Глава 10.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 10.1. Теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционными называют материалы и изделия, препятст­вующие перемещению тепловых потоков через строительные ограждаю­щие конструкции (стены, крыша, полы) и технологическое оборудование. Для них характерна высокая пористость, низкая средняя плотность и теп­лопроводность. Чем выше содержание воздуха, тем эффективнее тепло­изоляционный материал. Применение этих материалов позволяет сокра­тить расход топлива на отопление здания, снизить массу ограждающих конструкций.

Основные показатели качества этих материалов:

• интервал температуры применения от минусовой до плюсовой, ^оС (АТ);

• средняя плотность, кг/м (р);

• отклонение от средней плотности, кг/м (Ар);

• теплопроводность, Вт/(мК) (А);

• группа горючести;

• предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ и пыли, выделяемых из изделия при хранении и эксплуатации, мг/м³;

• удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг (Аэфф).

Теплоизоляционные материалы классифицируют по виду исходного сырья на органические и неорганические. Каждый класс в свою очередь подразделяют в зависимости от структуры, формы и внешнего вида сле­дующим образом. Неорганические материалы: штучные волокнистые и ячеистые изделия, рулонные, рыхлые волокнистые и сыпучие - зернистые материалы. К органическим относятся волокнистые изделия, ячеистые ма­териалы и рыхлые сыпучие.

В России и Беларуси выпуск теплоизоляционных материалов рас­пределяется следующим образом: минераловатные - 65 %, стекловатные - 9,3 %, пенопласты - 6,6 %, ячеистые бетоны - 6,6 %, базальтовые, перли­товые и вермикулитовые изделия - 12,5 %.

Большой объем отечественных шлаковых минераловатных изделий, которые имеют такие недостатки, как относительно высокий коэффициент теплопроводности, токсичность, способность впитывать воду, сжимае­мость (слеживаемость), увеличивающуюся со временем, связан с их низ­кой стоимостью.

За рубежом преобладают материалы на основе базальтового и стек­лянного волокон, трудногорючие пенопласты, влагостойкие пеностироль- ные плиты, ячеистый бетон с плотностью до 400 кг/м .

Определены следующие перспективные направления в развитии производства теплоизоляционных материалов на ближайшие годы:

• значительное увеличение выпуска ячеистых автоклавных и неавто­клавных пенобетонов с плотностью 200 - 400 кг/м - теплоизоляционных и 400 - 600 кг/м - конструкционно-теплоизоляционных;

• осуществление промышленного выпуска поризованного полисти- ролбетона с растительными отходами;

• внедрение в практику строительства теплоизоляционных плит из пеноизола и карбамидоформальдегидного пенопласта;

• расширение производства и внедрения перлитосодержащих мате­риалов: перлитоцементных, перлитобитумных, перлитофосфогелиевых, перлитопластбетонных, лигноперлитовых, перлитодиатомитовых и др.;

• увеличение выпуска и применения материалов на основе торфа (геокар), диатомита (диатем), гипса (тизол).

В табл. 10.1 представлены свойства и применение наиболее распро­страненных теплоизоляционных материалов.

При выборе неорганических волокнистых изделий необходимо учи­тывать, что по свойствам стекловатные изделия несколько отличаются от минераловатных. Они имеют меньшую среднюю плотность, большую прочность, вибростойкость, но обладают меньшей температуростойкостью. Применяют их наряду с минераловатными для тепловой изоляции строи­тельных конструкций, но основной областью использования является изо­ляция холодильников, трубопроводов, промышленного оборудования, ра­ботающего в условиях вибрации.

Область применения минераловатных плит определяется структурой и плотностью изделий. Так для теплоизоляции горизонтальных ненагру- женных конструкций (кровли) используют плиты марок 75 и 125, утепле­ния вертикальных ограждающих конструкций - 175 и 225 с последующим применением легких защитных штукатурок.

Кроме перечисленных в последние годы изобретено много новых те­плоизоляционных материалов, в которых значительно больший эффект достигается за счет использования комплекса мер.

Российские ученые в качестве заменителя керамзита - энергоемкого материала предлагают пенопорит, который представляет собой поризован- ные цементно-песчаные пеногранулы. Получают этот материал из смеси цемента, песка и пены. Состав определенной пластичности пропускают че­рез гранулятор с последующим цементным опудриванием и сушкой гранул.

