Неорганические материалы и изделия.

Минеральная вата и изделия из нее по объему производ­ства занимает первое место среди теплоизоляционных мате­риалов. Этому способствует на-личие сырьевых ресурсов для их получения в виде горных пород (доломит, известняк, мер­гели, базальт и др.), шлаков и зол; простота технологическо­го процесса; небольшие капиталовложения при организации производства.

Минеральная вата состоит из искусственных минеральных волокон. Производство ее включает две основные технологи­ческие операции — полу-чение расплава и превращение его в тончайшие волокна. Плотность минераль-ной ваты 75-150 кг/м³, теплопровод­ность 0, 042-0, 046 Вт/(м°С). Вата не горит, не гниет, ее не портят грызуны, она малогигроскопична, морозостойка и темпера-туростойка. Минеральную вату применяют для тепло­изоляции как холодных (до -200 °С), так и горячих (до 600°С) поверхностей, чаще в виде изделий: войлока, ма-тов, полужест­ких и жестких плит, скорлуп, сегментов.

Иногда вату используют в качестве теплоизоляционной за­сыпки пустотелых стен и перекрытий, для чего ее гранулиру­ют, т. е. превращают в рыхлые комочки в дырчатом барабане.

Минеральный войлок выпускают в виде листов и рулонов из минеральной ва-ты, пропитанной синтетическими смолами и спрессованной. Плотность войлока 100-150 кг/м³, теплопроводность 0, 046-0, 052 Вт/(м°С). Листы и полотнища ми-нерального войлока применяют для утепления стен и перекрытий жилых и про­мышленных зданий.

Минеральные маты представляют собой минераловатный ковер, заключен-ный между битуминизированной бумагой, стеклотканью или металлической сет-кой, прошитый прочны­ми нитями или тонкой проволокой. Длина матов до 500 см, ширина до 150 см, толщина до 10 см. Плотность матов 100-200 кг/м³, тепло-проводность 0, 046-0, 058 Вт/(м°С), Маты при­меняют для теплоизоляции огражда-ющих конструкций жилых и общественных зданий, их используют также для утеп-ления свежеуложенных бетонов и растворов при строительстве в хо­лодное время года.

Минераловатные полужесткие плиты изготовляют из минерального воло-кна путем распыления на него связующе­го (синтетических смол или битума) с пос-ледующим прессо­ванием и термообработкой, для сушки или полимеризации. Плотность плит в зависимости от вида связующего и уплот­нения 75-300 кг/м³ и теплопроводность 0, 041-0, 07 Вт/(м°С). Полужесткие изделия применяют для те-плоизоляции ограж­дающих конструкций зданий и горячих поверхностей обору­до-вания при температуре до 200-300°С, если изделия изготовлены на синтетиче-ском связующем, и до 60°С — на битумном связующем.

Жесткие минераловатные плиты получают смешиванием минеральной ваты с битумной эмульсией или синтетическими смолами с последующим формо-ванием, прессованием и про­греванием отформованных изделий для их сушки или поли­меризации. Жесткие минераловатные плиты изготовляют тол­щиной 4-10 см, плотностью 100-400 кг/м³ и теплопроводнос­тью 0, 051-0, 135 Вт/(м°С). Жесткие минераловатные плиты применяют для утепления стен, покрытий и перекрытий жи­лых и промышленных зданий и холодильников. Жесткие пли­ты ифасонные из-делия (сегменты, скорлупы) на синтетичес­ком и бентонитоколлоидном связующих применяют для теп­лоизоляции горячих поверхностей.

