Теплоизоляция и теплоизоляционные материалы. Методы формирования теплоизоляции

Согласно ГОСТ 16381—77 теплоизоляционные материалы классифици­руют но виду сырья, по способу его нанесения на конструкции, по теплоизо­ляционным свойствам.

Но, для потребителя, пожалуй, главным являются вид исходного сырья, прочностные характеристики, теплопроводность и горю­честь, и конечно стоимость. Вид исходного сырья — это то, из чего сделана теплоизоляция.

Теплоизоляционные материалы можно разделить на органи­ческие и неорганические.

Хорошие прочностные характеристики означают эксплуатационную надежность утеплителя и его способность удерживать за­данную форму. Они включают в себя целый ряд показателей, в частности, прочность на сжатие и растяжение, прочность на отрыв слоев. Все это очень важно, так как теплоизоляция в составе конструкции часто подвергается механическим нагрузкам.

В наше время из-за высоких цен на энергоноси­тели предъявляются более жёсткие требования к теплоизоляции домов. Рос­сия относится к одной из самых холодных стран мира, но при этом теплоизо­ляция зданий не соответствует мировым стандартам. На отопление помеще­ний у нас тратиться в 3 раза больше энергии, чем в скандинавских странах. В соответствии с требованиями изменения № 3 и №4, введенного в действие Госстроем РФ с 1 марта 1998 г., «Строительная теплотехника», сопротивле­ние теплопередаче Ограждающих конструкций должно составлять не менее Ro = 3,15 м²·°C/Вт. Это соответствует 212 см кладки из глиняного кирпича, а до этого было в три раза меньше, 64 см.

Понятно, что без утеплителей, таких параметров теплоизоляции стен не достичь. Новые дома последние десять лег строятся, уже с соответствующими характеристиками современным требова­ниям но теплоизоляции. И если у строительной организации дом, не соответ­ствует этим требованиям, то его просто не примут в эксплуатацию. Поэтому частники фактически не могут строить па своих участках что захотят и как захотят. Хотя до сих пор строят обычные кирпичные или деревянные дома без использования дополнительной теплоизоляции, при этом тепловые потери в четыре раза больше нормативных и соответственно гораздо выше счета за отопление.

Главное качество для теплоизоляции — это теплопроводность. Ма­териал должен обеспечить требуемое сопротивление теплопередаче при ми­нимальной толщине несущей конструкции. Чем ниже теплопроводность, тем лучше теплоизоляция. Коэффициент теплопроводности для изолирующих ма­териалов не должен превышать 0,04—0,06 Вт/(м К).

Теплоизоляционные материалы должны обладать следующими важными свойствами:

• Пониженной горючестью — которую следует рассматривать с точки зрения обеспечения безопасности. Если материал поддерживает горение или выделяет при нагреве вредные вещества, использовать его можно лишь с оговорками. В общем и целом требования пожарной безопасности определяются нормами СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений».
• Механической прочностью — способностью материалов сопротивляться раз­рушению под действием внешних сил. вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Различают прочность теплоизоляционных материалов на сжатие, изгиб, растяжение, зависящие от структуры, прочности твердой ос­новы материала и параметров пористости. Так жесткий материал с мелкими по­рами более прочен, чем материал с крупными неравномерными порами.
• Плотностью— которая характеризует нагрузки от веса теплоизоляции на конструкцию здания — плотность не должна превышать 185—200 кг/м³.
• Водостойкостью — которая просто необходима, особенно в нашем холод­ном и дождливом климате. Водостойкий утеплитель химически не взаимодей­ствуете влагой, и поэтому сохраняет свои свойства.
• Долговечностью — которая зависит от целого ряда других свойств: химиче­ских, биологических, стойкости к перепаду температур, а также особенностей фазово-минералогического и химического состава изоляции и др.
• Экологичностью — так как человек постоянно находится в помещениях, так или иначе защищенных теплоизоляцией, очень важно, чтобы она была биологи­чески нейтральной и ни в коем случае не являлась источником токсичных выде­лений.

Вместе с тем при эксплуатации зданий надо сделать все возможное, чтобы снизить тепловые потери.

Как известно основная часть теплопотерь в здании происходит не через стены, кровлю или окна. Порядка 60 % теплопотерь проис­ходит через вентиляцию. Тепло, образно выражаясь, «вылетает в трубу». И что самое важное, бороться с этим весьма затруднительно, так как необходим достаточный приток свежего воздуха и удаление избыточной влажности.

Если Вас расстраивают большие счета за отопление, то из простых способов можно порекомендовать в морозы немного прикрывать каналы вытяжки, и закрывать их совсем при покидании дома. Сложными и дорогими, но гораздо более эффектив­ными способами, являются установка систем искусственной вентиляции, кото­рые нагревают входящий в дом свежий воздух за счёт темпера туры выходящего воздуха.

Если не учитывать теплопотери через вентиляцию, то 65-80 % от оста­ющихся тенлопотерь приходится на тепловое излучение. Большая часть матери­алов пропускает излучение из-за своей высокой излучающей способности. Алю­миниевая фольга и материалы с её использованием (фольгоизол, фольгопласт, изолон и другие), отражают до 98 % теплового излучения. Поэтому использова­ние для теплоизоляции дома отражающих материалов обязательно. Разумеется, там, где это представляется возможным. В окнах также рекомендуется использо­вать К-стскло (триплекс), способное отражать часть теплового излучения.

Теп­лоизоляцию можно разделить по следующим типам соответствующим разным способам теплопередачи:

• отражающая, которая снижает потери за счёт отражения инфракрасного «теплового» излучения (мастика, теплокраска);
• предотвращающая потери за счёт теплопроводности, водопоглощения, паропроницаемости, то есть за счет кондуктивного и конвективного теп­лообмена (сочетания передачи тепла через сам материал и воздух или газ, находящийся в нем).

Но проще всего теплоизоляцию можно условно разделить по способу нане­сения, обустройства (монтажа) для стен, перекрытий и полов зданий как граж­данского, так и промышленного назначения.

