................ 248
13.1.2. Характеристики рулонных материалов............................... 249
13.1.3. Виды, свойства и технологии рулонных материалов........252
13.2. Пленочные гидроизоляционные материалы (мембраны)...........260
13.2.1. Пленки на основе термопластов.......................................... 260
13.2.2. Пленки на основе эластомеров............................................ 266
13.3. Профильные герметики..................................................................... 277
13.4. Штучные гидроизоляционные материалы.....................................279
Список литературы................................ ................................................ 283
Технология изоляционных строительных материалов
и изделий
В двух частях
Часть 2
Игнатова Ольга Арнольдовна
Тепло- и гидроизоляционные материалы и изделия
Учебное пособие
Редактор И. В. Могилевец
Технический редактор О. Н. Крайнова
Компьютерная верстка: Д. В. Федотов
Корректор А. Ю. Гончарова
Изд. № 101115162. Подписано в печать 24.10.2011. Формат 60 х 90/16.
Гарнитура «№ чу1оп». Бумага офсетная № 1. Печать офсетная. Уел. печ. л. 18,0.
Тираж 1200 экз. Заказ № 4518.
Издательский центр «Академия». ^ду^.аса<1ет1а-то8со\у.ги
125252, Москва, ул. Зорге, д. 15, корп. 1, пом. 266.
Адрес для корреспонденции: 129085, Москва, пр-т Мира, 101В, стр. 1, а/я 48.
Тел./факс: (495)648-0507,616-0029.
Санитарно-эпидемиологическое заключение № РОСС Ш.АЕ51.Н 14964 от 21.12.2010.
Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленных
издательством материалов в ОАО «Тверской ордена Трудового Красного
Знамени полиграфкомбинат детской литературы им. 50-летия СССР».
170040, г. Тверь, проспект 50 лет Октября, 46.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
97
Размер файла
19 838 Кб
Теги
tehnologii, izolyacionnih, izdeliya, material, stroitelnoj, 4382, ignatovy
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа