Советник раасн, профессор каф. Строительного материаловедения и специальных технологий д т. н. Акулова М. В

Вид материала

Документы

Содержание По форме и внешнему виду По структуре За основу По жесткости По теплопроводности Функциональные свойства Средняя плотность Механизм теплопроводности Сжимаемость и упругость Отношение теплоизоляционных материалов к действию воды Акустические свойства Коэффициент звукопоглощения. Статистический и динамический модули упругости Образование волокнистой структуры. По химизму По температуре Газовое число Повышенное водозатворение Реологические свойства пластично-вязких систем и их влияние на образование пористой структуры Реологические свойства минеральных композиций и способы их регулирования ... Полное содержание

Подобный материал:

• Разработчики программы повышения квалификации: Галимов Энгель Рафикович, д т. н., профессор,, 226.46kb.
• Региональное Отделение Российского Философского Общества Саратовский государственный, 223.62kb.
• Разработчики программы повышения квалификации: Алиева Б. Ш. д пед н., профессор, каф, 274.72kb.
• Концепция устойчивого развития в стратегии градостроительства франции 05. 23. 22 Градостроительство,, 332.07kb.
• Десятые академические чтения раасн, 2006, 1519.63kb.
• Заровняев Борис Николаевич, д т. н., профессор, зав. Каф. Огр открытых горных работ, 204.45kb.
• Лечение недержания мочи у мужчин о. Б. Лоран, член корр. Рамн, профессор, зав каф урологии, 39.64kb.
• Племяшов К. В., зав кафедрой акушерства, к в. н., Андреев Г. М., профессор каф акушерства,, 51.58kb.
• Кязимов Карл Гасанович Доктор педагогических наук, профессор ргсу, Государственный, 88.92kb.
• Программа для поступающих на Направления подготовки бакалавров 150700 «Машиностроение», 505.68kb.

Советник РААСН, профессор каф. Строительного материаловедения и специальных технологий д.т.н. Акулова М.В.

Технология изоляционных строительных материалов и изделий

Часть 1. Теплоизоляционные, звукоизоляционные материалы и изделия и огнеупоры

Введение


Теплоизоляционные материалы относятся к числу эффективных строительных материалов, позволяющих существенно снизить материалоемкость и стоимость конструкций.

Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных материалов, характеризующихся малой теплопроводностью. Разность температур в средах, разделенных ограждением, приводит к переходу тепла от нагретой к холодной среде.

Цель теплоизоляции – ограничить количество передаваемого тепла. Любое ограждение оказывает некоторое сопротивление переходу тепла. Однако для достижения значительного теплосопротивления необходимо либо делать ограждения большой толщины, что экономически нецелесообразно, либо применять теплоизоляционные материалы, позволяющие значительно уменьшить толщину ограждения.

Малая теплопроводность этих материалов объясняется наличием большого количества пор, заполненных воздухом, который в неподвижном состоянии является плохим проводником тепла.

Таким образом, отличительная особенность строения теплоизоляционных материалов – высокая пористость.

В строительстве теплоизоляционные материалы используются для изоляции наружных ограждений зданий. Это позволяет снизить массу ограждающих конструкций и тем самым снизить транспортные и ремонтные расходы, а также сократить расход топлива на отопление зданий; повысить комфортность помещений.

Это можно подтвердить многими примерами.

Так, в среднем общая масса конструкций зданий в расчете на 1 м² жилой площади составляет для кирпичного и крупноблочного дома около 3000 кг, крупнопанельного – 2000 кг. Масса конструкций зданий с легкими ограждающими панелями, утепленных теплоизоляционным материалом не превышает 500-800 кг, или 4-6 раз меньше, чем у кирпичного здания.

Примером экономии основных материалов могут служить такие данные: стена в 1 кирпич с минераловатным утеплением толщиной 30-50 мм эквивалентна стене в 2-2,5 кирпича, то есть применение минераловатных изделий позволяет в 2 раза уменьшить расход кирпича; 1 тонна минераловатного утеплителя заменяет не менее 7,5 тысяч штук кирпича.

Теплоизоляционные материалы в ограждающих конструкциях панельных и каркасно-панельных многоэтажных жилых зданий позволяет уменьшить расход стали в 1,5-3 раза и цемента в 3-4 раза по сравнению со стенами без тепловой изоляции.