Это прежде всего, самый массовый и всем доступный способ устройства теплоизоляции — это плиточный метод. К этому виду изоляции относятся практически все мягкие, полужесткие и жесткие конструкции, имеющие геометрические размеры (плиты, панели, маты, блоки, экраны).

Засыпной метод подразумевает формировать теплоизоляцию засыпая в специально подготовленную полость гранулы имеющую низкую теплопровод­ность (керамзит, пенополистирол, вермикулит, опилки и т. д.).

Заливочным ме­тодом производят то же самое, только в изолируемое пространство заливается вспенивающийся агент (пеноизол, пенополиуретан, карбамидные смолы и т. д.). Как видим, для заливочного метода используются газонаполненные закрыто­-ячеистые вспенивающиеся пластмассы.

Наиболее высокопроизводительным считается напыляемый метод, когда нанесение на изолируемую поверхность наносится методом распыления из специального пистолета-распылителя (пено­полиуретан, сухое и мокрое торкретирование цементно-песчаного раствора с пе­нообразователем)

1. Материалы для плиточного метода теплоизоляции

Характер технологии производства теплоизоляционных работ зависит от вида теплоизоляционных материалов и конструкций. Сборная теплоизоляцион­ная конструкция является наиболее индустриальной и наиболее широко применя­ется в промышленном и гражданском строительстве.

Применение такой изоляции позволяет сократить сроки производства работ, снизить стоимость и уменьшить трудоемкость работ. Согласно Европейской организации технического нормиро­вания ЕОТА фасадная теплоизоляционная система — это система с теплоизоляцией из пенополистирола, минераловатных плит и других теплоизоляционных матери­алов с отделочным слоем.

Пенополистирольная плита — теплоизоляционный ма­териал (в виде плит) из вспененного полистирола, изготовленный методом прессо­вания или экструзии с модифицирующими добавками. Используется для устрой­ства теплоизоляционного слоя.

Минераловатная плита- теплоизоляционный ма­териал (в виде плит) из базальтового волокна на синтетическом связующем с гид­рофобными добавками. Используется для устройства теплоизоляционного слоя и противопожарных рассечек в теплоизоляционном слое из пенополистирольных плит . Вообще разновидностей плиточных материалов очень много.

Некоторые ма­териалы могут находиться как в гранулированном, так и в жидком виде, например, из гранул пенополистирола или керамзита можно изготавливать различные блоки и плиты. Так при введении керамзита в цементно-песчаную смесь можно получить керамзитобетонную плиту, а если вспенить полистирол подняв температуру в ме­таллической форме до 100 °C, то можно получить теплоизоляционную плиту, на­цель или блок необходимых размеров в соответствии с проектными данными.

Так же и заливочные композиции, например пенополиуретаны, при смешении которых в форме, также можно получить изделие различной плотности и конфигурации. Ниже приведены типовые теплоизоляционные материалы, широко применяющи­еся сегодня в строительстве. Для рассмотрения их свойств и технологии монтаж­ных работ при строительстве и утеплении жилых и производственных зданий их будет достаточно.

Конечно, существуют и много других, но все они основаны на природных или термореактивных материалах. Взять, к примеру, пеноизол — тоже вспенивающийся полимерный материал на основе карбамидных смол и ценообра­зующих добавок с ортофосфорной кислотой. Только в сравнении с пенополиуретаном он существенно уступает — недостатком его является высокая гигроскопич­ность. А наноситься на изолируемую поверхность он может как заливочным мето­дом, так и закрепляться в виде плит нужной толщины, с помощью специального клея или дюбелей.

Поэтому применение пеноизола должно быт ь только в том слу­чае целесообразно, если имеется хорошая гидроизоляция. При этом расчетные дан­ные проекта должны исключать возможность выпадения конденсата на поверхно­сти теплоизоляции, то есть, точка росы, должна находиться зимой внутри стены кирпичной кладки, и никого не беспокоить.

Типовые плиточные теплоизоляционные материалы
	Вермикулитовая плита ПВ0-500 применяется для качественной термоизоляции в процессе строительства комнатных печей и каминов. Способна защитить стальные, железобетонные, деревянные конструкции, из которых сооружаются электрокабельные трассы, межэтажные перекрытия
	Пенополистирол ПСБ-С-25. Среди популярных строительных материалов для теплоизоляции явным лидером является пенополистирол ПСБ-С-25. Он имеет самые лучшие показатели прочности и теплопроводности. Его используют для огромного количества задач — утепление крыш, фасадов и балкона. Материал изготавливают из гранул стирола, которые содержат в себе углекислый газ
	Плиты повышенной жесткости ППЖ-200 изготавливается из минерального сырья с добавлением специальных связующих синтетических добавок, что придает утеплителю отличные водоотталкивающие свойства, высокую жесткость, повышенную износостойкость, а также стабильную геометрию плиты
	Пенопласт ФК-20 полученный заливочным способом. В качестве сырья используют резольные фенолоформальдегидные олигомеры ФРВ-1 и ФРВ-2, ФРВ-1А. Олигомер ФРВ-1 — гомогенная жидкость от вишневого до темно-коричневого цвета, со слабым запахом фенола и формальдегида, представляющая собой полидисперсную смесь продуктов конденсации фенола и формальдегида в присутствии NaOH
	Плита пенополиуретановая ППУ-329 с защитным покрытием. В качестве утеплителя пенополиуретан имеет значительное превосходство над другими стройматериалами. Обычно в строительстве применяется жесткий пенополиуретан, который обладает отличными энергосберегающими качествами в виде высокой плотности до 70 кг/м3 и низкой теплопроводности от 0,02 до 0,03 Вт/м

Рис. 1. Некоторые виды плиточной теплоизоляции

Керамзитопенобетонные панели

Панели производят на специальной конвейерной линии для производства керамзитобетонных и керомзитопенобетонных панелей. Так, на Московском комбинате железобетонных конструкций уже давно освоено производство ке­рамзитобетонных смесей, пространственных арматурных каркасов, интенсив­ного уплотнения с использованием вибропригруза, обеспечивающего давление 50 гс/см² (вибропригрузочный щит подастся на пост формования самоходной те­лежкой, установленной на эстакаде), позволяет приступить к распалубке панелей сразу же после формования.

Бортовая оснастка приводится в движение гидрав­лическими цилиндрами. Конвейерная линия оборудована 32 унифицированными поддонами-вагонетками, имеющими съемные проемо- и фаскообразователи. На поддоне можно формовать панели разных размеров, по не более 6200×3600 мм в плане.

Поддоны-вагонетки возвращаются по обгонному пути, который исполь­зуется также для ряда подготовительных операций: очистки и смазки поддонов, раскладки ковровой керамики на поддоны, установки оконных блоков и проемообразователей. После чистки и смазки на поддон устанавливают раму оконного проема. Раму закрепляют между двумя металлическими проемообразователями, которые не только образуют откосы оконного проема, но и фиксируют положе­ние рамы, а также предохраняют его от загрязнения и увлажнения при формова­нии. Затем укладывают коврики размером 40×50 см из керамической плитки, наклеенной на бумажную основу.

Дальнейшие операции (укладка, формование, уплотнение, твердение) проводятся на основной линии конвейера. Керамзитобе­тонную смесь уплотняют на виброплощадке с применением вибропригруза гак, чтобы до верха бортовых элементов оставалось около 2 см. В это пространство укладывают слой раствора, который заглаживают затирочным валиком.

Немед­ленно после укладки верхнего растворного слоя изделие распалубливают и ваго­нетку передвигают в камеру предварительной тепловой обработки, где панели выдерживают при температуре 40-50 °C в течение 1-1,5 ч. За это время достига­ется критическая прочность керамзитобетона, при которой возможно проводить последующий более интенсивный прогрев; растворный же слой приобретает прочность, достаточную для его окончательной обработки, отделки оконных от­косов. На этой конвейерной линии универсальный бетоноукладчик, раствороукладчик и вибропригрузочный щит перемещаются по специальной эстакаде, а не по направляющим на уровне пола цеха.

Такая компоновка оборудования удобна тем, что не затемняется рабочее место и хорошо просматриваются все механизмы с пульта управления, к постам формовки можно подходить со всех сторон. Конвейерную линию обслуживает бригада из восьми формовщиков. Проектная производительность конвейерной линии 150 тыс. м² стеновых пане­лей в год. Конечно, существуют и мобильные керамзитобетонные устройства, но использование поточного производства позволяет более оперативно решать крупномасштабные задачи.

Так, например, на конвейерной линии производства керамзитобетонных панелей с вертикальной камерой твердения, построенной недалеко от Санкт-Петербурга имеется поточная линия отделки и комплектации стеновых панелей. Комплектация — завершающий этап производства. Она вы­полняется одновременно с отделкой панелей па конвейерной или поточной ли­нии. Расчеты однослойной стеновой панели (коэффициент теплотехнической од­нородности 0,9) на предлагаемом эффективном без песчаном керамзитопенобетоне со средней плотностью 650—700 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности: 0,13—0,14 Вт/(м·ч·°C) — в сухом состоянии и 0,16-0,17 Вт/(м·ч·°С) — при эксплуа­тации в зоне «Б» показали, что при толщине 60 см (с учетом наружного и внут­реннего фактурных слоев) ее термическое сопротивление составит не менее 3,23 (м^2·ч·°С)/Вт, что вполне достаточно для климатических условий средней по­лосы России.

Рис 2. Стеновая панель керамзитопенобетона

Сэндвич-панели

Сэндвич-панели были созданы на территории Америки, в конце 30-х годов XX столетия. Что касается отечественного рынка, то изделия на нем появились относительно недавно. Несмотря на это, их популярность быстро растет. Для чего используется материал:

1. для строительства гаражей;
2. для строительства садовых домиков;
3. при постройке складских помещений и промышленных корпусов:
4. для декоративной отделки стен.

Из сэндвич-панелей можно строить бытовки, киоски и магазины, а также многие здания общественного назначения, например кинотеатры. Им утепляют складские помещения и готовые конструкции. К тому же это отличный звуко­изолирующий материал, подходящий для создания межкомнатных пере­городок. Супермаркеты, торговые центры, коттеджи и постройки, высота кото­рых не более 2 этажей — все это создают из панелей. По теплоизоляцион­ному критерию выделяют панели, сердечник которых может быть изготовлен из минеральной ваты, стекловолокна, пенополиуретана, пенополистирола или нескольких «слоенок» материалов ( такие панели называют комбинирован­ными).

Рис. 3. Сэндвич-панель с начинкой из пенополиуретана

Ряд сэндвич-панелей разделяют но нескольким основным покрытиям:

Полиэстер (РЕ)

Полиэстер — покрытие подходит для всех климатических зон, оно также рекомендовано для конструкций, сооружаемых внутри зданий. Толщина полиэстерного покрытия составляет 25 мкм, теплостойкость — около 120 °C. Оно имеет несколько преимуществ — хорошо формуется и имеет высокую проч­ность. Панели изготавливаются с глянцевым или матовым покрытием из поли­эстера.

Пластизоль

В его состав входят поливинилхлорид и пластификаторы. Для его обозначе­ния используют маркировку вида PVC 200, где число указывает на толщину по­крытия. выраженную в мкм. Преимущества пластизольного покрытия заключа­ются в его применимости как для внутренних, так и для наружных конструкций, устойчивости к механическим повреждениям, коррозии и вальцовке, хорошей формовке.

Полидифторионад (PDVF)

Толщина этого покрытия составляет 25 мкм, оно устойчиво к повышению температуры до +120 °C и понижению до 60 °C. Заслуживают внимания такие достоинства, как стойкость к механическим повреждениям. агрессивным веще­ствам и коррозии.

Пурал (Pural)

Основа этого покрытия — полиуретан. Оно имеет привлекательную матово-шелковистую поверхность и отличается стойкостью к перепадам температу­ры, коррозионно-активным и агрессивным веществам, ультрафиолетовому из­лучению. Чаще всего панели с таким покрытием используются снаружи зда­ний.

