3837
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. В. Исаев, А. А. Мольков
Теплоизоляционные материалы
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине
«Архитектурное материаловедение» по направлению подготовки
07.03.01 Архитектура, профили «Архитектурное проектирование», «Рестав-
рационное проектирование», «Градостроительное проектирование», по направлению подготовки 07.03.03 Дизайн архитектурной среды, профиль
«Дизайн архитектурной среды»
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
УДК 691.175 691-405.8
Исаев, А.В., Мольков, А.А. Теплоизоляционные материалы [Элек-
тронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А.В. Исаев, А.А. Мольков; Нижегор.
гос. архитектур.-строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022.− 25 с.− 1
электрон. опт. диск (СD-RW)
В пособии приводятся общие сведения о строительных теплоизоляци-
онных материалах и указания по проведению лабораторной работы по дан-
ной теме.
Пособие предназначено обучающимся в ННГАСУ по дисциплине
«Архитектурное материаловедение» по направлению подготовки 07.03.01
Архитектура, профили «Архитектурное проектирование», «Реставрационное проектирование», Градостроительное проектирование»,
по направлению подготовки 07.03.03 Дизайн архитектурной среды,
профиль «Дизайн архитектурной среды».
© А.В. Исаев, А.А. Мольков, 2022
© ННГАСУ, 2022
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………. 4 1 Классификация теплоизоляционных материалов ………………………… 6
2 Цель работы и общие указания по выполнению работы ………………… 9 3 Номенклатура и основные свойства теплоизоляционных материалов …. 9
Литература …………………………………………………………………. 22
4
Введение
Теплоизоляционными называются строительные материалы, кото-
рые имеют плотность (среднюю или насыпную) в сухом состоянии (ρ) не более 500 кг/м³ и малую теплопроводность – не более 0,175 Вт/(м·К) и при-
меняются для изоляции строительных конструкций зданий и сооружений,
тепловых и холодильных установок и трубопроводов.
Тепло через конструкцию передаётся, в общем случае, тремя спосо-
бами: конвекцией, теплопроводностью и излучением.
При конвекции тепло передаётся за счёт движения вещества (жидкого или твёрдого), чаще всего – воздуха в порах, пустотах материала или воз-
душных прослойках конструкций. Доля теплопередачи за счёт конвекции уменьшается с уменьшением свободного объёма, занимаемого этим веще-
ством, и в мелкопористых материалах с замкнутыми порами стремится к нулю. Поэтому теплопроводность материала зависит не только от общего объёма пор (интегральной пористости), но и от их размеров (дифференци-
альной пористости).
Теплопроводность осуществляется за счёт передачи кинетической энергии между соседними молекулами или атомами вещества. Теплопро-
водность зависит как от природы материала (атомно-молекулярного строе-
ния), так и от структуры материала. Например, известно, что вещество в кристаллическом состоянии лучше проводит тепло, чем в аморфном или стеклообразном. Также теплопроводность увеличивается с ростом темпера-
туры материала. При отсутствии пор теплота передаётся только теплопро-
водностью.
Доля теплопередачи излучением зависит от природы материала, стро-
ения поверхностей (как излучающей, так и воспринимающей излучение),
5
расстояния между поверхностями, а также от температуры. С увеличением последней теплопередача излучением растёт очень быстро. В вакууме теп-
лопередача может осуществляться только излучением.
Газы, в том числе воздух, в неподвижном состоянии обладают весьма низкой теплопроводностью по сравнению с жидкостями и твёрдыми веще-
ствами. Коэффициент теплопроводности воздуха при 20 °С составляет
0,0232 Вт/(м·К). Поэтому все теплоизоляционные материалы – это высоко-
пористые вещества с пористостью (50 – 98) %.
В реальных условиях эксплуатации материалы практически никогда не бывают абсолютно сухими. Вода обладает относительно высоким коэф-
фициентом теплопроводности – 0,5 Вт/(м·К), что более чем в 20 раз больше,
чем у воздуха. Проникая в материал, вода замещает воздух, и средняя теп-
лопроводность материала существенно возрастает. Поэтому теплоизоляци-
онные материалы при транспортировании и эксплуатации должны быть тщательно защищены от увлажнения.
Номенклатура современных теплоизоляционных материалов весьма разнообразна. Их классификация и основные виды представлены в разделах
1 и 2 настоящих «Методических указаний …».
В настоящих «Методических указаниях …» не приводятся сведения о технологии изготовления теплоизоляционных материалов, т.к. с большин-
ством из них студенты знакомятся в более ранних разделах курса строи-
тельных материалов.
В разделе 3 приведены общие указания по выполнению лабораторной работы студентами.
6
1 Классификация теплоизоляционных материалов
1.1 Теплоизоляционные материалы и изделия, в соответствии с ГОСТ
16381 [1], подразделяют по следующим основным признакам.
