Тұрғын үй құрылысында қолданылатын заманауи жылу оқшаулағыш материалдардың қасиеттерін зерттеу

УДК 662.998

ТҰРҒЫН ҮЙ ҚҰРЫЛЫСЫНДА ҚОЛДАНЫЛАТЫН ЗАМАНАУИ ЖЫЛУ ОҚШАУЛАҒЫШ МАТЕРИАЛДАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ

Бұл мақалада органикалық және бейорганикалық жылу оқщаулағыш материалдардың түрлері көрсетілген. Жылу оқшаулағыш материалдарға қойылатын негізгі талаптары яғни олардың төмен жылу өткізгіштігі, беріктілігі, төзімділігі және адам денсаулығына зиян тигізетін улы қалдықтар шығармауы болып табылады.

Кілт сөздер: жылу өткізу; энергия үнемдеу, жылу ұстау, силикат, ұзақ мерзімділік, суды сіңіру, отқа жану, уыттылық, кеуекті болу, тығыздық, беріктік.

Проведя анализ теплотехнических характеристик разных теплоизоляционных материалов, можно отметить, что наиболее оптимальным по теплотехническим, эксплуатационным и физико-механическим свойствам, а также, учитывая экологическую безопасность и технологичность, является пеностекло. Однако производство этого материала достаточно энергоемко и требует модификации и оптимизации составов, а также совершенствования технологии производства с

целью снижения стоимости этого материала без потерь в физико-механических показателях.

Ключевые слова: тепло проницаемость; экономия энергии, силикат, долговечность, водопоглощения,, огнестойкость, горючесть, токсичность, порисость, плотность, прочность.

Annotation

After analysis of the thermal characteristics of different thermal insulation materials, it the most optimal for heat engineering, operational and physical and mechanical properties, as well as taking into account environmental safety, and manufacturability, a foamed glass. However, the production of this material is quite energy intensive and requires modification and optimization of the composition, as well

as improving manufacturing technology to lower the cost of the material without loss of physical and mechanical properties.

Key words: heat permeability; saving energy, silicate, durability, water absorption, fire resistance, flammability, toxicity, parisot, density, strength.

Қазіргі кезде жылу оқшаулағыш материалдарды қолдану құрылыста үлкен рөл атқарады. Жылуоқшаулағыш материалдарға қойылатын негізгі талаптарға төмен жылу өткізу және тұрғын үй ғимараттарының құрылыстық құрылымдарын сыртқы бетін жылулық оқшаулау болып табылады. Бұл материалдардың орташа тығыздығы- 600 кг/м³ жоғары емес болуы тиіс, ол үшін материалдардың кеуектерінің көп болуы қамтамасыз етіледі.

Тұрғын үй құрылысында жылу оқшаулағыш қоршаушы құрылымдардың (қабырға, шатыр) қалыңдығын азайтуға, негізгі құрылыс материалдарының (кірпіш, бетон, ағаш) шығынын азайтуға, құрылымдарды жеңілдетуге және бағасын түсіруге мүмкіндік береді. Жылу оқшаулауды пайдаланудан жеткілікті әсер алу үшін инженерлік жобаларға сәйкес жылулық есеп-қисап жүргізіліп, жылуоқшаулағыш материалдардың нақты түрлері таңдалып, олардың жылуфизикалық сипаттамалары ескеріледі [1].

Соңғы жылдары құрылыс нарығында ондаған жаңа жылуоқшаулағыш материал пайда болып, энергия үнемдеу саласында айтарлықтай ілгерілеу байқалды. Жаңа технологиялардың дамуымен заманауи жылуоқшаулағыш материалдар тиімдірек, экологиялық тұрғыдан қауіпсіздеу, сан түрлі және құрылыстың нақты техникалық тапсырмаларына жауап беретіндей болды. Қазір аса биік мұнаралы ғимараттар салу, қоршау құрылымдарын жұқалау ету, ғимараттардың өзіндік массаларын азайту, жанармай-энергетикалық ресурстарын үнемдеуге ғимараттар ішінде талапқа сай микроклимат қалыптастыруға мүмкіндік туды [2].