Несмотря на широкое применение теплоизоляционных материалов, их производство является одной из молодых отраслей промышленности. В дореволюционной России теплоизоляционные материалы почти не изготовлялись, вырабатывались только камышит, соломит – прессованные камыш и солома.


Классификация теплоизоляционных материалов


Теплоизоляционные материалы в соответствии с существующими нормативными документами классифицируются по следующим основным признакам: по форме и внешнему виду, структуре, виду исходного сырья, средней плотности, жесткости (относительной деформации сжатия), теплопроводности, возгораемости.

По ГОСТ 16381-81 «Материалы строительные теплоизоляционные. Классификация» классификация осуществляется:

По форме и внешнему виду материалы подразделяются на штучные изделия (плиты, блоки, кирпич, полуцилиндры, сегменты); рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты); рыхлые и сыпучие материалы (вата минеральная, стеклянная, вспученный перлит и вермикулит).

Наиболее распространенный вид жестких теплоизоляционных изделий – плиты длиной 1 м, шириной 0.5 см и толщиной 5-10 см. толщину назначают исходя из термического сопротивления материала. Сравнительно небольшие размеры плит обусловлены их невысокой прочностью.

Сыпучие теплоизоляционные материалы представляют собой минеральные и органические вещества в виде бесформенных волокнистых или зернистых порошкообразных масс. К сыпучим материалам относят молотый диатомит, необработанную и гранулированную минеральную вату, перлитовый песок, вспученный вермикулит, торфяную крошку и др.

Сыпучие теплоизоляционные материалы в сухом состоянии используют для засыпки пустот в стенах временных и других облегченных зданий, для утепления чердачных перекрытий. Неорганические сыпучие материалы применяют и для тепловой изоляции различного промышленного оборудования. К сыпучим материалам относят также некоторые порошкообразные смеси, которые в виде мастик употребляют для теплоизоляции горячих поверхностей оборудования. Такие материалы часто называют мастичными.

Наиболее прогрессивные теплоизоляционные материалы – штучные изделия. Теплозащитные свойства ограждений из них лучше, чем у засыпных или мастичных теплоизоляционных конструкций. Штучные изделия изготовляют в заводских условиях по установленной технологии, а качество их контролируют по соответствующим ГОСТам. Теплозащитные же свойства засыпных и мастичных конструкций зависят не только от свойств материалов, но и от способов их применения, свойства засыпной теплоизоляции существенно меняются в процессе эксплуатации.

По структуре материалы подразделяются на волокнистые, ячеистые, зернистые и слоистые.

По виду основного сырья различают неорганические и органические материалы. К неорганическим относят, например, минеральную вату, ячеистые бетоны, теплоизоляционную керамику. Органическими материалами считают древесноволокнистые и торфяные плиты, камышит, а также теплоизоляционные (газонаполненные) пластмассы. Существует еще группа материалов, изготовляемых из смеси неорганического и органического сырья, например, фибролит, получаемый из древесной шерсти и цемента, изделия из минеральной ваты на органическом связующем. Их не выделяют в отдельную группу, а условно относят или к органическим материалам (фибролит), или к неорганическим (изделия из минеральной ваты). Основанием для этого служит преобладающее содержание либо минеральной, либо органической части материала.

За основу подразделения теплоизоляционных материалов на марки принята средняя плотность материала в сухом состоянии (кг/м³).

Группа материалов	Марка (кг/м3)
Особо низкой плотности	15	25	35	50	75
Низкой плотности	100	125	150	175	-
Средней плотности	200	225	250	300	350
Плотные	400	450	500	600	-

Марку материалов, имеющих промежуточное значение средней плотности, относят к ближайшему.

По жесткости теплоизоляционные изделия подразделяют исходя из относительной деформации сжатия.


Классификация изделия по жесткости

Вид изделий	Относительное сжатие, %, при удельной нагрузке, МПа
	0.02	0.04	0.1
Мягкие	Более 30	-	-
Полужесткие	От 6 до 30	-	-
Жесткие	До 6	-	-
Повышенной жесткости	-	До 10	-
Твердые	-	-	До 10

По теплопроводности материалы и изделия делятся на классы:

Классификация изделий по теплопроводности

Класс по теплопроводности	Теплопроводность при температуре 25ºС
	Вт/(мºС)	Ккал/(мчºС)
Низкая	До 0.06	До 0.05
Средняя	0.06-0.115	0.05-0.1
Повышенная	0.115-0.175	0.1-0.15

Теплоизоляционные материалы в строительстве часто используют не только с целью тепловой изоляции, но и для акустических целей.


