Технология изоляционных и строительных материалов и изделий

ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗОЛЯЦИОННЫХ
И СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

О.А. ИГНАТОВА 
В.Ф. ЗАВАДСКИЙ 

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство»
(квалификация (степень) «бакалавр»)

УДК 691(075.8)
ББК 38.3я73
 
И26

Игнатова О.А.
И26  
Технология изоляционных и строительных материалов и изделий : учебное пособие / О.А. Игнатова, В.Ф. Завадский. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 472 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — 
www.dx.doi.org/ 10.12737/22258.

ISBN 978-5-16-012103-1 (print)
ISBN 978-5-16-104856-6 (online)
В учебнике дан анализ и характеристики различных тепло-, гидроизоляционных и стеновых материалов, оценка их пригодности для применения в строительстве. Даны классификации по структуре, назначению, 
основные строительно-эксплуатационные свойства, области применения. 
Приведены основные схемы изготовления теплоизоляционных материалов на основе минерального, органического сырья, а также основные 
принципы создания битумных и полимерных гидроизоляционных материалов. 
Представлены современные технологии производства стеновых изделий из ячеистых бетонов, легких бетонов на пористых заполнителях, 
гипсобетонных и арболитовых стеновых изделий, силикатного кирпича 
и камней, изделий стеновой керамики и на основе промышленных отходов. Приведен опыт производства стеновых изделий за рубежом. Даны технологические расчеты при проектировании производства.
Для студентов учреждений высшего образования, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» (квалификация «бакалавр»).

УДК 691(075.8)
ББК 38.3я73

Р е ц е н з е н т ы:
А.А. Ананенко, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Строительные материалы» Сибирского государственного университета путей сообщения;
А.Д. Корнеев, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники, зав. кафедрой «Строительные материалы» Липецкого 
государственного технического университета

А в т о р ы:
Ольга Арнольдовна Игнатова, канд. техн. наук, доцент, доцент Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) — разделы 1, 2;
Владимир Фёдорович Завадский, д-р техн. наук, профессор, почетный работник высшего профессионального образования РФ, академик РАЕН — раздел 3

ISBN 978-5-16-012103-1 (print)
ISBN 978-5-16-104856-6 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

© Игнатова О.А., Завадский В.Ф., 
2017

Предисловие

Изоляционные материалы — это особая группа строительных 
материалов, обладающих специальными защитными свойствами. 
Функции современных изоляционных материалов довольно широки и разнообразны и включают в себя защиту людей и строительных конструкций от воздействия различных негативных факторов:

— низких и высоких температур (теплоизоляционные материалы);

— супервысоких температур (более 1500°С) (жаростойкие материалы);

— воздействия звука (акустические материалы);
— воздействия воды (гидроизоляционные);
— проникновения парообразной влаги (пароизоляционные);
— агрессивных сред (коррозийностойкие материалы);
— воздействие внешней среды и повышение декоративности 
(отделочные материалы);

— воздействие огня (пожаростойкие материалы) и т.д.
Цель применения строительной изоляции — предотвращение 
разрушения основных конструкционных материалов, защита 
производственного персонала, проживающих в зданиях людей. 
Применение изоляционных материалов в строительстве приводит 
к увеличению долговечности зданий и сооружений, экономии основных средств, повышению уровня комфортности жилья и в итоге 
качества жизни.

В основе издания лежат сведения о современных материалах, 
используемых для изоляции от воздействия тепла и воды, климатических факторов — минеральных и полимерных, материалов 
на основе отходов промышленности. Рассмотрены технологические 
схемы, приведены примерные составы основных материалов, направления применения изделий.

Структура данного издания состоит из трех частей: I — «Теплоизоляционные материалы и изделия»; II — «Гидроизоляционные 
материалы и изделия», III — «Стеновые материалы и изделия».

В начале каждого раздела приводятся сведения по классификации, свойствам и особенностям данного вида материалов. Далее, 
в каждой главе последовательно описываются характеристики, 
сырье, области рационального применения и все особенности технологических процессов, присущие конкретному виду материалов.

3

Особое внимание в I части уделено анализу и сопоставлению 
характеристик различных теплоизоляционных материалов, оценки 
их пригодности для применения в строительстве. Подробно приведены основные принципы их создания. Рассмотрены технологические схемы получения минераловатных изделий, пенопластов 
на основе термопластичных и термореактивных полимеров, изделий на основе древесного сырья.

