TERMOIZOLACIONI MATERIJALI

Problem toplotne izolacije je izuzetno aktuelan i kompleksan u savremenom graevinarstvu, pogotovo u oblasti zgradarstva. Aktuelnost proizilazi iz potrebe za sve veom utedom energije, a kompleksnost iz velikog broja zahteva koje treba zadovoljiti da bi toplotna izolacija u potupnosti ostvarila svoju ulogu [21].

Analiza objekata, sa ovog aspekta, moe se posmatrati kroz tri zasebne celine: - toplotna zatita krovne konstrukcije, - toplotna zatita fasadnih zidova i - toplotna zatita delova objekta koji su u kontaktu sa terenom.

Pored spoljanjeg omotaa, koji ima najvei uticaj na efekat toplotne izolacije objekta, termoizolacioni materijali se mogu postavljati i u pregradnim zidovima i meuspratnim konstrukcijama, ime se obezbeuje toplotni komfor u celom objektu. Uobiajeni poloaji termoizolacije ilustrovani su na primeru jedne kue (slika 1).

Slika 1 - Mesta postavljanja termoizolacije u zavisnosti od vrste i poloaja elementa objekta

Osnovni tehniki podaci o termoizolacionim svojstvima veine standardnih graevinskih materijala su:

- koeficijent toplotne provodljivosti, c - specifina toplota, - faktor otpora difuziji vodene pare, t - koeficijent toplotnog izduenja i - zapreminska masa, a

dati su u JUS U.J5.600:1998.

Svojstvo na osnovu koga se graevinski materijali svrstavaju u termoizolacione materijale je koeficijent toplotne provodljivosti. Pod termoizolacionim materijalima podrazumevaju se materijali iji je koficijent toplotne provodljivosti () manji od 0.3 W/(mK), ispitan prema standardu JUS U.A2.020.

U okviru grupe termoizolacionih materijala moe se izvriti finija podela na: klasine termoizolacione materijale sa koeficijentom toplotne provodljivosti

< 0.06 W/(mK) i termoizolacione materijale sa konstrukcionim svojstvima sa 0.06 < < 0.3

W/(mK). Pravilan izbor odreenog termizolacionog materijala je tesno povezan sa: analizom svojstava termoizolacionih materijala u odnosu na svojstva ostalih

materijala od kojih se izvode pojedini elementi konstrukcije, analizom poloaja elementa konstrukcije u odnosu na okruenje i analizom termo-higrometrijskih uslova sredine.

Nepoznavanje svojstava termoizolacionih materijala, odnosno njihovih prednosti, a naroito nedostataka, koji ograniavaju njihovu primenu, u praksi moe dovesti do znaajnog smanjenja efekata termoizolacije i do pojave prateih neeljenih efekata, kao to su:

pojava vlage, truljenje materijala, pojava bui, klobuenja, ljuspanja i otpadanja paronepropusnih zavrnih slojeva i oteenja usled dejstva mraza.

U cilju olakavanja pravilnog izbora termoizolacionih materijala, u ovom radu je dat kratak prikaz proizvodnje i primene najee korienih termoizolacionih materijala, sa naglaskom na njihova osnovna svojstva. Pored toga, istaknute su i njihove prednosti i nedostaci.

Termoizolacioni materijali se mogu klasifikovati na osnovu razliitih kriterijuma: prema poreklu sirovina za proizvodnju, prema vrednosti koeficijenta toplotne provodljivosti, prema vrednosti zapreminske mase i prema mestu i nainu primene.

U ovom radu su termozolacioni materijali klasifikovani na osnovu porekla sirovine za njihovu proizvodnju u sledee grupe:

termoizolacioni materijali na bazi mineralnih (neorganskih) materijala termoizolacioni materijali na bazi organskih materijala i termoizolacioni malteri i betoni.

Termoizolacioni materijali, koji su analizirani u ovom radu, prikazani su na narednom blok-dijagramu.

Termoizolacioni materijali

Organskog porekla

Polimeri Prirodni materijali

Ekspandiranipolistiren

Ekstrudiraniekspandirani

polistiren

Poliuretan

Trska

Drvena vlaknasa

min.vezivom

Recikliranaceluloza

Termoizolacioni malteri i betoniMineralnog porekla

Kamena vuna

Staklena vuna

Termoizolacionimalteri

EPS betoni

Gas-betoni(siporeks)

Termoizolacionibetoni

1. TERMOIZOLACIONI MATERIJALI NA BAZI MINERALNIH (NEORGANSKIH) MATERIJALA

U graevinskoj praksi se kao termoizolacioni proizvodi, na bazi mineralnih materijala, najee koriste kamena vuna i staklena vuna.

1.1 KAMENA (MINERALNA) VUNA

Kamena ili mineralna vuna je proizvod koji se dobija topljenjem tzv. mineralnog uloka. Sastoji se od staklastih vlakana i stvrdnutih kapi silikatnog rastopa. Izgled uzorka kamene vune prikazan je na slici 2.

Slika 2 - Izgled uzorka kamene vune

Pod mineralnim ulokom podrazumeva se meavina prirodnih mineralnih stena magmatskog i sedimentnog porekla. Magmatske stene predstavljaju osnovnu, a sedimentne korektivnu sirovinu za proizvodnju kamene vune.

Od magmatskih stena najee se koriste stene sa sadrajem SiO2 u koliini od 40 do 52%, a to su: bazalt, dijabaz, gabro, andezit. Sedimentne stene imaju ulogu topitelja, a najee se koriste: krenjaci, krenjaci sa primesom dolomita, dolomiti, a ponekad i glina.

Umesto sedimentnih stena ponekad se kao topitelji koriste topionike zgure: zgura visokih pei, zgura kupolastih pei i zgure Simens-Martinovih pei. U tabeli 1 dat je hemijski sastav nekoliko vrsta magmatskih i sedimentnih stena i topionike zgure. Prikazani materijali predstavljaju sirovine za proizvodnju kamene vune.