Материалы для акустических целей подразделяются на:

а) звукопоглощающие, предназначенные для применения в конструкциях звукопоглощающих облицовок внутренних поверхностей помещений и для отдельных звукопоглотителей;

б) звукоизолирующие, предназначенные для применения в качестве прокладок под плавающими полами и в многослойных ограждающих конструкциях с целью улучшения изоляции ограждений от ударного и воздушного звуков;

в) вибропоглощающие, предназначенные для ослабления изгибных колебаний, распространяющихся по жестким конструкциям (преимущественно тонким) с целью снижения излучаемого ими звука.

Звукопоглощающие материалы (отделочные) различают по структуре, степени жесткости скелета, форме, фактуре лицевой поверхности и способу применения; звукоизоляционные (прокладочные) – по структуре, деформативности и динамическому модулю упругости.


Основные свойства теплоизоляционных материалов


Свойства или показатели качества строительных материалов, в том числе теплоизоляционных и акустических, подразделяются на функциональные (специфические) и строительно-эксплуатационные (общие).

Функциональные свойства определяются основным назначением материала. Для теплоизоляционных материалов такими свойствами будут теплоизолирующая способность (теплопроводность) и предельная температура применения, пористость – как параметр, предопределяющий качество этих материалов и др.

Строительно-эксплуатационные свойства предопределяют условия транспортирования, монтажа и эксплуатации изделий. Варьирование этих свойств в зависимости от условий эксплуатации, как правило, не должно существенно отражаться на функциональных свойствах материала. Важнейшими строительно-эксплуатационными свойствами считают прочностные показатели, отношение материала к действию воды, температуры, огня, химической агрессии, микроорганизмов и ряд других.

Пористость характеризует долю (процентное содержание) газовой (воздушной) фазы в объеме материала. Принято подразделять пористость на истинную, кажущуюся и закрытую.

Истинная (общая) пористость П_и характеризует отношение общего объема всех пор к объему материала (в долях или процентах):

П_и=П_з+П_к

или П_и = (1­ ρ₀ /ρ)·100,

где ρ – плотность;

ρ₀ – средняя плотность.

Кажущаяся (открытая) пористость П_к – отношение общего объема сообщающихся пор к объему материала.

Закрытая пористость П_з характеризует объем закрытых пор в объеме материала:

П_з=П_и-П_к

Для зернистых материалов (засыпной теплоизоляции) для описания межзерновой пористости введено понятие пустотности V_п.м.:

V_п.м.=(1­ρ_н/1000·ρ)·100%,

где ρ_н – насыпная средняя плотность.

Истинную пористость теплоизоляционных материалов определяют обычно расчетным путем исходя из значений плотности и средней плотности материала. Открытую пористость оценивают экспериментальными методами по объему пор, заполненных водой. Закрытую пористость рассчитывают по показателям истинной и открытой пористости.

Большое значение на свойства теплоизоляционного материала оказывает вид пористой структуры. Существуют следующие виды пористой структуры – ячеистая, волокнистая, зернистая и слоистая.

Характеристические значения пористости для теплоизоляционных материалов различной структуры приведены в таблице.

Структура	Материалы	Пористость, %
		общая	открытая	закрытая
Ячеистая	Ячеистый бетон	85-90	40-50	40-45
	Пеностекло	85-90	2-5	83-85
	Пенопласты	92-99	1-55	45-98
Волокнистая	Минераловатные	85-92	85-92	0
Зернистая	Перлитовые	85-88	60-65	22-25
	Стеклопоровые	92-99	60-65	30-35

Объем истинной пористости зависит от содержания в материале твердой фазы, которая определяет механические, в значительной степени эксплуатационные свойства изделий. Поэтому превышение рациональных значений общей пористости приводит к резкому снижению прочностных и увеличению деформативных показателей материала. Оптимальное содержание твердой фазы в теплоизоляционных изделиях зависит от прочности и характера распределения структурообразующего материала. Чем выше его прочность и степень омоноличивания (связанность), тем больше может быть истинная пористость теплоизоляции.

Для материалов с волокнистой и зернистой структурой значения истинной пористости не являются величиной постоянной, так как даже под небольшой нагрузкой вследствие сжимаемости и уплотнения П_и снижается; при снятии нагрузки у волокнистых материалов, возможно, некоторое увеличение П_и.