Жылуы оқшаулағыш материалдарды сапалық жіктеуді жүзеге асырмас бұрын оларды даярлау ерекшеліктері мен қасиеттерін зерттеу қажет.

Органикалық жылуоқшаулағыш материалдар шынайы шикізаттан жасалады: ағаш өңдеу мен ауыл шаруашылығы қалдықтарынан, тезектен, түрлі пластмасса, цементтен. Бұл нарықта кең ассортиментпен берілген материалдардың үлкен тобы. Олардың барлығына төмен отқа, суға, биологиялық әсерлерге тұрақтылық тән. Ережеге сай, органикалық жылуоқшаулағыштар сыртқы беті мен қоршаған ортаның температурасы 150 градустан жоғарыламайтын жерлерде, көпқабатты құрылымдардың - сылақты фасадтарда, қабырғаларды қаптағанда, үштік панелдерде, т.б. - ортаншы қабаты ретінде пайдаланылады.

Ылғалдың, оттың және биоагенттердің әсеріне тұрақты газтолтырылған пластмассалардан (көбікполистирол, көбікпласт, поропласт, сотопласт, т.б.) жасалған материалдар. Ұяшықты пластмассалар қазіргі кезеңде нарықтағы жылуоқшаулағыш материалдардың маңызды үлесін қамтиды.Олардың негізінде жасақталған жылытқыштар қазіргі кезде өздерінің физикалық қасиеттеріне, арзан бағасына, өңдеу қарапайымдылығы мен ұзақ мерзімділігіне байланысты сұранысқа ие.

Арболиттен жасалған бұйымдардың құрамы: портландцемент, ұсақ талшықты компоненттер (ағаш қиқымы, осылған талдар, қамыс, жаңқа), минерализатор ретінде химиялық қоспалар пайдаланылады: ерітілетін шыны, күкіртқышқыл сазбалшық, хлорлы кальций, т.б [3].

Заманауи құрылыста кеңінен таралған арболиттің тығыздығы 500...700 кг/м , жылу өткізуі 0,08...0,12 Вт/(мК), қысым кезіндегі беріктігі - 0,5...3,5 МПа; майысу кезіндегі созылу беріктігі - 0,4...1,0 МПа.

Көбікполивинилхлорид (ППВХ) поливинилхлорид шайырларын кеуектеу арқылы жасалады. Материалдық орташа тығыздығы - 60...200 кг/м . Көбікполивинилхлоридтің қаттысы және жұмсағы болады, бұл оны сыртқы жарлар, қабырғалар, еден, шатырда, сонымен қатар, есікте де жылуоқшаулағыш материал ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Ағаш ұнтақты тақталар (ДСП) органикалық талшықты құрамнан (негізінен, арнайы әзірленген ағаш ұнтағы) - 90%, синтетикалық негіздегі шайырдан - 7...9%, гидрофобтайтын заттардан, антисептик, антипиреннен тұрады. Олардың тығыздығы

500.. .1000 кг/м³, қысым кезіндегі беріктігі - 10...25 МПа ең кішісінен бастап; ылғалдылығы - 5- 12%, суда ісінуі - 5-30%.

Ағаш талшықты оқшауландырғыш тақталар (ДВП) ағаш қалдықтарынан жасалады: ағаш өңдеу мен ағаш кесу қалдықтары, жүгері сабақтары,шөп сабақтары, байланыстырғыш құрам ретінде - барша байланыстырғыштар - синтетикалық шайырлар, химиялық қоспалар (гидрофобтаушылар, антипирендер, антисептиктер), тығыздығы - 250 кг/м³дейін, майысу кезіндегі созылу беріктігі - 12 МПа дейін, жылу өткізуі - 0,07 Вт/(мК).

