- •Г. Т. Широкий, п. И. Юхневский, м.Г.Бортницкая Материаловедение
- •«Вышэйшая школа»
- •Предисловие
- •Глава 1. Основные свойства строительных материалов и изделий
- •1.1 Физические свойства
- •1.2 Механические свойства
- •Глава 2. Строительные материалы и изделия из древесины
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Характеристика пород древесины, применяемых в строительстве
- •2.3 Структура древесины
- •2.4 Свойства древесины
- •2.5 Пороки древесины
- •2.6 Сортамент древесных материалов и изделий
- •2.7 Защита древесины от разрушения
- •2.8 Формирование эстетических характеристик древесных материалов
- •Глава 3. Природные каменные материалы и изделия
- •3.1 Общие сведения
- •3.2 Магматические горные породы
- •3.2.1 Глубинные горные породы
- •3.2.2 Излившиеся горные породы
- •3.3 Осадочные горные породы
- •3.3.1. Породы химического происхождения
- •3.3.2. Породы органогенного происхождения
- •3.3.3 Породы обломочного происхождения
- •3.4 Метаморфические горные породы
- •3.5 Материалы и изделия из природного камня
- •3.6 Защита от коррозии природных каменных материалов и изделий в конструкциях и сооружениях
- •Глава 4. Керамические материалы и изделия
- •4.1 Общие сведения и сырье для производства керамики
- •4.2 Стеновые материалы и изделия
- •4.3 Изделия для внешней и внутренней облицовки
- •4.4 Санитарно-керамические изделия
- •4.5 Кровельные изделия
- •Глава 5. Металлы и сплавы, строительные изделия из них
- •5.1 Общие сведения
- •5.2 Основы технологии черных металлов
- •5.2.1 Производство чугуна
- •5.2.2 Производство стали
- •5.2.3 Термическая и химико-термическая обработка стали
- •5.3 Свойства сталей
- •5.4 Углеродистые и легированные стали
- •5.5 Цветные металлы и их сплавы
- •5.6 Металлические изделия и конструкции
- •5.6.1 Общие сведения
- •5.6.2 Листовая прокатная сталь
- •5.6.3 Профильная прокатная сталь
- •5.6.4 Стальные конструкции и другие изделия
- •5.6.5 Арматура
- •5.6.6 Изделия из цветных металлов
- •5.7 Коррозия металлов и методы борьбы с ней
- •Глава 6. Стеклянные и стеклокристалические материалы и изделия
- •6.1 Общие сведения
- •6.2 Листовые светопрозрачные и светорассеивающие стекла
- •6.3 Светопрозрачные изделия и конструкции
- •6.4 Отделочное стекло
- •Глава 7. Минеральные вяжущие вещества
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Воздушные вяжущие вещества
- •7.3 Гидравлические вяжущие
- •7.3.1 Гидравлическая известь
- •7.3.2 Цементы
- •Глава 8. Бетоны и строительные растворы
- •8.1 Общие сведения
- •8.2 Классификация бетонов
- •8.3 Материалы для тяжелого бетона и требования к ним
- •8.3.1 Вода
- •8.3.2 Заполнители для бетона
- •8.3.3 Добавки для бетонов (растворов)
- •8.4 Определение состава бетона
- •8.5 Приготовление бетонной смеси
- •8.6 Технологические свойства бетонной смеси
- •8.7 Свойства затвердевшего бетона
- •8.8 Разновидности бетонов
- •8.9 Строительные растворы
- •8.9.1 Общие сведения
- •8.9.2 Растворные смеси и их свойства
- •8.9.3 Затвердевшие растворы и их свойства
- •8. 9.4 Разновидности растворов
- •Глава 9. Сборные бетонные и железобетонные изделия
- •9.1 Общие сведения о железобетоне
- •9.2 Предварительно напряженный железобетон
- •9.3 Монолитный и сборный железобетон
- •9.4 Методы отделки поверхности железобетонных изделий и конструкций
- •9.5 Основные виды сборных железобетонных изделий
- •Глава 10. Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
- •10.1 Силикатные материалы и изделия
- •10.2 Изделия из гипсовых вяжущих
- •10.3 Асбестоцементные изделия
- •10.4 Изделия на основе магнезиальных вяжущих веществ
- •Глава 11. Строительные материалы и изделия на основе полимеров и других высокомолекулярнных органических веществ
- •11.1 Битумы
- •11.2 Дегти
- •11.3 Материалы на основе битумов и дегтей
- •11.3.1 Асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы
- •11.3.2 Кровельные и гидроизоляционные материалы
- •11.3.3 Герметизирующие материалы
- •11.4 Полимеры и изделия на их основе
- •11.4.1 Общие сведения о полимерах
- •11.4.2 Общие сведения о пластмассах
- •11.4.3 Материалы для покрытия полов
- •11.4.4 Отделочные и конструкционно-отделочные материалы и изделия
- •11.4.5 Пластмассовые трубы и санитарно-технические изделия
- •11.4.6 Клеи и мастики
- •Глава 12. Композиционные и функциональные материалы и изделия
- •12.1 Теплоизоляционные материалы и изделия
- •12.2 Акустические материалы и изделия
- •12.3 Лакокрасочные материалы
- •12.3.1 Общие сведения
- •12.3.2 Материалы для подготовки поверхности к отделке
- •12.3.3 Материалы основного лакокрасочного слоя
- •12.3.4 Обозначения лакокрасочных материалов
Глава 12. Композиционные и функциональные материалы и изделия
12.1 Теплоизоляционные материалы и изделия
К теплоизоляционным относятся материалы, имеющие теплопроводность не более 0,175 Вт/(м·К) и соответственно среднюю плотность до 600 кг/м3, т.е. самым характерным признаком теплоизоляционных материалов является их высокая пористость, поскольку воздух в порах материала имеет гораздо меньшую теплопроводность, чем окружающее его вещество.
