Классификация горных пород. Керамические строительные материалы

Пористость. Теплоизоляционный материал должен состоять в основном из воздуха, лишенного способности перемещаться. Это возможно в тех случаях, когда материал имеет следующее строение:

• Мелкопористое ячеистое (как пена);
• Волокнистое (как вата);
• Зернистое (воздух находится в межзерновом пространстве);
• Пластинчатое (воздушные прослойки заключены между листками материала).

У материалов ячеистого строения (пенопласт) пористость может достигать 95…98%, а у волокнистых (минеральная  вата – 90…95%. Возможны материалы со структурой смешанного типа. Например у керамзита два типа воздушных пустот: межзерновая пустотность – 45…50% и пористость самих зерен – 65…70%, что в общем дает содержание воздуха в материале – 75…80%.

Строение вещества твердого каркаса материала также влияет на его теплопроводность. Если вещество имеет кристаллическое строение, то его атомы расположены в правильном порядке, это предопределяет его высокую теплопроводность. Поэтому у большинства неорганических теплоизоляционных материалов вещество, образующее каркас, имеет стеклообразное строение (минеральная вата, пеностекло и др.).

Однородность  строения материала существенно влияет на его теплопроводность. Так, песчаник, состоящий из отдельных кристаллов кварца, скрепленных природным цементом, имеет λ = 2…3 Вт/(м · К), т.е. в 3…4 раза ниже отдельного кристалла кварца.

Средняя плотность  материала зависит в основном от его пористости. Чем ниже средняя плотность материала, тем больше в нем пор и тем ниже его теплопроводность. Поэтому для характеристики теплопроводности (λ) нужно использовать среднюю плотность материала ρ_m. Установлены следующие марки теплоизоляционных материалов (кг/м³): D15, D25, D35, D50, D75, D100, D125, D150, D200, D250, D300, D350, D40, D500, D600.

Влажность оказывает существенное влияние на теплопроводность материалов, т.к. теплопроводность воды в 25 раз выше, чем у воздуха. Поэтому желательно, чтобы теплоизоляционные материалы в минимальной степени поглащали влагу и при эксплуатации находились в сухом состоянии. Пути достижения этого – закрытая пористость, гидрофобность материала и конструктивные методы, обеспечивающие сухое состояние теплоизоляции.

 Газо- и паропроницаемость материала важна при исползовании его в ограждающих конструкциях. При низкой паропроницаемости теплоизолирующего материала возможно накопление влаги в месте его контакта с другим материалом, что может привести к развитию негативных процессов в этом месте конструкции вплоть до ее разрушения.

Тепловые свойства. Теплопроводность материала зависит от температуры: при повышении температуры теплопроводность повышается.

Теплостойкость (жаростойкость) оценивают по предельной температуре применения материала. Она зависит от химического состава: у органических материалов не превышаеи 100…150°С, минеральные теплоизоляционные материалы выдерживают до 500…800°С. Для больших температур производится специальная высокотемпературная и огнеупорния теплоизоляция.

Прочность теплоизоляционных материалов при сжатии сравнительно невелика – 0,2…2,5 Мпа. Показателем стабильности качества материала является напряжение при 10 %-ной деформации сжатия, т.к. уплотнение материала повышает его теплопроводность. Материалы, имеющие предел прочности > 2,5 МПа, могут применятся самостоятельно для ограждающих конструкций. Менее прочные используются при условии закрепления на несущем материале или для заполнения пустот в нем.

 

2. Основные виды теплоизоляционных материалов
1. Неорганические теплоизоляционные материалы

 

Неорганические материалы  изготовляет на основе минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла, вяжущих  веществ, асбеста и т.п.). К этим материалам относятся изделия из минеральной ваты, пеностекло, ячеистые бетоны, асбестосодержащие засыпки и мастичные составы, а также пористые заполнители, используемые как теплоизоляционные засыпки (керамзит, перлит, вермикулит идр.).

Неорганические теплоизоляционные  изделия теплостойки, негорючи, не подвержены загниванию.

Минераловатные изделия получают на основе коротких и очень тонких минеральных волокон (минеральной ваты), скрепляемых в изделия с помощью связующего или другими способами.