На свойства теплоизоляционных материалов большое влияние оказывают размеры, форма и расположение пор. Лучшие показатели теплоизолирующей способности имеют материалы с мелкими замкнутыми сферическими порами.

С увеличением размеров пор и превращением их в открытые каналы ухудшаются теплозащитные свойства материалов, так как воздух, заключенный в порах, свободно перемещается и теплопроводность материалов ухудшается. Такие материалы легко увлажняются, что также ухудшает их свойства.

Размер пор у различных теплоизоляционных материалов колеблется в широких пределах, но не превышает 3….5 мм. Материалы волокнистой структуры характеризуются преимущественно сквозными каналами, и определить размеры их пор трудно. Характер, размеры и количество пор во многом зависят от способов получения высокопористого материала.

Форма пор во многих случаях является причиной анизотропии свойств теплоизоляционных материалов. Так для изделий с порами эллиптической формы прочность и теплопроводность зависят от направления приложения нагрузки и температурного поля. Если нагрузка действует вдоль оси эллипса, то прочность бетона выше, чем при нагружении в перпендикулярном направлении. Для теплопроводности наблюдается обратная зависимость.

Высокопористая структура определяет все основные свойства теплоизоляционных материалов: среднюю плотность, прочность, теплопроводность.

Закрытая пористость обеспечивает повышенную эксплуатационную стойкость теплоизоляционных материалов и значительное снижение конвективной составляющей теплопередачи. Увеличение доли П_з в общем объеме пористости достигают в процессе производства теплоизоляционных материалов путем регулирования реологических свойств и кинетики порообразования в массе, а также за счет повышения плотности межпоровых перегородок.

Средняя плотность

Средней плотностью материала называется величина, численно равная массе единицы объема этого материала в естественном состоянии (вместе с имеющимися в нем порами и пустотами); выражается в граммах (или килограммах) на кубический сантиметр (или метр) и обозначается греческой буквой ρ. Среднюю плотность материала можно определять после предварительного высушивания его до постоянной массы или в состоянии естественной влажности.

Среднюю плотность высушенного образца вычисляют по формуле:

ρ=m_с/V

где m_с – масса высушенного образца, кг;

V – объем образца, м³.

Среднюю плотность образца в состоянии влажности определяют по формуле:

ρ=m_в/V(1+0.01·W)

где m_в – масса образца в состоянии естественной влажности;

W – влажность образца, %.

Массу материала определяют взвешиванием с погрешностью до 1 г; влажность W подсчитывают после высушивания образцов до постоянной массы при температуре 50-110°C по формуле:

W=[(m-m₁)/m₁]·100%

Объем жестких изделий определяют, измеряя их линейные размеры. Для изделий неправильной геометрической формы объем определяют по объему песка или воды, вытесненной образцом изделия.

Для зернистых и порошкообразных материалов объем определяют в мерных сосудах в свободной засыпке. Объем рыхлых волокнистых материалов определяют в металлических цилиндрах под грузом.

Средняя плотность материалов в сухом состоянии обратно пропорциональна объему пористости. Поэтому с повышением пористости пропорционально снижается плотность теплоизоляции. Средняя плотность материалов в естественно-влажном состоянии зависит от равновесной влажности: ее уменьшение, например, с помощью объемной гидрофобизации приводит к пропорциональному снижению ρ_в.

Теплоизоляционные материалы по средней плотности подразделяются на: особо низкой плотности – менее 75 кг/м³, низкой плотности – менее 175 кг/м³, средней плотности – менее 350 кг/м³, плотные – менее 600 кг/ м³.

Теплопроводность.

Теплопроводность важнейший показатель теплоизоляционных материалов. Теплопроводность – вид теплопередачи (теплообмена), то есть процесс переноса энергии (в форме теплоты) от одной части тела к другой. Теплопроводность характеризуется количеством тепла в Дж, проходящего в течение 1 ч. через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м² при разности температур на противоположных плоскопараллельных плоскостях в 1 К.

Теплопроводность обозначается буквой λ и измеряется в Вт/(м·К).

Высокие теплозащитные свойства теплоизоляционных материалов объясняются тем, что они содержат значительное количество мелких пор, заполненных воздухом. Теплопроводность воздуха в неподвижном состоянии в этих порах очень мала и при температуре 20ºС равна 0.026 Вт/(м·К).

