CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT
2.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI
2.1.1. Khái niệm
Những vật liệu vô cơ và hữu cơ dùng để cách nhiệt cho các kết cấu xây dựng, các thiết bị công
nghiệp và các loại đường ống được gọi là vật liệu cách nhiệt.
Công tác cách nhiệt, bảo vệ nhiệt giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm tổn thất nhiệt, tăng cường các
quá trình công nghệ và cải thiện được điều kiện lao động của người lao động.
Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt (VLCN) trong xây dựng cho phép nâng cao mức độ cơ giới hóa
công tác xây dựng, đồng thời giảm giá thành công trình do việc giảm nhẹ trọng lượng kết cấu.
2.1.2. Phân loại
- Theo cấu tạo, VLCN chia ra:
+ Sợi rỗng (bông khoáng, bông thủy tinh …);
+ Hạt rỗng (peclit, vecmiculit, vật liệu vôi cát …);
+ Ống tổ ong (bê tông tổ ong, thủy tinh bọt, chất dẻo xốp).
- Theo hình dáng:
+ Khối (tấm, blốc, ống trụ, bán trụ, hình dẻ quạt);
+ Cuộn (nỉ, băng, đệm);
+ Dây và loại dời.
- Theo nguyên liệu VLCN chia ra:
+ Loại vô cơ;
+ Loại hữu cơ.
- Theo khối lượng thể tích, có 3 nhóm:
+ Đặc biệt nhẹ với các mác 15,25,35,50,75,100;
+ Nhẹ với các mác: 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350;
+ Nặng với các mác: 400, 450, 500, 600.
- Theo tính chịu nén (biến dạng nén tương đối) dưới tải trọng riêng. VLCN được chia ra làm 3 loại:
+ Mềm (độ lún ép không được lớn hơn 30%);
+ Bán cứng (độ lún ép 6-30%);
+ Cứng (độ lún ép nhỏ hơn 6%).
- Theo tính dẫn nhiệt VLCN được chia làm 3 nhóm:
+ Nhóm A - dẫn nhiệt kém;

+ Nhóm B - dẫn nhiệt trung bình;
+ Nhóm C - dẫn nhiệt tốt.
VLCN để bảo vệ bề mặt có nhiệt độ (-) hoặc (+) nhỏ hơn 100 oC được lựa chọn theo hệ số dẫn
nhiệt ở 25oC, từ 100 oC đến 600 oC thì theo hệ số dẫn nhiệt ở 125oC; còn lớn hơn 600 oC thì theo hệ số
dẫn nhiệt ở 300 oC.
Ký hiệu
nhóm vật
liệu
A
B
C

Bảng 2.1. Hệ số dẫn nhiệt của các nhóm vật liệu
Hệ số dẫn nhiệt kcal/m.oC.h
Tên nhóm vật liệu
khi nhiệt độ trung bình > oC
25
125
Dẫn nhiệt kém
0,05
0,07
Dẫn nhiệt trung bình
0,10
0,12
Dẫn nhiệt mạnh
0,15
0,18

1


300
0,11
0,16
0,23


2.2. CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT
2.2.1. Sự cấu tạo và tính chất nhiệt vật lý.
Về cấu tạo vật liệu cách nhiệt so với vật liệu khác có độ rỗng cao (50-96%) và hệ số dẫn nhiệt
không lớn. Vật liệu cách nhiệt có cấu tạo tổ ong, dạng hạt, dạng sợi hoặc dạng tấm.
Vật liệu cách nhiệt có cấu tạo tổ ong là những lỗ đồng nhất và phân bố đều đặn, có hình dạng
giống hình cầu: như bê tông tổ ong, thủy tinh xốp, chất dẻo cách nhiệt.
Loại vật liệu cách nhiệt dạng bột được nghiền từ các loại đá diatomit, trepan, đá vôi xốp.
Vật liệu cách nhiệt dạng hạt có trị số lỗ rỗng phụ thuộc vào thành phần hạt, hình dáng, kích
thước dồng nhất, độ rỗng cao.
Vật liệu cách nhiệt dạng sợi như sợi vỏ bào, sợi amiăng, bông khoáng, bông thủy tinh.
Vật liệu cách nhiệt dạng tấm: fibrolit, tấm sợi gỗ, tấm sợi amiăng.
Ngoài ra vật liệu cách nhiệt có cấu tạo rỗng bằng gia công nguyên liệu t o cao
- Làm phồng: Nung nguyên liệu đến nhiệt độ 900-1200 oC, để nước liên kết tách ra (vecmiculit,
peclit);
- Làm chảy: Biến nguyên liệu chảy thành dạng sợi bông khoáng, bông thủy tinh;
- Cho các chất dễ chảy vào nguyên liệu gốc (sản xuất các sản phẩm gốm cách nhiệt).
Khả năng cách nhiêt của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào độ rỗng mà còn vào đặc tính của lỗ
rỗng, sự phân bố, kích thước và mức độ đóng kín của chúng. Không khí khô ở trạng thái tĩnh trong các
lỗ rỗng nhỏ khép kín có hệ số dẫn nhiệt thấp (ở 20 oC là 0,020 kCal/m.oC.h). Tuy nhiên độ dẫn nhiệt
của các lớp không khí tăng lên đáng kể khi tăng chiều dày của nó. Việc truyền nhiệt qua không khí sẽ
λd
λb
λ
thực hiện bằng dẫn nhiệt

