Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Аэрогели (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и отсутствием водопоглощения.

Общий вид аэрогеля

Аэрогель уникален еще и тем, что на 99.8% состоит из… воздуха!

Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода.

Аэрогель – весьма необычное творение человеческих рук, материал, удостоенный за свои уникальные качества 15 позициями в книге рекордов Гиннеса.

Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50 % объёма. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2—5 нм и пор размерами до 100 нм.

На ощупь Аэрогели напоминают легкую, но твердую пену, что-то вроде пенопласта. При сильной нагрузке аэрогель трескается, но в целом это весьма прочный материал — образец аэрогеля может выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. Аэрогели, в особенности кварцевые — хорошие теплоизоляторы.

  • Кварцевые Аэрогели наиболее распространены, им также принадлежит текущий рекорд по самой малой плотности у твердых тел — 1,9 кг/м³, это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха.
  • Кварцевые Аэрогели также популярны благодаря чрезвычайно низкой теплопроводности (
  • 0,017 Вт/(м•К) в воздухе при нормальном атмосферном давлении), меньшей, чем теплопроводность воздуха (0,024 Вт/(м•К)).

Применение Аэрогеля

Аэрогели применяются в строительстве и в промышленности в качестве теплоизолирующих и теплоудерживающих материалов для теплоизоляции стальных трубопроводов,различного оборудования с высоко- и низкотемпературными процессами, зданий и других объектов. Он выдерживает температуру до 650°C, а слоя толщиной 2,5 см достаточно, чтобы защитить человеческую руку от прямого воздействия паяльной лампы.

Температура плавления кварцевого Аэрогеля составляет 1200°C.

Производство Аэрогеля

Процесс производства аэрогелей сложен и трудоемок. Сначала при помощи химических реакций гель полимеризуется. Эта операция занимает несколько суток и на выходе получается желеобразный продукт.

Затем спиртом из желе удаляется вода. Полное ее удаление – залог успешности всего процесса. Следующий шаг – “суперкритическое” высыхание.

Оно производится в автоклаве при высоком давлении и температуре, в процессе участвует сжиженный углекислый газ.

Первенство в изобретении аэрогеля признано за химиком Стивеном Кистлером (Steven Kistler) из Тихоокеанского колледжа (College of the Pacific) в Стоктоне, Калифорния, США, опубликовавшего в 1931 году в журнале Nature свои результаты.

Кистлер заменял жидкость в геле на метанол, а потом нагревал гель под давлением до достижения критической температуры метанола (240°C). Метанол уходил из геля, не уменьшаясь в объёме; соответственно, и гель «высыхал», почти не ужимаясь.

Утеплитель на основе аэрогеля: характеристики, виды, плюсы и минусы теплоизоляции аэрогелем

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Аэрогель представляет собой материал, который обладает уникальными свойствами. Он считается самым легким твердым веществом. Исследования показали необычные качества продукта в механике, акустике, оптике.

Характеристики аэрогелевой теплоизоляции

Материал имеет нанопоры. Это существенно влияет на его вес. Среди свойств особенно выделяют:

  • небольшую плотность;
  • незначительную диэлектрическую проницаемость;
  •  невысокую теплопроводность;

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Отмечается большая удельная площадь поверхности. Такие характеристики позволяют считать утеплители из аэрогеля самыми лучшими. Продукт внедряется в военную, медицинскую, аэрокосмическую сферы. Сегодня особенно активно аэрогель используется в строительной области.

Нанопоры имеют такой диаметр, который не позволяет молекулам воздуха свободно двигаться. Они застывают в одном положении, защищая помещение от холодных или горячих воздушных потоков. Таким образом, статическое положение молекул предупреждает развитие конвекции, т.е. быстрое выветривание тепла.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Качество аэрогелевой изоляции во многом зависит от числа стенок пор. Чем их больше, тем утеплитель будет лучше удерживать тепло. Отмечается возможность материала задерживать его в самом себе. Продукт принадлежит к пожаробезопасным веществам.