Минеральную вату вырабатывают из силикатных расплавов, сырьем для которых служат металлургические шлаки, осадочные (мергели, каолины) и изверженные (базальт) горные породы, отходы стекла и другие силикатные материалы.

Минераловатные изделия применяют для тепловой изоляции в широком диапозоне температур: - 200…+600°С; изделия на основе специальных минеральных волокон выдерживают до 1000°С. Они слабо адсорбируют влагу, не поражаются грызунами.

Производят следующие  виды минераловатных изделий: мягкие плиты (минеральный войлок) и прошивные маты, полутвердые и твердые плиты и скорлупы.

Пеностекло (ячеистое стекло) – материал, получаемый термической обработкой порошкообразного стекла, смешанного с порошком газообразователя (мел, известняк, кокс). В момент перехода стекла в пластично-вязкое состояние газообразователь выделяет газ, который вспучивает стекломассу. Пеностекло обладает низкой теплопроводностью при достаточно высокой прочности и практически нулевое водопоглощение и паронепроницаемость.

Ячеистое стекло легко  обрабатывается, хорошо сцеляется с цементными материалами. Пеностекло применяют для изоляции металлоконструкций, при бесканальной прокладке трубопроводов и благодаря паронепроницаемости и минимальному водопоглощению для теплоизоляции стен, потолков промышленных холодильников.

Теплоизоляционные бетоны – бетоны плотностью не более 500 кг/м³ по структуре могут быть трех видов:

• Слитного строения на пористых заполнителях (керамзитовом гравии, перлитовом песке) и цементном или полимерном вяжущем;
• Крупнопористые (беспесчаные) на однофракционном керамзитовом гравии и цементном или полимерном вяжущем;
• Ячеистые.

Крупнопористые бетоны используют в виде плит, заменяющих засыпную теплоизоляцию.

Ячеистые бетоны – наиболее перспективный вид теплоизоляционных бетонов, отличающиеся сравнительно простой технологией получения. Недостаток – высокое водопоглощение и гигроскопичность. Применяют ячеистые бетоны в виде камней правильной формы, заменяющих 8…16 кирпичей.

Монтажная теплоизоляция – специальная группа неорганических теплоизоляционных материалов (засыпки и мастики) и готовых изделий (листы, плиты, скорлупы), используемых для изоляции трубопроводов и агрегатов с высокими температурами поверхности. К таким материалам относятся асбестосодержащие материалы (чисто асбестовые и смешанные), теплоизоляционная керамика и др.

Применение асбеста в  монтажной теплоизоляции объясняется  его огнестойкостью и низкой теплопроводностью, а в мастичных материалах он выполняет  также армирующие функции (благодаря  волокнистому строению).

Асбестовый картон и бумагу изготовляют из асбеста 4-5 сортов с  использованием органических клеев (крахмала, казенина). Асбестовую бумагу используют для изоляции поверхностей, работающих при температурах до 500°С. Асбестовый картон применяют для предохранения деревянных и других конструкций из легкогорючих материалов для защиты от возгорания.

Асбестосодержащие смешанные  материалы представляют собой порошки  из асбеста с различными добавками (слюды, диатомит, минеральные вяжущие  и т.п.). При затворении водой эти смеси превращаются в пластичное тесто, способное при высыхании затвердевать. Из него получают покрытия на изолируемых поверхностях или производят изделия-полуфабрикаты (плиты, скорлупы). Изоляция подобного типа выдерживает температуры до 900°С, при этом теплопроводность таких материалов – низкая. Имея открытую пористость и высокое водопоглощение, асбестосодержащие материалы требуют защиты от увлажнения.

Для высокотемпературной теплоизоляции (1000°С и более) применяют пенокерамические материалы и легковесные огнеупоры.

 

 

 

2. Органические теплоизоляционные материалы

 

Органические теплоизоляционные  материалы получают как из природного сырья (древесины, селькохозяйственных отходов, торфа), так и на основе синтетических полимеров.

Материалы из сельскохозяйственных отходов, камыша, торфа – местные  теплоизоляционные материалы. У  них не очень высокие технические  характеристики и небольшая долговечность, но они выгодны экономически.

Материалы на основе древесного сырья: изоляционные древесноволокнистые  плиты (ДВП), фибролит и арболит имеют более высокие технические характеристики, применяются в строительстве малоэтажных зданий.