Теплопроводность теплоизоляционных материалов определяют различными методами.

Теплопроводность теплоизоляционных материалов зависит от их плотности, влажности и температуры. Обычно с уменьшением плотности снижается и теплопроводность. Однако для волокнистых материалов это не характерно. Минеральная вата имеет наименьшую теплопроводность в том случае, если ее плотность равна 100…125 кг/ м³. Это объясняется тем, что у волокнистых материалов пониженная плотность создается обилием каналов, по которым возможно движение воздуха и связанных с ним усиленный перенос тепла.

Механизм теплопроводности

В твердых телах перенос тепла осуществляется путем взаимодействия между тепловыми упругими колебаниями решетки или вследствие движения электронов и столкновения их с атомами. Металлам свойственны оба вида передачи энергии. Поэтому теплопроводность металлических тел велика.

В изоляторах, а к ним относится большинство теплоизоляционных материалов, число свободных электронов, которые могли бы двигаться по кристаллической решетке, незначительно, и тепло в основном передается за счет колебаний решетки. Если бы колебания были полностью гармоничными, то сопротивления переносу тепла не существовало бы и теплопроводность была бы бесконечно велика. Но в реальных телах колебания имеют ангармоничный характер, в результате тепловые упругие волны затухают и теплопроводность значительно снижается.

Теплопроводность λ вычисляют по формуле:

λ=q·δ/(t₁ ­ t₂),

где q – количество тепла, проходящего через образец площадью 1 м² за 1 ч. в направлении перпендикулярном его поверхности, Вт/ м^2;

δ – толщина образца, м;

t₁,t₂ – температуры соответственно верхней и нижней поверхности образца, К.

Теплопроводность, как это вытекает из механизма теплопереноса, зависит от средней плотности, общей пористости структуры, химического состава и физического строения твердой фазы, излучательной способности поверхности поры, вида и давления газа, заполняющего поры, температуры и влажности среды и материала.

Обычно с уменьшением плотности снижается и теплопроводность. Однако для волокнистых материалов это не характерно. Минеральная вата имеет наименьшую теплопроводность в том случае, если ее плотность равна 100-125 кг/м³. Это объясняется тем, что у волокнистых материалов пониженная плотность создается обилием сквозных каналов, по которым возможно движение воздуха и связанный с ним усиленный перенос тепла. Поризация материала существенно снижает теплопроводность, т.к. теплопроводность воздуха очень мала, а на долю воздуха в порах в материалах приходится 65-90% всей теплопередачи. Большое влияние на теплопроводность оказывает вид пористой структуры. Теплоизоляционные свойства пористых материалов обуславливаются сложным изломанным путем теплового потока от одной плоскости конструкции к другой. Воздух оказывает большое термическое сопротивление движению теплового потока. Тепловой поток, проходя от одной частицы твердой фазы к другой, сжимается в области, расположенной вблизи места контакта двух частиц, происходит интенсивное взаимодействие тепловых квантов друг с другом, что вызывает дополнительное термическое сопротивление. Из этого следует, что материалы с ячеистой структурой должны обладать большей теплопроводностью, чем изделия с волокнистой или зернистой структурой. Очевидно также, что чем меньше размер зерен или волокон, тем больше контактных зон и меньше размер пор и, следовательно, ниже теплопроводность. Если поры расположены параллельно тепловому потоку, то они менее эффективны.

Теплопроводность зависит от химического состава и молекулярного строения веществ. Вещества, простые по химическому составу и строению более теплопроводны, чем сложные. Теплопроводность газов зависит от их молекулярной массы и числа атомов в молекуле. В зависимости от физического строения теплопроводность кристаллических тел больше, чем аморфных. Теплопроводность жидкости тем больше, чем выше ее удельная теплоемкость. При увлажнении теплозащитные свойства теплоизоляционных материалов резко ухудшаются, так как вода, замещающая в порах воздух, имеет теплопроводность почти в 23 раза выше, чем у воздуха. С повышением температуры теплопроводность возрастает, особенно это характерно для материалов с крупными порами.

Прочность – это способность материалов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, то есть наибольшим напряжением в материале, соответствующим нагрузке, при которой происходит либо разрушение образца, либо изменение линейных размеров (деформация) образца. Теплоизоляционные материалы имеют пористое строение, поэтому обладают небольшой механической прочностью (от 0.05…0.1 до 1…1 МПа); лишь отдельные материалы имеют прочность до 5 МПа. Поскольку повышение пористости приводит к улучшению теплопроводности, но отрицательно сказывается на прочности, то необходимо стремится к наилучшему сочетанию этих свойств.