Во II части приведены классификации гидроизоляционных материалов по их физическому состоянию и назначению, описаны 
основные свойства и методы получения материалов с заданными 
характеристиками. Даны технологические схемы производства 
эмульсий, мастик, рулонных материалов, пленок и герметиков. 
Текст изложен с учетом применения некоторых материалов в индивидуальном строительстве.

К стеновым материалам относятся строительные изделия и конструкции, применяемые для возведения наружных и внутренних 
стен, в т.ч. перегородок. Удельный вес стен в структуре здания 
по себестоимости составляет 16—30%, трудоемкость — 18—25%.

Известными представителями стеновых изделий служат: кирпич 
и камни керамические и силикатные, пено- и газобетонные блоки, 
блоки и панели из легких бетонов на пористых заполнителях, гипсобетонные перегородки и камни, арболитовые изделия, стеновые 
изделия на основе многотоннажных отходов промышленности 
и т.д.

С применением различных штучных материалов и использованием строительных утеплителей разрабатываются многослойные 
стеновые конструкции, в т.ч. с вентилируемыми фасадами, обеспечивающие требуемое термическое сопротивление стены в целом.

Керамическая кирпичная стена отвечает самым высоким требованиям комфортности и долговечности, аккумулирует тепло, 
благоприятно воздействуя на климат жилища. Если комфортность 
деревянной постройки принять за единицу, то комфортность помещений из керамических материалов соответствует коэффициенту 0,7, из ячеистого бетона — 0,2, из силикатного кирпича — 0,1, 
из железобетона — 0,05.

Повысить теплозащитную эффективность, долговечность и экологическую безопасность стен зданий реально возможно за счет 
совместного использования в их структуре пустотелых конструктивных изделий и высокопористых термовкладышей.

При использовании полимерных пенопластов и волокнистых 
утеплителей на органических связующих необходимо обеспечивать 
санитарную и пожарную безопасность стен.

4

Повышается актуальность развития производства долговечных 
и экологически безопасных теплоизоляционных изделий на минеральной основе: изделий из газостекла, газо- и пенокерамических, 
газо- и пеногипсовых, пено- и газобетонных изделий и др.

Потенциальным сырьем для производства стеновых изделий 
могут служить многотоннажные экологически безвредные отходы 
теплоэнергетики, металлургии, горно-обогатительной отрасли и др.

Дисциплина «Технология изоляционных материалов» имеет своей 
целью:

— формирование у студентов представления о функциональной взаимосвязи изоляционного материала и конструкции 
исходя из назначения, долговечности и условий эксплуатации конструкций;

— изучение составов, структуры и технологических основ получения теплоизоляционных, гидроизоляционных и стеновых материалов с заданными функциональными свойствами с использованием природного и техногенного сырья;

— изучение методов контроля качества материалов и изделий.
Задачи дисциплины:
— рассмотреть системы показателей качества изоляционных 
материалов и нормативных методов их определения и оценки с использованием современного оборудования;

— изучить технологические приемы формирования структуры 
изоляционных материалов из различного сырья, в том числе отходов производства, с целью создания продукции с требуемыми 
свойствами;

— показать возможности выбора и оптимизации свойств изоляционных материалов программными средствами на компьютере.

В результате изучения «Технологии изоляционных материалов» 
студент должен:

знать:
— основы производства изоляционных материалов из различного сырья, в том числе отходов производства, с целью создания 
продукции с требуемыми свойствами;

— взаимосвязь состава, строения и свойств изоляционных 
строительных материалов, способы формирования заданной структуры и свойств материалов;

— стандартные системы исследований свойств тепло-, гидроизоляционных и стеновых материалов;

уметь:
— правильно выбирать изоляционные материалы, обеспечивающие требуемые показатели надежности, безопасности, экономичности и эффективности сооружений;

5

— рассчитывать потребности в тепло-, гидроизоляционных 
и стеновых материалах для изготовления конкретного вида изделий 
и конструкций;

— оценить показатели качества изоляционных материалов;
владеть:
— методами проектирования технологических линий по производству изоляционных материалов;

— методикой определения показателей качества изоляционных 
материалов с использованием современного оборудования;

— методами контроля физико-механических свойств изоляционных строительных материалов.