Tabela 1 - Hemijski sastav sirovina za proizvodnju kamene vune (preuzeto iz [2]) Meta-

dijabaz Bazalt Bazalt Dijabaz Gabro Dolomit

ni krenjak

Dolomit Dolomit Topionika zgura

Sast

ojak

Do

bro

Po

lje

Crn

a Tr

ava

Sl

avu

jci

Pre

evo

Vr

elo

Kopa

onik

Pr

eve

t

Kale

ni

Kr

pejci

Pre

dajan

e

O

stro

vica

Sie

vo

Iz

vor

Bosil

j-gra

d

Pr

oku

plje

Pro

kupl

je

ele

zara

Sm

ede

revo

SiO2 48.39 52.82 48.91 49.36 61.61 0.30 0.90 1.90 36.84 Al2O3 19.91 16.30 19.99 14.79 18.26 0.75 2.79 0.98 8.70 TiO2 - - 0.95 1.38 - -0 -0 - 0.48

Fe2O3 3.91 - 2.94 3.95 - 0.09 1.09 0.10 0.26 FeO 8.79 5.92 4.97 6.60 6.75 - - - - CaO 7.92 10.36 8.40 10.59 4.21 39.67 29.10 29.58 37.17 MgO 4.04 7.25 60.38 6.67 2.86 12.26 21.22 21.17 9.43 Na2O 30.6 2.90 2.90 3.37 3.55 0.11 0.18 0.20 2.00 K2O 0.15 2.75 2.39 0.04 0.72 0.02 0.15 0.12 0.85 G 3.58 0.80 1.55 3.20 2.53 46.58 44.46 46.26 -

1.1.1 Proizvodnja neimpregnirane kamene vune

Sam proces proizvodnje kamene vune sastoji se od: pripremnih radova, koji obuhvataju:

izbor sirovinskih komponenti, proraun hemijskog sastava sirovinske smee i mineralnog rastopa i odreivanje koliina sirovinskih komponenti i goriva za jednu aru,

tehnolokog procesa proizvodnje, koji zavisi od vrste finalnog proizvoda: proizvoda na bazi neimpregnirane kamene vune i proizvoda na bazi impregnirane kamene vune.

Razlika izmeu tehnolokih procesa proizvodnje neimpregniranih i impregniranih proizvoda je samo u fazi finalizacije. Oba tehnoloka procesa ematski su prikazana na sl. 3.

Priprema sirovinske smee sastoji se u usitnjavanju stenskih materijala do odreene granulacije. Doziranje sirovinske smee i koksa u kupolnu pe vri se naizmenino (uloak/koks), pri emu se reimom punjenja mora obezbediti odravanje stalne visine materijala u pei. Meavina mineralnog uloka i koksa se postepeno sputa na dole, prelazei u rastop, a vreli gasovi se podiu ka vrhu pei i greju materijal u pei. Topljenje mineralnog uloka u silikatni rastop predstavlja najvaniju fazu u procesu proizvodnje mineralne vune. Temperatura topljenja je oko 15000C.

Proces obrazovanja vlakana sastoji se iz dve faze: faze rasprivanja silikatnog rastopa i

faze obrazovanja vlakana mineralne vune.

Faza rasprivanja zapoinje izlivanjem silikatnog rastopa radne temperature 1350 14000C u sistem za rasprivanje. Obrazovane kapi silikatnog rastopa usisavaju se u komoru za taloenje, gde se vri njihova transformacija u vlakna, a zatim njihovo taloenje na iani transporter. Na taj nain se dobija beskonana traka, odreene debljine i irine, sastavljena od vlakana kamene vune tzv. osnovni filc.

Proces finalizacije osnovnog filca se sastoji u njegovom stanjivanju, opsecanju, proivanju i eventualnom postavljanju na razliite vrste podloga, zatim hlaenju i seenju na odreene dimenzije.

Proizvodnjaneimpregnirane

kamene vune

Pripremasirovinskihkomponenti

Odmeravanje idoziranje mineralnoguloka i tehnolokog

goriva

Topljenje mineralnoguloka u silikatni

rastop

Rasprivanje i stvaranjevlakana od silikatnog

rastopa

Obrazovanjemineralnog filca

Finalizacija filcakamene vune u finalne

proizvode

Pripremasirovinskihkomponenti

Odmeravanje idoziranje mineralnoguloka i tehnolokog

goriva

Topljenje mineralnoguloka u silikatni

rastop

Rasprivanje i stvaranjevlakana od silikatnog

rastopa

Prskanje vlakanasredstvom zaimpregnaciju i

obrazovanje osn. filca

Termika obradaimpregniranog filca

Pripremasredstava zaimpregnaciju

Proizvodnjaimpregniranekamene vune

Finalizacijaimpregniranog filca u

finalne proizvode

Slika 3 - ema procesa proizvodnje kamene vune

1.1.2 Proizvodnja impregnirane kamene vune

Na slici 4 ilustrovan je tehnoloki postupak proizvodnje impregnirane kamene vune.

Slika 4 - Proces proizvodnje impregnirane kamene vune

U cilju poboljanja nekih svojstava finalnih proizvoda izraenih od kamene vune, kao to su, na primer: vea elastinost (smanjenje krtosti i sklonosti ka lomljenju kamenih vlakana), kompaktnost, vea otpornost na uticaj vlage, bolja mehanika svojstva, itd., obrazovana vlakna kamene vune se u fazi prolaska kroz talonu komoru impregniraju odgovarajuim sredstvom za impregnaciju mineralnog ili organskog porekla. Najee se kao sredstva za impregnaciju koriste polimeri, na primer, fenol-formaldehidne smole.

Tehnoloki proces proizvodnje impregnirane mineralne vune se ne razlikuje od ve opisanog procesa proizvodnje neimpregnirane vune sve do faze proizvodnje osnovnog filca u komori za taloenje. U sluaju proizvodnje impregnirane kamene vune, fazi obrazovanja osnovnog filca prethodi faza prskanja obrazovanih vlakana kamene vune sredstvom za impregnaciju. Osnovni filc se, u ovom sluaju, sastoji od impregniranih vlakana i pre finalne obrade podvrgava se termikoj obradi.

1.1.3 Svojstva kamene vune

Kamena vuna je neorganski visoko porozni izolacioni materijal, koji u svom sastavu ne sadri sastojke tetne po ljudsko zdravlje. Kamena vuna je hemijski inertna i postojana na uticaj vode, vodene pare i razliitih hemikalija, izuzev na jedinjenja fluora. Takoe je otporna i na delovanje mikroorganizama i nije sklona truljenju. U tabeli 2 dati su osnovni podaci o hemijskom sastavu kamene vune.