Применение конструкций с заполнителем в строительстве

Конструкции с заполнителем применяются в строительстве зданий как в качестве ограждающих, так и в качестве несущих конструкций (стены, пере­городки, перекрытия, полы).

Несущие слои выполняются из различных метал­лических материалов, стеклопластиков, асбестоцемента, фанеры, гипсовой штукатурки и г. д. Заполнитель изготавливают из крафт-бумаги, картона, тка­ней пропитанных смолами. Из этих конструкций построены многие дома в Москве, Люберцах, Воскресенске (Московская обл.), стены этих домов в 2—3 раза легче железобетонных, хотя по прочности им не уступают.

Завод «Монте» (Франция) изготавливает клееные трехслойные перегородки (несу­щие слои из асбестоцемента или сухой штукатурки и сотового бумажного заполнителя). Применение конструкций с древесно-бумажным сотовым запол­нением или вспененными пластмассами особенно эффективно при малоэтаж­ном строительстве. По сравнению с типовыми, здания из конструкций с запол­нителем в 1,5 раза дешевле; в 2—3 раза меньше удельная трудоемкость их в строительстве: в 3-4 раза сокращается расход древесины и 2-3 раза умень­шается масса основных сборных элементов здания. Конструкции с заполните­лем имеют хорошие теплоизолирующие свойства.

Фирма «Мани Эгерстон» (Англия) выпускает прочные трехслойные теплоизоляционные панели со сплошным заполнителем из поливинилхлорида (ρ = 40 кг/м³; δ = 0,28 МПа), которые применяются при постройке автомобильных фургонов — рефрижера­торов. Для несущих слоев могут применяться стеклопластики, органопластики, слоистые металлополимерные материалы, композиты, древесина, фанера, ДВП, ДСП и т. д.

Рис. 4. Конструкция с сотовым заполнителем и листовым стеклопластиком: 1 — металлическая обшивка; 2 — соты стеклопластиковые; 3 — ПКМ

По прочностным характеристикам предел прочности на изгиб, что у дву­тавровой балки, что у трехслойной конструкции одинаковы. В трехслойной кон­струкции роль стенки играет заполнитель, за счет которого разнесены несущие слои, что придает пакету слоев высокие характеристики жесткости и прочности при относительно малом весе.

Комбинируя материалы несущих слоев и запол­нителя, можно добиться нужных физико-механических свойств трехслойных конструкций. Трехслойная конструкция представляет собой систему, которая со­стоит из двух внешних сравнительно тонких слоев и среднего, более толстого слоя. Внешние слои называются несущими, а внутренний слой — заполнителем.

Внешние слои изготавливаются из более прочных материалов (стали, сплавов легких материалов, дерева, пластмасс и др.) и, в зависимости от условий эксплу­атации, могут состоять из нескольких разнородных материалов, являясь много­слойными. Внутренний слой (заполнитель) изготавливают из не особо прочных материалов с малой плотностью (из пробки, резины, пластмассы, вспененного полимерного материала, из легкого металла в форме сот, перемычек, гофрировки или другой конструкции).

Вспомогательные материалы для монтажных работ

Для механического крепления теплоизоляционного материала к стене, ис­пользуется комбинированный анкер-дюбель с ронделью и сердечником. Он изготовлен из полимерных материалов, сердечник изготовлен из металла с ан­тикоррозионным покрытием или стеклонаполненного полиамида. Так, напри­мер, в системе НВФ (навесной вентилируемый фасад), используется цоколь­ный профиль, как опора и защит а торцов граничного ряда теплоизоляционного материала, а также для устройства различных примыканий систем утепления.

Профиль изготавливается из алюминиевого сплава, нержавеющей стали или ПВХ. В конструкциях систем наружного утепления допускается применение других комплектующих, аналогичных указанным в технической оценке на си­стему, в части предъявляемых требований к техническим характеристикам, об­ласти применения, и условиям эксплуатации, если пригодность для примене­ния этих компонентов подтверждена в установленном порядке техническими свидетельствами.

Решение о возможности применения таких комплектующих принимает заказчик и проектная организация по согласованию с разработчи­ком системы, с учетом требований технической оценки конструкции и заклю­чений проектных организаций о пожарной и, при необходимости, санитарно-эпидемиологической безопасности конструкции системы в целом.

При тепло­изоляции трубопроводов применяется рулонная оберточная теплоизоляция, которая устанавливается из полос, матрацев, магов, фольги и других минераловатных или стеклопластиковых гибких материалов. Благодаря эластичности эти материалы без деформаций воспринимают термическое сопротивление. Поэтому этот вид изоляции широко применяется для криволинейных участков трубопровода, фасонных частей, компенсаторов. В состав процесса производ­ства теплоизоляции рулонными материалами входит подготовка поверхностей и устройство основного выравнивающего и отделывающего слоев.

Так, для изоляции трубопроводов матами из минеральной ваты их кренят к трубопро­водам проволочными подвесками. Продольные и поперечные стыки сшивают после закрепления матов подвесками. Окончательно изоляцию закрепляют бандажами из металлической полоски или мягкой проволоки. Теплоизоляция плитными материалами применяется как для плоских, так и для криволиней­ных поверхностей. До начала изоляции производят подбор плит по толщине, затем их подгоняют к изолируемой поверхности и друг к другу впритирку насухо или на гонком слое мастики с промазкой швов.

Плиты укладывают го­ризонтальными полосками снизу вверх, причем нижний ряд устанавливают на опорную полку. При большой высоте конструкции опорные полки делают че­рез каждые 3-4 м по горизонтам. Плиты следует укладывать так, чтобы кре­пежные детали (крючки, штыри) проходили через швы между плитами. При необходимости в плитах заранее устраивают отверстия для пропуска крепеж­ных крючков или штырей. Закрепляют изоляцию по горизонтали или диаго­нали проволокой, привязываемой к крепежным деталям, после чего се покры­вают проволочной сеткой для последующего оштукатуривания специальным раствором или покрытия другими материалами согласно проекту.

