Емульсії

Емульсії- колоїдні системи, в яких дисперсійною фазою є бітум, а дисперсійною фазою водний розчин емульгатора (ССБ- сульфітно-спиртова барда, казеїн, олеат натрію, суспензії на основі вапна пластичних глин, цементну, кам'яного вугілля, сажі).

Розміри бітумних частинок емульсії знаходяться в інтервалі 0,1...1 мкм. Для запобігання злипання частинок бітуму і підвищення седиментаційної стійкості в процесі виготовлення емульсії частинки бітуму покриваються тонким шаром емульгатора.

Емульсії готують у спеціальних машинах-диспергаторах, гомогенізаторах, установках з використанням ультразвуку.

Процес приготування емульсії включає такі послідовні операції:

1. підігрів бітуму до 120-150 °С;

2. приготування емульгатора;

3. диспергування бітуму у водному розчині емульгатора.

Вміст бітуму у емульсіях - 50...60%, кількість водорозчинних емульгаторів не перевищує 3%, твердих емульгаторів - 5... 15%.

Для улаштування мастичних покрівель перевага надається емульсіям на водорозчинних катіоноактивних емульгаторах, які мають підвищену просочувальну здатність по відношенню до армуючих скловолокнистих матеріалів.

Розроблені також бітумно-полімерні і полімерні емульсії (латекси), які мають підвищену седиментаційну стійкість і фізико-механічні властивості.

Покриття формується в процесі випаровування води і злипання частинок бітуму. Для прискорення процесу випаровування води застосовуються добавки коагулятори, наприклад, хлорид кальцію - СаCl₂, які вволяться в емульсію перед її використанням.

До позитивних якостей емульсій слід віднести такі, як відсутність токсичних розчинників, гігієнічність, вибухо- і пожежобезпечність, можливість легкого нанесення методом розпилення стислим повітрям, у тому числі - на вологу основу.

Суттєвим недоліком усіх емульсій є обмеження виконання робіт температурою +10 °С. Зберігають емульсії за температурою не нижче 5 °С, термін зберігання до 6 міс.

Тема: Теплоізоляційні та акустичні матеріали

1. Проаналізувати фактори, що впливають на теплоізоляційні властивості матеріалів.

Теплопередача – теплообмін між двома теплоносіями або тілами, розділеними між собою стінкою чи іншою поверхнею розділу. Характеризується коефіцієнтом теплопередачі к,Вт/м²К, який чисельно дорівнює кількості теплоти, що передається через одиницю поверхні розділу за одиницю часу при різниці температур середовищ в 1К.

Основні форми теплопередачі:

• теплопровідність,

• конвекція,

• теплове випромінювання.

Теплопровідність – це перенесення теплоти від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих. Теплопровідність будівельних матеріалів визначається за наявності різниці температур на спеціальних зразках і характеризується коефіцієнтом теплопровідності λ, Вт/(м·К).

Найменшу теплопровідність серед речовин має повітря λ=0,023Вт/(м·К). Тому теплоізоляційні матеріали повинні характеризуватися високою загальною пористістю.

На теплопровідність теплоізоляційних матеріалів впливає характер структури матриці (речовини) виробу. Так, у кристалічних речовинах теплопровідність набагато більша ніж в аморфних. Наприклад, для кристалічного SiO₂ λ=7Вт/(м·К), для аморфного SiO₂ λ=0,8Вт/(м·К). Якщо вода переходить в лід коефіцієнт теплопровідності збільшується з 0,58 до 2,1Вт/(м·К).

Наведені дані свідчать про необхідність використовувати для виготовлення теплоізоляційних матеріалів аморфні, або менш закристалізовані речовини, а також захищати вироби від зволоження.

Конвекцієюназивають процес перенесення тепла внаслідок руху рідини або газу.

В теплоізоляційних матеріалах цей процес обумовлюється розмірами повітряних порожнин і пор, а також ступенем сполученості цих порожнин і пор між собою.

Із збільшенням розмірів порожнин і пор, а також за наявності ходів, які з’єднують порожнини і пори, доля конвективного обміну збільшується.

Теплове випромінювання– електромагнітне випромінювання речовини за рахунок її внутрішньої енергії. У будівельній теплотехніці цей процес розглядають з подвійним взаємним перетворенням:

- теплової енергії в променеву на поверхні тіла, що випромінює;

- променевої енергії в теплову на поверхні тіла, що поглинає променеву енергію.