Изоляционные древесноволокнистые  плиты (мягкие и полутвердые ДВП) изготовляют из неделовой древесины, измельчая ее в воде на отдельные  волокна. Полученную массу, в которую  вводят гидрофобизирующие и антисептирующие добавки, отливают на частую медную сетку, слегка подпрессовывают и высушивают. Большие размеры плит ускоряют проведение строительно-монтажных работ. Их используют для изоляции стен и перекрытий, устройства подстилающих слоев в конструкции полов и т.п.

Фибролит и арболит – материалы из древесной стружки (фибролит), опилок и щепы (арболит) на цементном вяжущем. Обладают пониженной горючестью и повышенной биостойкостью по сравнению с другими древесными материалами.

Фибролит в виде плит применяется  как конструкционно-теплоизоляционный  материал (заполнение каркасных конструкций  стен). Фибролит не горит открытым пламенем, а тлеет и затухает при удалении источника огня. Он легко обрабатывается. Стена и фибролитовых плит толщиной 10…15 см эквивалентна по термическому сопротивлению кирпичной стене  в два кирпича.

Арболит – разновидность легкого бетона на заполнителях из древесных отходах.

Полимерные теплоизоляционные  материалы: пенопласты, поропласты и  сотопласты, - отличаются высокими эксплуатационными характеристиками, достаточно долговечны и технологичны. По внешнему виду и способу применения газонаполненные пластмассы могут быть в виде штучных изделий и в виде жидко-вязких материалов, вспучивающихся и отверждающихся на месте применения.

Пенопласты – получают вспениванием различных полимеров (полистироло, поливинилхлорида, полиэтилена, фенольных полимеров и др.)

Пенополистирол – наиболее известный вид строительных пенопластов. Из него получают крупноразмерные плиты толщиной до 100 мм. Марки по плотности D15…D50, теплостойкость 80…90°С. Пенополистерол – горючий материал.

Беспрессовый пенополистирол состоит из склеившихся между собой вспененных гранул полистирола. Он паропроницаемый, имеет заметное водопоглощение и невысокую прочность. Применяется для тепловой изоляции стен, когда необходима паропроницаемость всей конструкции.

Прессовый пенополистирол имеет плотные корки на обеих поверхностях плит и полностью замкнутую пористость. Он абсолютно паронепроницаем, имеет ничтожное водопоглощение и большую прочность, чем беспрессовый. Применяется для изоляции конструкций, где возможен длительный контакт с водой и не нужна паропроницаемость.

Пенополивинилхлорид – материал в виде плит, по методу получения и структуре аналогичен прессовому пенополистиролу. Теплостойкость 130…140°С, горючесть значительно ниже, чем у пенополостирола. Применяется для теплоизоляционных слоев кровельных конструкций.

Заливочные пенопласты –  жидко-вязкие олигомерные смолы, заливаемые в пазухи, оставленные в изолируемой  конструкции, вспучивающиеся и отверждающиеся в них (фенольный пенопласт, пенополиуретан). Применяются для изготовления трехслойных конструции (типа «сэндвич»).

Сотопласты – получают, пропитывая синтетическими клеями и склеивая гофрированные листы бумаги или ткани, так что образуется жесткая конструкция наподобие пчелиных сот. Размер ячеек 10…30 мм. Сотопласты склеивают с обеих сторон листовым материалом (твердой ДВП, фанерой) при этом получается прочная трехслойная панель. Применяют в конструкциях дверей, перегородок и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

• Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы.: Учебник – М.: Стройиздат, 1986.
• Домокеев А.Г. Строительные материалы. Учебник для строительных вузов. – 2-е издание. – М.: Высшая школа, 1989.
• ИрГТУ. Кафедра автомобильных дорог. Материаловедение. Курс лекций. 2007.
• Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия.: Учебник – М.: Высшая школа, 2001.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клинкер или клинкерный кирпич – кирпич, обладающий непревзойдённым  набором свойств. Часто клинкерный кирпич покупают чтобы использовать для отделки зданий и построек различного назначения. Используют клинкерный кирпич и в дорожном строительстве для устройства усовершенствованных дорожных покрытий капитального типа.