Гель относят к огнестойкому стандарту А1 класса. Что касается водонепрорицаемости, то ее степень достигает практически 100%. Поэтому при попадании на изделие воды теплоизоляционные качества утеплителя не ухудшаются. Это связано с возможностью материала отталкивать влагу.

После попадания на поверхность она оседает, не проникая внутрь.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Структура продукта такова, что при существенном увеличении температуры она предупреждает спекание частиц. Особое пространственное строение также способствует медленной изнашиваемости прокладок.

Высокая прочность – еще одна уникальная характеристика изделия. Оно способно сопротивляться разным видам растяжения. Отлично противостоит напряжению, которое происходит от усадки и температурных перепадов.

Выдерживает воздействие неорганических растворителей.

Важно! Материал состоит только из веществ неорганического происхождения. В его структуре не обнаружены небезопасные для человека и окружающей среды компоненты. Специалисты отмечают незначительное испарение хлоридного иона во время эксплуатации. Однако, он не может нанести вред живым организмам и привести к развитию ржавчины техники или труб.

Во время использования аэрогелевая теплоизоляция хорошо защищает помещение от внешних звуков и шумов благодаря структуре низкой плотности. Теплопроводность вещества колеблется от -250°С до 1200°С.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Виды аэрогелевого утеплителя

Для строительных нужд продукт выпускается в виде рулонов. Это стекловолокнистый материал, который содержит в себе порошок из аэрогеля. На свойства теплоизолятора влияют:

  • химический состав материала;
  • структура основы
  • внешнее покрытие изделия.

Выделяют несколько типов аэрогелевых утеплителей. Классификация учитывает температуру применения продукта. Чаще всего используют кремниевые изоляторы с незначительным введением оксида алюминия. Такие материалы могут выдерживать до 450°С.

Есть компоненты, которые не боятся температуру в 700°С. Для получения такого продукта прибегают к добавке оксида титана. При увеличении теплотворных показателей у аэрогеля начнут ухудшаться другие важные параметры.

Это связано с окислением вещества.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Выпускают композиции и для низких температур. Они обладают многослойной структурой. Качество паропроницаемости у таких материалов отсутствует. Их активно применяют для утепления холодных помещений. Показатели аэрогеля не ухудшатся даже при достижении области абсолютного нуля.

Сегодня производители предлагают несколько видов энергоэффективных изоляторов. Пирогель – материал для утепления промышленных трубопроводов, техники, работающей с высокой температурой. Криогель предназначен для утепления труб и техники, работающей с низкими температурами. Спейслофт создан экспертами для изоляции конструкций, расположенных в разных климатических условиях.

Читайте также:  Свайный фундамент расчет количества материалов

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Продукт применяют для утепления систем внутри помещения.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Плюсы и минусы аэрогелевой изоляции

Среди достоинств утеплителя выделяют:

  • незначительную теплопроводность;
  • гидрофобность;
  • универсальность;
  • стабильность к деформациям.

Изделия возможно применять в разных конструкциях и в сочетании с любыми строительными материалами.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Несмотря на вышеперечисленные положительные стороны, аэрогель имеет один существенный недостаток. Изоляция не выдерживает открытой кислородной среды. Попадая в нее вещество мгновенно растворяется.

На сегодняшний день уже есть позитивные отзывы о теплоизоляции аэрогелем. Отечественный институт, занимающийся научными исследованиями, активно использует инновационное изделие листового типа для внутреннего и внешнего утепления в оборудованиях. При этом температура агрегата достигает 310°С.

Аэрогель

Название «аэрогель» произошло от двух латинских слов aer — воздух и gelatus — замороженный. Поэтому аэрогель часто называют «замороженным дымом». Впрочем, по внешнему виду аэрогель действительно напоминает застывший дым. Аэрогель представляет собой необычный гель, в котором отсутствует жидкая фаза, полностью замещенная газообразной, вследствие чего вещество обладает

рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью и т.д. Аэрогель удивителен еще и тем, что на 99.8% состоит из… воздуха!