Стеклянная вата является разновидностью искусственного минерального во-локна. Для изготовления ваты используют стеклянный бой или те же сырьевые ма-териалы, что и для оконного стекла; кварцевый песок, известняк или мел, соду или сульфат натрия. Тонкое стеклянное волокно для текстиль­ных материалов получают вытягиванием из расплавленной стекломассы (фильерный и штабиковый спосо-бы). Более гру­бое волокно, применяемое для тепловой изоляции, изготовля­ют дуть-евым или центробежным способом. Такое волокно на­зывают стеклянной ватой. Плотность стеклянной ваты обычно не превышает 125 кг/м³, а теплопроводность — 0, 052 Вт/(м°С). Промышленность выпускает также супертонкое стекловолок­но плотностью до 25 кг/м³ и теплопроводностью около 0, 03 Вт/(м°С). Стеклянная вата практически не дает усадки в конструкциях, волокна ее не разрушаются при длительных со­трясениях и вибрации. Она плохо проводит и хорошо погло­щает звук, малогигроскопична, морозостойка. Слой стеклян­ной ваты толщиной 5 см со-ответствует термическому сопротив­лению кирпичной стене толщиной в I м.

Стекловатные маты, полужесткие и жесткие плиты, а также фасонные изделия на связующих из синтетических смол применяют в качестве теплоизоля-ционного, акустичес­кого материала при температуре не выше 200 ˚ С, а прошив­ные маты и полосы — при температуре до 450°С.

Пеностекло (ячеистое стекло) выпускают в виде блоков или плит разме-ром 50 х 40 х (8...14) см путем спекания порошка стекольного боя или некоторых горных по­род вулканического происхождения (трахиты, сиениты, нефе­лины, обси-дианы и др.) с газообразователями, например с из­вестняком или антрацитом. При температуре 800-900°С час­тицы стекольного боя начинают сплавляться, а выделя-ющие­ся из газообразователя газы образуют большое количество макропор (порис-тость 80-95%). При этом в стекловидном мате­риале межпоровых перегородок со-держатся мельчайшие мик­ропоры. Двухмодульный характер пористости обеспечива-ет вы­сокую теплоизоляционную способность пеностекла. Тепло­проводность плит из пеностекла при плотности 150-600 кг/м³ составляет 0, 06-0, 14 Вт/(м°С), а предел прочности при сжа­тии 2, 0-6, 0 МПа, при этом они хорошо обрабатыва-ются (пи­лятся, сверлятся, шлифуются). Изделия из пеностекла обла­дают высо-кой водостойкостью, морозостойкостью и предель­ной температурой применения. Для стекол обычного состава предельная температура применения 300 - 400°С, для бес­щелочного стекла — до 1000°С. Пеностекло применяют как утеплитель стен, перекрытий, полов и кровель промышленных и гражданских зданий в конструк-циях холодильников, а также для изоляции тепловых установок и сетей.

Стеклопор получают путем грануляции и вспучивания жидкого стекла с ми-неральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Сначала про-изводят гранулят — «стеклобисер», который затем вспучивают нагревом при тем­пературе 320-360°С. В сочетании с различными связующими стеклопор использу-ют для изготовления штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции.

Теплоизоляционные материалы из вспученных горных по­род получают при нагреве некоторых горных пород, содержа­щих в своем составе связанную воду. Во-да, превращаясь в пар, вспучивает предварительно дробленую породу. В результате этого образуются пористые зерна (вспученный перлит) или че­шуйки (вспученный вермикулит).

Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий по­ристый материал в виде чешуйчатых частиц золотистого цве­та, получаемых ускоренным обжигом до вспучивания верми­кулита — гидрослюды, содержащей между элементарными слоями связанную воду. Пар, образующийся из этой воды, дей­ствует перпендикуля-рно плоскостям спайности и раздвигает пластинки слюды, увеличивая первонача-льный объем зерен в 15-20 раз и более. Плотность вспученного вермикулита при крупности зерен 5-15 мм составляет 80-150 кг/м³, при более мелких зернах она увеличивается до 400 кг/м³. Теплопро­водность при температуре до 100°С равна 0, 048 - 0, 10 Вт/(м°С), а с увеличением температуры до 400 °С повышается до 0, 14 - 018 Вт/(м°С).