, bằng đối lưu
và bằng bức xạ
. Vì vậy hệ số dẫn nhiệt tương
đ

λt

đương của lớp không khí

sẽ là:

λt λd λ
=

λb

+ đ+

Hình 2.1. Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào chiều dày của lớp không khí
Hình 2-1 chỉ ra mức tăng độ dẫn nhiệt của lớp không khí bằng đối lưu và bức xạ nhiệt theo mức
tăng chiều dày của lớp không khí. Vì vậy để tăng độ cách nhiệt người ta cố gắng tạo rỗng cho vật liệu
có dang lỗ tổ ong nhỏ và lớp khí mỏng nằm giữa những lớp sợi.
2.2.2. Các tính chất cơ lý
2


a- Cường độ
Vật liệu cách nhiệt thường có cấu tạo rỗng do vậy cường độ của nó không cao. Cường độ nén
biến đổi từ 2-25 kG/cm2.
Những vật liệu cách nhiêt có cường độ cao được gọi là vật liệu cách nhiệt chịu lực có thể dùng

cho các kết cấu bao che chịu lực.
Những sản phẩm cách nhiệt ở dạng tấm, vỏ cứng, chiếu nệm v.v… có cường độ uốn từ 1,5-5
kG/cm2, những tấm sợi gỗ thì có cường độ uốn từ 4 dến 20 kg/cm 2. Những loại vật liệu mềm như tấm
bông khoáng, nỉ, các tong aminăng thì cường độ nén có ý nghĩa rất lớn.
b- Độ hút nước
Độ hút nước của vật liệu cách nhiệt không những làm giảm tính chất cách nhiệt mà giảm cường
độ và tuổi thọ của công trình. Để giảm độ hút nước trước khi chế tạo sản phẩm cách nhiệt cho vào một
lượng phụ gia kỵ nước.
c- Độ ổn định nhiệt
Là tính chất của vật liệu giữ được tính chất của nó khi chịu tác dụng của nhiệt độ thay đổi.
Tính chất này phụ thuộc vào loại và thành phần nguyên liệu gốc và phương pháp gia công vật
liệu.
Để đặc trưng độ ổn định nhiệt của vật liệu cách nhiệt người ta dùng đại lượng nhiệt độ suer dụng
giới hạn.
Ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn, nhiệt độ này vật liệu sẽ thay đổi cấu trúc, giảm cường độ và bị
phá hủy. Thậm chí đối với các vật liệu hữu cơ nó bị cháy.
d- Độ thấm khí và thấm hơi nước
Các vật liệu cách nhiệt có độ rỗng lớn vì vậy độ thấm khí, thấm hơi khá cao. Độ thấm khí của vật
liệu cách nhiệt cần được tính toán khi xây dựng, vì khi làm việc nó có thể bị hút qua tường hoặc trong
các thiết bị lạnh cho nên đưa vào phía kết cấu nóng hơn một lớp thấm hơi.
e- Nhiệt dung
Nhiệt dung của vật liệu cách nhiệt cai cí ý nghĩa quan trong trong điều kiện trao dổi nhiệt thường
xuyên vì vậy cần chú ý lượng nhiệt bị hút vào bằng lớp cách nhiệt
C=0,16-0,24 Kcal/kg.dộ đối với vật liệu vô cơ
C=0,3-0,4 Kcal/kg.độ đối với vật liệu hữu cơ
Khi độ ẩm tăng thì C tăng lên đáng kể
2.2.3. Các tính chất đặc trung sự an toàn và độ bền vững
a- Độ ổn định đối với lửa
Là khả năng vật liệu trong kết cấu chịu được tác dụng cháy trong khoảng thời gian nhất định. Nó
phụ thuộc vào thành phần của vật liệu. Đối với độ ổn định với lửa thì VLCN chia làm 3 nhóm:

- Vật liệu không cháy: Sản phẩm amiăng, sản phẩm bắng sành peclit, vecmiculit, thủy tinh bọt,
sợi bông khoáng;
- Vật liệu khó cháy: Sản phẩm từ bông khoáng với chất kết dính hữu cơ fibrolite, chất dẻo xốp
bằng chất kết dính silic hữu cơ;
- Vật liệu dễ cháy: Vật liệu cách nhiệt hữu cơ, các tấm sợi gỗ, tấm cói, tấm nhựa xốp bằng
cacbamit.
Người ta nâng cao độ bền lửa của VLCN bằng cách đưa them các phụ gia chống cháy vào hỗn
hợp nguyên liệu gốc.
b- Độ bền vững hóa học vá sinh vật
Vật liệu cách nhiệt có độ rỗng cao nên các chất lỏng , chất khí và hơi dễ thấm và thâm nhật vào
từ môi trường xung quanh gây phá hoại.
Để nâng cao độ bền vững người ta sử dụng những lớp bao phủ bảo vệ khác nhau.
Các vật liệu cách nhiệt hữu cơ cần có độ ổn định sinh vật - Để loại trừ điều kiện sinh sống của
nấm và vi sinh vật côn trùng cần chống ẩm tốt, sử dụng các loại thuốc phòng mục.
3


2.3. CÁC SẢN PHẨM CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT
2.3.1. Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt vô cơ
- Bông khoáng và sản phẩm từ bông khoáng: Bông khoáng là vật liệu cách nhiệt bao gồm khối
sợi dạng thủy tinh, các mảnh vụn silicat và những sợi ngắn cực mảnh được sản xuất từ hỗn hợp nóng
chảy của các khoáng vật tạo đá hoặc xỉ luyện kim.

Hình 2.2. Bông khoáng
Sợi bông khoáng có chiều dài từ 2-30 mm và đương kính 5-15.
Bông khoáng đang chiếm vị trí hang đầu trong số những vật liệu cách nhiệt vô cơ. Do có nguồn
nguyên liệu vô tận, sản xuất đơn giản, độ hút ẩm nhỏ, giá thành tương đối thấp.
Đối với bông khoáng rời do có nhiều nhược điểm như chuyên chở và bảo quản dễ bị lèn chặt và
vón cục, một số bị gẫy và biến thành bụi nên người ta đã chế tạo ra các sản phẩm như nỉ, tấm cứng và
bán cứng, vỏ, hình quạt, ống trụ và các sản phẩm khác.

- Bông thủy tinh và sản phẩm từ bông thủy tinh: Bông thủy tinh là vật liệu cách nhiệt dạng sợi
sản xuất từ khối thủy tinh nóng chảy.
λ
Bông thủy tinh có tính ổn định hóa học cao, không bốc cháy và không cháy âm ỉ, =0,043
γo
µ km
Φ
o
o
3
kcal/m C.h (ở 25 C),
>130 kg/m ,
> 21
.

Hình 2.3. Bông thủy tinh
4


Sản phẩm từ bông thủy tinh là nỉ và băng. Được chế tạo bằng cách khâu phủ (bằng chỉ amiăng
hay chỉ thủy tinh) 2 lớp bông thủy tinh lên mặt trên và mặt dưới một lớp sợi thủy tinh dày 1,5 mm đã
được gắn keo.
- Vật liệu cách nhiệt amiăng: Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất là amiăng crisôtin. Người ta sản
xuất các loai vật liệu rời (dạng hạt), sản phẩm cuộn và các sản phẩm dạng khối như cactông, vỏ, hình
và hình quạt.
Cactông amiăng là VLCN không cháy sản xuất từ 65% amiăng, 30% thạch cao, 5% tinh bột.
γo
λ
o
o