Теплоизоля­ция фасонными (формовочными) изделиями обычно применяется для трубо­проводов. В качестве фасонных элементов применяют скорлупы, сегменты, кирпич, сформованные из диатомита, пенобетона и др. За последнее время начали применять перлит обе тонные скорлупы заводского изготовления. Эти скорлупы готовятся из смеси вспученного перлитового песка, асбеста и це­мента.

Скорлупы изготавливают диаметром до 20 см и применяют для изоля­ции трубопроводов, прокладываемых в проходных, полупроходных и непроходных каналах, центральных тепловых пунктах, технических подпольях зда­ний и внутри помещений. Мастичная изоляция применяется как на холодных, гак и горячих поверхностях сложной конфигурации. Мастики обычно состоят из различных порошковых или волокнистых материалов (асбеста, асбозурита, совелита), затворяемых водой.

Изготавливается мастичная изоляция путем наброски смеси на изолируемую поверхность. Первый слой, так называемый обрызг, делают не толще 5 мм. По мере высыхания первого слоя наносят вто­рой, а затем все последующие слои до необходимой толщины, предусмотрен­ной проектом. Нанесение мастики производят ручным или механизированным способом, например, с помощью пневмонагнетателей.

Мастика наносится непосредственно на изолируемую поверхность или на прокладку из асбеста или другого материала. Исторические и современные здания можно эффек­тивно утеплять и одновременно декорировать сообразно архитектурному стилю гой или иной эпохи, сохраняя при этом индивидуальность каждого стро­ения. Архитектурные элементы, декоративные профили, облицовочная плитка с клинкерной оптикой, керамика, русты, натуральный камень, стеклянные па­нели, мозаика и другое — все эти отделочные компоненты являются составной частью фасадных систем и долгие годы служат украшением фасадов зданий.

Эффективность свойств теплоизоляции и оригинальный архитектурный ди­зайн могут в наши дни отлично сосуществовать как единое целое. Предпосыл­кой к тому является способность соответствующих теплоизоляционных систем отвечать высочайшим техническим требованиям и при этом органично соче­таться с элементами архитектурного декора. Принципиальным моментом явля­ется учет четырех ключевых факторов: экологии, экономики, дизайна и функ­циональности.

Красота оформления фасадных теплоизоляционных систем в настоящее время не уступает эстетической привлекательности отделки не утепленных стен. Именно сегодня, когда снова стала цениться изысканность и индивидуальность, особую роль играет многообразие декоративных элементов и облицовочных материалов для отделки фасадов. Облицовка фасада придаст изюминку как современным, так и историческим зданиям. Какие бы ни исполь­зовались материалы, в любом варианте фасады с использованием теплоизоля­ционных систем приобретают большую индивидуальность, своеобразие и убе­дительность.

2. Материалы для заливочного метода теплоизоляции

Понятие «заливочный метод» теплоизоляции, назван так условно и подра­зумевает заполнение изоляционной полости при смешивании нескольких ком­понентов, которые вступая в химическую реакцию между собой, образуют за­крытую ячеистую структуру. Таким образом, например, утепляют складские и промышленные помещения, перегородки и бортовые поверхности рефриже­раторных судов и т.д. Из них также изготавливают и многообразную плиточ­ную изоляцию.

По виду применяемых в строительстве смол и полимеров их можно классифицировать следующим образом:

• фенольные — изготавливаются из резольных или новолачных фенолформальдегидных смол и фенольных спир­тов;
• полиуретановые — изготавливаются из полиэфиров и полиизоцианатов с добавкой антипирена;
• поливинилхлоридные: изготавливаются из поливинил­хлоридных смол;
• карбамидные (мипора) — изготавливаются из карбамидоформальдегидных смол;
• алкидные — пенополиэтилен, пенополипронилен, которые изготавливаются соответственно из полиэтилена и полипропилена.

Применя­ются преимущественно как рулонные материалы. По реакции на тепловое воз­действие их можно разделить на термопластичные и термореактивные.

Термо­пластичные размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. К термопластичным относятся пенополистиролы, пенопласты на основе поли­винилхлорида.

Термореактивные: однажды затвердев (пройдя полимериза­цию), не способны размягчаться при повышении температуры. Термореактивными являются, например, пенополиуретаны и пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол.

Карбамидные пенопласты привлекли к себе внимание низкой плотностью, доступностью, дешевизной исходною сырья, простотой технологии изготовле­ния, отличными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Они лучше других пенопластов отвечают большинству этих требований и становятся все более по­пулярными в промышленном и частном строительстве.

Пеноизол относится к новому поколению карбамидных теплоизоляционных пенопластов (поропла­стов). От всех существующих на данное время на рынке теплоизоляционных материалов пеноизол отличается высокими теплоизоляционными свойствами (коэффициент теплопроводности от 0,028—0,037 Вт/м °C), низкой плотностью (8-25 кг/м³), большой сопротивляемостью огню, стойкостью к действию микро­организмов, грызунов, очень высокой звукоизоляцией, низкой ценой. Пеноизол толщиной 5 см с жесткой наружной облицовкой по теплопроводности соответ­ствует 90 см кирпичной кладки, но обладая значительной гигроскопичностью нуждается в хорошей гидроизоляции.

Пенобетон но праву считается популярнейшим строительным материалом. Часто можно встретить использование пенобетонных блоков для возведения зда­ний. Однако пенобетон как материал можно использовать не только в виде бло­ков. Как известно, монолитные конструкции имеют преимущество по теплоизо­ляционным свойствам по сравнению с осаждающими конструкциями, созданными из блоков. Поэтому заливочный метод пенобетоном в заранее под­готовленные опалубки в настоящее время широко применяется в строительстве, так как позволяет достичь высоких результатов но теплоизоляции помеще­ний. Одним из наиболее широко применяемых марок пенобетона являются марки (D600— D1000), то есть прочность при сжатии образца размерами 100×100×100 мм не превышает 1000 кг/м³.

Состав имеет следующие пропорции:

• портландцемент — 325 кг;
• песок — 205 кг;
• пенообразователь — 1,05 кг;
• вода — 182 л.

