Magasépítészet

Hőszigetelő anyagok fajtái, tulajdonságaik

Mivel minden anyag rendelkezik hővezetési tényezővel (és az nem lehet nulla), rendelkezik hővezetési ellenállással is, ezért minden anyag hőszigetelő anyag.

Az építőiparban a különböző anyagok a hővezetési tényező alapján lehetnek:

  • rossz hőszigetelő anyagok (0,15 W/mK < λ),
  • közepes hőszigetelő anyagok (0,06 W/mK <λ<0,15 W/mK),
  • jó hőszigetelő anyagok (λ < 0,06 W/mK).

(* λ – Lambda)

Ha tetszőleges hőátbocsátási értékkel rendelkező szer­kezetet kiegészítünk jó hőszigetelő képességű anyaggal, a szerkezet hőszigeteléséről beszélünk.

A hőszigetelő anyagok szilárd vázból és levegővel telt pórusokból, kapillárisokból állnak. Mivel az álló levegő jó hőszigetelő, így jelenléte a pórusokban jó hőszigetelő képes­séget biztosít.

A hőszigetelések jelentős mértékben csökkentik a szer­kezet egyes rétegeinek eltérő hőmozgását és az ebből szár­mazó feszültségeket, amelyeket a napi és évi hőingadozá­sok okoznak. Meggátolják, illetve kiküszöbölik a szerkezet egyes rétegeiben, a belső felületén, és/vagy a hőhidak men­tén a párahatás következtében fellépő káros elváltozásokat. Csökkentik az épület üzemeltetésének költségeit.

A hőszigetelő anyagokkal szemben támasztott követel­mények:

  • A legfontosabb az alacsony hővezetési tényező.
  • Fizikai és kémiai stabilitás abban a hőmérsékleti tarto­mányban, amelyben az anyagot alkalmazzák.
  • Ne legyenek higroszkopikus tulajdonságúak, lehetőleg közömbösen viselkedjenek a nedvességgel szemben. A hőszigetelő anyagokba kerülő víz jelentősen rontja a hőszigetelő képességet.
  • A hőszigetelő anyagok és a velük érintkező anyagok között nem léphet fel korrózió.
  • A hőszigetelő anyagoknak közömböseknek kell lenni­ük a különböző rágcsálókkal, gombákkal szemben.
  • Speciális alkalmazási területeken a szigetelőanyagok­nak terhelhetőnek kell lenniük. Ilyen pl. a padlóbur­kolatok alatt elhelyezett lépésálló hőszigetelő réteg.

A hőszigetelések között megkülönböztetjük a szálas, a pó­rusos és az ömlesztett anyagokat.

Szálas hőszigetelő

A szálas hőszigetelő anyagoknál a vattaszerűen össze­sűrített elemi szálak közé szorul be a levegő. Ezeket üveg, különböző kőzetek és salak olvadékából lehet előállítani.

Üreges hőszigetelő

A pórusszerkezet olyan üreges szerkezet, amelyben kü­lönböző elhelyezkedésű és méretű pórusok találhatók. Ilyen hőszigetelő anyag a műanyag hab, a parafa stb.

Ömlesztett anyagú hőszigetelő

Az ömlesztett anyagokból felépített hőszigetelő anyag szerkezetében a szemcsék között pórusok alakulnak ki, illetve a szemcsék porozitása okozza a jó hőszigetelő képes­séget. Ilyen anyag a perlit vagy a belőle készített perlitbeton.

Szálas hőszigetelő anyagok

A szálas hőszigetelő anyagokat foszlató eljárással állítják elő. A kapott szálakat különböző méretű lemezekké, filcek­ké alakítják. A csekély szervesanyag-tartalom következté­ben a csupasz termékek nem éghető anyagok! A termékek szervetlen anyaga rovarok, rágcsálók számára élelmet nem nyújt, gombásodásra, penészedésre nem hajlamosak.

Kőzetgyapot termékek

A kőzetgyapotot márgából, bazaltból, diabázból, gabbróból, homokkőből, agyagból stb. lehet előállítani. Az alapanyagokat koksz segítségével megolvasztják és szálakká foszlatják. Az így elkészített szálak vastagsága általában 4-7 μm, hosszúsága 1-10 mm. A további feldolgozás során a szálak sűrítésével lemezeket, paplanokat, csőhéjakat stb. készítenek. A kőzetgyapot lemezek testsűrűsége 60 kg/m3, hővezetési tényezője 0,040 W/mK.

