Новости

Новости

Минеральная вата. Тепломассообменные характеристики


Минеральную вату получают из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смеси, стеклобоя и других материалов. Из расплавов горных пород изготавливают каменную вату. По своей структуре она представляет хаотично переплетённые стекловидные волокна диаметром около 15 мкм и длиной 30-40 мм. Сырьём для её производства служат базальты, габбро и диабазы, фенолформальдегидные смолы (связующее) и гидрофобизирующие добавки. Содержание органических веществ в каменной вате в пределах 3 - 4 %.
В основе её высокой теплоизоляционной способности лежит низкая теплопроводность воздуха, заполняющего пространство между волокнами, в неподвижном состоянии равная при t = 10 °С, Л = 0,026 Вт/(м*°С). Коэффициент теплопроводности каменной ваты в эксплуатационном состоянии составляет примерно 0,040...0,050 Вт/(м*°С). Плотность изделий из неё колеблется в диапазоне — от 30 до 230 кг/м3. Т.к. по своему химическому составу базальтовое волокно не отличается от горной породы, вата, сделанная из него, выдерживает высокие температуры, не теряя своих пожарозащитных свойств. Базальтовое волокно обладает также высокой химической стойкостью и не гниёт. Срок службы изделий из каменной ваты - несколько десятилетий.
На эксплуатационные качества каменной ваты значительную роль оказывают её свойства проводить теплоту и влагу. Ниже представлены результаты экспериментальных исследований тепломассообменных характеристик для наиболее используемых плитных материалов, выпускаемых компанией PAROC.

Сорбционная влажность этих же материалов приведена в табл. 7.5.

Коэффициенты теплопроводности при различных эксплуатационных состояниях ваты по результатам экспериментальных исследований сведены в табл. 7.6.
Анализ коэффициентов теплопроводности образцов каменной ваты в сухом состоянии указывает на их изменение в пределах Л0 = 0,037...0,044 Вт/(м*°С). При этом различие в коэффициентах теплопроводности каменной ваты изделий одной плотности составляет до 9 %. Объяснить такое расхождение можно различием в структуре каменной ваты, получаемых в процессе их изготовления.

Сопоставление результатов исследований паропроницаемости и сорбционной влажности каменной ваты также указывает на их зависимость от вида и структуры изделий. Каменная вата в образцах практически равной плотности имеет разные по величине массообменные характеристики.
На основании базальтового минераловатного волокна осуществляется изготовление плит «Ламели». Фасадная «Ламель» представляет негорючие гидрофобизированные тепло-, звукоизоляционные плиты на синтетическом связующем, изготовленные из минеральной ваты на основе горных пород базальтовой группы. Волокна в «Ламели» расположены перпендикулярно изолируемой поверхности. Благодаря такой ориентации волокон ламели имеют высокую гибкость, что облегчает изоляцию криволинейных поверхностей.
Плиты «Ламели» имеют плотность р = 80...90 кг/м3, коэффициент теплопроводности не более Л = 0,044 Вт/(м*°С), влажность по массе не более 0,5 %, паропроницаемость в пределах u = 0,3... 0,6 мг/(м-ч-Па).
Шлаковата. Производится на основе использования отходов металлургического производства (доменные, мартеновские и др. плавки). Она имеет неустойчивый минералогический состав, и её волокна самопроизвольно распадаются в результате химических реакций, особенно, при взаимодействии с водой. Разрушение шлаковаты происходит и при частых переходах температуры через 0 °С. В шлаках могут присутствовать тяжёлые металлы и токсические химические соединения. Использование шлаковаты нежелательно в зданиях постоянного пребывания людей.
В системах утепления могут применяться - плиты шлаковатные, в составе которых присутствует базальт, это негорючие изделия марок 75, 125 и 175, изготавливаемые по ТУ PB 400051892.255-2001.
Теплопроводность шлаковой ваты при плотности 170...200 кг/м3, в зависимости от температуры определяется по формуле

где Лt — коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Третий вид минеральной ваты - стекловата. Для её получения используются те же компоненты, что и при изготовлении обычного стекла, а также стеклобой. В результате получается вата из хаотично переплетённых стеклянных волокон средним диаметром 6 мкм и длиной 150-200 мм. А изделия из стекловаты имеют плотность порядка 110-130 кг/м3. Благодаря эластичности и упругости стекловата сжимаема без потери эксплуатационных характеристик, её отличает низкое содержание неволокнистых включений и высокая вибростойкость, а также повышенные акустические свойства, биологическая и химическая стойкость. Теплопроводность стекловаты сравнима с теплопроводностью каменной ваты но, у неё низкая водоотталкивающая способность. Стекловолокнистые изделия обладают большей гигроскопичностью, чем минеральные, и, с увеличением плотности гигроскопичность изделия возрастает.
В строительной отрасли в основном используются изделия из каменной ваты.
В процессе выполнения теплотехнических исследований наружной теплоизоляции зданий были выполнены исследования тепломассообменных характеристик минеральной ваты. Образцы для исследований извлекались из наружных стен или были представлены предприятиями. В табл. 7.7 сведены тепломассообменные характеристики каменной и шлаковаты. Анализ характеристик показывает, что водопоглощение по массе каменной ваты составляет Wм = 4,5... 13 %, что соответствует объёмному водопоглощению W0 = 0,63...1,29 %, коэффициент паропроницаемости пределах u = 0,299...0,47 мг/(м*чПа).