Для создания пористости материала добавляют пенообразователь, состав которого включает:

• костный и мездровый клей,
• канифоль,
• каустическая сода,
• па­ста скрубберная.

Состав раствора требует малой пропорции пенообразователя. Пенообразователь может быть на клескрсмневой основе, натурально — белковой или искусственного происхождения.

Фенольные пенопласты, которые применяются в строительстве получают в основном заливочным методом. При заливочном методе жидкая полимерная композиция на основе резольных фенолоформальдегидных полимеров вспени­вается газами, выделяющимися при взаимодействии компонентов, или парами легкокипящих жидкостей с последующим отверждением при помощи отверди­телей во вспененном состоянии.

Наиболее распространен в строительстве зали­вочный метод. Для получения пенопластов этим методом используют жидкие резольные фенолоформальдегидные форполимеры марок ФРВ-1, ФРВ-2, ФРВ-1Л и «Резецел», представляющие собой полидисперсную смесь продуктов конденсации фенола с формальдегидом в присутствии едкого натра.

В форполи­мер ФРВ-1А вводят алюминиевую пудру. В качестве вспенивающего агента и газообразователя применяют продукты марок ВАГ. Продукт ВАГ-1 представляет собой гомогенную смесь соляной и ортофосфорной кислот с мочевиной, взятых в весовом соотношении соответственно 2:1:1; продукт ВАГ-2 — диэтиленгли­колевый раствор смеси сульфофенола и ортофосфорной кислоты: ВАГ-3 — про­дукт конденсации сульфофенилмочевины с формальдегидом и ортофосфорной кислотой.

В процессе получения пенопластов ФРП механическим путем смеши­вают при нормальной температуре форполимер (100 вес. ч.) и вспенивающий агент (15—25 вес. ч.) и заливают полученную композицию в полость формы или конструкции. Вспенивание композиции происходит под действием экзотермиче­ского тепла реакции окончательной поликонденсации фенолоформальдегидного полимера с кислотным катализатором.

При использовании форполимера ФРВ-1А, содержащего алюминиевую пудру, композиция вспенивается водоро­дом, выделяющимся при реакции кислого катализатора с алюминиевой пудрой. При использовании форполимеров ФРП-1 и ФРП-2, не содержащих алюминие­вой пудры, за счет экзотермического тепла от реакции поликонденсации испаря­ется содержащееся в полимере легкокипящее вещество, например, четыреххлористый углерод или фреон 113 (3-8 вес. ч), пары которых и вспенивают компо­зицию. Таким образом, вспенивание и отверждение композиции происходит непосредственно в изделии без подвода тепла извне.

Технологический процесс получения и заливки пенопласта может быть периодическим и непрерывным. При изготовлении пенопластов марок ФРП по периодическому процессу приме­няют обычные смешивающие устройства (мешалки лопастные, якорные и г. п.) с 800-1400 об/мин. Продолжительность смешивания компонентов составляет 20-40 % от времени живучести данной партии форполимера в зависимости от интенсивности смешивания. Для непрерывной заливки смеси применяют ма­шину тина УЗФП, которая состоит из следующих основных частей: двух емко­стей (для форполимера и продукта ВАГ), двух насосов и смесительной головки. Смесительную головку соединяют с машиной при помощи двух шлангов, по ко­торым подаются форполимер и ВАГ в необходимом соотношении. Производи­тельность машины —6 м³/ч.

Пенополиуретаны являются на сегодня одними из наиболее востребован­ных теплоизоляционных строительных материалов. Основными критериями ка­чества вспененных ППУ, являются их теплофизическис свойства, при этом для получения качественной их структуры, должна быть применена и соответствую­щая рецептура компонентов. Например, для получения теплоизоляции марки ППУ-329, может быть применен следующий состав:

• компонент Л-329 (ТУ 6-55-2-87) — 100 в. ч.
• активатор АС-329 (ТУ 6-55-221-993-88) — 1 в. ч.
• эмульгатор КЭП-2Л — 1 в. ч.
• вода -2,5 в. ч.
• полиизоцианат (ТУ 113-03-375-75)
• соотношение Л : Б = 100 : 120 (по массе)

Образующийся материал имеет пористую структуру, все его ячейки запол­нены углекислым газом.

Пенополиуретан имеет ряд недостатков. Главным из них становится боязнь ультрафиолетовою излучения. Под действием солнечного света теплоизоляционные свойства материала значительно снижаются. Из жесткого (заливочного) ППУ можно изготавливать любые фигуры различ­ной плотности для теплоизоляции не только плоских поверхностей но и изде­лий различной конфигурации. Заливочный ППУ от напыляемого отличается временем старта композиции.

Если технология напыления ППУ предусматри­вает вспенивание материала сразу после нанесения ее на изолируемую поверх­ность (3—5 с), то при заливочном методе время старта увеличивают вводя в ком­позицию различные наполнители. Это необходимо для того, чтобы все состав­ляющие композицию хорошо прореагировали друг с другом формируя каче­ственную структуру материала. В этом случае время старта может составить 10-60 с и более — все зависит от конфигурации и объемов формируемого изде­лия. Для теплоизоляции применяют ППУ с закрытыми ячейками, так как только этот материал имеет хорошие теплоизоляционные и физико-механические свойства.

Рис. 5. Сегменты-утеплители для трубопроводов

3. Материалы для засыпного метода теплоизоляции

Монтаж и демонтаж традиционного утепления стен минеральной ватой, пенопластом и другими плитами — процесс достаточно трудоемкий. В некото­рых случаях уместно использовать сыпучий утеплитель. Он намного дешевле и удобнее при той же эффективности. На рынке представлен весьма разнообраз­ный выбор таких материалов. Сыпучий теплоизолятор применяется не только для внутренних поверхностей — им можно утеплять помещение и снаружи. Стены, пол, крыша — можно утеплить все элементы, которые конструктивно до­пускают засыпку материала. Есть несколько видов сыпучего материала для утепления, при этом каждый из них имеет свои свойства.

Перечень сыпучих утеплителей:

• керамзит,
• пенополистирол в гранулах,
• пенобетонная крошка,
• эковата,
• опилки и песок,
• котельный шлак,
• вермикулит,
• пеностекло и др.

