5. Какие способы создания высокопористой структуры материала используются в строительстве и в чем их особенности?

На практике используют различные способы создания высокопористого строения материала. Для получения материалов ячеистого строения (ячеистые бетоны, пеностекло, пористые пластмассы) используют способы газовыделения и пенообразования.

Способ высокого водозатворения состоит в применении большого количества воды при получении формовочных масс (например, из трепела, диатомита); последующего испарения воды при сушке и обжиге формовочных изделий способствует образованию воздушных пор. Этот способ часто сочетается с введением выгорающих добавок (углесодержащих техногенных отходов, древесных опилок и др.).

Создание волокнистого каркаса – основной способ образования пористости у таких материалов, как минеральная вата и изделия из нее, древесно-волокнистые плиты и т.п. Высокопористое строение закрепляется путем затвердевания или отверждения (соответственно у неорганических и органических материалов).

6. Какими показателями свойств характеризуются тм и чем эти показатели определяются?

Свойства (показатели качества) теплоизоляционных материалов подразделяются на функциональные (специфические) и строительно-эксплуатационные (общие).

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

Строительно-эксплуатационные свойства предопределяют условия эксплуатации изделий. Важнейшие из них – прочность, отношение материала к действию воды, температуры, огня, химической и биологической агрессии и др.

7. Как различают тм по показателю теплопроводности? От каких факторов зависит теплопроводность материала?

Теплопроводность – основной качественный показатель теплоизоляционных материалов. По этому показателю они делятся на три класса: А – малотеплопроводные – до 0,06 Вт/(м∙К); Б – среднетеплопроводные – 0,06–0,115 Вт/(м∙К) и В – повышенной теплопроводности – 0,115–0,175 Вт/(м∙К).

Теплопроводность материалов зависит от следующих факторов:

1. Физического состояния и строения, которые определяются фазовым составом вещества; степенью кристаллизации и размерами кристаллов; объемом пористости материала и характеристиками пористой структуры.

2. Химического состава и наличия примесей (последние особенно влияют на теплопроводность кристаллических тел).

3. Условий эксплуатации (температуры и давления окружающей среды, влажности самого материала).

8. Как взаимосвязаны теплопроводность и теплоемкость материала? От каких факторов зависит удельная теплоемкость материала?

На величину теплопроводности при изменении условий эксплуатации оказывает влияние удельная теплоемкость материала, которая зависит от его природы и влажности. Материалы органического происхождения имеют значительно большую удельную теплоемкость, чем минерального; удельная теплоемкость жидкостей значительно выше, чем твердых и газообразных тел: для воды она составляет 4,2 кДж/(кг•град.), поэтому увлажнение материала вызывает повышение его удельной теплоемкости и, соответственно, теплопроводности.

9. Почему пористые материалы имеют меньшую теплопроводность по сравнению с плотными? Как влияют на величину теплопроводности характер пористости (открытая, закрытая), размер и форма пор? Какая структура является оптимальной для ТМ?

Самым характерным признаком теплоизоляционных материалов является их высокая пористость, так как воздух в порах диаметром 0,1–2,0 мм имеет теплопроводность 0,023–0,030 Вт/(м•К). Пористость теплоизоляционных материалов может составлять до 98 %. На величину теплопроводности теплоизоляционных материалов оказывает влияние не только общая пористость, но и ее разновидности (открытая, закрытая), размер и форма пор.

Открытая пористость ухудшает эксплуатационные свойства материала. Она является причиной интенсивной миграции влаги и газов вглубь изделий, в результате чего резко возрастает теплопроводность и интенсифицируются процессы физической и химической коррозии твердой фазы. Поэтому в материалах с ячеистой и зернистой структурой стремятся уменьшить объем открытой пористости и увеличить долю закрытых пор.

Закрытая пористость обеспечивает повышенную эксплуатационную стойкость теплоизоляционных материалов и значительное снижение конвективной составляющей теплопередачи. При оценке пористости теплоизоляционных материалов необходимо учитывать не только ее абсолютное значение, но и характер пористой структуры. Под ним понимают размер и форму пор, а также равномерность распределения пор по объему материала.

Размер пор оказывает большое влияние на теплопроводность и несущую способность материала. В порах большого размера возрастает конвективный теплообмен. Исходя из этого, надо стремиться к минимальным размерам пор. У теплоизоляционных материалов размер пор колеблется от 10–15 мкм в пенопластах до 3–8 мм в пеностекле.

Форма пор в материалах с волокнистой и зернистой структурой неопределенная, с ячеистой близка к сферической. Форма пор во многих случаях является причиной анизотропии свойств теплоизоляционных материалов.

Наиболее оптимальным характером поровой структуры для теплоизоляционных материалов является наличие большого количества мелких сферических замкнутых пор. Для обеспечения высокой прочности теплоизоляционных материалов межпоровые перегородки (мембраны) должны быть тонкими и плотными.

10. Как рассчитать толщину ограждающей конструкции по величине теплопроводности и термического сопротивления? У каких материалов большая теплопроводность: кристаллических и аморфных; органических и неорганических при равной плотности?

Толщину однородной ограждающей конструкции в зависимости от ее требуемого термического сопротивления и теплопроводности материала определяют по следующей формуле:

δ = Rλ,

где δ – толщина конструкции, м; R – термическое сопротивление, (м2∙К)/Вт; λ – теплопроводность материала, Вт/(м∙К).

Теплопроводность материала связана с его плотностью, при этом следует отметить, что при равных значениях плотности органические материалы менее теплопроводны, чем неорганические (рис. 20 ).

В настоящее время нормативные требования к энергозащите вновь строящихся и эксплуатируемых зданий значительно повышены. Только высокоэффективные теплоизоляционные материалы плотностью менее 200 кг/м3 и теплопроводностью не более 0,06 Вт/(м∙К) способны обеспечить достаточное снижение энергопотерь при строительстве.