Характеристики шлаковаты (№6 и 8) по водопоглощению значительно выше, чем каменной ваты. Водопоглощение по массе составляет Wм = 12,4...15,8 %, что соответствует объёмному водопоглощению Wo = 1,55...1,84 %. Коэффициент паропроницаемости шлаковаты равен u = 0,42...0,46 мг/(м*ч*Па).
Сравнение характеристик по массовой влажности каменной ваты, полученные в результате натурных обследований систем утепления зданий, представлены в табл. 7.8.

Экспериментально определённая массовая влажность образцов каменной ваты, взятых на двух объектах, отличается от максимальной сорбционной влажности на ±25-30 %. И только в одном случае в слое каменной ваты системы утепления жилого дома экспериментально определённая массовая влажность в три раза выше максимальной сорбционной.
При использовании каменной ваты в климатических условиях Республики Беларусь очень важным является влагопоглощение и водоудаление в естественных условия проведения работ по теплоизоляции зданий. С целью оценки влажностного режима каменной ваты, закреплённой на стене здания, до нанесения на него защитного и отделочного слоев были проведены натурные исследования.
Определение массовой влажности каменной ваты было выполнено на образцах, извлечённых из дополнительной теплоизоляции стены 20-ти этажного жилого здания. Здание расположено на возвышенности в открытой местности. Материал утеплителя - плиты из каменной ваты «FASROCK» и «Изоляция». Крепление плит к стенам здания при температуре наружного воздуха tн > 5 °C осуществлялось клеящим составом «Сармалеп».
Метеорологические условия до и во время извлечения образцов из стены в ноябре месяце характеризовались температурой t = +2...6 °С, юго-восточным и южным ветрами со скоростью v = 2...10 м/с, отсутствием осадков, но наличием тумана.
В процессе проведения натурного эксперимента каменная вата на юго-западной стене дома на уровне первого этажа дополнительно искусственно дождевалась.
Отбор проб производился из теплоизоляции юго-западной стены на уровнях 1-го, 3-его и 13-го этажей. Образцы №5 и №6 были взяты из плит утеплителя предварительно снятых с участка стены. Образцы №7 и №8 извлечены из участка теплоизоляции стены 1-го этажа, прошедшего искусственное дождевание к моменту отбора проб, а образцы №9 и №9' из этого же участка через сутки после дождевания. Образцы №10 и №10' вырезаны из плит минеральной ваты взятых из фабричной упаковки на строительной площадке.
Размеры образцов минеральной ваты 200x200x50 мм. После изъятия образцы упаковывались в герметичные полиэтиленовые мешки и направлялись в лабораторию, для определения массовой влажности.
Одновременно с отбором проб минераловатного утеплителя из этих же мест отбирались пробы клеевого материала в бюксы.
Выемка образцов после их выпиливания из слоя утеплителя сопровождалась приложением значительных усилий, что свидетельствует о хорошем сцеплении минеральной ваты с клеевым слоем и клеевого слоя со стеной здания. После выемки образцов отмечена неравномерность толщины клеевого слоя, т.е. имеют место зазоры между минеральной плитой и стеной здания. Величина зазоров не превышает 6 мм.
Результаты определения массовой влажности представлены в табл. 7.9.
Анализ результатов, представленных в табл. 7.9, показывает, что образцы минеральной ваты, изъятые со стены имеют массовую влажность до 1 %, при нормативной величине 5 %. Образцы №7 и №8, имеющие после дождевания массовую влажность 23,5 % и 30,1 % соответственно, через сутки после увлажнения имели массовую влажность не превышающую 1 %. Следует иметь в виду, что водопоглощение и насыщение водой в результате дождевания имеют различный механизм. Образцы минеральной ваты №5 и №6, находившиеся вне изоляции в течение 16 часов, имели массовую влажность 3,97 % и 3,86 % соответственно, что объясняется прямым воздействием атмосферных осадков. На строительную площадку поступают минераловатные плиты в заводской упаковке с массовой влажностью 0,35...0,42 %.
Клей «Сармалеп», пробы которого были взяты одновременно с пробами минеральной ваты, имеет массовую влажность 1,58...11,7%.



Натурные исследования каменной ваты, закреплённой на стене дома, и открытой для атмосферных воздействий показали:
1. Массовая влажность образцов минераловатных плит дополнительной тепловой изоляции 20-ти этажного жилого здания, закреплённых на стене, не оштукатуренных и, следовательно, открытых для непосредственного воздействия атмосферных осадков не превышает W = 4 %.
2. Насыщенные водой на стене здания до 30-ти процентной массовой влажности образцы минераловатных плит дополнительной тепловой изоляции через сутки после увлажнения имели массовую влажность 0,61-0,93 %, т.е. незначительно отличающуюся от массовой влажности поступающих на строительную площадку минераловатных плит в заводской упаковке (0,35-0,42 %) и образцов, снятых со стены.
Это объясняется в частности и благоприятно сложившихся на момент отбора проб условиями: ночное похолодание и сильный, порывистый ветер, что способствовало интенсивной просушке материала.
Каменная вата интенсивно поглощает, но и хорошо отдаёт влагу, находясь в естественных условиях контакта с окружающей средой.