По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в однородные группы (кластеры) частиц размером 2-5 нанометров и пор, заполненных воздухом, размерами до 100 нанометров. Внешне аэрогель больше всего похож на прозрачную или полупрозрачную застывшую мыльную пену.

При взгляде невооруженным глазом, аэрогель представляется сплошным однородным веществом, что выгодно отличает его от таких пористых сред как различные пены. На ощупь аэрогель также напоминает застывшую пену. Это достаточно прочный материал – аэрогель способен выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. Например, небольшой блок аэрогеля весом 2.38 г.

легко противостоит массе кирпича в 2.5 кг! Кварцевые аэрогели являются

очень хорошим теплоизолятором.

Процесс производства аэрогелей сложен и трудоемок. Сначала при помощи химических реакций, гель полимеризуется. Эта операция занимает несколько суток и на выходе получается желеобразный продукт.

Затем спиртом из желе удаляется вода. Полное ее удаление – залог успешности всего процесса. Следующий шаг – “суперкритическое” высыхание.

Оно производится в автоклаве при высоком давлении и температуре, в процессе участвует сжиженный углекислый газ.

Прикладное использование кварцевого аэрогеля, как материала для изоляции, началось в сороковых годах двадцатого века. Известная компания Monsanto выпускала этот продукт по лицензионному соглашению с Кистлером. Однако широкого распространения в силу дороговизны аэрогелевые теплоизоляторы не

получили, и в семидесятых годах производство было свернуто. Лишь в самом конце прошлого века аэрогели вновь начали широко использоваться человечеством, прежде всего в космической отрасли.

Именно аэрогель стал важнейшим элементом решетчатого улавливателя, при помощи которого космический зонд Stardust захватил миллионы крошечных частиц из хвоста кометы Wild 2 и доставил спускаемый аппарат с этими образцами на землю.

Кстати сказать, среди многообразия уловленных зондом частиц были обнаружены следы глицина – важнейшей для образования белка аминокислоты.

Ученым, разделяющим теорию о внеземном происхождении жизни, эта находка стала косвенным доказательством их правоты.

В качестве уникального теплоизолятора аэрогель планируется использовать в космических скафандрах американского производства, создаваемых для марсианского проекта НАСА. Так же НАСА анонсировало применение аэрогеля в качестве теплового щита новых моделей шаттла.

Перспективны также аэрогели в микроэлектронике. Главным образом, благодаря тому, что они обладают самыми низкими диэлектрическими константами. Использование аэрогелей в качестве изоляционных слоев в многослойных печатных платах позволит значительно повысить быстродействие

электроники.

В 2007 году американские химики презентовали созданные ими аэрогели, которые могут служить фильтром для очистки воды от вредных примесей, таких как ртуть, свинец и другие ядовитые тяжелые металлы.

Пока производство этих материалов достаточно ограничено из-за высокой цены, т.к. в состав фильтров входит платина, но когда ей будет найдена замена в виде более дешевого аналога, очистителями нового образца можно будет избавить от тяжелых металлов водоемы планеты.

Кроме этого новые аэрогели проявляют свойства полупроводников, следовательно, могут использоваться в фотоэлементах и других оптоэлектронных устройствах.

Кварцевый аэрогель, как уже говорилось, – уникальный теплоизолятор. Он выдерживает температуру до 500 градусов по Цельсию, а слоя толщиной 2,5см достаточно, чтобы защитить человеческую руку от прямого воздействия паяльной лампы. Существуют разновидности аэрогелей с температурой плавления до 1200 С.

Свойства арогелей в немалой степени зависят от исходного материала, из которого их производят. Существуют аэрогели из глиноземов (с добавкой оксида алюминия), диоксида кремния, а также оксида олова и хрома. Совсем недавно были получены аэрогели на основе углерода. Есть аэрогели, применяющиеся в качестве катализаторов.