Sirovina

Topljenje

Dobijanje vlakana i ubrizgavanje veziva

Poduno seenje

Popreno seenje Termika

obrada

Otpad koji se reciklira

Vezivo postaje sivo - braon

Osnovni filc

Tabela 2 - Hemijski sastav kamene vune SiO2 Al2O3 Fe2O3 i FeO TiO2 CaO MgO Na2O K2O 42 - 44.5

14 - 16.5 6.5 - 7.2

1.0 - 1.4

9 - 22.5 7 - 9.2 2.5 - 3

0.4 - 0.6

Kamena vuna ima izrazito poroznu strukturu (92-97%), koju ine proizvoljno prostorno rasporeena elastina vlakna, debljine 5 - 7 mikrona. Uee nevlaknastih primesa - stvrdnutih kapi silikatnog rastopa, je manje od 3.5%.

U tabeli 3 dati su osnovni podaci o svojstvima kamene vune. Tabela 3 - Osnovna fizika i mehanika svojstva proizvoda od kamene vune

Zapreminska masa

, [kg/m3]

Koeficijent toplotne

provodljivosti , [w/(mK)]

Koeficijent linearnog termikog

irenja T, [K-1]

Faktor otpora difuziji vodene

pare , [-]

Upijanje vode

uv, [%]

Napon pritiska pri

10% deformaciji p, [MPa]

vrstoa na

zatezanje fz, [Pa]

45-160 0.035-0.041 5x10-5 1.1 > 100 0.003-0.050 0.01-0.03

Na slici 5 prikazana je zavisnost koeficijenta toplotne provodljivosti od zapreminske mase kamene vune i temperature.

Slika 5 - Zavisnost koeficijenta toplotne provodljivosti od zapreminske mase kamene vune i temperature

Zbog velike otvorene poroznosti kamenu vunu karakterie izrazito velika sposobnost upijanja vode i propustljivost vlage. Upijena voda rastvara soli iz kamene vune gradei rastvore koji su naroito agresivni za metale, tako da sve metalne povrine, koje su u kontaktu sa kamenom vunom, moraju imati odgovarajuu antikorozionu zatitu. Pored toga, poveana vlanost kamene vune ugroava i otpornost toplotne izolacije na dejstvo mraza i pospeuje pojavu bui.

Vrednosti koeficijenta toplotne provodljivosti, date u tabeli 7, odnose se na suv materijal. Pri poveanju sadraja vlage u kamenoj vuni za samo 1%, koeficijent toplotne provodljivosti se poveava za cca 20%. Zbog toga je dozvoljena vlanost proizvoda od kamene vune ograniena na 3%.

U cilju spreavanja prekomernog upijanja vode i produenja eksploatacionog veka, u novije vreme, termoizolacija od kamene vune se hidrofobizira, tj. dodatno impregnira silikonskim uljem. Kamenu vunu karakterie postojanost na visokim temperaturama i negorivost. Veina proizvoda od neimpregnirane kamene vune se moe koristiti do temperature od 7000C, a od impregnirane do 2500C. Materijali koji su upotrebljeni za impregnaciju (organske smole i ulja), a kojih ima do 6%, isparavaju ili se ugljeniu na temeperaturi od oko 2500C. Sama kamena vuna se topi na temperaturi od oko 10000C, pri emu se ne stvaraju tetni gasovi kao prilikom sagorevanja organskih materijala. Proizvodi na bazi kamene vune (neimpregnirani i impregnirani) imaju dobru apsorpciju zvuka zbog velike otvorene poroznosti. Osnovni uslovi kvaliteta za kamenu vunu, definisani u standardu JUS U.M9.015, dati su u tabeli 4.

Tabela 4 - Uslovi kvaliteta za kamenu vunu prema JUS U.M9.015 Klasa Svojstva kamene vune I II

Zapreminska masa pri zbijenosti od 0.08kN/m2, [kg/m3] max. 150 max. 220 Sadraj staklastih kapljica (granula) veih od 0.5mm, [%] max. 10 max. 30 Prosena debljina vlakana, [mm] max. 0.007 max. 0.007 Koeficijent toplotne provodljivosti za:

00C, [W/(mK)] 1000C, [W/(mK)] 3000C, [W/(mK)]

0.041 0.058 0.098

0.058 0.081 0.139

Maksimalna dozvoljena vlanost, [%] 3 3 Dozvoljena (radna) temperatura u ekspl.uslovima, [0C] 600 600

Analizom svojstava proizvoda od kamene vune mogu se izdvojiti sledee prednosti i nedostaci: prednosti

mala zapreminska masa, nizak koeficijent toplotne provodljivosti, irok temperaturni interval primene (do +7000C), negorivi materijal (klasa A1, DIN 4102) prilikom topljenja ne oslobaa tetne gasove biorazgradljivost.

nedostaci veliko upijanje vode i veoma velika propusnost vodene pare, mala otpornost na dejstvo mraza, sklonost ka pojavi bui i mogunost pojave korozije metala u prisustvu vlage.

1.1.4 Primena kamene vune

Proizvodi od neimpregnirane kamene vune koji se koriste kao termoizlacioni materijali u graevinarstvu su:

jastuci od kamene vune priiveni za podlogu (karton, bitumenizirani papir, stakleni voal, pocinkovano pletivo, aluminijumska folija i dr.) i

proiveni ili neproiveni filc od kamene vune, debljine 2 - 10cm. Proizvodi od neimpregnirane kamene vune imaju, zbog malih mehanikih karakteristika, ogranienu primenu i koriste se u sluajevima kada nisu optereene na pritisak. Proizvodi od impregnirane kamene vune se koriste u obliku ploa debljine 2-10cm. Izrauju se u sledeim varijanatama:

meke ploe, polutvrde ploe i tvrde ploe.

Ploe od impregnirane kamene vune imaju iru primenu zato to se proizvode u nekoliko varijanti (od mekih do vrlo tvrdih ploa), pa se mogu upotrebljavati za toplotnu izolaciju i u sluajevima kada su optereene na pritisak.