Керамзит

Давно всем известен вид этого материала— круглые или овальные гранулы. Гранулы или материал иной формы пористый и очень легкий (некоторые виды могут держаться на поверхности воды). Керамзит образовывается вследствие об­жига легкосплавной глины. Он абсолютно не горючий, безопасный, экологиче­ски чистый своим составом.

Материал может быть трех видов:

• носок с размером крупинок от 0,14 до 5 мм. Его используют как напол­нитель для легких бетонов и для утепления пола;
• вспученный щебень из керамзита — эго гранулы фракцией от 5—40 мм. Лучший вариант для теплоизоляции фундаментов и полов жилых поме­щений;
• гравий из керамзита. Округлые гранулы 5—40 мм с оплавленной поверх­ностью, абсолютно стойки к огню. Внутри они имеют закрытые поры, что наделяет их прекрасной морозоустойчивостью. Такой гравий реко­мендуют для утепления чердачных перекрытий: материал легкий, имеет низкую теплопроводность.

Для определения материала но назначению, в маркировке материала обяза­тельно присутствует размер его фракции:

• 5—10 мм — для полов и кровли;
• 10-20 мм — для бань и саун, тук как способен держать температуру и влажность в помещении на протяжении некоторого времени;
• больше 20 мм —для фундамен­тов и подвальных помещений.

Пеностекло

Перекрытие, утепленное поноcтекольным гравием, включает следующие основные слои:

• основание, которое может быть железобетонным, балочным, столбча­тым и т. д.;
• теплоизоляционный слой пеностекольного гравия, который, в зависимо­сти от конструкции, может быть свободнолежащим или несущим;
• основание финишного покрытия;
• финишное покрытие.

При утеплении пеностекольным гравием в качестве чернового пола может выступать дощатый настил при утеплении пола по лагам/балкам, цементно-песчаная стяжка, системы сборного пола. При утеплении необслуживаемых поме­щений, например, неэксплуатируемый чердак, засыпка может оставаться в сво­бодном виде.

Рис. 6. Засыпка гранул пеностекла на цементном молочке под «сухую стяжку»

Производство пеностекла представляет собой процесс, при котором бой стекла, вторсырье растирают с порообразователем (уголь, кокс. сажа, антрацит) и засыпают в формы, смешав с другими добавками. Форма заполняется при­мерно на 10 %, весь объем заполнится в процессе образования стеклянной пены. Обжиг проходит в печи при температуре около 1000 °C. В процессе плавки стекла порообразователь увеличивает объем в 14-15 раз и форма заполняется. Пеностекло производится в виде блоков, гранул и щебня. Пеностекло обладает высокими теплоизоляционными свойствами, сохраняя при этом приемлемые прочностные характеристики и простоту обработки, небольшой все. Теплопро­водность пеностекла составляет около 0,040 Вт/(м °C), что значительно меньше, чем у массово распространенного керамзита (0,18).

Пенополистирольные гранулы

Это полимерный насыпной материал. Представляет собой очень легкие, воз­душные гранулы белого цвета. Он применяется как засыпка при утеплении кро­вель и стен. Недостатками является токсичность и горючесть.

Пенополистирол дешевый, удобный материал для утепления способом колодезной кладки. При нагревании до 100 °C, гранулы полистирола вспениваются и заполняют полно­стью изолируемый объем, образуя монолитную конструкцию. Часто его приме­няют для изоляции судовых помещений рефрижераторов а также используют как добавку в смеси для утепления бетона.

Рис. 7. Пенополистирол марки ПСБ-С

Вермикулит

Это слоистый материал на основе слюды. В процессе его изготовления не используется никаких химических добавок, примесей. Является отличным вари­антом для утепления лоджий, комнат. Используется как энергосберегающая об­лицовка жилья внутри и снаружи. Для пола и стен рекомендуют слой не меньше 10 см, для кровли — не меньше 5 см. Засыпка этим материалом толщиной в 5 см уменьшает потери тепла на 75 %, 10 см — 92 %.

Техническая характеристика материала:

• высокая воздухопроницаемость изоляции — материал пористый — что позволяет стенам «дышать», идеальный для естественной циркуляции, обновления воздуха и обеспечения микроклимата в помещении;
• экологически чистый, без токсичных веществ;
• негорючий, огнеупорный, принадлежит к группе горючести Г1;
• грибки, плесень, грызуны, насекомые не страшны такой изоляции;
• особые навыки или опыт, специальные инструменты не нужны для его засыпки. Слой материала просто засыпается и уплотняется. Дополни­тельные крепежи не нужны;
• срок службы — более 50 лет.

Для стен достаточно толщины засыпки вермикулита в 10 см. для чердаков, кровель, межэтажных перекрытий — 5 см. При укладке желательно использовать пароизоляционную пленку — эго дополнительно защитит изоляцию от влаги.

Синтактная пена

Сегодня на рынке теплоизоляционных материалов (ТМ) представлен широ­кий класс теплоизоляционных покрытий, создаваемых с использованием различного рода связующих и микросфер, так называемые синтактные иены.

Синтактные пены — вид газонаполненных полимерных материалов наполните­лями в которых служат полые сферические частицы, равномерно распределен­ные в связующем.

Ячейки в таких пенах образуются не вспениванием полимера, а благодаря введению полых микросфер. Наличие в составе композита мик­росфер, делает его, по сути, закрытопористым материалом. Первоначально при­менение сферопластиков задумывалось для изучения и освоения Мирового оке­ана для донных станций, буев, средств рыбного лова, но со временем синтакт­ные пены стали использовать и в строительстве, как высокопрочный теплогидроизоляционный материал.

Производители синтактных пен предлагают также использовать ее, как для изоляции ограждающих конструкций зданий и соору­жений, так и для защиты промышленных объектов, эксплуатирующихся при тем­пературах до 600 °C, например, трубопроводов и энергетического оборудования, оборудования работающего при высоком давлении. Однако этот материал тре­бует более детального исследования, так как это материал достаточно недавно стал применения в строительстве и изученность свойств синтактных пен приме­нительно к высокотемпературным объектам отсутствует, так же, как и их клас­сификации.