Наприклад, взимку огороджувальні конструкції будівель випромінюють теплову енергію. Влітку, коли температура на вулиці є вищою за температуру огороджувальної конструкції, відбувається зворотний процес.

Сорбційна вологість- вміст вологи в матеріалі. З підвищенням вологості теплоізоляційних матеріалів їх теплопровідність підвищується у декілька разів.

Морозостійкість- здатність матеріалу витримувати багатократне поперемінне заморожування і відтавання без істотного підвищення коефіцієнта теплопровідності і ознак втрати міцності.

2. Обґрунтувати ефективні способи підвищення термічного опору огороджувальних конструкцій та проаналізувати можливі схеми теплоізоляції.

Термічний опір - це величина обернена до теплопровідності, важлива характеристика матеріалу, що дорівнює товщині огороджувальної конструкції на коефіцієнт теплопровідності, та нормується будівельними нормами для огороджувальних стін. Нові норми термічного опору огороджувальних конструкцій примушують радикально змінювати підхід до вибору матеріалів і конструкцій зовнішніх огороджень. В деяких випадках проблему утеплення стін існуючих споруд технічно можна вирішити за рахунок використання додаткової зовнішньої або внутрішньої ізоляції. Сучасні технічні рішення, представлені системами огороджувальних конструкцій, передбачають використання декількох матеріалів, наприклад, стіни з цегли або бетону, клеючого полімерного розчину, мінераловатної (або пінополістирольної) плити, гідроізоляційного полімерцементного розчину з армуючою сіткою і шару декоративної штукатурки.

Стіни будинків і споруд, побудованих за старими будівельними нормами, мають термічний опір R_t=0,7...0,9 (м²С)/Вт. Аналогічними є показники покрівель та перекрить горищ. Це призводить до підвищених у 2...4 рази витрат на опалення порівняно з діючими нормами.

Реконструкція старих будинків з метою їх утеплення вимагає значних коштів. Досвід Німеччини з утеплення будинків, побудованих у колишній НДР, показав, що вартість такої реконструкції складає 30...50% вартості будівництва нового будинку такої ж площі.

На рис. 1 наведені схеми утеплення зовнішніх стін.

В стінах без ізоляції (рис. 1, а) виникають великі втрати тепла. Це обумовлено тим, що точка роси знаходиться всередині стіни і стіна промерзає.

На рис. 1, в наведена схема з теплоізоляцією зсередини будівлі. Внутрішня теплоізоляція обмежує втрати тепла, але не запобігає промерзанню стіни. Стіна не має можливості акумулювати тепло. Тому приміщення швидко нагрівається, а також швидко охолоджується.

Слід відзначити, що на границі теплоізоляції і стіни виникають умови для конденсації водяноїпари і, як наслідок, утворюється пліснява та грибки.

Застосовують два варіанти:

• скріплена теплоізоляція.

• вентильований фасад.

Скріплена теплоізоляція – це багатошарова конструкція, де необхідно використовувати різні матеріали. При цьому треба враховувати їх технічні і експлуатаційні характеристики: коефіцієнт лінійного розширення, усадку, водопоглинення, паропроникність та ін. Так, наприклад, паропроникність повинна збільшуватись в напрямку до зовнішньої поверхні. Якщо теплоізоляція приклеюється, то шар клею повинен мати вищу паропроникність ніж стіновий матеріал (цегла та ін.). Теплоізоляція повинна мати меншу паропроникність ніж шар клею. Виконання цього правила забезпечує відсутність конденсації пари в тілі стіни.

З використанням зовнішньої теплоізоляції точка роси переноситься в теплоізоляційний матеріал, що не дає стіні промерзати і підвищує її довговічність. Таким чином, огороджувальна конструкція акумулює теплову енергію всередині будівлі. Слід зазначити, що, залежно від виду теплоізоляційного матеріалу, може змінюватись звукоізоляція будівель. При використанні мінераловатних виробів вона підвищується. Коли використовуються плити з пінополістиролу, фіксується зворотній ефект.

Повітряний прошарок забезпечує відвід пари, що дифундує з стіни. В цьому випадку відсутня конденсація пари як в стіні, так і в теплоізоляційному матеріалі.