Proizvodi od neimpregnirane kamene vune primenjuju se za toplotnu izolaciju: meuspratnih konstrukcija u sluajevima kada se primenjuju sputeni plafoni, pregradnih zidova i potkrovlja i kosih krovova.

Pored toga, deo ovih proizvoda moe se primenjivati i za protivpoarnu zatitu industrijskih pei, kotlova, cisterni itd.

Proizvodi od impregnirane kamene vune primenjuju se za: poboljanje termoizolacionih svojstava pregradnih zidova, meuspratnih i

podnih konstrukcija, u sklopu reenja fasadnih zidova kao ventilisanih, neventilisanih ili kontaktnih

sistema i izolaciju ravnih i kosih krovova.

Izgled nekih proizvoda od neimpregnirane i impregnirane kamene vune prikazan je na narednim slikama.

Slika 6 - Proizvodi od neimpregnirane kamene vune

Neimpregnirane meke ploe od kamene vune ( =100kg/m3)

Neimpregnirana kamena vuna u rinfuznom obliku

Impregnirane meke ploe Impregnirane polu tvrde ploe Impregnirane tvrde ploe kamena vuna (=35kg/m3) kamena vuna (=75kg/m3) kamena vuna (=150kg/m3)

Slika 7 - Proizvodi od impregnirane kamene vune U novije vreme proizvode se termoizolacione ploe od kamene vune, koje su namenjene za izradu kontaktnih fasada, ija je spoljanja povrina tvra od unutranje radi boljeg privrivanja i lake zavrne obrade zida.

1.2 STAKLENA (MINERALNA) VUNA Staklena vuna spada u grupu mineralnih termoizolacionih materijala i sastoji se od tankih i elastinih staklenih niti. Izgled uzoraka staklene vune prikazan je na slici 8.

Slika 8 - Izgled uzorka staklene vune (ploe)

1.2.1 Proizvodnja staklene vune i staklenih vlakana Sirovine za proizvodnju staklene vune i staklenih vlakana su stakleni kr i osnovne sirovine za proizvodnju stakla (kvarcni pesak, krenjak, soda, itd.). U novije vreme se za proizvodnju staklene vune sve vie koristi stakleni kr (prozorsko staklo i staklena ambalaa). Uee staklenog kra u sirovini se kree 30 - 60%, a u pojedinim fabrikama i do 80%.

Tehnologija proizvodnje je slina tehnologiji proizvodnje kamene vune. Sastoji se iz dve faze:

dobijanje silikatnog - staklenog rastopa i

dobijanje tankih staklenih niti iz staklenog rastopa. Tehnoloki proces proizvodnje staklene vune ilustrovan je na slici 9.

Slika 9 - Proces proizvodnje staklene vune Za dobijanje rastopa stakla koriste se kupolaste pei, kadne pei i elektrine pei u kojima se temperatura, u zavisnosti od vrste pei, kree i do 20000C. U tabeli 5 dati su osnovni podaci o hemijskom sastavu rastopljene staklene mase.

Tabela 5 - Hemijski sastav rastopljene staklene mase SiO2 Al2O3 Fe2O3 i FeO CaO MgO Na2O Br2O3 58.5 4 0.2 16 6 11.8 3.5

Tanka staklena vlakna i staklena vuna mogu se dobiti na jedan od sledea tri naina, ili njihovim kombinovanjem:

izvlaenjem niti iz rastopljene staklene mase kroz "vatrostalna sita" sa malim otvorima (2-3mm) i namotavanje niti na koturove, koji se okreu velikom brzinom. Na ovaj nain mogu se dobiti niti duine i do nekoliko desetina kilometara, sa maksimalnom debljinom od 1m,

rasprskavanjem staklenog rastopa uduvavanjem pare ili gasa pod visokim pritiskom, pri emu se dobijaju kratka i gruba staklena vlakna i

centrifugalni metod sa horizontalnim ploama koje se okreu. Rastopljena staklena masa pada na ploe (okreu se brzinom od 4000 obrtaja/min) obrazujui tanak film preko ploe, koji se usled delovanja centrifugalne sile smanjuje do granice povrinskog napona, kada se iz tankog filma "kidaju i otpadaju" tanka staklena vlakna.

Sirovina

Topljenje

Dobijanje vlakana i ubrizgavanje veziva

"Sirova" staklena vlakna

Sunica Vezivo postaje

uto

Otpad koji se reciklira

Poduno seenje

Popreno seenje

U procesu proizvodnje termoizolacionih materijala mogu se koristiti i staklena vlakna i staklena vuna, mada se u praksi mnogo vie koristi staklena vuna.

1.2.2 Svojstva staklene vune Staklena vuna ima slina svojstva kao i kamena vuna. Vlakna staklene vune su znatno dua od vlakna mineralne vune i odlikuju se veom hemijskom otpornou i neto manjom toplotnom provodljivou. Zapreminska masa rastresite staklene vune je manja od 130kg/m3. Koeficijent toplotne provodljivosti staklene vune ne prelazi 0.041 W/(mK). Staklena vuna je obino svjetlo-ute boje, dok je kamena vuna tamno ute do smee boje. Zbog razliite duine vlakana, kamena vuna je gua od staklene vune. Termoizolacioni proizvodi od mineralne vune, u koju spadaju i staklena i kamena vuna, se proveravaju od strane meunarodnih zdravstvenih organizacija i ekspertskih grupa sa aspekta potencijalne opasnosti od izazivanja kancera disajnih organa. Prema tim istraivanjima ovi proizvodi su svrstani u "grupu 3 - proizvodi koji nisu tetni po ljudsko zdravlje" Meutim "sirova" - rastresita staklena vuna predstavlja potencijalnu opasnost po ljudsko zdravlje i svrstana je u grupu materijala "2B".

1.2.3 Primena staklene vune Primena rastresite (rinfuzne, sirove) staklene vune kao termoizolacionog materijala je oteana zbog njenih specifinih nedostataka, kao to su:

Kvalitet rastresite vune se znaajno smanjuje pri transportu i skladitenju, zbog smanjenja zapremine zgunjavanja, guvanja, lomljenja izvesnog broja vlakana i prelaska u prainu.