Основные показатели

Область применения

средняя

коэффи-

интервал

Стены

Вид материала

плотность, кг/м3, р

циент те- плопро- водности, Вт/(м-К), X

темпера­туры при­менения ДТ, оС

фасадные

наружные

внутрен­ние

кладка

3-х сл. панели

Крыши

Полы

Потолки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Неорганические материалы

Штучные волокнистые:

Плиты минераловатные (шлако-

50-175

0,040-

до +600

+

+

+

+

-

+

+

+

ватные) на синтетическом свя­

0,052

зующем (фенольная смола)

Плиты минераловатные (шлако- ватные) на органическом (би­

50-350

0,048-

до +600

+

+

+

+

+

+

+

тумном) связующем

0,091

Плиты стекловатные на синтети-

15-45

0,025-

от -60 до

+

+

+

+

-

+

+

+

ческом связующем

0,037

+400

Штучные ячеистые

Плиты из ячеистого бетона на

350-400

0,08-0,10

до 400

+

-

-

-

+

+

-

-

цементном и известково-

кремнеземистом вяжущем

Плиты и блоки из пеностекла

200-400

0,085-0,11

до 400

+

-

-

-

+

+

-

-

Свойства и применение теплоизоляционных материалов

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Рулонные Маты минераловатные (стекло- ватные) прошивные	10-35	0,04-0,48	от -60 до +700(400)			+				+	+
Рыхлые волокнистые Вата минеральная	30 (на­сыпная)	0,050	до 400	-	-	-	+	-	+	-	-
Сыпучие зернистые Щебень (аглопоритовый, керам­зитовый), гравий керамзитовый, песок (аглопоритовый, керамзи­товый)	200-300	0,099­0,108		-	-	-	+	-	+	+	+
Органические материалы
Штучные ячеистые Плиты пенополистирольные (экструзионные) Плиты пенополиуретановые Плиты и блоки фенолформаль- дегидные (пеноизол-мипора) Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Плиты пенополиэтиленовые фольгированные	15-50	0,038­0,041	от-60 - до +80	+	+	+	+	+	+	+	+
	40-80	0,029­0,041	до +170	-	+	+	-	+	+	-	-
	10-20	0,02-0,03	до 110	-	-	+	-	-	-	-	+
	230-300	0,068­0,085	до 200	+	+	-	+	-	+	-	-
	50-100	0,04-0,05	от-60 - до +160	+	+	+	-	-	+	+	+
Штучные волокнистые Плиты древесноволокнистые (мягкие) Плиты древесностружечные	230-270	0,04-0,045	до 100	-	+	-	-	-	+	-	+
	250-400	0,045-0,09	до 100	-	+	-	-	-	+	-	+

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Плиты теплоизоляционные фибролитовые Плиты теплоизоляционные арболитовые	300-350	0,01-0,11	до 100	-	-	-	-	+	+	-	-
	< 350	0,12	до 100	-	-	-	-	+	+	-	-
Плиты и блоки торфяные (геокар)	150-430	0,06-0,08	до 100	+	+	+	-	-	+	-	-
Плиты льнокостричные на сапропелевом связующем Плиты камышитовые Эковата (рыхлая)	< 200	0,046	до 100	-	+	-	-	-	+	+	+
	175-250	0,046­0,093	до 100	-	+	+	-	-	+	-	-
	35-65 (насыпн.)	0,041-0,05	до 100	-	+	+	+	-	+	-	+

Плитный материал силопор, применяемый для теплоизоляции стен и крыш в жилищном и промышленном строительстве, изготавливают из смеси песка, цемента, извести и комплексной пеногазообразующей добав­ки. Он характеризуется высокой огне- и биостойкостью, плотностью 150 - 300 кг/м , коэффициентом теплопроводности 0,04 - 0,06 Вт/(м-К).

Большое разнообразие имеют материалы, полученные на основе вспученного гранулированного полуфабриката - бисерного стеклопора, насыпная плотность которого 70 - 200 кг/м , коэффициент теплопроводно­сти 0,04 - 0,10 Вт/(м-К). Путем смешивания этого материала с минераль­ными и органическими связующими получают такие плитные и блочные материалы, как стеклосиликат, стеклоцемент, стеклопенополиуретан.