Из характеристик пористой структуры решающее влияние на прочность материалов с ячеистой пористостью оказывают: однородность распределения пористости, средний диаметр пор, состояние припорового слоя. Прочность материалов с зернистой структурой зависит, прежде всего, от прочности единичного зерна; у материалов с пористо-капиллярной структурой зависит от вида связующего, адгезии связующего к волокну, от ориентации волокон к действию напряжений.

В зависимости от условий приложения нагрузки различают предел прочности при сжатии R_саж., растяжении R_рост. и изгибе R_зиг.

Прочность материалов ячеистой структуры обычно характеризуется прочностью на сжатие, волокнистой структуры – на изгиб. Для характеристики гибких материалов и изделий используют предел прочности при растяжении, например для мягких минераловатных плит и матов. Теплоизоляционные изделия волокнистого строения под действием сжимающих нагрузок не разрушаются, а только сжимаются. Такие материалы (изделия) характеризуются сжимаемостью и упругостью.

Сжимаемость и упругость – способность материалов под действием внешней нагрузки изменять свой объем, и после прекращения действия нагрузки восстанавливать его. Сжимаемость определяют под удельной нагрузкой 2 кПа.

Сжимаемость С_ж подсчитывают по формуле:

С_ж=[(h­h₁)/h]·100%

где h – высота (толщина) образца под нагрузкой 0.5 кПа, мм;

h₁ – высота (толщина) образца под нагрузкой 2кПа, мм.

Через 15 мин. после снятия нагрузки измеряют толщину образца h₂. Упругость Y вычисляют по формуле:

Y=( h₂/ h)·100%

Гибкость – способность материала сохранять целостность при его изгибании по цилиндрической поверхности.

Один из основных показателей физико-механических свойств теплоизоляционных материалов – предел прочности при сжатии – зависит в первую очередь от объема твердой фазы и ее прочностных характеристик, а также от параметров пористой структуры. Поэтому за характеристику физико-механических свойств теплоизоляционного материала часто берут коэффициент конструктивного качества.

Физико-механические свойства определяют на специальных машинах, где к образцам материала в зависимости от вида характеристики прикладывается усилие – растягивающее, изгибающее, сжимающее. Это прессы, разрывные машины и т.д. Физико-механические свойства выражаются в единицах отношения массы приложенной нагрузки к площади приложения сил, например, в кг/см². Также некоторые свойства, например, сжимаемость могут выражаться в %, и в специальных единицах.


Отношение теплоизоляционных материалов к действию воды

Свободная вода в составе строительных материалов всегда ухудшает их строительно-эксплуатационные свойства: снижает прочность, морозостойкость, биостойкость. Особенно отрицательно влияет увлажнение на теплопроводность теплоизоляционных материалов. В теплоизоляционных материалах может присутствовать технологическая вода – она остается в изделиях при изготовлении, и эксплуатационная, приобретаемая материалом при транспортировании, монтаже и эксплуатации.

Влажность – содержание в материале свободной воды, которая химически с ним не связана и которая удаляется из материала при сушке его до постоянной массы. Определяют как разницу в массе навески до, и после просушки. Различают абсолютную и относительную влажность – отношение массы воды, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала. Относительная влажность материала – отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе его во влажном состоянии.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу при непосредственном соприкосновении с водой (например, при погружении). Количество поглощенной образцом воды, отнесенное к массе сухого материала, характеризует массовое водопоглощение, а к объему материала – объемное водопоглощение. Водопоглощение материала всегда меньше истинной (полной) пористости, так как часть пор оказывается закрытой, не сообщающейся с окружающей средой, и не доступной для воды.

Гигроскопичность (сорбционная влажность) – свойство материала поглощать водяные пары, находящиеся в воздухе. Изделия, имеющие структуру с открытыми, а, следовательно, с сообщающимися порами, более влагоемки.

Водостойкость – способность материалов (изделий) сохранять свою прочность при увлажнении. Принято считать материалы водостойкими, если их прочность после увлажнения снизилась не больше чем на 25% от первоначальной прочности в сухом состоянии.