Primena rasatresite vune komplikuje konstruktivno reavanje toplotne izolacije, jer mora biti zatiena od bilo koje vrste mehanikog optereenja (statikog, udarnog, vibracija) i vlaenja,

Ugraivanje rastresite staklene vune zahteva angaovanje velikog broja radnika, jer se ne moe koristiti nikakva oprema, a pri tome radnici moraju biti zatieni jer staklena vlakna povreuju i nadrauju kou izazivajui svrab, crvenilo i osip.

Struktura i svojstva rastresite staklene vune se u toku eksploatacije u konstrukciji mogu znaajno izmeniti zbog samozgunjavanja, naroito usled dejstva vibracija i vlaenja.

Nabrojani nedostaci sirove staklene vune delimino ili u potpunosti se eliminiu u toku prerade u razliite vrste termoizolacionih proizvoda slepljivanjem vlakana. Za poboljanje termoizolacionih karakteristika elemenata graevinskih konstrukcija mogu se koristiti razliite vrste filceva i ploa od staklene vune, koje mogu biti:

meke, polutvrde i tvrde.

Pri proizvodnji termoizolacija od staklene vune (naroito ploa), krutost proizvoda, nepromenljivost oblika i elastinost, postiu se uvoenjem u rastresitu staklenu vunu razliitih vrsta vezivnih materijala organskog ili neorganskog porekla. Vrsta veziva se bira u zavisnosti od vrste i svojstava proizvoda koji se dobija. U cilju poboljanja pojedinih karakteristika ploe i filcevi se mogu zalepiti na aluminijumsku

foiliju, natron papir ili staklenu mreicu, a mogu biti i hidrofobizirani u cilju smanjenja upijanja vode. Osim od staklene vune termoizolacioni proizvodi mogu se dobiti i od "neprekidnih" staklenih vlakana. Staklena vlakna u odnosu na staklenu vunu imaju izrazito veu duinu, ujednaenu debljinu, veu vrstou i ne sadre nevlaknaste komponente. Od neprekidnih staklenih vlakana prave se meke i polutvrde ploe. Na slici 10 prikazan je deo proizvodnog programa termoizolacionih materijala od staklene vune.

Slika 10 - Termoizolacioni proizvodi od staklene vune

2. TERMOIZOLACIONI MATERIJALI NA BAZI ORGANSKIH MATERIJALA

2.1 TERMOIZOLACIONI MATERIJALI NA BAZI POLIMERA Termoizolacioni materijali na bazi polimera se, na osnovu ostvarene strukture, dele na:

penoplaste poroplaste i saaste plastine mase.

Pod penoplastima se podrazumevaju materijali koji u sebi sadre sistem zatvorenih pora, ispunjenih gasom ili smeom gasova, dok poroplasti imaju sistem otvorenih pora. Saaste plastine mase imaju pore pravilnog geometrijskog oblika u vidu pelinjeg saa. U graevinarstvu se za izradu termoizolacionih materijala najee koriste sledei polimeri: polistirol i poliuretan.

2.1.1 Termoizolacioni materijali na bazi polistirola Polistiren (polistirol) se dobija polimerizacijom monomera "stirola". Strukturna formula polistirena je:

Sam stirol je bezbojna tenost, nerastvorljiva u vodi, ali rastvorljiva u organskim rastvaraima (piritus, eter itd.). Za dobijanje polistirena mogu se koristiti tri postupka:

polimerizacija istog monomera, polimerizacija u rastvarau i polimerizacija u vodenoj suspenziji. U praksi se najee koriste prvi i trei oblik polimerizacije. U toku procesa dobijanja polistirena (kompaktnih granula) mogu se dodavati

razliite vrste aditiva: stabilizatori, aditivi za obezbeenje eljenog prenika granula, katalizatori i aditivi za postizanje vee otpornosti na gorenje. Kao sredstvo za ekspanziju najee se koristi pentan. Dobijeni proizvod je u obliku kompaktnih granula prenika 0.2-3mm. Granule prenika 0.2-1mm koriste se za dobijanje ambalae za pakovanje, a krupnije granule (1-3mm) za dobijanje materijala za termoizolaciju. uvanje granula polistirena mora biti u skladitima ili silosima sa efikasnom ventilacijom, a ambalaa za njihov transport mora biti propisno zatvorena zbog lakoisparljivih ugljovodonika (naroito pentana), koji zajedno sa vazduhom gradi eksplozivnu smeu. Polistiren u obliku kompaktnih granula predstavlja sirovinu za dobijanje:

ekspandiranog polistirena (EPS) i ekstrudiranog ekspandiranog polistirena.

Procesom ekspandiranja proizvode se nevezane granule i oblikovani EPS, dok se ekstrudiranjem dobijaju samo oblikovani proizvodi.

2.1.1.1 Ekspandirani polistiren (EPS-stiropor) Naziv "stiropor" je zatieno ime koncerna BASF za ekspandirani polistiren. Ovaj naziv je odomaen i u naoj praksi. Na slici 11 prikazan je izgled ekspandiranog polistirena - stiropora.

Slika 11 - Izgled stiropora Proces proizvodnje nevezanih granula EPS-a sastoji se u zagrevanju kompaktnih granula polistirena (pomou vode temperature 980C ili pregrejane vodene pare T = 1100C). Proces proizvodnje oblikovanog EPS-a (stiropora) odvija se kroz tri faze:

predekspandiranje, kondicioniranje i oblikovanje

U prvoj fazi kompaktne granule polistirena se tretiraju zagrejanom vodenom parom, pri emu dolazi do omekanja matrice polistirena i toplotnog irenja pentana. Kao rezultat ovih procesa dolazi do poveanja zapremine materijala za 50-60 puta, odnosno do smanjenja zapreminske mase materijala. U cilju dobijanja proizvoda eljene zapreminske mase moe se proces ekspandiranja ponoviti nekoliko puta (2-3 puta). Faza kondicioniranja ili stabilizacije traje od 4 do 24h. U toku ovog perioda granule dobijaju potrebnu mehaniku vrstou i dimenzionu stabilnost, uz istovremeno smanjenje vika vode i agenasa za ekspanziju u granulama. Oblikovanje EPS proizvoda vri se u kalupima razliitog oblika (ploe, blokovi, itd.). Proces oblikovanja traje do 15minuta i odvija se kroz tri etape: vakumiranje, zaparivanje i hlaenje. Oblikovani proizvodi (blokovi) odleavaju i hlade se 24 asa, a zatim se seku u proizvode eljenih dimenzija i oblika pomou zagrejane ice. Proizvodi se u dve varijante: kao obini i kao stiropor sa smanjenom gorivou, odnosno kao "samogasiv", u kom sluaju ima oznaku "S". Proces proizvodnje ematski je prikazan na slici 12 (preuzeto iz [23]).