Путем резкого нагрева до температуры 1050 ^оС дробленых природ­ных вулканических стекол (перлит), в состав которых входит кристаллиза­ционная вода, происходит пятикратное увеличение объема материала - вспучивание. В зависимости от применяемого вяжущего (связующего) с

использованием перлита производят теплоизоляционные плитные изделия

₃

на жидком стекле

(р = 200 - 300 кг/м³)

- перлитосиликатные, перлитобе- тонные на портландцементе (р до 600 кг/м , X до 0,12 В/(м-К), перлитоби- тумные на органическом вяжущем (р = 200 - 300 кг/м , X = 0,076 - 0,87 В/(м-К), перлитопластбетонные - на полимерном связующем (р = 100 - 175 кг/м³, X = 0,039 - 0,046 Вт/(м-К).

Основные показатели полистиролбетона и, следовательно, его на­значение в качестве блочного теплоизоляционного материала можно в зна­чительной степени варьировать за счет регулирования структуры межзер­нового пространства: плотной, поризованной или крупнопористой. По­ставленную цель решают путем подбора расхода цемента (120 - 500 кг/м³), размером гранул и насыпной плотностью пенополистирола (8 - 15 кг/м ), вводом эффективных пено- и газообразующих добавок. К этому материалу предъявляют жесткие требования по содержанию свободного мономера (стирола), которое не должно превышать 0,002 % по массе. Достигается это специальной обработкой (детоксикацией) полистирольного заполните­ля, бетонной смеси или изделий и конструкций.

При использовании пенополиуретановых материалов необходимо учитывать их недостаточную светостойкость, которую можно повысить за счет защиты (каширования) поверхности металлической фольгой, рулон­ными материалами и стеклопластиками. Перспективны разработки по за­мене пенополиуретановых плит, требующих использования импортных компонентов, более дешевыми из пеноизола. Этот материал характеризуют следующие свойства: шумонепроницаемость, коэффициент теплопровод­ности 0,02 Втм/К, плотность 15 кг/м³, не токсичен, марка по горючести Т2, воспламеняемости В2. Плиты толщиной 50 мм могут по теплопроводности заменить кирпичную стену в 1000 мм.

Фольгирование используют также при получении пенофольгирован- ного полиэтилена. К недостаткам этого материала можно отнести паро- и газонепроницаемость. Поэтому при теплозащите фасадов для исключения парникового эффекта необходимо предусматривать вентилируемое про­странство. Пенополиэтилен (ППЭ) экструдированный, обладающий закры­той пористой структурой применяют для термо-, звуко- и гидроизоляции в виде листов, настилов толщиной до 15 мм и рулонного материала «Изолон».

Наряду со штучными рулонными, рыхлыми сыпучими материалами применяют монолитную теплоизоляцию, используя специальные напы­ляемые пенополиуретановые и полистиролбетонные смеси и гипсовые штукатурки, в которые в качестве мелкого заполнителя (наполнителя) вхо­дят неорганические или органические волокнистые материалы (минерало- ватные - асбест, отходы растительного сырья, обработанные жидким стек­лом, синтетические волокна.)

Как показали работы российских ученых, эффект теплозащиты дос­тигается не только за счет создания высокопористой замкнутой структуры, но и путем отражения инфракрасного излучения. Именно на этом основано применение лакокрасочного долговечного (10 лет) термоизоляционного покрытия «Термо-Шилд», представляющего собой водный раствор высо­кокачественных акриловых и латексных смол, в котором находится очень большое количество (около двух миллиардов в одном литре) керамических вакуумированных шариков диаметром 8 мкм.

Общая толщина слоя составляет около 1 мм, он обладает высокой паропроницаемостью, влагонепроницаемостью и декоративностью. Тепло­изоляционный механизм «Термо-Шилд» заключается в низкой излуча- тельной способности покрытия, которая отражает 90 - 92 % солнечного излучения при защите фасадов и крыш. При использовании в помещении «Термо-Шилд интерьер» выравнивается градиент температур внутреннего воздуха и внутренних поверхностей наружных стен. Повышается темпера­тура этих поверхностей, уменьшается коэффициент теплообмена. Для обес­печения комфортности пребывания в таком помещении достаточно поддер­живать температуру 15 ^оС. В зависимости от того, где используют покрытие (фасад, крыша, интерьер), корректируют соотношение компонентов.