В настоящее врмя в НАСА идут испытания алюмооксидных аэрогелей, содержащих редкие элементы – гадолиний и тербий. Эти аэрогели используются как детекторы высокоскоростных соударений. Некоторые прозрачные разновидности аэрогеля рассматриваются учеными в качестве замены оконному стеклу.

Ведь коэффициент преломления у аэрогелей гораздо ниже, чем у стекла (1,05 против 1,5). Изначальную хрупкость этого перспективного материала науке уже удалось преодолеть, сейчас доступен выпуск упругих и гибких аэрогелей.

На повестке дня вопрос о снижении себестоимости производства до пределов, делающих использование в широких масштабах рентабельным. Аэрогели часто называют материалом 21 века. Так ли это, мы скоро увидим.

Источник: https://stroimmegadom.ru/stroitelstvo-doma/uteplenie/aerogel-proishozhdenie-harakteristiki-i-oblasti-primeneniya

Аэрогель

Аэрогель – класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и отсутствием водопоглощения.

Аэрогель, что это за материал?

Аэрогель (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) – класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и отсутствием водопоглощения.

Нередко аэрогель называют “замороженным дымом” из-за его внешнего вида. С виду он чем-то походит на застывший дым. На ощупь аэрогель напоминает легкую, но твердую пену, что-то вроде пенопласта.

Аэрогель представляет собой древовидную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2-5 нм, жестко соединенных между собой. Этот каркас занимает малую часть объема от 0,13 до 15%, все остальное приходится на поры.

Читайте также:  Как класть облицовочный кирпич - пошаговая инструкция

Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов.

Распространены аэрогели различной природы: как неорганической – на основе аморфного диоксида кремния (SiO2), глинозёмов (Al2O3), графена (называется аэрографен), графита (называется аэрографит), а также оксидов хрома и олова, так и органической – на основе полисахаридов, силикона, углерода. В зависимости от основы аэрогели проявляют различные свойства. Вместе с тем имеются общие свойства, характерные для всего класса данного материала.

Как теплоизолятор изготавливается в виде матов, рулонов.

Свойства и преимущества аэрогеля:

  • высокая пористость. На 99,8%  состоит из воздуха,
  • имеет рекорд по самой малой плотности у твердых тел — 1,9 кг/м³, это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха (кварцевые аэрогели),
  •  уникальный теплоизолятор. Имеет низкую теплопроводность – λ = 0,013 ~ 0,019 Вт/(м•К)  (в воздухе при нормальном атмосферном давлении) меньшую, чем теплопроводность воздуха (0,024 Вт/(м•К) (кварцевые аэрогели). Как утеплитель в 2-5 раз эффективнее традиционных утеплителей,
  • температура плавления составляет 1200°C (кварцевый аэрогель),
  • аэрогель является прочным материалом. Он выдерживает нагрузку в 2000 раз больше собственного веса,  не сжимается, устойчив к деформации, имеет высокую прочность на растяжение, скорость распространения звука имеет самое низкое значение для твердого материала, что является важным преимуществом при создании шумоизоляционных материалов. Скорость звука в нем ниже скорости звука в газах, некоторые виды аэрогеля являются отличным сорбентом. Они в 7-10 раз эффективнее популярных современных сорбционных материалов, является устойчивым пористым веществом. Объем пор внутри аэрогеля в десятки раз превышает объем, занятый самим материалом.

Данное свойство позволяет использовать аэрогель определенного состава в качестве катализатора в химических процессах с целью получения органических соединений.

С другой стороны, его большая внутренняя емкость может быть использована для безопасного хранения определенных веществ, например, ракетного топлива, окислителя и пр.,

  • отличная гидрофобность. Не впитывает влагу,
  •  обладает высокой жаропрочностью и термостойкостью. Имеет широкий рабочий температурный диапазон использования – от -200 °С  до +1000 (1200) °С. Без потерь сохраняет теплоизоляционные и механические характеристики при нагревании до не менее 1000°С,
  •  является негорючим материалом. Может использоваться также для огнезащиты различных конструкций,– прозрачен (кварцевый аэрогель). Имеет показатель преломления света от 1,1 до 1,02. Из него можно изготавливать различные виды стекол,
  •  обладает достаточно высокой твердостью,
  •  долговечность,
  •  экологичен и безопасен для человека и окружающей среды,
  •  имеет большую удельную площадь внутренней поверхности. Она составляет порядка 300-1000 м2/г,
  •  химический состав аэрогеля можно регулировать, легко вводить в его состав различные добавки, что открывает новые возможности для его использования,
  • устойчив к кислотам, щелочам, растворам,
  •  в тоже время является хрупким материалом.