Вспученный перлит получают путем измельчения и об­жига перлита, обсиди-ана и других вулканических горных по­род стекловидного строения, содержащих небольшое количе­ство гидратной воды (3-5%). При быстром нагреве до темпе­ратуры 900-1200° С вода переходит в пар и вспучивает размяг­ченную породу. Она распадается на отдельные шарообразные зерна с увеличением в объеме в 5-10 раз (пористость зерен 80-90%). Насыпная плотность перлитового песка колеб-лется от 75 до 250 кг/м³, щебня до 500 кг/м³. Теплопроводность при 25°С соста-вляет 0, 046-0, 08 Вт/(м∙ °С).

Вспученные вермикулит и перлит используют в виде теп­лоизоляционных за-сыпок. Предельная температура примене­ния этих материалов равна соответст-венно 1100 и 800°С. На основе вспученных вермикулита и перлита, в смеси с вя-жу­щим веществом, получают растворные и бетонные смеси, из которых формуют теплоизоляционные изделия (плиты, скор­лупы, сегменты, кирпич) или выполняют теплоизоляционные, звукопоглощающие и декоративные штукатурки. На основе перлитового песка и щебня изготовляют также конструктив­но-теплоизоляционные изделия.

Безобжиговые перлитовые и вермикулитовые тепло­изоляционные изделия изготовляют на портландцементе, жид­ком стекле, синтетических смолах, битуме, различных клеях. Обжиговые изделия получают на связке из огнеупорной гли­ны, диатомита.

Плотность изделий — от 200 до 500 кг/м³, а теплопровод­ность при 25°С — от 0, 05 до 0, 2 Вт/(м°С). Изделия на битум­ной связке имеют предельную тем-пературу применения — 60°С, на цементном связующем и жидком стекле (стекло-перлит)—до 600°С, а на керамической связке (керамоперлит)— до 900-1200 °С.

Асбестосодержащие материалы и изделия разделяют на асбестовые, состоя-щие из асбестового волокна (асбестовые бумага, картон и изделия из них), и асбес-тосодержащие, из­готовляемые из смеси асбестовых волокон с неорганическими вяжущими веществами (магнезиальные вяжущие, известь, цемент) или с трепелом (диатомитом). Порошкообразные сме­си этих материалов перед применением затво-ряют водой и по­лученную пластичную массу наносят на изолируемую поверх­ность. В заводских условиях из таких же масс формуют изде­лия — плиты, сегменты и скорлупы.

Асбестовую бумагу изготовляют в виде листов и рулонов из асбестового во-локна 5-6-го сортов с небольшим количе­ством (до 5%) склеивающих веществ (крахмал, казеин). Тол­щина бумаги 0, 3-1, 5 мм, плотность 450-950 кг/м³, а теп-ло­проводность при 100°С составляет 0, 14-0, 198 Вт/(м°С); пре­дельная темпера-тура применения 500 °С. Гладкую бумагу ис­пользуют в качестве теплоизоляци-онной прокладки при изо­ляции трубопроводов, а гофрированную — для произ-водства одной из разновидностей асбестового картона (ячеистый асбе­стовый кар-тон).

Асбестовый картон изготовляют из асбеста 4-5-го сор­тов с наполнителем (каолин) и склеивающим веществом (крахмал) в виде листов толщиной 2-10 мм. Плотность листов 900-1000 кг/м³, теплопроводность при 100°С 0, 182 Вт/(м°С). Асбестовый картон применяют для изоляции трубопроводов (до 500°С), а также для покрытий деревянных конструкций и дверей, чтобы повысить их огнестой-кость. Асбестовый кар­тон ячеистого строения изготовляют путем склеивания жид­ким стеклом или клеем чередующихся слоев гладкой и гоф­рированной асбестовой бумаги. Благодаря пористому строе­нию такой картон легок и обладает низкой теп-лопроводнос­тью (0, 052-0, 093 Вт/(м°С)). В виде плит его применяют для тепло-изоляции плоских поверхностей, в виде цилинд­рических и полуцилиндричес-ких элементов — для изоля­ции трубопроводов.