Курс «Изоляционные материалы и изделия» в учебном плане 
подготовки бакалавров строителей является одной из базовых 
дисциплин, составляющих основу специальности. Без знания 
основных свойств и технологий изготовления тепло-, гидроизоляционных и стеновых материалов невозможно представить современного бакалавра, обучающегося по направлению 08.03.01 
«Строительство».

Р а з д е л  I

ТЕПЛО ИЗО ЛЯЦИО ННЫ Е М АТЕРИАЛЫ 

И ИЗД ЕЛИЯ

Россия является одной из ведущих стран по производству 
энергии, однако значительно уступает экономически развитым 
странам в рациональном использовании энергоресурсов. Сегодня 
на единицу жилой площади у нас расходуется в 2 — 3 раза больше 
тепловой энергии, чем в странах Европы.

Анализ опыта различных стран в решении проблемы энергосбережения показывает, что одним из наиболее эффективных 
путей ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования, тепловых сетей.

В последние годы в строительстве на первый план вышла проблема повышения теплозащитных свойств ограждающих конструкций, снижения тепловых потерь в теплопроводах, тепловых 
и холодильных аппаратах. Эта проблема решается путем применения эффективных теплоизоляционных материалов.

Следует учитывать, что Россия — самая холодная страна 
в мире. Если сравнивать данные о средних температурах и продолжительности отопительного периода в других странах мира, 
средняя температура января: в Канаде Гср = -4°С , в Европе /ср 
от -8°С (Париж +4°С, Лондон +6°С), в России Гср = -16...24°С, 
не считая Якутию, где еще холоднее.

Многие годы традиционными для России были массивные 
однослойные стены (кирпичная кладка, железобетонные панели). 
В Европе и США в жилищном строительстве в основном используются легкие многослойные конструкции, когда стена состоит 
из каркаса и легкого ненесущего ограждения. Показателем, нормирующим тепловую защиту зданий, является требуемое сопротивление теплопередаче — 
, которое для стран Европы начиная с 70-х гг. XX в. составляет 3... 4 м2 • °С/вт, для России до 1996 г. 
Д(еч = 0,9... 1,2 м2-°С/вт. В 1996 г. в России были приняты новые 
требования к теплозащите зданий, учитывающие общемировые 
тенденции в энергосбережении. В соответствии с ними теплозащитные характеристики ограждающих конструкций повышены в 2,5 —3,5 раза. Изменения в соответствии с общемировыми

7

нормативами по теплосбережению учтены в СНиП 23-02-2003 
«Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2004 «Проектирование 
тепловой защиты зданий».

В результате применение массивных однослойных конструкций 
стало нерентабельным. Необходимым условием стало использование в ограждениях теплоизоляционных материалов.

Теплоизоляционные материалы позволяют снизить массу зданий (толщину стен), уменьшить материалоемкость строительства 
и, как следствие, транспортные расходы, экономить топливноэнергетические ресурсы в технологических процессах и при эксплуатации зданий и сооружений. Только применяя эффективные 
теплоизоляционные материалы в конструкциях ограждений, можно 
построить здание, отвечающее современному уровню комфорта.

Обоснованное техническое и экономическое направление 
развития производства и применение теплоизоляционных материалов способны оказать большое влияние на всю структуру 
строительного производства. Массовое применение теплоизоляционных материалов в гражданском, сельском и промышленном строительстве резко уменьшает потребность в традиционных 
строительных материалах, сокращает грузопотоки, энергозатраты 
на строительно-монтажные операции.

Мировой опыт показывает, что наращивание объемов производства и применения теплоизоляционных материалов ведет 
к значительному сокращению потребления тепла, как в сфере 
производства строительных материалов, так в и строительных 
работах и в сфере эксплуатации объектов гражданского и промышленного строительства.

Глава 1

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ 
СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ 
МАТЕРИАЛОВ

Теплоизоляционными называются строительные материалы 
и изделия, обладающие малой теплопроводностью и предназначенные для теплоизоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов (коэффициент теплопро- 
водости А. < 0,175 Вт/м-°С, плотность р < 500 кг/м3).