Chiều dài = chiều rộng = 900-1000 mm, dày 2-10 mm, = 0,125 kcal/m C.h (ở 25 C),
=1000 –
Rk
3
1400 kg/m , W không lớn hơn 3%,
> 60kg/cm2.
- Bê tông tổ ong cách nhiệt: Bê tông tổ ong cách nhiệt có khối lượng thể tích không lớn hơn 500
kg/m3, dùng để cách nhiệt cho các kết cấu bao che của nhà. Bề mặt của các thiết bị công nghiệp, đường
λ
o
ống dẫn nhiệt có nhiệt độ đến 400 C, sản phẩm có = 0,069-0,095 kcal/moC.h (ở trạng thái khô), W
không vượt quá 15%.
- Vật liệu gốm cách nhiệt: Hiện nay người ta sản xuất các loại gạch có khả năng cách nhiệt cao.
Gạch có lỗ và gạch rỗng ruột là sản phẩm được tạo ra trong quá trình tạo hình

γo

Có

=700 –1400 kg/m3, dùng dể xây tường ngăn, tường bao che cách nhiệt, cách nhiệt cho

mái.
Gạch xốp là lịa sản phẩm được sản xuất bằng cách trộn các chất phụ gia dễ cháy như mùn cưa,

γo

than bùn, tro trấu vào đất sét- Khi nung chất hữu cơ cháy để lại nhiều lỗ nhỏ trong gạch vì vậy mà
λ
=700 –1200 kg/m3, = 0,4 kcal/moC.h.
2.3.2. Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt hữu cơ

- Tấm sợi gỗ: Tấm sợi gỗ được dùng để cách nhiệt và cách âm trong các kết cấu bao che. Chúng
được sản xuất từ gỗ đã được xẻ tới hoặc tận dụng các loại gỗ phế liệu, thứ phẩm của công nghiệp gia
công gỗ, vùng lanh, vụn đay – gai, thân cây lau sậy, rơm rạ, bông v.v…
Kích thước: Dài 1200-3000 mm
Rộng 1200-1600 mm
Dày 8-25 mm
γo
Ru
λ
o
3
không lớn hơn 0,06 kcal/m C.h,
=250 kg/m ,
=12 kg/m2.
- Sản phẩm than bùn cách nhiệt: Sản phẩm than bùn cách nhiệt sản xuất ở dạng tấm, vỏ hình
quạt và sử dụng cho kết cấu bao che nhà cấp III, bề mặt các thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn khí
nhiệt độ từ 60-100oC.
Nguyên liệu sản xuất là các loại than bùn tầng trên, ít bị phân rã và có cấu tạo sợi thuận tiện cho
việc chế tạo sản phẩm ép có chất lượng cao.
Dạng tấm có kích thước 1000x500x30 mm, được sản xuất bằng cách ép than bùn trong khuôn
Ru
λ
o
o
thép có hoặc không có phụ gia sau đó đem sấy ở nhiệt độ 120-150 C.
= 0,052 kcal/m C.h,
=3
kg/m2, W không lớn hơn 15%.
- Tấm fibôlit: Được chế tạo từ hỗn hợ xi măng poolang, nước, dăm gỗ được sử dụng làm vật liệu
cách nhiệt, chịu lực – cách nhiệt và cách âm trong tường sàn và trần ngăn.

Tấm fibôlit có mác 300,350,400,500 với cường độ tương ứng là 4, 5, 7 và 12.
5


λ

γo
o

= 0,078 – 0,13 kcal/m C.h,
=250 kg/m3, độ hút nước Hp không lớn hơn 20%.
- Chất dẻo xốp: Bao gồm 3 nhóm: Xốp bọt, xốp khí và xốp tổ ong. Loại vật liệu dẻo xốp cách
nhiệt phổ biến nhất là chất dẻo xốp khí polistiron, mipo. Chất dẻo xốp polistiron là vật liệu giữ nhiệt
rất tốt trong các panen phân lớp, nó phối hợp tốt với nhôm, xi măng amiăng và chất dẻo thủy tinh. Nó
được sử dụng rộng rãi để làm vật liệu cách nhiệt trong công nghiệp lạnh, đóng tàu biển, đóng toa tàu
hỏa, cách nhiều cho tường, trần và mái nhà.
Mipo là chất dẻo xốp dùng để cách nhiệt cho kết cấu xây dựng, các thiết bị công nghiệp v.v…

6