Kőzetgyapot

A kőzetgyapot finom szálszerkezetének és viszony­lag magas testsűrűségének köszönhetően a szálak közötti levegő megközelítőleg nyugalomban van. A nyílt pórusú szerkezet miatt alacsony páradiffúziós ellenállású. Ez a tulajdonsága különösen alkalmassá teszi külső térelhatáro­ló szerkezetek hőszigetelésére.

A kőzetgyapot a szerkezeti kialakítása miatt a hanghullá­mokat is nagymértékben elnyeli (általában a 100 Hz feletti frekvenciájú hangokat nyeli el különösen jól). A kőzetgyapot a nagy hőmérsékletkülönbséget alakvál­tozás és feszültség nélkül elviseli. Nincs hőtágulása, mert az az anyagon belül a szálak egymás közötti mozgásában valósul meg. A kőzetgyapot gyakorlatilag nem öregszik.

Üveggyapot termékek

Az üveggyapotot rendszerint üvegipari nyersanyag keve­rékéből készítik. Az 5-7 mikron átmérőjű üvegszálakat hőre keményedő gyanta kötőanyaggal permetezik be, majd a polimerizációs kemencében a szálhalmazt a terméktípus sze­rinti, kívánt testsűrűségnek megfelelő vastagságúra nyom­ják össze, majd hőkezeléssel a kötőanyagot kikeményítik.

8.11. ábra. Ursa TWP 1 üveggyapot termék

Párafékező tulajdonsága csekély, így réteges szerkezet­ben a külső kéreg alatt egyrészt kiszellőztetve, másrészt anyagában – a réteg páravezető képességét is kihasználva – előnyösen, nagy biztonsággal alkalmazható.

A páradiffúziós tényező a szigetelt szerkezetek páratech­nikai méretezésének egyik legfontosabb épületfizikai jellem­zője. Mivel a páradiffúziós folyamatot döntően az üveggya­potban lévő levegő határozza meg, a különböző termékek páradiffúziós tényezője nem tér el lényegesen a levegő pá­radiffúziós tényezőjétől.

Fagyálló, ezért a külső felületi, időszakos párakicsapó­dás, illetve az esetleges felületi nedvességhatás az anyag hőszigetelő tulajdonságát nem befolyásolja jelentősen. Mi­vel azonban nagy porozitású, nyílt pórusú anyagról van szó, a nedvesedéstől és a közvetlen áztatástól óvni kell.

Az üveggyapot termékek széleskörűen alkalmazhatók az akusztikai szigetelések területén is. Jó hangelnyelő képes­ségük a finom, rugalmas szálszerkezetükre, alacsony test­sűrűségükre, nagy nyitott porozitásúkra vezethető vissza.

Cementkötésű fabeton hőszigetelő lemezek

Cementkötésű, faapríték adalékanyagú hőszigetelő le­mezek előállításhoz töltőanyagként törtszálas szerkezetű fát (kétlépcsős aprítási művelettel), kötőanyagként pedig cementet használnak.

A fabeton előnyös tulajdonságai:

  • természetes alapanyagokból készül;
  • alacsony térfogatsúlyú;
  • kiváló hő- és hangszigetelő, jó hőtároló;
  • páraáteresztő;
  • víz-, tűz- és fagyálló;
  • ellenáll a penésznek, gombásodásnak, kártevőknek;
  • könnyen megmunkálható;
  • kiváló vakolattartó képességű.

A kedvező hőtechnikai paraméterű anyag kiválóan kom­binálható normál kavicsbetonnal. Más hőszigetelő anyag­gal, mint például ásványgyapottal vagy különféle polisztirol táblákkal is társítható. A rugalmas gyártási technológia következtében egyedi igények is teljesíthetők (pl. nagyfokú hangelnyelés és hanggátlás egy szerkezettel, fokozott hő­szigetelés kis vastagsági méretekkel).

Üreges hőszigetelő anyagok

Az üreges szerkezetű habokat különböző eljárásokkal, pórusképző gázok felhasználásával állítják elő. A habokat a cellák közé beszorított levegő teszi jó hőszigetelővé. A cel­laszerkezet lehet zárt vagy nyitott. A zárt szerkezetűeknek gyakorlatilag nincs vízfelvételük. A nyitott pórusszerkezetű haboknak a hőszigetelés mellet jó a hangelnyelésük is. Műanyagok közül szinte mindegyiket lehet habosítani, a gyakorlat szempontjából azonban a polisztirolnak és a poliuretánnak van kiemelt jelentősége.