10.2. Акустические материалы

Акустические материалы являются родственными по отношению к теплоизоляционным. И в том, и в другом случае необходима высокая пористость. Однако в связи с тем, что природа воздействия теплового и звукового потока различна, характер оптимальной структуры также отличается. Так, наиболее эффективными теплоизоляционными мате­риалами являются те, которые обладают замкнутой мелкопористой структурой, исключающей конвекцию воздуха. Акустические, в част­ности звукопоглощающие материалы, должны иметь открытую порис­тую структуру, способную поглощать звуковую энергию. Для усиле­ния этого эффекта поверхность изделий дополнительно перфорируют или же придают ей рельефный характер.

В зависимости от источника звуковых волн изоляционные мате­риалы подразделяют на звукопоглощающие, препятствующие отраже­нию и наложению шумового звука, и звукоизоляционные, исключаю­щие прохождение и распространение звука по строительным конст­рукциям.

Таким образом, основными показателями, характеризующими эффективность материалов, являются для звукопоглощающих - от­крытая пористость, а для звукоизоляционных - динамический модуль упругости.

Звукопоглощающие материалы должны обладать большой пористо­стью и декоративностью, малой гигроскопичностью, огне- и биостойкостью.

Предельно допустимый уровень шума (ПДУ) принят для производ­ственных помещений 80 - 85 дБ, административных - до 51 дБ. Физиоло­гической характеристикой звука служит уровень его громкости в фонах. Один фон равнозначен громкости звука с частотой 100 Гц и силой 1 дБ. Степень интенсивности звука приведена в табл. 10.2. Для лучшего пред­ставления этого показателя можно рассмотреть несколько примеров [16].

Звуковое поле, создаваемое каким-либо источником шума, состоит из прямых и отраженных звуковых волн. Отраженные от поверхности на­лагаются на прямые звуковые волны, исходящие от источника, усиливая и искажая их. Поэтому в помещениях, к которым предъявляют повышенные требования к акустике и чистоте звучания (концертные залы, лекционные аудитории, театры) верхнюю поверхность стен, потолки отделывают зву­копоглощающими материалами. За единицу звукопоглощения условно принимают звукопоглощение 1 м² открытого окна.

Таблица 10.2

Степень интенсивности звука

Характер звука	Уровень громкости звука в фонах
Шелест листьев при слабом ветре	15
Тишина в аудитории	20
Разговор вполголоса	50
Звук автомобильного сигнала на расстоянии 5 - 7 м	100

Для эффективных материалов коэффициент звукопоглощения, рав­ный отношению поглощенной энергии звука к энергии падающего звука, не должен быть меньше 0,4 при частоте 1000 Гц. С этой целью используют материалы пористой, волокнистой, ячеистой и смешанной структуры. К ним относятся гипсовые плиты с рельефным рисунком, гипсокартонные и асбестоцементные многослойные перфорированные плиты, минерало- ватные на крахмальном связующем («Акминит», «Акмигран») с шерохова­той декоративной поверхностью и перфорированные.

Акустические мягкие, полужесткие, жесткие плиты стекловатные, минераловатные или с использованием супертонкого базальтового волокна на полимерном связующем выпускают с облицовкой листовыми перфори­рованными материалами: гипсовыми, асбестоцементными, слоистым пла­стиком, алюминием и сталью. Площадь перфорации составляет 15 - 20 %. Для повышения гигиеничности и улучшения сцепления звукопоглощаю­щего слоя с лицевым экраном между ними прокладывают слой из редкой ткани. Акустические панели на основе минеральной или стеклянной ваты покрывают специальной полиэтиленовой пленкой или стеклотканью.

Древесноволокнистые акустические двухслойные плиты выполняют из мягкой и жесткой ДВП с перфорированной лицевой поверхностью. Для повышения огнестойкости их покрывают огнезащитными красками.

К звукопоглощающим изделиям полной заводской готовности также относятся:

• плиты звукопоглощающие ячеистобетонные плотностью до 350 кг/м³ с пористой структурой и неглубокой перфорацией цветного лицевого слоя;

• блоки керамзитобетонные мелкозернистые звукопоглощающие;

• плиты перлитовые звукопоглощающие на жидком стекле или синтетическом связующем плотностью 250 - 350 кг/м ;

• плиты поливинилхлоридные, полужесткие со средне- и мелкопо­ристой структурой плотностью 100 - 120 кг/м .

Наибольший эффект звукопоглощения достигается при полном по­крытии потолка; если такой возможности нет, то материалы располагают ближе к стенам, где энергетическая плотность звука наибольшая.