Көбікполиуретандар (ППУ) полиэфир, су, дизоцианид, эмульгаторлар мен катализаторлардың қатысуымен химиялық әрекеттесу нәтижесінде алады, тығыздығы -

40.. .80 кг/м³(тығыздығы 500 кг/м³жоғары ППУ судан қорғау қасиеттері болады). ППУ жылу өткізгіштігі төмен болады - 0,019...0,028 Вт/мК. ППУ жылу, су ұстағыш қасиеттерінен басқа акустикалық оқшаулауы, химиялық тұрақтылығы да жоғары. Араланып жасалатын жылу оқшаулауда пайдаланылады, кез келген күрделіліктегі құрылымдардың жылу, гидро оқшаулануын қамтамасыз етуге мүмкіндік беріп, «салқын көпірлерін» болдырмайды.

Көбіктелген полиэтилен полиэтиленнен көмірсутектерді көбік жасайтын қоспа ретінде енгізіп жасайды,тығыздығы - 25...50 кг/м³дейін, жылу өткізуі - 0,044...0,051 Вт/мК, шудан, будан қорғауда -40⁰С тан +100⁰С дейін пайдаланылады, суды сіңіруі төмен, химиялық, биологиялық тұрғыдан тұрақты материал.

Фибролит - тақталық материал, жіңішке ағаш қиқымдарынан (ағаш жұрқасы) және бейорганикалық біріктіргіш құрамнан (мысалы, портландцемент, кей кезде - магнезиялық байланыстырғыш) тұрады. Материалдың тығыздығы - 300...500 кг/м , жылу өткізуі - 0,08...0,1 Вт/(мК). Бейорганикалық қоспаларының арқасында отқа тұрақтылығы, биологиялық, химиялық тұрақтылығы артады, ылғалдылығы жоғары жағдайларда пайдаланылады, мысалы, хауыздар орналасқан ғимараттарда [4].

Жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде барлық органикалық жылуоқшаулағыш материалдардың негізгі кемішіліктеріне жүктеме, от, су, кеміргіштерге тұрақтылық көрсеткіштерінің төмендігі және әсіресе өрт кезіндегі тез жанғыштығы. Сондықтан оларды үнемі адамдар болмайтын ғимараттарда немесе ғимараттардың қабырғаларының сыртын оқшаулауда атмосфералық әсерлерден қорғай отырып пайдаланады.

Бейорганикалық жылуоқшаулағыш материалдар нарықта көптеген түрде берілген. Оларды өндіруде сан түрлі минерал шикізат пайдаланылады: тау түрлері, шлак, шыны, асбест. Осы түрлі жылуоқшаулағыштар қатарына минерал және шынымақталар, олардан жасалған бұйымдар, перлиттегі, вермикулиттегі, т.б. кеуеклі толықтырғыштардағы кейбір жеңіл бетондар, ұяшықты жылуоқшаулағыш бетондар, асбест, асбестті, керамикалық материалдар, көбікшыны жатады. Өндіріс көлеміне байланысты осы материалдар арасында алдыңғы қатарда минерал мақта тұр. Оны өндірушілер Isover, Isoroc, Rockwool. Бұл материалдың гигроскопиялылығы төмен, отқа тұрақты, шірімейді. Олар құрылыс құрылымдарын жылытуда, өндірістік жабдықтар мен құбырлар желісінің ыссы сыртқы беттерін оқшаулауда пайдаланылады.

Минерал жылу оқшаулағыштардың сан түрлері өндірілуде: рулондық материалдар, қатты тақталар, ұсақ ұнтақтар. Олардың бейорганикалық нарықта кең таралған негізгілерін: минерал мақта, шынымақта, көбікшыны, ұяшықты бетон, силикат, т.б. қарастырайық.