Асбестодиатомовые (асбестотрепельные) теплоизоляци­онные материалы представляют собой порошки, состоящие из смеси асбеста (15%) и молотого тре-пела или диатомита (асбозурит), иногда с добавками других веществ: слюдяных чешу­ек, отходов асбестоцементных заводов (асбослюда, асботермит). Порошки за-творяют водой и в виде тестообразной мас­сы наносят на изолируемую поверхность. Плотность изделий из асбозурита в сухом состоянии 500-800 кг/м³, а при 100°С — 0, 093- 0, 21 Вт/(м°С); предельная температура применения — до600°С.

Вулканитовые изделия (асбестоизвестковотрепельные) из­готовляют из сме-си диатомита (60%), асбеста (20%), извести (20%) и воды. Изделия в виде плос-ких или лекальных плит небольших размеров после формования пропаривают в авто­клаве, где происходит образование гидросиликатов кальция, обеспечивающих прочность вулканита. Плотность вулканитовых плит до 400 кг/м³, теплопровод-ность при 50°С не выше 0, 091 Вт/(м°С), предел прочности при изгибе не менее 0, 3 МПа, максимальная температура применения 600°С.

Теплоизоляционные материалы и изделия из ячеистых бе­тонов получают в результате затвердевания предварительно поризованной смеси вяжущего вещества, кремнеземистого ком­понента и воды. Структура ячеистого бетона характеризуется наличием большого количества воздушных пор-ячеек диамет­ром от десятых долей до нескольких миллиметров. Такую структуру называют ячеистой. Благодаря боль-шой пористос­ти ячеистый бетон обладает малой теплопроводностью. Это делает его эффективным материалом для ограждающих кон­струкций.

К теплоизоляционным относят ячеистые бетоны со сред­ней плотностью в сухом состоянии не более 500 кг/м³. Основ­ные эксплуатационные характеристики ячеистых бетонов при­ведены в табл. 16.1. Таблица 16.1

Основные эксплуатационные характеристики теплоизоляционных ячеистых бетонов

По способу образования ячеистой структуры различают бетон, поризован-ный газом и пеной. По способу тепловлажностной обработки изделий различают автоклавный (запа­ренный в автоклаве при температуре t = 175-200°С и влажно­сти W_o= 100%) ячеистый бетон (газосиликат и пеносиликат) и неавтоклавный (пропаренный при температуре до 100° С и влажности W₀ = 100%) газобетон и пенобетон. Для произ­водства автоклавных ячеистых бетонов, как правило, испо-ль­зуют известковые вяжущие или смешанные (цементно-изве­стковые) вяжущие. В качестве кремнеземистого компонента(мелкого заполнителя) используют моло-тый кварцевый пе­сок или золу ТЭС.

Для получения газобетона (газосиликата) в состав сырь­евой смеси вводят вяжущее, наполнитель, воду и газообразователь (обычно суспензию алюминиевой пудры). В результа­те реакции взаимодействия алюминия со свободной известью в растворе выделяется водород. Пузырьки газа насыщают ра­створную смесь, и она на-чинает вспучиваться, увеличиваясь в объеме. Со временем поризованный раствор схватывается, а после тепловлажностной обработки твердеет, приобретая за­данную прочность.

Изготовление изделий из газобетона или газосиликата по обычной (литьевой) технологии сводится к следующему. Ис­ходные материалы — вяжущее, кремнезе-мистый компонент и воду — тщательно перемешивают до получения текучей сме­си с водотвердым отношением В/Т=0, 5-0, 6. После этого в смесь добавляют водную суспензию алюминиевой пудры и вновь перемешивают для равномерного распределения пудры. Затем смесь заливают в металлические формы с учетом сте­пени вспучивания, с таким расчетом, чтобы после вспучива­ния форма оказалась за-полненной доверху. Для ускорения процесса газообразования и структурообразова-ния смеси пос­ле вспучивания ее температура должна быть около 40 °С.