Habüveg

A habüveget speciális összetételű üvegből állítják elő. Az üveget az előkészítés során finomra őrlik, majd alapo­san összekeverik a pórusképző anyaggal (mészkő, dolomit, kálium-nitrát stb.) és a granulálási segédanyagokkal (pl. agyagásványokkal). Ezután a keveréket hőálló sablonban, kb. 830-860°C-os hőmérsékletre hevítik. Ennek hatására pórusképző gáz termelődik (pl. szénpor, C02). A gázkép­ződés hatására az üveg megduzzad, 12-15-szőrösére növeli térfogatát. Az üvegben többnyire zárt, 0,2-1 mm méretű pórusok keletkeznek, amelytől a termék jó hőszigetelő tu­lajdonságú lesz. A habüveg tehát apró golyócskák halmaza, olyan kis gömböké, amelyekben hajszálvékony üveghártya zár körül egy kis gázbuborékot.

A habüveg testsűrűsége 125-135 kg/m3. A hővezetési tényező 0,048 W/mK, nyomószilárdsága 0,7-0,8 N/mm2. Vizet egyáltalán nem vesz fel, teljesen párazáró. A klasz-szikus eljárásban a habüveg tömböt lehűlés után táblákra vágják. Általában vegyipari tartályoknál, hűtőházaknál, tűz­biztos épületszerkezeteknél használják.

Polisztirolhab

A polisztirolhab az egyik legelterjedtebb hőszigetelő anyag. Alapanyaga az előhabosított polisztirolgyöngy.

A po­lisztirolból két, lényegesen eltérő tulajdonságú habanyagot állítanak elő:

  • az expandált polisztirolt a polimergyöngy zárt térben végzett vízgőzös vagy forró levegős, szakaszos duz­zasztásával gyártják;
  • az extrudált polisztirolhabot folyamatos technológi­ával habosítják.

Az expandált polisztiroltömb hővezetési tényezője 0,030-0,040 W/mK, testsűrűsége 12-40 kg/m3 között van. Ez a hőszigetelő anyag nem áll ellen a különböző savaknak, szerves oldószereknek, ásványolajoknak stb. A polisztirol habok nehezen éghetőek.

Az extrudált polisztirol hővezetési tényezője 0,025-0,027 W/mK, testsűrűsége 25-45 kg/m3 között van. Az anyag finom, teljesen zárt cellákból épül fel, sima felületű és mé­rettartó. Az extrudált termékek hőszigetelő képessége jobb, szilárdsága nagyobb, vízfelvétele pedig kisebb, mint az ex­pandált terméké. Felhasználása elsősorban hűtőházak teher­hordó födéméinek, fordított tetőszerkezetek, illetve nagyobb terhelésnek kitett szerkezetek hőszigetelésekor történhet. Ez a hőszigetelő anyag nem áll ellen a különböző savaknak, szerves oldószereknek, ásványolajoknak stb.

Expandált polisztirolhab

A zártcellás polisztirolhab rendszerek páratechnikai hát­rányait a gyártástechnológia fejlesztésével sikerült meg­szüntetni. A legújabb polisztirollapok perforáltak, lyuka­csos szerkezetűek. A szemcsék tehát pontszerűen kapcsolódnak egymáshoz, így a páraáteresztő képesség jelentősen megnő. A hagyományos lapok 50-es páradiffúziós ellenál­lási tényezője 10-es értékre csökkenthető le, azaz a pára­áteresztő képesség jelentősen javul. A perforált hőszigetelő lapoknál ügyelni kell, melyik oldal kerül a fal felé, ugyanis a fal felől induló kúpos lyukak nem mindegyike ér át a lap másik oldalára. Ez a külső oldalon egyenletes páraeloszlást tesz lehetővé.

Poliuretán hab termékek

A poliuretán habot a poliuretán fizikai, vagy kémiai és fizikai habosításával gyártják, félkemény és kemény kivi­telben. A kemény poliuretán pórusszerkezete 95 V%-ban zárt. A jó hőszigetelő képességet a pórusok közé zárt gőzök biz­tosítják (pl. freon). Habosítás közben a poliuretán hab jól tapad a papírhoz, kerámiához, fához, ezért szendvicsszer­kezetek gyártására ragasztóanyag nélkül is felhasználható.

Lehetőség van a helyszíni habosításra is. Ezzel az eljárás­sal a (nyílászáró és fal közötti) hézagok és üregek kitöltését is el lehet végezni. Testsűrűsége 30-40 kg/m3 közötti, hő­vezetési tényezője 0,030 W/mK. 100 °C-ig hőálló, nyomó­szilárdsága 0,14-0,25 Mpa. Az építőanyagokhoz jól tapad. Könnyen éghető anyag, de a lúgok, savak, szerves oldósze­rek nem támadják.