Минерал мақта шикізатына байланысты тас (базальт, доломит, диабаз, известь, т.б.) және шлак (қара және түрлі-түсті металлургия шлактары) болады. Минерал шикізаттан басқа құрамында байланыстырғыш заттар болады: фенол немесе карбомид шайыр, фенол байланыстырғыш заты бар мақта құрылыста кең таралған, себебі карбомидті байланыстырғыштар мақтаға қарағанда суға тұрақтылау, отқа жанбайды, оттың таралуын тоқтату қасиеті бар, сондықтан оттан қорғау мен өртке қарсы оқшаулауда пайдаланылады. Минерал мақта (минвата) тиімді акустикалық оқшаулауда пайдаланылады, себебі дыбысты сіңіру қасиеті жоғары, гигроскопиялылығы төмен, химиялық тұрақтылығы жоғары. Отырып кетуі төмен болғандықтан материалдың геометриялық өлшемдері барлық пайдалану мерзіміне сақталады, «суық көпірлері» пайда болмайды. Оның кемшілігі - бу өткізу көрсеткішінің жоғарылығында, сондықтан минерал мақта жылу оқшаулауда қосымша будан оқшаулау жиі қажет болады.

Шыны мақтаны даярлауда (стекловата) шыны даярлауда пайдаланылатын шикізат немесе шыны өндірісі қалдықтары пайдаланылады. Оның талшықытарының қалыңдығы пен ұзындығы минерал мақтадан артығырақ, осыған байланысты беріктігі мен серпімділігі жоғары. Бос күйінде шынымақтаның тығыздығы 130 кг/м³, жылу өткізуі - 0,030...0,052Вт/мК, температураға тұрақтылығы 450⁰С аспайды. Шынымақта дыбыстан оқшаулауда кең пайдаланылады, химиялық әсерлерге тұрақты, суды сіңірмейді, коррозияға төтеп береді, отқа жанбайды, улы заттар шығармайды.

Керамикалық мақта жоғары жылдамдықтағы центрифуга немесе алюминий, кремний, цирконий қышқылдарынан үріп жасау әдістерімен өндіріледі. Ол температураға тұрақты, максимал жұмыс температурасы - 1000°С, жылу өткізуі - 0,13...0,16 Вт/мК (600⁰С температурада), тығыздығы - 350 кг/м³. 100⁰С астам температураларда керамикалық мақтаның электроқшаулағыш қасиеттері пайда болады, жоғары химиялық тұрақтылығы туындайды. Бұл материал түрлі деформацияларға тұрақты [5].

Көбікшыны (кеуекті шыны) блоктар мен тақталар түрінде шыны гранулят ұнтағын немесе жанартау тектес тау тастарын (сиенит, нефелин, обсидиан, т.б.) газтудырғыштармен, мысалы, известь немесе антрацитпен пісіру арқылы жасайды.

800...900⁰С температурада шыны гранулят бөлшектері бір бірімен еріп қосылып, бөлінген газдар көптеген кеуектер жасақтайды (кеуектілігі 80-95%).Осымен қатар шыны тәрізді материалдың тесікшелерінің қабырғаларында ұсақ микротесікшелер болады. Кеуектілігінің екі жақты сипаты көбікшынының жоғары жылуоқшаулағыш қасиетін қамтамасыз етеді. Көбікшынының жылу өткізуі орта есеппен 150-300 кг/м³ тығыздықта 0,04 тен 0,12 Вт/мК, ал қысым кезіндегі беріктігінің шегі 1,0 ден 3,0 МПа дейңн, сонымен қатар ол жақсы өңделеді (араланып, бұрғыланып, тегістеледі). Көбікшыны бұйымдары ылғалға төзімді, аязға, температураға тұрақты. Қарапайым құрамдағы шыныға температураға тұрақтылық 300...500⁰С, ал сілтісіз шыны үшін - 1000⁰С дейін. Көбікшыны тұрғын үйлер мен өндірістік ғимараттардағы қабырғаларды, жаппаларды, едендер мен шатырларды, жиналмалы үлкен панелді үйлердің темірбетон панелдерінде, тоңазытқыш құрылымдарында, жылу қондырғылары мен желілерінде жылуоқшаулауда пайдаланылады.