Slika 12 - Proces proizvodnje oblikovanog EPS-a (stiropora) EPS se klasifikuje kao porozan materijal, aveolarne strukture, koji u sadri cca 98% vazduha i 2% polistirena. Veliina unutranjih elija kree se od 60-200m, tako da 1m3 ovog materijala sadri 3-6milijardi sitnih zatvorenih elija (slika 13).

oblikovanje

kondicioniranje predekspanzija

Slika 13 - Alveolarna struktura EPS-a

2.1.1.2 Ekstrudirani ekspandirani polistiren Proces proizvodnje ekstrudiranog EPS-a obuhvata:

topljenje kompaktnih granula polistirena u ekstruderu, ekspandiranje mase polistirena, istiskivanje pod pritiskom i hlaenje

Finalni proizvod u odnosu na obini EPS nema meuelijsku poroznost, ima veu zapreminsku masu i vrstou pri pritisku i ne asorbuje vodenu paru. Najee se proizvodi u odreenoj boji (plavoj, zelenoj, itd.).

2.1.1.3 Osnovna svojstva EPS-a Stiropor pored svoje elijaste strukture i male zapreminske mase, ima relativno visoku vrstou pri pritisku i savijanju i odlino apsorbuje dinamika optereenja. Zbog svega toga, pri uporeenju sa ostalim krutim termoizolacionim materijalima svrstava se u red najekonominijih materijala za izvoenje termoizolacija.

Poznato je da je EPS neotporan na UV zraenje, meutim ako se pravilno ugradi u konstrukciju, bie otporan na starenje, truljenje i raspadanje. Ovaj materijal je kompatibilan sa najee korienim graevinskim materijalima (cement, kre, polimerne disperzije, voda) meutim, mora se zatititi od organskih rastvaraa, tenih goriva i njihovih isparenja [24].

Stiropor se svrstava u ekoloki podobne materijale zato to je jedan od retkih materijala na bazi plastinih masa koji se moe u potpunosti reciklirati. Stiropor nije materijal kojim se hrane insekti i glodari. Budui da se proizvodi u varijanti samogasivog stiropora, njegova otpornost na poarna oteenja je visoka, pa se on moe upotrebljavati u svim eksploatacionim uslovima. U tabelama 6 i 7 dati su osnovni podaci o svojstvima ekspandiranog polistirena (stiropora), koja opredeljuju njegovu primenu.

Tabela 6 - Fizika svojstva EPS-a

Zapreminska masa

, [kg/m3]

Koeficijent toplotne

provodljivosti

, [w/(mK)]

Koeficijent linearnog termikog

irenja T, [K-1]

Faktor otpora difuziji

vodene pare , [-]

Propustljivost vodene pare (230C, 85%

rvv) [g/(m2dan)]

Upijanje vode

uv, [%]

10-30 0.028-0.040 5x10-5 - 7x10-5 25 - 60 20 - 35 2 - 8

Tabela 7 - Mehanika svojstva EPS-a Napon pritiska pri 10% deformaciji

p, [MPa]

vrstoa na savijanje fs, [MPa]

vrstoa na zatezanje fz, [MPa]

Modul elastinosti E, [MPa]

0.060-0.250 0.160-0.460 0.150-0.420 2-11 Zavisnost izmeu zapreminske mase i napona pritiska pri deformaciji od 10%, prikazana je na slici 14.

15 20 25 30 35 400

0.1

0.2

0.3

Nap

on

pr

itis k

a pr

i 10%

de

form

aciji,

[M

Pa]

Zapreminska masa, [kg/m3]

Slika14 - Zavisnost napona pritiska pri deformaciji od 10% od vrednosti zapreminske mase

U tabeli 8 dati su tehniki uslovi kvaliteta za stiropor (granine vrednosti za osnovna svojstva termoizolacija od EPS-a), koja su definisana u amerikom standardu ASTM C 578. Tabela 8 - Karakteristina svojstva termoizolacija od EPS-a prema standardu ASTM

C 578

Svojstvo Jedinica mere

Metoda ispitivanja Granine vrednosti

Zapreminska masa kg/m3 C 303 15 - 29 Otpornost na pritisak MPa D 1621 0.069 - 0.173 vrstoa na savijanje MPa C 203 0.173 - 0.345 vrstoa na zatezanje MPa D 1623 0.110 - 0.186 vrstoa na smicanje MPa D 732 0.124 - 0.255 Modul smicanja MPa - 1.930 - 4.420 Modul elastinosti MPa - 1.241 - 3.460 Apsorpcija % C 272 >2 Kapilarno upijanje - - nema Maksimalne eksploatacione temperature 0C -

dugotrajna izloenost: 75

povremena izloenost: 82

Dimenz. stabilnost (max. promena) % - 2 Koeficijent termikog irenja cm/(cm0C) D 696 0.000063

Analizom svojstava EPS-a i njegovog ponaanja pri praktinoj upotrebi mogu se definisati sledee prednosti i nedostaci: prednosti

mala zapreminska masa, nizak koeficijent toplotne provodljivosti, malo upijanje vode i veoma mala propusnost vodene pare, relativno dobra mehanika svojstva, irok temperaturni interval primene (od -1500C do +800C), prilikom gorenja ne razvija veliku koloinu toplote pa spada u materijale sa

niskim poarnim optereenjem, samogasivost (kod tipova sa oznakom "S"), poseduje otpornost na gljivice, mikroorganizme i bakterije i mogunost potpunog recikliranja.

nedostaci drobljivost, krtost, mala otpornost na dejstvo mraza i mala otpornost na UV zraenje.