Кроме штучных материалов для обеспечения звукопоглощения ис­пользуют монолитные покрытия стен и потолков, выполняемые из акусти­ческих растворов и бетонов на пористых заполнителях и декоративных цементах. Как правило, они представляют собой сухие смеси, затворяемые водой непосредственно на строительной площадке.

Звукоизоляционные материалы изолируют от распространения и про­никновения ударного звука. Они представляют собой пористые прокладоч­ные материалы с небольшим модулем упругости, обусловливающим малую скорость распространения звука. Так, скорость распространения звуковых волн (м/с) в стали - 5050, железобетоне - 4100, древесине - 1500, пробке - 50, поризованной резине - 30. Для устранения передачи ударного звука применяют конструкцию «плавающего» пола. С этой целью упругие про­кладки укладывают между несущей плитой перекрытия и чистым полом, а также по периметру помещения для отделения пола от стен.

В качестве звукоизоляционных используют как традиционные - мяг­кие древесноволокнистые плиты, асбестовый картон, минераловатные и стекловатные полосы толщиной 12 - 24 мм, так и современные - рулонные из прессованой пробки, листовые и рулонные пенополиэтиленовые, пено- полистирольные, пенополиуретановые прокладки на бумажной основе, по- лиэстерные и пенополиуретановые маты, рулонные материалы и проклад­ки из синтепона, прокладки из поризованной синтетической резины, а так­же вспученный вермикулит в полиэтиленовых мешках. Акустические ма­териалы в зависимости от назначения представлены в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Применение акустических материалов

Назначение
акустических	Применяемые материалы
материалов
1	2
Звукопоглощающие	Плиты гипсовые, минераловатные, асбестоцементные, двухслой­ные из ДВП с перфорированной декоративной поверхностью. Плиты гипсовые, минераловатные на клеевом и полимерном связующем с декоративной рельефной поверхностью. Плиты минерало- и стекловатные на полимерном связующем с облицовкой из металлических и пластиковых перфорированных листовых материалов. Акустические панели на основе мине­ральных волокон с рулонным декоративным покрытием. Монолитные покрытия из акустических бетонов и растворов на пористых заполнителях и декоративных цементах
Звукоизоляционные	Плиты мягкие ДВП, картон асбестовый. Полосы из минеральных волокон. Рулонные с использованием натуральной пробки. Листовые и рулонные пенополиэтиленовые и пенополистирольные. Маты и прокладки пенополиуретановые, полиэстерные. Рулонные и прокладочные материалы из синтепона. Прокладки из поризованной синтетической резины. Линолеум на звукопоглощающей основе.

Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы и конструкции предназначены для восприятия и устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции. Для этого применяют такие упругие элементы, как прокладки, маты, втулки. По структуре их подраз­деляют на пористо-волокнистые на основе минерального, стеклянного, ас­бестового волокна и пористо-губчатые из поропластов, природных и ис­кусственных каучуков. Вибропоглощающие материалы - свинец, магний, стеклопластики позволяют уменьшить резонансные колебания различных конструкций за счет нанесения их на вибрирующие поверхности в виде покрытия.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника.

2. СТБ 4.201-94. Материалы и изделия теплоизоляционные. Номенклатура показателей.

3. СТБ 1034-96. Плиты теплоизоляционные из ячеистых бетонов. Техни­ческие условия.

4. СТБ 1102-98. Плиты теплоизоляционные. Полистиролбетонные. Техни­ческие условия.

5. СТБ 1161-99. Плиты теплоизоляционные из синтетических волокон. Технические условия.

6. СТБ 1246-2000. Пенопласт теплоизоляционный на основе карбамидо- формальдегидной смолы. Технические условия.

7. ГОСТ 10499-95. Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапель­ного волокна.

8. ГОСТ 17177-94. Материалы и изделия строительные теплоизоляцион­ные. Методы испытаний.

9. ГОСТ 21880-94. Маты прошивные из минеральной ваты теплоизоляци­онные. Технические условия.

10. Пособие П1-99 к СНиП II-12-77. Проектирование звукоизоляции и зву­копоглощения конструкциями зданий и сооружений.

11. СНиП II-12-77. Защита от шума.

12. Пособие (П3-2000 к СНиП 3.03.01-87). Проектирование и устройство тепловой изоляции ограждающих конструкций жилых зданий.