Применение аэрогеля:

  1.  в научных исследованиях в области ядерной физики,
  2.  для звукоизоляции,
  3.  для теплоизоляции зданий, сооружений, складов, холодильников, нефтепроводов, труб, прочих объектов и оборудования,
  4.  для огнезащиты,
  5. пр.

Инновации на основе аэрогеля:

Так, учеными создано устройство для сбора солнечного тепла, которое способно аккумулировать солнечную энергию и поддерживать высокие температуры (свыше 200 °C) даже в зимнее время, при отрицательных температурах.

Данное устройство сможет заменить солнечные коллекторы. Устройство работает в пассивном режиме и состоит из аэрогеля (верхний слой) и поглощающего тепло темного материала (нижний слой).

Свет, проходя через слой аэрогеля, нагревает нижний слой – поглощающее тепло темный материал.

Учеными предложена концепция терраформирования отдельных регионов планет: Марса, Луны, Венеры и пр. с помощью создания искусственных куполов или экранов из слоя аэрогеля из кварца толщиной 2-3 см.

Такой купол или экран из аэрогеля способен пропускать до 95 % видимого света, задерживая при этом до 99,5 % радиации и до 60 % ультрафиолетового излучения.

Купол будет способствовать созданию атмосферного парникового эффекта, поддерживая нужную температуру.

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/aerogel/

Аэрогель в строительстве

Теплоизоляционный материал с уникальными свойствами.Аэрогели – класс материалов, представляющих собой гель, произведенный на основе диоксида кремния (или ряда других материалов) в котором жидкая фаза полностью заменена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, отсутствием водопоглощения.Впервые синтез аэрогеля был произведен в 1931 году. Материал использовался в космической промышленности и исследованиях космоса.

В частности с помощью аэрогеля космическим аппаратом НАСА Stardust была «поймана» и доставлена на землю «звёздная пыль», кометное вещество.Аэрогель на 99% процентов состоит из воздуха и при этом обладает довольно высокой прочностью на сжатие. Физическая структура аэрогеля такова, что молекулы воздуха в нём практически неподвижны. Это обеспечивает крайне низкую теплопроводность материала.Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительствеМатериал не горит и не намокает, но пропускает при этом водяной пар и уникален по своим теплоизоляционным свойствам.Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

С этих позиций аэрогель является отличным теплоизоляционным материалом, и уже достаточно продолжительное время используется в качестве промышленной теплоизоляции. В последние несколько лет на него обратила внимание и строительная отрасль.

[Читать и смотреть дальше]Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительствеОсновным производителем сырья, из которого производится теплоизоляция на основе аэрогеля, является американская Aspen Aerogels (контролируется BASF) . Соответствующие теплоизоляционные материалы в виде плит и матов предлагают такие крупные компании как Rockwool и STO. Их лямбда чрезвычайно низка λ = 0,016 – 0,018 Вт/(м*К), что в два раза лучше традиционных утеплителей, а диапазон рабочих температур от -200 до +600С.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительствеАэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Если материал так хорош, почему он не применяется повсеместно и не вытеснил все остальные теплоизоляционные материалы?Аэрогель – это новинка в строительной отрасли. Он пока чрезвычайно дорог (в десятки раз дороже пенополистирола), как по причине редкости, так и в связи с трудоемкостью и сложностью процесса производства.