Поскольку теплопроводность материалов напрямую связана с его пористостью, а пористость со средней плотностью, то с достаточной степенью точности можно установить и связь между плотностью и теплопроводностью материала. Чем ниже средняя плотность материала, тем больше в нем пор и тем ниже его теплопроводность. Поэтому в зависимости от плотности теплоизоляционные материалы подразделяются на марки (кг/м3): D15, D25, D35, D50, D75, D100, D125, D150, D200, D250, D300, D350, D400, D500 и D600.
В условиях эксплуатации теплопроводность материалов зависит не только от его плотности и пористости. Она зависит также от структуры пористости, влажности, температуры окружающей среды и других факторов.
Другими, не менее важными, качественными характеристиками теплоизоляционных материалов являются также сжимаемость, водопоглощение, сорбционная влажность, паропроницаемость, водоотталкивающие свойства, водостойкость, негорючесть, надежность и долговечность, звукоизоляционные характеристики и возможность проведения монтажных работ вне зависимости от сезона.
По составу исходного сырья теплоизоляционные материалы подразделяют на органические, неорганические и комбинированные.
По внешнему виду и форме они могут быть рыхлые (минеральная вата) и сыпучие (перлитовый песок), штучные (блоки, кирпичи, плиты), рулонные (маты) и шнуровые (жгуты). По структуре и строению – мелкопористые ячеистые (как пена), волокнистые (как вата), зернистые (воздух находится в межзерновом пространстве) и пластинчатые (воздушные прослойки заключены между листами материала).
Номенклатура применяемых в строительстве теплоизоляционных материалов довольно широкая. Однако реально рынок теплоизоляционных материалов представлен практически тремя видами материалов – на основе минеральной ваты, органических пенопластов и ячеистых бетонов. Это объясняется в первую очередь простотой технологии их производства, большой сырьевой базой и высокими эксплуатационными характеристиками.
Минераловатные изделия получают на основе коротких и очень тонких минеральных волокон (минеральной ваты), скрепляемых в изделия с помощью связующего или другими способами. Минеральную вату в зависимости от исходного сырья подразделяют на:
шлаковую – сырьем служат металлургические и другие шлаки;
стеклянную – из отходов стекла и других силикатных материалов;
каменную (горную) – из осадочных или изверженных горных пород (андезиты, базальты и др.).
Из минеральной ваты производят (рис. 12.1):
войлок – получают в виде листов и полотнищ путем уплотнения минеральной ваты слегка пропитанной дисперсиями синтетических смол;
минераловатные маты (ГОСТ 21880) – представляют собой минераловатный ковер, заключенный между битуминизированной бумагой, стеклотканью или металлической сеткой и прошитый прочными нитями или тонкой проволокой;
минераловатные плиты различной жесткости – производят путем пропитки минераловатного ковра синтетическим связующим и уплотнения с последующей термообработкой. Плотность их в зависимости от степени уплотнения составляет 50…250 кг/м3;
минераловатные скорлупы, цилиндры и полуцилиндры.
По качественным показателям изделия из шлаковаты значительно уступают аналогичным изделиям из стеклянной и каменной ваты (волокна).
Из стеклянного волокна получают плиты плотностью 13…75 кг/м3, маты – 10…25 кг/м3 и толщиной 40…140 мм.
Однако еще более качественные изделия получают из каменной ваты и, в частности, из супертонких базальтовых волокон (габбро, диабаза). Изделия из каменной ваты благодаря своеобразной пористо-волокнистой структуре, не имеющей определенной направленности волокон, практически не дают усадки и не подвержены температурным деформациям. Это обеспечивает им высокие теплоизоляционные свойства, прочность и долговечность, а также сохранение первоначальных геометрических размеров в течение всего срока эксплуатации.
Помимо минераловатных теплоизоляционных изделий из минерального сырья получают пеностекло, пено- и газобетоны, вспученные перлит и вермикулит, асбестосодержащие теплоизоляционные материалы, пенокерамические и др.