Ұяшықты бетондар мен силикаттар 400 кг/м орташа тығыздықтан төмен жылуоқшаулағыш материалдар мен бұйымдар ретінде пайдаланылады. Бұл материалдарды тесікше жасаушы қоспа мен байланыстырғыш құрамның түріне байланысты газобетон, газосиликат, көбікбетон, көбіксиликат деп атайды. Аталмыш материалдар тесікше жасаушылармен араластырылса, жаңа материалдар - көбік газобетон, көбік газосиликат, керамзит көбікбетон, т.б. пайда болады. Ұяшықты бетондарда әдетте ұзындығы 1000 мм, ені 400, 500, 600 мм, қалыңдығы 80,240 мм тақталар жасайды. Олардың маркалары орташа тығыздығымен 350 және 400 кг/м³, ал қысым кезіндегі беріктік шегі 0,5 МПа аз емес, құрғак күйіндегі 25⁰С жылу өткізуі 0,093...0,15 Вт/мК. Ұяшықты бетон (майысқыш бетон мен құрамдардар) тақталар қабырғалар мен жаппалардың, завод қондырғыларының, құбыр желілерінің сыртқы беттерінің жылу оқшаулауында пайдаланылады.

Барлық бейорганикалық жылуоқшаулағыш материалдардың оттың әсеріне тұрақтылығы жоғары, уыттылығы төмен, сондықтан олар ғимараттар мен қондырғыларды жылу оқшаулауда әмбебап болып табылады.

Жүргізілген әдеби ақпарат көздерін талдау және алдын ала тәжірибелер жасау негізінде тиімді жылуоқшаулағыш материалдардың жүйеленуі орындалды. Жүргізілген зерттеулердің басты мақсаты - кең таралған жылуоқшаулағыш материалдардың физика-механикалық қасиеттерін анықтау болды(1-кесте).

Кесте-1. Жылу оқшаулағыш материалдардың физика-механикалық қасиеттері

Түрлі жылуоқшаулағыш материалдардың жылутехникалық сипаттамаларының талдауын өткізе отырып, олардың барлығы талаптарға сай келетінін атап өтуге болады, сонымен қатар: көбікполистирол, минерал мақта және оның бұйымдары, көбіктелген полиэтилен уытты заттар бөледі, олардың концентрациясы ПДК аспағанымен, жинақтау қасиеттеріне ие болып, олардың пайдалану саласын шектейді. Жылутехникалық, эксплуатациялық, физика-механикалық қасиеттері бойынша және экологиялық қауіпсіздік пен технологиялылық тұрғысынан тиімді болып вермикулит бетон табылады. Дегенмен, бұл материалдың өндірісінің энергия тұтынушылығы жоғары және құрамдарды модификациялау мен оңтайландырудың физика-механикалық көрсеткіштерді жоғалтпай, бағасын төмендету мақсатында өндіріс технологиясын жетілдіруді талап етеді.

1. А. Н. Пшинько Модифицированный теплоизоляционный неорганический материал на основе алюмосиликатного сырья как альтернатива существующим утеплителям/ А. Н. Пшинько, А. В. Краснюк, А. С. Щербак// Строительство, материаловедение, машиностроение: ғылыми еңбектердің жинағы - Вып. 61. - Д. : ПГАСА, 2011. - 344-349 б.

2. А. С. Щербак. Исследование свойств современных теплоизоляционных материалов ISSN 1993-9175. Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2013, вип. 2 (44) - 136-141 б.

3. Теплоизоляционные материалы и конструкции: оқулық/ Ю. Л. Бобров, Е. Г

Овчаренко, Б. М. Шойхет, Е. Ю. Петухова. - М. : Инфра-М, 2003. - 265 б.

4. А. С. Щербак Експлуатаційні та екологічні переваги теплоізоляціү із застосуванням модифікованого піноскла / А. С. Щербак // Вісник Дніпропетр. нац. унту залізн. транс. ім. акад. В. Лазаряна. - Д., 2010. - Вип. 32. - С. 141-142.

5. Ю. П. Горлов Технология теплоизоляционных материалов: ЖОО арналған оқулық/ Ю. П. Горлов, А. П. Меркин, А. А. Устенко. - М: Стройиздат, 1980. - 399 б.