Степень понижения прочности материалов, насыщенных водой, характеризуется коэффициентом размягчения k_разм., который определяют по формуле:

k_разм.= R_н/R_с,

где R_н – предел прочности материала в насыщенном водой состоянии, МПа;

R_с – предел прочности сухого материала, МПа.

Однако для многих теплоизоляционных материалов этот показатель непригоден, так как насыщение водой приводит к необратимым изменениям их структуры.

Для защиты теплоизоляционных материалов от увлажнения применяют поверхностную защиту материала водонепроницаемым покрытием, гидрофобизацию поверхности капилляров и газовых пор, закупорку входов в капилляры водостойкими и водонепроницаемыми веществами, разобщением сетки капиллярных пор крупными порами и др.

Водопоглощение для материалов с ячеистой структурой с закрытыми порами – 80-120%, с сообщающимися – 350-400%, для материалов с волокнистой структурой – 400-600%.

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное, требуемое по условиям долговечности, число циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения или допустимого снижения прочности. Определяют коэффициент морозостойкости

k_мрз.=R_мрз/R_н

где R_мрз – предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость;

R_н – предел прочности при сжатии водонасыщенного материала, МПа.

Биостойкость. Определяется только для органических теплоизоляционных материалов. Это способность материала противостоять действию гнилостных бактерий.

Температуростойкость – способность материала сохранять свои физические свойства (структуру, прочность, плотность, форму и т.д.) без существенных изменений при различных температурных воздействиях. Ее определяют по температурной линейной усадке или расширению, механической прочности, плотности и др. Температуростойкость зависит от вида пористой структуры, характера омоноличивания материала, химического и минералогического состава его компонентов, геометрии изделий, интенсивности изменения температуры. Повышение однородности материала, подбор компонентов с близкими значениями коэффициента линейного температурного расширения отдельных составляющих теплоизоляции.

Горючесть – характеризуется способностью материала выдерживать действие пламени без большой потери массы. По горючести теплоизоляционные материалы подразделяются на негорючие, трудногорючие, горючие.

Негорючие материалы под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются и не тлеют. К ним относятся все неорганические материалы, например минеральная вата, вспученные перлит, вермикулит. Трудногорючие – под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют, но после удаления источника тепла горение и тление прекращаются, при этом потеря массы у таких материалов не превышает 15-20%. Это неорганические материалы с малой добавкой органического связующего – перлитобитумные плиты, или органические материалы, обработанные антипиренами. Горючие – под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют, теряя более 20% массы. После удаления источника тепла, как правило, продолжают гореть или тлеть, - большинство пенопластов, например, ПВХ и др.

Негорючесть теплоизоляционных материалов повышают путем минерализации исходной композиции и пропиткой антипиренами, покрывая изделия огнезащитными составами (например, силикатными красками).


Акустические свойства

Функциональные свойства акустических материалов определяются их назначением и областью применения.

Звукопоглощающие материалы, предназначенные для гашения воздушных шумов и регулирования акустических характеристик помещений, должны обладать высокой звукопоглощающей способностью, которую оценивают по коэффициенту звукопоглощения.

Звукоизоляционные материалы, используемые для ослабления звука, передающегося через строительные конструкции из одного помещения в другое, должны характеризоваться высокой звукоизолирующей способностью, которая оценивается деформативностью. Величинами, по которым определяется эффективность звукоизоляционных материалов в конструкции, являются статический и динамический модули упругости. В ряде случаев деформативные свойства звукоизоляционных прокладочных материалов могут быть оценены по относительному сжатию материала под нагрузкой.

Коэффициент звукопоглощения. При падении звуковой волны на ограждающую поверхность отражается и поглощается энергия. Отношение, характеризующее количество поглощенной энергии Е_погл. К падающей Е_пад. Называется коэффициентом звукопоглощения α:

α=(E_пад-E_отр)/E_пад=E_погл/E_пад

где E_пад – энергия отраженной волны.

Статистический и динамический модули упругости. Звукоизоляционные свойства материалов тесно связаны с их упругими деформациями: способностью уплотняться и восстанавливать первоначальные размеры при постоянной и переменной нагрузке. Для приблизительной оценки звукоизоляционных свойств материалов служит статический модуль упругости; динамический модуль упругости дает более точные значения.

Статический модуль упругости характеризует связь между напряжением и соответствующей ему деформации, появляющейся под действием внешней силы.

Изоляционные свойства звукоизоляционных материалов можно оценить и по относительной деформации сжатия.