Количество и качество введённых микросфер определяет теплоизо­лирующие свойства материала, при этом возникают сопутствующие эффекты: повышение вязкости и возникновение или усиление прочности системы. У большинства изученных наполненных систем обнаруживается критическая степень наполнения, выше которой наблюдается резкое изменение значений рео­логических параметров и прочностных показателей.

Введение в полимеры микросфер, как и прочих наполнителей, сопровождается формированием нового комплекса свойств композиций. Этот процесс является результатом межфазных взаимодействий на границе раздела полимер — твердое тело, к которым, прежде всего, относятся адсорбционные или молекулярные взаимодействия, которые яв­ляются ответственными за адгезию на межфазной границе, физические, механи­ческие и другие свойства наполненных систем. Немало важным является оп­тимальный выбор сочетания полимера и наполнителя.

Механические свойства наполненных композиций могут меняться в зависимости от формы частиц наполнителя. Необходимо учитывать не только природу, форму и характер рас­пределения частиц наполнителя, но и их взаимодействие на границе раздела фаз. В свою очередь связующие вещества в составе синтактных пен, обеспечивают механическую прочность и термостабильность теплоизоляционного по­крытия, а при использовании на поверхности металлической подложки, допол­нительную антикоррозионную защиту. Смешивание например, двух ком­понентов—«алюмосиликатные пустотелые микросферы + пенополистирол» поз­волил получить материал, имеющий следующие физико-механические показа­тели:

• Плотность, г/см³ 0.1—0.4
• Предел прочности при сжатии, МПа 0.5-3,5
• Снижение массы изделия с синтактной пеной, % 20—30
• Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) 0.04—0,11
• Прочность на пробой, кВ мм 2,5—3.5

Рис. 8. Синтактная пена: 1 — сферопластик: 2 — эпокидно-тиоколовый компаунд К-153

Помимо алюмосиликатных микросфер, отечественной промышленностью производятся полые сферонластики марки ЭДФ, получаемые из фенолфор­мальдегидной смолы модифицированной эпоксидно-лиановым связующим (ТУ 6-05-221-867-86).

Состав, содержащий эпоксидную диановую смолу, моди­фикатор — низкомолекулярную алифатическую эпоксидную смолу и отвердитель аминного типа с лигнином, являющимся отходом производства при переработке древесины, смешивают при следующем соотношении компонентов (в мас. ч.):

• эпоксидная диановая смола 40-50;
• низкомолекулярная алифатическая эпоксид­ная смола 20-30;
• лигнин 20-40;
• отвердитель аминного типа 10-30.

Сепарацию проводят методом флотации в спирте, ацетоне, гексане и гептане. При этом плот­ность сферопластика составляет 0,75 г/см. Напряжение сжатия при 10 % дефор­мации 6—12 МПа. модуль упругости при сжатии — 180-440 МПа. Для изделий работающих при высоком гидростатическом давлении используется применя­ется сферопластик ЭДС-650ТЕ, ТУ 6-55-221-1516-98.

Опилки и песок

Это традиционные материалы для сохранения тепла, которые используются на чердаках и в подвалах, применяются не одно столетие.

Недостатки: плохо изо­лируют от влаги, в них могут завестись вредители. Опилки — горючие, подвер­жены плесени, грибку. Поэтому, прежде всего для жилых и производственных зданий рекомендуется применять более современные материалы.

Эковата или целлюлоза

Составляющие этого утеплителя — эковата (7 %), измельченная бумага (81 %), антисептики (12 %) и антипирины (7 %). Материал негорючий и не гниет благодаря специальным пропиткам. В мире его используют уже больше 80 лет, на просторах СНГ он известен на протяжении последнего десятилетия. Как ан­тисептик в этом материале используется борная кислота, в роли антипирена — бура. Эти вещества экологически безопасны.

4. Материалы для напыляемого метода теплоизоляции

В строительстве напыляемые ППУ регламентируются различными норма­тивными документами, например, нормы Самарской области распространяются на теплоизоляцию наружных стен жилых и общественных зданий жесткими пе­нополиуретанами (ППУ) марок «Рипор», «ППУ-17Н», «ППУ-350Н», «ППУ-331». «НТС-1», «НТС-2», «Изолан 7п», «Изолан 14» и других пенополиуретанов, удо­влетворяющих требованиям ТСН12-305-95СО. Ниже приведены теплофизиче­ские характеристики наиболее широко применяемых теплоизоляционных мате­риалов. Как видно из таблицы, наиболее предпочти гелей среди них является пенополиуретан, так как при толщине в 50 мм он сопоставим но теплопроводности с остальными материалами, расход которых в разы больше, а срок службы (за исключением кирпича) меньше.

Таблица 1. Характеристики различных теплоизоляционных материалов

Некоторые виды напыляемого пенополиуретана регламентируется только но металлическим поверхностям, другие для герметизации панелей в крупнопа­нельном домостроении, третьи в качестве амортизационного настилочного по­крытия. Например ППУ-ПН-3/1 рекомендуется применять только в качестве в качестве тепло-, гидро- и антикоррозионного покрытия но металлическим по­верхностям.

Исходные компонента для получения:

• компонент «А» — Л-ПН-3/1 (ТУ 6-05-221- 736-84)
• компонент «Б» — полиизоционат марки Б (ТУ 113-03-375—75) или мар­ки Д (ТУ113-03-29-6-84).

При смешении и распылении компонентов получается жесткий пенопласт с мелкоячеистой структурой и гладкой поверхностной коркой имеющей небольшую бугристость и следующие физико-механические свойства:

• кажущаяся плотность, кг/м³ 140-180
• разрушающее напряжение при сжатии, МПа 1,0
• адгезия к стальной поверхности, МПа 0,8
• коэффициент теплопроводности, Вт(м·К) 0,058
• водопоглощение за 24 ч, см³/м², не более 200
• теплостойкость, °C, не ниже 100
• горючесть но ГОСТ 12.1.044—84 — трудновоспламеняемый