Кроме того, физические свойства большинства продуктов на основе аэрогеля допускают их применение только для внутреннего утепления зданий, что, разумеется, ограничивает сферу его применения.Только в текущем (2014) году на рынок была выведена система наружного утепления зданий на основе аэрогеля (производитель – Heck, входящий в группу Rockwool).

Что важно, работа с этим материалом в данном случае ничем не отличается от традиционных технологических процессов по утеплению фасадов «мокрым» способом. Плюс важное преимущество: вдвое меньшие толщины теплоизоляционного слоя, по сравнению с минеральной ватой или пенополистиролом, при одинаковом коэффициенте теплопроводности.

Данная сфера применения аэрогеля видится нам наиболее перспективной. При снижении цены материала он вполне может начать замещать традиционные утеплители.

Читайте также:  Беседки из поликарбоната - модели и возведение своими руками

Хотя, фактически монопольные права на производство материала будут сдерживать корректировку цены и ограничивать применение аэрогеля «особыми случаями» (когда нужна малая толщина изоляции при высоких требованиях к утеплению) и премиальным сегментом строительного рынка.

Прозрачность аэрогеля толкает специалистов на разработку «прозрачной теплоизоляции», рассматриваются возможности его использования в системах остекления (заполнять пространство между стеклами). Все эти разработки пока носят опытный характер.

В России аэрогель применяется крайне редко в качестве технической теплоизоляции, об использовании материалов на его основе в строительной отрасли пока, понятно, речи не идет.

Источник: https://einstitut.livejournal.com/18587.html

Аэрогель в строительстве

Приход нанотехнологий в строительство ознаменовал буквально начало новой эпохи в нашей консервативной отрасли.

Создание различных материалов со сложной структурой и уникальными прочностными или температурными свойствами, а также процессы самоорганизации веществ на атомно-молекулярном уровне, позволяющие создавать объекты без внешнего влияния.

Одним из самых перспективных и революционных материалов является наноструктурированный Аэрогель на основе диоксида кремния, который становится всё более и более востребованным в последние десятилетия.

Аэрогель — происхождение, характеристики и области применения в строительстве

Он находит применение в таких сферах как аэрокосмическая промышленность, медицина, военные технологии, электроника, оптика, криогеника и многих других.

Особенно бурный рост применения отмечен как раз в строительстве, где уникальные свойства аэрогеля буквально задали новые стандарты теплоизоляционных систем в отрасли. И теперь, хотя многие слышали об этом материале, но, к сожалению, имеют весьма смутное представление о нём.

Цель настоящей статьи дать представление о том, почему аэрогель так уверенно теснит традиционные виды теплоизоляции.

История открытия аэрогеля началась со спора двух американских химиков Тихоокеанского колледжа Стивена Кистлера и его коллеги Чарльза Лернеда. Кистлер утверждал, что сможет заменить всю жидкость в желе на газ без малейшей усадки объёма вещества. В 1931 году Стивен Кистлер получает первый образец «твёрдого газа» и публикует свои результаты в журнале «Nature».

До 1990-ых годов аэрогель почти не использовался из-за высокой хрупкости. Основной вклад в развитие производства аэрогеля внесла компания «Aspen Systems».

Впоследствии инженеры отделившейся компании «Aspen Aerogels» научились наполнять аэрогелем ткань (на основе керамического волокна, стеклохолста), получая таким образом гибкий и сплошной материал, что позволило существенно расширить область применения аэрогеля.

Получение рулонного материала из аэрогеля позволило применять его в качестве тепловой изоляции ограждающих конструкций. Эффективность использования аэрогеля в строительстве обусловлена рядом уникальных свойств, которыми обладает этот материал.

В первую очередь это низкий коэффициент теплопроводности, значение которого составляет около 0,016 Вт/м∙К при температуре 10 ⁰С.

Объясняется это структурой аэрогеля: разветвлённая сеть из сферических кластеров диоксида кремния диаметром до 5 нм и пор между ними размерами до 100 нм, большую часть которой составляет воздух в статическом состоянии.