Ячеистые пластмассы входят в группу органических теплоизоляционных материалов. Поры в них занимают 90…98 % объема материала, а на стенки приходится всего лишь 2…10 %. В зависимости от характера пор они подразделяются на пенопласты и поропласты. Пенопласты имеют преимущественно закрытые поры в виде ячеек, разделенных тонкими перегородками. Поропласты – как правило с сообщающимися порами. Находят применение ячеистые пластмассы и со смешанной структурой.
Пено- и поропласты получают при термическом разложении газообразователей или взаимодействии компонентов (химический способ), а также в результате расширения растворенных газов при снижении давления или повышении температуры (физический способ).
По внешнему виду и способу применения ячеистые пластмассы могут быть в виде штучных изделий (в основном плит) и в виде жидковязких материалов, вспучивающихся и отвердевающихся на месте применения (заливочные пенопласты, монтажные пены).
Наибольшее распространение в строительстве получили экструдированный пенополистирол, пенополиуретаны, пенополиизоционаты, фенолоформальдегидные и карбамидоформальдегидные пенопласты.
Экструдированный пенополистирол имеет плотную корку на обеих поверхностях плит (пеноплэкс) и полностью закрытую пористость. Поэтому он практически паронепроницаем, имеет минимальное водопоглощение (<0,3%) и повышенную прочность. Долговечность экструдированного пенополистирола превышает 50 лет. Впервые пенополистирол (прессовый) был получен в США в 1944 году, бисерный – в 1952году.
Пеноизол получают из мочевиноформальдегидных смол. Это один из старейших пенопластов. Впервые был получен в конце 30-х годов прошлого столетия в Германии. Имеет много названий: мипора, юнипор, меттэмпласт (торговая марка) и др. Обладает исключительной долговечностью – по прошествии 78 лет наблюдений в материале не было замечено никаких изменений. По структуре – мелкоячеистый, без крупных воздушных пузырей, легкий (плотность порядка 15 кг/м3), малотеплопроводный (0,03…0,06 Вт/м.К), упругий, не имеет запаха, экологичный. К недостаткам следует отнести открытую пористость и невозможность напыления на изделия.
Пенополиуретан тоже представляет собой пористый жесткий (плиты) или мягкий эластичный (рулоны, листы) материал плотностью 30…100 кг/м3. Жесткие пенополиуретаны можно обрабатывать на токарном станке, пилить, сверлить и гвоздить, эластичные - применятся в виде прокладок для герметизации вертикальных и горизонтальных стыков конструкций.
Пенополиуретаны могут быть получены также непосредственно на месте производства работ методом напыления или заливки (заливочные пенопласты). Причем из 1 т сырья можно получить от 12,5 до 30 м3 пенополиуретана плотностью 30…80 кг/м3 и теплопроводностью 0,027…0,032 Вт/м·К. Пенополиуретан – материал биоустойчивый, трудносгораемый с диапазоном рабочих температур от –250°С до +180°С и долговечностью до 25 лет. Заливочный пенополиуретан можно наносить на любую поверхность с любой конфигурацией.
Заливочные пенопласты можно готовить также на основе фенольных, феноло-формальдегидных, карбамидно-формальдегидных и других полимеров.
Теплоизоляционными материалами нового поколения считаются вспененные полиэтилены (пенополиэтилены). Они имеют закрытую ячеистую структуру, упругопластичны, не впитывают влагу, хорошо поглощают звук, гасят удары и вибрацию, т.е. сочетают в себе одновременно тепло-, паро-, гидро- и звукоизоляцию.
К органическим теплоизоляционным материалам относят еще древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фибролит, арболит, камышит, торфоплиты, войлочные изделия (войлок, пакля, шевелин) и др.
К современным комбинированным материалам, обладающими высокими теплотехническими и энергосберегающими характеристиками можно отнести отражающую изоляцию «пенофол». Она представляет собой слой вспененного полиэтилена с одной или двух сторон покрытого алюминиевой фольгой высокого качества. Пенофол при своей малой толщине (несколько миллиметров) имеет высокое сопротивление теплопередаче. Это обусловлено большим количеством замкнутых пор в вспененном полиэтилене и высокой отражающей способностью полированной, химически чистой алюминиевой фольги. Разновидностями пенофола являются теплофол, термофол, метафол.
В настоящее время учеными разработан совершенно новый класс теплоизоляционных строительных материалов, которые содержат в своем составе инкапсулированный парафин. Воскоподобная добавка, находящаяся в покрытии (штукатурке) толщиной всего в несколько миллиметров, при повышении наружной температуры, способна расплавляться, поглощая при этом значительное количество энергии, и хранить ее как скрытое тепло, не повышая практически температуру парафина. Когда наружная температура понижается, парафин вновь возвращается в твердое состояние, высвобождая скрытое тепло.
На стадии апробирования находится и ряд других новых материалов и технологий.