После схватывания и выдерживания в течение 5-8 ч избы­ток смеси («гор-бушку») срезают струнами или прикатывают, а затем изделия отправляют на тепло-влажностную обработку. Запарка газосиликатов и пеносиликатов производится в авто­клавах в среде насыщенного водяного пара при температуре 175-200°С и дав-лении 0, 8-1, 3 МПа. При таких условиях ра­створимость кремнезема повышается и он активно взаимодей­ствует с гидроксидом кальция, в результате чего образуются гидросиликаты кальция. Это придает ячеистому бетону дос­таточно высокую проч-ность.

Неавтоклавная обработка ячеистого бетона (на цементе) проводится в про-парочной камере при температуре 80-100° С и атмосферном давлении. Получае-мые при этом газобетон и пенобетон несколько уступают автоклавным по прочнос-ти, од­нако энергозатраты на их производство значительно меньше, а себестои-мость продукции снижается на 20-30%.

Литьевая технология ячеистого бетона обладает рядом не­достатков, связан-ных с чрезмерно большим количеством воды затворения смеси. Получаемые изде-лия характеризуются вы­сокой влажностью и большими усадочными деформация-ми. Удлиняется производственный цикл изготовления изделий из-за медленного га-зовыделения и схватывания смеси.

Этих недостатков в значительной мере лишена более про­грессивная вибраци-онная технология. Она отличается тем, что при перемешивании в смесителе и вспу-чивании в форме газо­бетонную массу подвергают вибрированию. Под влиянием виб­рационных импульсов ослабляется связь между частицами и смесь тиксотропно ра-зжижается. Это позволяет сократить рас­ход воды затворения на 25-30%. Процесс газовыделения в смеси, подвергаемой вибрированию, существенно ускоряется: вспучивание заканчивается через 5-7 мин вместо 15-30 мин при литьевой техно-логии. После прекращения вибрирования газобетонная смесь быстро приобретает структурную проч­ность, позволяющую разрезать изделие на блоки. Продолжи­тель-ность автоклавной обработки также сокращается. Все это способствует повышению производительности предприятий, снижает себестоимость и повышает качество продукции.

Пенобетон и пеносиликат приготовляют путем смеши­вания предварительно подготовленной растворной смеси с тех­нической пеной. Пену получают энергичным взбиванием вод­ного раствора поверхностно-активных веществ, понижающих повер-хностное натяжение воды. Качество пены оценивают кратностью, устойчивостью во времени и стойкостью в цементном тесте.

Кратность пены — это отношение ее объема к объему водно­го раствора пенообразователя. Чем выше кратность пены, тем больший объем ячеистой массы может быть получен из данного количества пенообразователя. Устойчивость (стабиль-ность) пены определяется ее способностью не осаждаться и не расслаиваться в течение определенное времени. Стойкость пены в цементном тесте показывает, какая часть технической пены сохраняется в пенобетонной смеси после смешивания компонен-тов. Для получения пены применяют синтетические пенообра­зователи, например, Сульфонол, Пеностром, Морпен, ПО-ПБ1, ПО-6НП и др.

Пенобетонную смесь на цементе или смесь извести с крем­неземистой добав-кой обычно готовят по двухстадийной или одностадийной технологии. В первом случае раздельно при­готовляют пену в пеногенераторе и раствор, которые затем смешивают в пенобетономешалке. Полученную ячеистую мас­су заливают в формы, выдерживают до приобретения необхо­димой структурной прочности и подвергают тепловой обра­ботке. При одностадийной технологии применяются турбулент­ные смесители-активаторы, в которые дозируются раствор пенообразователя, вяжу-щее, наполнитель и вода, после чего происходит смешивание и поризация смеси за один цикл.