Благодаря величине пор и колоссальной площади поверхности структуры затруднены не только смачивание и последующая фильтрация влаги внутрь кластеров, но и даже сорбция влаги поверхностью аэрогеля, то есть материал является гидрофобным.

Аэрогель в силу своей структуры обладают своеобразными акустическими свойствами. Низкая скорость распространения звука в аэрогелях (до 100 м/с) позволяет использовать его в разных случаях: для изготовления звуконепроницаемых перегородок, линий звуковой задержки, разных акустических систем, в том числе систем с выделенным направлением распространения звука.

В сумме с высокой прочностью при растяжении и сжатии и химической стойкостью всё перечисленное обеспечивает комбинацию самых востребованных свойств тепловой изоляции, включая уникальные долговечность и надежность, что является необходимым условием эксплуатации ограждающих конструкций.

Останавливаясь подробнее на использовании данного материала в строительстве, можно выделить непосредственно части сооружения, где широко применяется аэрогель.

Наружное утепление стен здания, предотвращающее промерзание фасада и продлевающее срок службы конструкции. Наружное утепление всегда предпочтительнее внутреннего, так как, например, для многослойных конструкций, смещает плоскость образования конденсата за пределы несущей конструкции.

Но бывают ситуации, когда вынужденно применяется внутренняя изоляция. В таких случаях использование аэрогеля для внутреннего утепления позволяет сохранить площадь используемого пространства за счет малой необходимой толщины теплоизоляции.

То же самое наблюдается при теплоизоляции аэрогелем плавающего пола – за счёт малой толщины изоляции уменьшается высота бетонной стяжки.

Еще одна востребованная область применения – это утепление наружных и внутренних углов строения. Понижение температуры поверхности стены на внутреннем углу особенно неблагоприятно с санитарно-гигиенической точки зрения, так как приводит к отсыреванию и образованию плесени.

К мерам по повышению температуры на внутренней поверхности углов относятся: скругления наружных углов, установка в них стояков отопления, утепляющие пилястры на наружной поверхности угла. А также скашивание внутренних поверхностей угла вертикальной плоскостью, которое нужно изолировать аэрогелем.

Эта мера актуальнее всего в зданиях, теплотехнический режим которых оказывается неудовлетворительным.

При невыполнении должного утепления оконных и дверных проёмов при низких температурах на улице происходит промерзание стены по оконным проемам, например, по четвертям, с образованием влаги или льда по периметру окна или двери внутри помещения. Это ведёт к разрушению слоёв ограждающей конструкции. За счет низкой теплопроводности и уникальной влагостойкости изоляция аэрогелем предотвращает подобного рода негативные последствия.

Широкое применение аэрогель нашёл в проектах реновации зданий культурного и исторического наследия, где сочетаются высокие требования к теплоизоляции и ограничения по толщине теплоизоляционного слоя.

Являясь гидрофобным материалом, аэрогель при этом воздухопроницаем, что позволяет использовать его для теплоизоляции крыш, фронтонов и кровельных свесов, обеспечивая проветривание подкровельного пространства.

Также аэрогель применяется в теплоизоляции цокольных этажей и фундаментов, на долю которых приходится 20 % теплопотерь здания; перекрытий неотапливаемых чердаков для уменьшения тепловых потерь и, как следствие – затрат на отопление; поэтажных бетонных поясов; мостиков холода различной геометрической сложности. Аэрогель отлично себя показал для изоляции вентканалов и дымовых труб, проходящих через неотапливаемые чердаки.

Один из важных вопросов использования материала на основе аэрогеля – экономическая целесообразность.

Имеющийся большой опыт использования данного материала за рубежом и возрастающая востребованность в российской строительной индустрии позволяют сделать вывод об эффективности применения теплоизоляции из аэрогеля.

Применение аэрогеля в строительстве обусловлено уникальными теплотехническими и физико-механическими свойствами, легкостью монтажа, экологичностью и сроком службы.

Источник: https://almalen.ru/informatsiya/stati/145-aerogel-v-stroitelstve

Ссылка на основную публикацию