По виду основного исходного сырья материалы и изделия подразде-
ляют на:
–неорганические;
–органические.
Изделия, изготовленные из смеси органического и неорганического сырья, относят к неорганическим, если количество последних в смеси пре-
вышает 50 % по массе.
По форме материалы и изделия подразделяют на:
− рыхлые (минеральная и другие виды ваты, пористые заполнители и
др.);
−плоские (плиты, маты, войлок и др.);
−фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др.);
−шнуровые.
По структуре материалы и изделия подразделяют на:
−волокнистые;
−ячеистые;
−зернистые (сыпучие).
По содержанию связующего вещества материалы и изделия подраз-
деляют на:
−содержащие связующее вещество;
−не содержащие связующее вещество.
Вне стандартной классификации оказались такие материалы, как теп-
лоизоляционные мастики и обмазки, "монтажная пена" – полиуретановая
7
композиция, вспенивающаяся на выходе из баллона и отверждающаяся при контакте с влажным воздухом и предназначенная для теплоизоляции и гер-
метизации монтажных швов, стыков некоторых строительных изделий и конструкций, и некоторые другие материалы.
По возгораемости (горючести) материалы и изделия подразделяют
на:
−несгораемые;
−трудносгораемые;
−сгораемые.
Следует отметить, что приведённая традиционная классификация ма-
териалов по возгораемости (горючести) не соответствует классификации по техническому регламенту «О требованиях пожарной безопасности» [2],
имеющему статус закона Российской Федерации. В соответствии с указан-
ным регламентом строительные материалы по горючести подразделяются на негорючие (НГ) и горючие, в т.ч.:
−Г1 (слабогорючие);
−Г2 (умеренногорючие);
−Г3 (нормальногорючие);
−Г4 (сильногорючие);
по воспламеняемости подразделяются на три группы:
−В1 (трудновоспламеняемые);
−В2 (умеренновоспламеняемые);
−В3 (легковоспламеняемые);
по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:
−РП1 (нераспространяющие);
−РП2 (слабораспространяющие);
8
−РП3 (умереннораспространяющие);
−РП4 (сильнораспространяющие).
Плотность (насыпная для зернистых материалов и средняя для про-
чих) является одним из важнейших технических показателей теплоизоляци-
онных материалов, т.к. от неё во многом зависят и теплопроводность, и
прочностные свойства. Поэтому материалы подразделяют на марки по плотности в сухом состоянии от 15 до 500, обозначаемые, обычно, буквой
D. Для конкретных видов материалов нормативными документами устанав-
ливаются свои диапазоны и номенклатура марок в указанных пределах.
К сожалению, в разных стандартах подход к понятию "марка" разли-
чен. Например, в ряду D150 – D200 – D250 марка D200 может означать, что фактическая плотность материала находится в пределах (151 – 200) кг/м³, а
может – (176 – 225) кг/м³.
ГОСТ 31309 [3] отменил действие ГОСТ 16381 в части материалов на основе минеральных волокон для ограждающих конструкций зданий и со-
оружений. ГОСТ 31309 предусматривает два вида материалов – плиты и маты. Различают плиты и маты с облицовкой (покрытием) и без неё, на ор-
ганическом или неорганическом связующем.
В зависимости от условий эксплуатации в строительной конструкции плиты и маты могут предназначаться для использования в ненагружаемой или нагружаемой тепловой изоляции.
По назначению теплоизоляционные материалы различают:
– строительные теплоизоляционные – для теплоизоляции наружных стен, покрытий, подвальных и чердачных перекрытий;
– для теплоизоляции горячих поверхностей – печей, сушил, автокла-
вов, паровых котлов. горячих трубопроводов и т.п.;
– для предотвращения потерь холода – в холодильных установках. 9
Назначение и область применения теплоизоляционных материалов определяется, главным образом, их максимальной температурой примене-
ния, прочностными и деформативными свойствами. Немаловажными фак-
торами являются также их долговечность, пожароопасность, санитарная опасность, технологичность применения и стоимость.
2 Цель работы и общие указания по её выполнению
2.1 Целью работы является ознакомление студентов с основными ви-
дами теплоизоляционных материалов, их структурой, основными свойства-
ми и областью применения в строительстве.
2.2 Работа заключается в ознакомлении студентов с коллекций тепло-
изоляционных материалов кафедры строительных материалов.
Работа, как правило, проводится всей подгруппой.
Студенты должны классифицировать и охарактеризовать предложен-
ные преподавателем теплоизоляционные материалы из коллекции. Резуль-
таты записываются в журнал лабораторных работ в таблицу, форма которой приведена в таблице 2.1.
3 Номенклатура и основные свойства теплоизоляционных материалов
3.1 Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
3.1.1 Наиболее распространёнными теплоизоляторами являются ма-
териалы и изделия на основе минеральных и стеклянных волокон. Они со-
стоят из искусственных волокон диаметром (0,5 – 12) мкм и длиной до
60 мм.