Особое внимание в последние годы уделяется баротехнологии производства ячеистых бетонов, разработанной в на­чале 80-х гг. коллективом авторов под ру-ководством проф. И.Б. Удачкина. В основу технологии положен принцип насы­ще-ния под давлением жидкой фазы ячеистобетонной смеси воз­духом. В баросмеситель дозируют вяжущее, мелкий заполни­тель, воду и пенообразователь. Смеситель гер-метизируют и подают в него сжатый воздух под давлением 1, 6 атм. При пере­ме-шивании под давлением смесь насыщается воздухом, а пос­ле открытия сливного крана, за счет перепада давления, смесь поризуется и увеличивается в объеме. При использовании баротехнологии устраивают монолитные теплоизоляционные стяж­ки перекрытий и покрытий зданий, а также в стационарных условиях изготовляют теп-лоизоляционные блоки и плиты.

Теплоизоляционные керамические материалы и изделия используются для утепления ограждающих конструкций зда­ний, для теплоизоляции тепловых агрега-тов, трубопроводов и другого теплотехнического оборудования. Теплоизоляционные керамические изделия изготовляют в виде кирпича, полуци­линдров (скорлуп), се-гментов, а также в виде гранул.

Диатомитовые (трепельные) теплоизоляционные изделия изготовляют мето-дом пластического формования из диатомита или трепела с выгорающими добавка-ми (опилками). Обжиг изделий производится при температуре 900°С. Средняя пло-т­ность изделий Д-500 кг/м³, теплопроводность при 25°С— 0, 098-0, 104 Вт/(м°С), а при 300°С—0, 150-0, 156 Вт/(м°С). Предел прочности при сжатии 0, 6-0, 8 МПа. Предельная тем­пература применения этих материалов 900°С.

Пенодиатомитовые изделия изготовляют из диатомита или трепела путем приготовления из порошков этих материа­лов и воды пластичного теста с последую-щей его поризацией технической пеной. Полученную пеномассу разливают по фор­мам, а после ее сушки обжигают при температуре 900°С. Пе­нодиатомитовые из-делия выпускают по плотности ПД-350 и ПД-400, кг/м³. Теплопроводность ПД-350 при 25°С — 0, 078-0, 083 Вт/(м°С), а при 300°С — 0, 116-0, 121 Вт/(м°С). Те-пло­проводность ПД-400 при 25°С — 0, 09-0, 095 Вт/(м°С), а при 300°С 0, 127-0, 133 Вт/(м°С). Предел прочности при сжатии 0, 6-0, 8 МПа. Предельная темпе-ратура применения этих мате­риалов 900 °С.

Поризованные керамические изделия на основе алюмосиликатных полых ми-кросфер изготавливаются по шликерному способу из смеси глинистого материала и пористого наполни­теля. Пористым наполнителем являются алюмосиликатные по-лые микросферы (АСПМ). Они образуются в составе золо-шлаковой смеси при пы-левидном сжигании каменных углей. От золы уноса АСПМ отличается повышен-ным содержанием А1₂О₃ и более низким содержанием Fe₂O₃, CaO, SO₃.

АСПМ представляют собой мелкодисперсный материал серого цвета, имеют форму, близкую к сферической и блестя­щую гладкую поверхность диаметром 20-200 мкм. Их насып­ная плотность 380-410 кг/м³, средняяя плотность 580 кг/м³ и теплопроводность 0, 11-0, 125 Вт/(м°С).

Поризованные керамические изделия выпускаются в виде кирпича, бло-ков и плит, имеющих среднюю плотность 400-500 кг/м³. Теплопроводность изде-лий составляет 0, 10-0, 12 Вт/(м°С). Предел прочности при сжатии 1, 0-3, 0 МПа. Предельная температура применения этих материалов 1000°С.