8

Основная характеристика эффективных теплоизоляционных 
материалов:

плотность (р) -» min 
пористость (П) ->• 100%; А, -» min.
Неорганические теплоизоляционные материалы составляют 
основную часть продукции отрасли. Это объясняется распространенностью сырья, возможностью широкого регулирования 
свойств, применением практически в любых условиях эксплуатации. Неорганические минеральные материалы занимают 70% 
общего объема производства [16].

Теплоизоляцию на органической основе характеризуют доступность сырья, простота переработки и обычно меньшие капитальные вложения в производство. Однако в той или иной степени 
это горючие материалы. По сравнению с неорганическими материалами есть некоторые ограничения по температуре применения. Деление теплоизоляции по виду сырья довольно условно. 
Многие материалы являются композиционными, сочетающими 
в себе минеральное или органическое связующее, органические 
или минеральные заполнители. Это общепринятое деление позволяет сформулировать специфические направления применения теплоизоляции.

В настоящее время по объему потребления основные теплоизоляционные материалы распределились следующим образом: мине- 
раюватные утеплители 
65... 70 %); пенопласты (« 20 %); легкие 
бетоны (газо-, пенобетон, полистиролбетон и др. « 3%); вспученный перлит, вермикулит и изделия на их основе (« 2... 3 %); 
материалы на основе органических наполнителей (древесно-волокнистые плиты (ДВП), фибролит, арболит и др. « 3 %).

1.1. Классификация теплоизоляционных 
материалов и изделий

Теплоизоляционные материалы и изделия классифицируют 
по следующим основным признакам (ГОСТ 16381): вид основного сырья; структура; форма; плотность; теплопроводность; жесткость; возгораемость; характер применения.

По в и д у  о с н о в н о г о  с ы р ь я  материалы и изделия подразделяются на неорганические (минеральные) и органические. Изделия, изготовленные из смеси органического и неорганического 
сырья, относятся к неорганическим, если объем неорганического 
сырья в смеси превышает 50%.

Неорганические (.минеральные) материалы и изделия (минеральная вата, газобетон и др.) не горючи, температура применения обычно более 400 °С. Однако технологии изготовления

9

минеральных материалов обычно сложны, требуют значительных 
площадей и капитальных вложений, использования дорогостоящего оборудования. Плотность исходного сырья высокая (обычно 
более 2 500 кг/м3), следовательно, сложно ее снизить до минимальных значений.

Технологии изготовления органических материалов (пенопласты, изделия на основе древесины) значительно проще, 
меньше требуется капитальных вложений и производственных 
площадей. Плотность исходного сырья невысокая (не превышает 1 000... 1 500 кг/м3). Вместе с тем органические материалы горючи, температура их применения обычно не превышает 100 °С 
(некоторых до 200 °С), так как основными компонентами сырья 
являются углеводороды.

По с т р у к т у р е  материалы и изделия подразделяются:
• на волокнистые (минеральная вата, асбестовые изделия, 
ДВП) — пористость * 80%;

• ячеистые (пенопласты, ячеистое стекло) — пористость 
до 98 %;

• зернистые (керамзит, перлит) — пористость « 80 %.
По ф о р м е  материалы и изделия подразделяются:
• на рыхлые (вата, перлит);
• плоские (плиты, маты, войлок);
• фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты);
• шнуровые.
По п л о т н о с т и  материалы и изделия подразделяются 
на группы и марки, указанные в табл. 1.1.

К материалам особо низкой плотности относятся изделия 
на основе минеральной и стеклянной ваты, пенопласты, перлит, 
вермикулит, эковата.

Материалы и изделия низкой плотности — минераловатные 
изделия (только других марок), а также торфоплиты, ячеистое 
стекло; средней плотности — теплоизоляционный ячеистый бетон, древесно-волокнистые плиты, пенокерамика, легкие бетоны 
на основе перлита и вермикулита; плотные: 400...500 (условно 
теплоизоляционные материалы) — керамзит, арболит.

По т е п л о п р о в о д н о с т и  материалы и изделия подразделяются на классы, указанные в табл. 1.2.

По ж е с т к о с т и  материалы и изделия подразделяются 
на виды, указанные в табл. 1.3.

Характеристика жесткости определяется по результатам испытаний материалов на сжимаемость (ГОСТ 17177):

• мягкие материалы (М) деформации:

е = у100> 30%  при Р= 0,002 МПа.

10