2.1.1.4 Svojstva ekstrudiranog EPS-a Osnovna svojstva ekstrudiranog EPS-a prikazana su u tabeli 9.

Tabela 9 - Osnovna svojstva ekstrudiranog EPS-a

Zapreminska masa

, [kg/m3]

Koeficijent toplotne

provodljivosti

, [w/(mK)]

Faktor otpora difuziji vodene

pare , [-] Upijanje vode

uv, [%]

Napon pritiska pri 10%

deformaciji p, [MPa]

25-45 0.025-0.035 80 - 200 0.2 - 0.3 0.250-0.700 Prikazana svojstva ekstrudiranog polistirena su u velikoj meri rezultat ostvarene strukture u kojoj nema meuelijske poroznosti. Zbog toga ekstrudirani EPS, u odnosu na obini EPS, ima modifikovana sledea svojstva:

zapreminsku masu veu za cca 50%, neznatno manji koeficijent toplotne provodljivosti, 3 - 4 puta vei faktor otpora difuziji vodene pare, 10 puta manje upijanje vode, bolja mehanika svojstva i glatku povrinu.

2.1.1.5 Primena EPS-a i ekstrudiranog polistirena Stiropor predstavlja dobar izolacioni materijal koji se iroko primenjuje u graevinarstvu. Ovaj materijal je pronaen 50-tih godina prolog veka i od tada pa sve do danas njegova primena u graevinarstvu se stalno poveava. esto se kombinuje sa drugim materijalima (lesonit, iverica, aluminijum i dr.) pri emu se dobijaju kompozitni (slojeviti) termoizolacioni materijali koji takoe imaju iroku primenu u graevinarstvu.

Ploe od EPS-a (jednoslojne i kombinovane) primenjuju se za: Izolaciju temelja, Poboljanje termoizolacionih svojstava zidova, meuspratnih i podnih

konstrukcija kod objekata graenih na "klasian" nain, kao i kod montanih objekata izvedenih od prefabrikovanih elemenata,

Izolaciju ravnih i kosih krovova i Izradu "izgubljenih" oplata za betonske elemente.

Stiropor se u novije vreme koristi i u obliku blokova ispune za izradu polumontanih armiranobetonskih sitnorebrastih tavanica. Nevezane granule EPS-a se koriste:

kao agregat za spravljanje lakoagregatnog betona (EPS betona) i kao dodatak glini za proizvodnju keramikih "termo" blokova.

Ploe od ekstrudiranog polistirena imaju istu primenu u graevinarstvu kao i ploe od EPS-a, a imaju prednost kada je u pitanju toplotna izolacija onih delova objekta gde se zahteva poveana vrstoa pri pritisku i minimalno upijanje vode izolacionog sloja. U novije vreme konstruisani su sistemi na bazi ploa od stiropora (obinih ili kombinovanih, na primer sa "Tarolit"-om) koji obuhvataju i toplotnu izolaciju i zavrnu obradu fasadnog zida. Na tritu se javljaju pod razliitim komercijalnim nazivima "Demit", "Izoterm" i dr., a prednost im je u brzini graenja u odnosu na klasine sisteme.

2.2 Termoizolacioni materijali na bazi poliuretana Poliuretanske peno-plastine mase se dobijaju kao rezultat sloenih reakcija, koje se odvijaju u meavini polaznih komponenata (poliestara, diizocijanida, vode, katalizatora i emulgatora).

U praksi se poliuretanski termoizolacioni materijali najee koriste u formi: krutih ploa obloenih limovima (tzv. "sendvi" sistema) (slika 15) i rasprskavajuih pena koje se direktno nanose na povrine elemenata

konstrukcije koje se termiki izoluju (tzv. "poliuretan - sprej" tehnika) (slika 16).

Termoizolacioni materijali na bazi poliuretana imaju svojstva slina stiroporu. Zapreminska masa se kree od 30 - 50kg/m3, a koeficijent toplotne provodljivosti do 0.030 - 0.037W/(mK). vrstoa pri pritisku je u granicama od 0.2 - 0.4 MPa, a vrstoa na zatezanje od 0.3 - 0.7MPa.

Slika15 - Izgled troslojnog termoizolacionog materijala na bazi poliuretana

Slika 16 - Ilustracija primene "poliuretan - sprej" tehnike

2.2 TERMOIZOLACIONI MATERIJALI NA BAZI PRIRODNIH ORGANSKIH MATERIJALA

2.2.1 Trska Trska je barska biljka sa cevastom stabljikom koja se koristi za proizvodnju prirodnog termizolacionog materijala - lakih graevinskih ploa od trske. Na slici 17 prikazana je ploa od tranih stabljika.

Slika 17 - Ploa od tranih stabljika 2.2.1.1 Proizvodnja termoizolacionih ploa od trske Ploe od trske se dobijaju presovanjem neljutenih tranih stabljika i njihovim proivanjem icom, upravno na pravac stabljika, na svakih 14 do 16cm. Za proivanje se koristi elina ili pocinkovana ica debljine 1.6mm. Debljina ploa se kree od 3 do 10cm.

2.2.1.2 Osnovna svojstva termoizolacionih ploa od trske Zapreminska masa tranih ploa kree se od 175 do 250kg/m3, a koeficijent toplotne provodljivosti 0.045 0.073W/(mK). Ispitivanjem uzoraka tranih ploa debljine 3cm, pri pritisku od 15kN/m2 izmerena je deformacija od cca 0.7mm. vrstoa na savijanje uzoraka ploe od trske, debljine 5cm, iznosi cca 3MPa. Vlanost ploa od trske ograniena je na 18%.

2.2.1.3 Primena termoizolacionih ploa od trske Ploe od presovane trske koriste se za toplotnu izolaciju meuspratnih konstrukcija i podova, zidova i krovova. Osnovna prednost ploa od trske je to je to prirodan i ekoloki podoban termoizolacini materijal, koji se lako obrauje i ima dobru atheziju sa malterom. U nedostatke se ubrajaju: mogunost oteenja od glodara, truljenje, goriv materijal (ne gori otvorenim plamenom, ve tinja) i teko privravanje ekserima. U praksi se, radi zatite od glodara i truljenja, ploe od trske impregniraju antiseptikom, a sposobnost gorenja se smanjuje malterisanjem sa obe strane. Ploe od trske ne treba koristiti na mestima gde je relativna vlanost vazduha vea od 70% (kupatila, perionice itd.) zbog opasnosti od truljenja i smanjenja termoizolacionih karakteristika.