Влітку система зменшує вплив високих температур і на 7...10 дБ зменшується рівеньшуму.

3. Навести і проаналізувати характеристики та особливості застосування таких теплоізоляційних матеріалів:

• екструзійний пінополістирол;

• вироби на основі мінеральної вати і скляного волокна;

• піноскло;

• ніздрюваті бетони;

• вироби на основі спученого перліту;

• пінофол.

Екструзійний пінополістирол

Завдяки екструзійній технології теплоізоляційні плити мають однорідну структуру. Така структура дає матеріалу ряд переваг:

• низьку теплопровідність протягом тривалого терміну 0,028 Вт/(мК);

• високу механічну міцність – 300 кПа (міцність на стиснення при 10% деформації);

• стійкість до циклів замороження-танення;

• діапазон робочих температур від – 50 до +75 °С;

• паропроникність 0,006 мг/(м·год·Па);

• практично нульове водопоглинення;

• негорючість;

• висока щільність;

• низька об’ємна вага;

• відсутність капілярності;

• екологічність.

Порівняння характеристик звичайного та екструзійного пінопласту

Екструзійний пінополістирол, (товщина - 51см)	Пінополістирол, (товщина - 75см)
міцність на стиск при 10% лінійній деформації 0,3 – 0,5 МПа	міцність на стиск при 10% лінійній деформації 0,06 – 0,23 МПа
водопоглинання по об’єму за 24 години 0,1 – 0,2%	водопоглинання по об’єму за 24 години 0,5–2%
Щільність кг/м3 35-38	Щільність кг/м3 20 - 30
Теплопровідність, Вт/мК 0,028	Теплопровідність, Вт/мК 0,041

Завдяки низькому показнику водопоглинанняекструзійний пінополістирол є високотехнічним матеріалом при теплоізоляції, виконуючи також функції гідроізоляції.

Галузі застосовування: екструзійний пінополістирол застосовується не тільки для утеплення стін, але і фундаментів, причому зовні, цокольних поверхів, підземного утеплення теплових комунікацій і каналізаційних систем, пристрою теплих покрівель. Крівля з використанням плит ЕППС може експлуатуватися без ремонту не менше 25—30 років. Така довговічність досягається особливим розташуванням елементів, а саме: теплоізоляція знаходиться вище уразливої гідроізоляції, захищаючи її від руйнування під впливом кліматичних навантажень. Самим верхнім шаром може бути гравієва засипка або цементно-піщана стяжка. Цей матеріал може бути використаний для підлог, зокрема що обігріваються, для утеплення шатрових покрівель, що стали достатньо популярними останнім часом, мансардних поверхів. Пінополістірольні теплоізоляційні плити можна укладати під основи автодоріг або залізничного полотна з метою запобігання промерзанню.

Екструзійний пінополістирол добре себе виявляє при теплоізоляції підлог, фасадів індивідуальних будинків і міжповерхових перекриттів. Завдяки тому, що матеріал майже не вбирає вологу, його почасти застосовують для ізоляції підвалів. Матеріал перспективним для застосовування у малоповерховому будівництві та виробництві сендвіч-панелей.

Вироби на основі мінеральної вати і скляного волокна

Найбільш освоєні у виробництві і експлуатації теплоізоляційні матеріали на основі мінеральної вати. До них відносяться:

• жорсткі формовані вироби (плити, напівциліндри, сегменти) на різних в'язках з об'ємною масою 200 ÷ 400 кг/м³, коефіцієнт теплопровідності в сухому стані (температура 25±5°С) 0,05 ÷ 0,075 ккал/м-год-град і максимальною температурою застосування 70 °C (бітумна в'язка), 300 °C (в'язка з синтетичних смол) і 500 °C (мінеральна в'язка);

• напівжорсткі і гнучкі вироби (плити, мати, джгути, повсть) з об'ємною масою 75 ÷ 400 кг/м³, коефіцієнт теплопровідності 0,04 ÷ 0,07 ккал/м-год-град і максимальною температурою застосування від 60 до 600 °C.

• мінеральну вату з об'ємною масою 100 ÷ 200 кг/м³ і коефіцієнтом теплопровідності 0,038 ÷ 0,045 ккал/м-ч-град застосовують як теплоізоляційну засипку при температурі до 600°С.