Polietilén hab termékek

A polietilén hab polietilénből, habosító adalékanyaggal, extrudálással előállított, zártpórusú hab termék. Különböző testsűrűséggel gyártják (25-180 kg/m3), hővezetési tényező­je 0,037-0,065 W/mK. Vízfelvevő tulajdonsága gyakorlati­lag zérus, jó párazáró tulajdonságú. Előnye, hogy rugalmas, kis sugár mentén is hajlítható.

Parafa hőszigetelő termékek

A szerves hőszigetelő anyagok közül a parafa természe­tes eredetű. A felhasználásra alkalmas alapanyag a paratölgy kérgének lefejtésével nyerhető. A parafa testsűrűsége kb. 200 kg/m3. A jó hőszigetelő képességet a vékony sejtfa­lak közé bezárt levegő biztosítja. A parafa szívós, rugalmas, nagy a diffúziós ellenállása, fagyálló, penészesedésre, rothadásra nem hajlamos.

A hulladék parafa expandálása során 250-300 °C-os gőz hatására a parafából gyantaszerű anyag válik ki, amely hártyaszerűen összeragasztja a szemcséket. Az expandált parafa testsűrűsége 120-140 kg/m3 közötti, hővezetési tényezője 0,05 W/mK. A parafa termékeket hű­tőházak, fürdőépületek, nedves környezetű terek hőszigete­lésére használják.

Ömlesztett hőszigetelő anyagok

Perlit és perlittermékek

A perlit alapanyaga a természetben megtalálható riolitos vulkanikus kőzet, 3-5% víztartalommal. 900-1200 °C-os hőmérséklet hatására a víztartalom gőzzé válik és a kőzet 20-30-szorosára duzzad. Ezt nevezzük duzzasztott perlitnek. A perlitnek kicsi a szemcseszilárdsága, és a hal­mazsűrűsége, ezért csak hőszigetelő betonok és vakolatok készítésére alkalmas. Betonkészítésre általában a durva és nehézperlit használható. A habarcs- és betonkészítéshez használt perlit nem tartalmazhat szennyeződést. A hőveze­tési tényezője 0,045 W/mK.

A perlitpaplan műanyag fóliába varrt, ömlesztett perlit. Testsűrűsége 110-140 kg/m3 közötti, hővezetési tényezője 0,064 W/mK. Általában +70 °C-os hőmérsékletig alkalmaz­ható. Elsősorban lapostetők szigetelésére használják. A perlitadalékos hőszigetelések között a bitumoperlit a legismertebb. Ezzel az anyaggal hő- és nedvesség elleni szigetelés is megoldható. Testsűrűsége 400-500 kg/m3, nyo­mószilárdsága 0,4-0,6 Mpa, hővezetési tényezője 0,1 W/mK, vízfelvétele 10 m% alatti. Felhasználható -20 és +100 °C-os hőmérséklet között. Acélszerkezetek tűzvédelmére használ­hatnak gipszperlit lapokat és vízüvegkötésű perlitlapokat.

A perlithab granulátumot perlitkőzet őrleményéből, nát­ronlúgból és duzzadást elősegítő keverékből granulálás utá­ni duzzasztással állítják elő. 2-30 mm-es mérettartomány­ban frakciókra bontva, zsákokban forgalmazzák. Zárófödé­mek hőszigeteléséhez és hőszigetelő betonok készítéséhez használható. Műanyaghabok töltőanyagaként, főleg a tűz­állóság és a mechanikai szilárdság növelésére használják.

Agyaggyártmányok

A duzzasztott agyag és perlit 1:1 arányú keverékéből elő­állított, téglaméretű termékeket 900 °C-os hőmérsékleten égetik ki. A testsűrűségük 300 kg/m3, hővezetési tényező­jük 0,080 W/mK, nyomószilárdságuk 0,7 Mpa. 900 °C-os hőmérsékletig kemencefalak falazására, kazánok szigetelé­sére alkalmazható. Szárazon vagy saját őrleménnyel kevert agyaghabarcsba rakják.

Ha a keveréshez tűzálló agyagot, illetve samottot is hasz­nálnak, akkor a termék sűrűsége 750 kg/m3, nyomószilárd­sága 3 MPa, hővezetési tényezője 0,23 W/mK. Körülbelül 1200 °C-os hőmérsékletig használható ipari kemencék kül­ső és belső szigeteléséhez. Olvadáspontja 1650 °C.

A kőszivacs porózus égetett kerámia termék. Az agyag­hoz pórusképző anyagot, elsősorban szénport és fűrészport kevernek. A kiégett alkotórészek helyén maradt üregek biz­tosítják a jó hőszigetelő képességet. A kőszivacs anyagból a válaszfallapokhoz hasonló termékeket állítanak elő.