2.2.2 Termoizolacione ploe na bazi drvene vune ili strugotina od drveta i mineralnih veziva Ova vrsta kompozitnih termoizolacionih materijala dobija se u procesu ovravanja meavine drvene strugotine ili drvene vune i mineralnog veziva. Od mineralnih veziva najee se koristi portland cement, a mogu se koristiti magnezitna veziva. Strugotina od drveta, koja se koristi za proizvodnju predmetnih ploa je dugaka 40 50cm, iroka 4 7mm i debela 0.25 - 0.5mm. Dobija se od otpadaka koji ostaju prilikom obrade jelovine, borovine, lipovog drveta, jasena, itd. Ovi termoizolacioni materijali se u praksi sree pod razliitim komercijalnim nazivima: "durisol", "tarolit" (slika 18), "heraklit", itd.

Slika 18 - Izgled uzorka "Tarolit"-a 2.2.2.1 Proizvodnja termoizolacionih ploa na bazi drveta i mineralnih veziva Proces proizvodnje se sastoji iz sledeih operacija:

pripremanja cementne paste, meanje cementne paste sa drvenom strugotinom, presovanje pripremljene mase u kalupima (pritisak od 0.05MPa), zaparivanje ploa u komorama za ubrzano ovravanje i vaenje iz kalupa i suenje ploa.

Debljina ploa je promenljiva i kree se od 25mm do 10mm.

2.2.2.2 Osnovna svojstva termoizolacionih ploa na bazi drveta i mineralnih veziva Zapreminska masa termoizolacionih ploa se kree od 300 do 350kg/m3, a konstruktivnih ploa od 400 600kg/m3. Koeficijent toplotne provodljivosti je u granicama od 0.08 do 0.14 W/(mK). vrstoa na savijanje zavisi od zapreminske mase i kree se od 0.4 1.2MPa. Dozvoljena vlanost ploa je 20%, a upijanje vode 60 do 70%. Ubrajaju se u polusagorive materijale, koji imaju protivpoarnu otpornost od 30 minuta i koji ne gore otvorenim plamenom, ve tinjaju. S obzirom da su proizvedeni od drveta i mineralnih veziva svrstavaju se u ekoloki pogodne termoizolacione materijale.

2.2.2.3 Primena termoizolacionih ploa na bazi drveta i mineralnih veziva Primenjuju se za toplotnu izolaciju zidova, krovova, plafona i podova. Mogu se koristiti i kao "izgubljena" oplata pri izvoenju betonskih radova. U praksi se primenjuju i kombinovane-slojevite ploe u kojima je jedan od slojeva stiropor (slika 19), ime se postie nekoliko prednosti:

bolja termoizolaciona svojstva od obinih ploa na bazi drveta i mineralnih veziva,

vea vrstoa pri pritisku u odnosu na obine ploe od stiropora i mogunost malterisanja.

Slika 19 - Izgled uzorka slojevite termoizolacione ploe ("Tarolit" + "Stiropor" + "Tarolit")

Termoizolacione ploe na bazi drveta i mineralnih veziva se lako mehaniki obrauju (seku, bue i privruju za podlogu), a imaju i odlinu athezije sa malterom. U sluajevima kada je poviena vlanost vazduha (kupatila, perionice, itd.) ili temperatura vazduha iznad 700C ne preporuuje se primena ovih termoizolacionih materijala. U cilju poveanja mogunosti za primenu i trajnosti ovih termoizolacionih ploa, u novije vreme, vri se njihova impregnacija.

2.2.3 Termoizolacija na bazi celuloze Sredinom prolog veka u Skandinaviji i Americi se poela koristiti termoizolacija na bazi reciklirane novinske hartije. Proces proizvodnje obuhvata mlevenje i usitnjavanje

starih novina u vlaknaste komadie, kojima se zatim dodaje borna so. Uloga borne soli je prvenstveno zatita od poara, tetoina i plesni [9]. Dobijeni proizvod se isporuuje u PVC ambalai, koja ga titi od vlage. Zapreminska masa zavisi od naina ugradnje i kree se od 25 - 60kg/m3. Koeficijent toplotne provodljivosti je manji od 0.04 W/(mK). Faktor otporu difuzije vodene pare je u granicama od 1 - 2. Termoizolacija na bazi celuloze (slika 20) se koristi za toplotnu izolaciju krovova, zidova i meuspratnih konstrukcija, ali u kombinaciji sa vodonepropusnim i paropropusnim folijama. U praksi su mogua dva postupka izvoenja toplotne izolacije:

uduvavanjem materijala (slika 21a) i nasipanjem (slika 21b).

Slika 20 - Izgled termoizolacionog materijala na bazi celuloze

Slika 21 - Izvoenje termoizolacije zida postupkom "uduvavanja" i postupkom "nasipanja"

a) b)

4. UPOREENJE TERMOIZOLACIONIH MATERIJALA

U dananje vreme primena toplotne izolacije se ne dovodi u pitanje. Ulaganja u toplotnu zatitu su ekonomski opravdana zbog utede energije za grejanje. Na tritu postoji veliki asortiman termoizolacionih mateijala u dovoljnim koliinama, a efekti njihove primene prvenstveno zavise od:

izbora odgovarajueg termoizolacionog materijala; debljine sloja odabranog termoizolacionog materijala; pravilnog ugraivanja u element kostrukcije (kosi i ravni krovovi, spoljni i

pregradni zidovi, podovi, itd.). Radi lakeg izbora odgovarajueg termoizolacionog materijala, u tabeli 14 dat

je uporedni pregled osnovnih svojstava analiziranih termoizolacionih materijala. U istoj tabeli date su i sraunate vrednosti ekvivalentnih debljina slojeva termoizolacionih materijala u odnosu na ekspandirani polistiren (stiropor).

Tabela 14 - Osnovni podaci o analiziranim materijalima

R. broj Materijal

Zapreminska masa [kg/m3]

Koeficijent toplotne

provodljivosti [W/(mK)]

Faktor otpora difuziji

vodene pare

Ekvivalentna debljina

sloja [cm]

1 Ekspandirani polistiren (EPS)

30 0.032 60 1.0

2 Kamena vuna 50 0.035 >1.1 1.1 3 Staklena vuna 50 0.037 >1 1.2 4 Poliuretan 30 0.035 40 1.1 5 Trska 180