Классификация теплоизоляционных материалов

Теплозоляционные материалы в зависимости от назначения подразделяют на изоляционно-строительные, которые применяют для утепления строительных ограждений, и изоляционно-монтажные — для утепления трубопроводов и промышленного оборудования. Деление это условно, так как некоторые материалы используют как для изоляции строительных конструкций, так для изоляции промышленных объектов [7].

Теплоизоляционные материалы классифицируют по следующим признакам [9]:

1) Форме и внешнему виду:

• штучные (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты);

• рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты);

• рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок и др.).

2) Структуре:

• волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.);

• зернистые (перлитовые, вермикулитовые);

• ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты, совелитовые и др.).

3) Виду исходного сырья:

• неорганические;

• органические;

• композиционные.

4) Плотности:

• на группы и марки, указанные в таблице 1; материалы, которые имеют промежуточные значения плотности, не совпадающие с указанными выше, относятся к ближайшей большей марке.

5) Жесткости:

• мягкие (М) — сжимаемость свыше 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна, вата из супертонкого стекловолокна, маты и плиты из штапельного стекловолокна);

• полужесткие (П) — сжимаемость от 6 до 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты минераловатные и из штапельного стекловолокна на синтетическом связующем);

• жесткие (Ж) — сжимаемость до 6 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты из минеральной ваты на синтетическом или битумном связующем);

• повышенной жесткости (ПЖ) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,04 МПа (плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем);

• твердые (Т) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,1 МПа.

6) Теплопроводности:

• класс А — низкой теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К (25 °С) до 0,06 Вт/(м·К);

• класс Б — средней теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К от 0,06 до 0,115 Вт/(м·К);

• класс В — повышенной теплопроводности — теплопроводность от 0,115 до 0,175 Вт/(м·К);

7) Горючести (СНиП 21-01-97):

• негорючие (Н Г);

• слабогорючие (Г1);

• умеренногорючие (Г2);

• нормальногорючие(ГЗ);

• сильногорючие (Г4).

Таблица 1 – Классификация изоляционных материалов по плотности

Основные характеристики теплоизоляционных материалов

Для того чтобы успешно решить задачу, поставленную при создании и возведении теплоизоляционной конструкции необходимо чтобы выбранные теплоизоляционные материалы отвечали определенным требованиям. Среди наиболее значимых требований — низкая и постоянная в течение всего времени эксплуатации теплопроводность, способность не разрушаться под воздействием атмосферных явлений и температуры изолируемого объекта, не вызывать коррозии и разрушения изолированного объекта, не препятствовать температурным деформациям изолированного объекта. Срок службы изоляции, как правило, не должен быть ниже срока службы изолированного объекта [3].

Суждение по этим и другим свойствам теплоизоляционных материалов можно вынести после рассмотрения совокупности свойств, определенных общепринятыми методами [3].

Плотность

Плотность — величина, равная отношению массы вещества к занимаемому им объему (без учета пор и пустот). Плотность определяют (г/см³, кг/м³, т/м³) по формуле:

ρ = m/V,

где m - масса материала, кг (г, т); V— объем, занимаемый этим материалом, м³ (см³).

Средняя плотность — величина, определяемая отношением массы m тела или вещества ко всему занимаемому объему V включая имеющиеся поры и пустоты. Среднюю плотность ρ (г/см³ , кг/м³ ) для штучных изделий, рулонных и шнуровых материалов, изделий и материалов с плоской поверхностью в состоянии естественной влажности вычисляют по формуле (ГОСТ 17177-94):

ρ = m/[V(1+0,01 W)],

где W — массовая влажность изделия или материала, %.

Знание плотностной характеристики теплоизоляционного материала дает массу информации о его теплоизоляционных и прочностных свойствах. Чем меньше средняя плотность материала, тем меньше его теплопроводность. Однако, чем меньше этот показатель, тем хуже его монтажная прочность и часто больше водопоглощение, а следовательно, такая конструкция может быть менее долговечна [3].

Для различных теплоизоляционных материалов в условиях работы в конкретной конструкции имеется свой оптимум по средней плотности.

Для определения средней плотности необходимо знать массу материала в состоянии естественной влажности, его объем и влажность. Массу материала находят взвешиванием, а влажность — высушиванием образца при температуре (105 ± 5)˚С.

Плотность сыпучих зернистых материалов (вспученных перлитов, вермикулита, совелита- порошка и др.) определяют отношением массы материала, засыпанного в мерный сосуд к объему этого сосуда [3].

Плотность материалов для мастичной изоляции (совелита ньювеля асбестодиатомовых порошков и др.) определяют на отформованных и высушенных образцах-балочках [3].

Пористость

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Истинной, или обшей, пористостью изделия П_и (%) называют отношение объема пор V_пор к полному объему изделия:

П_и = (V_пор/V)·100.

Во всех случаях П_и = П_откр + П_закр.

Чем меньше средняя плотность материала, тем больше его пористость. Известно, что чем меньше средняя плотность материала, тем лучше его теплоизоляционные свойства при средней температуре (20 ÷ 25°С) [7] слоя. Это определяется высокой пористостью материалов, т. е. наличием большого количества воздуха в порах, у которого очень низкая теплопроводность (0,027 Вт/(м·К) при температуре 20°С в спокойном состоянии) [3].

Теплоизоляционные свойства материалов зависят не только от числового значения пористости, но и от вида материала, структуры пор, их размеров и формы, степени равномерности расположения пор в материале, а также от того, являются ли поры закрытыми или сообщаются одна с другой и с окружающим воздухом (открытая пористость). Наилучшими теплоизоляционными свойствами обладают материалы с равномерно расположенными мелкими порами. От пористости зависят основные свойства материалов: теплопроводность, водопоглошение, морозостойкость, прочность [7].