ГлавнаяСтатьи

Неорганические теплоизоляционные материалы

Минеральная вата и изделия из нее

Минеральная вата представляет собой теплоизоляционный материал, состоящий из отдельных волокон, которые получают из расплавов горных пород или металлургических шлаков.

Сырьем для производства минеральной ваты служат мергели, сланцы, смеси известняков и доломитов с глинистыми и кремнеземистыми породами, а также шлаки (преимущественно доменные). Материал, полученный из горных пород, часто называют минеральной ватой, а из шлаков — шлаковой ватой.

Производство минеральной ваты состоит из двух основных процессов:
1) расплавление сырьевой смеси,
2) превращение расплава в волокно.

Сырье расплавляется обычно в шахтных печах (вагранках), имеющих высоту от 3 до 6 ж и внутренний диаметр 0,75-1,5 м.

Расплав, вытекающий из нижней части печи через отверстия размером 20-30 мм, разбрызгивается давлением струи пара или сжатого воздуха на отдельные капли, которые, пролетая вдоль камеры вблокнообразования, вытягиваются в тонкие волокна диаметром от 2 до 12 мк и длиной от 2 до 60 мм. Охлаждаясь, волокна падают на пол камеры, который представляет собой транспортер, движущийся с определенной скоростью. На транспортере образуется слой ваты в виде ленты; при выходе из камеры лента проходит через вальцы и несколько уплотняется. Схема установки для получения минеральной ваты показана на рис. 1. В процессе производства ваты не все капли расплава успевают вытянуться в нити; часть из них принимает

Рис. 1. Схема установки для получения минеральной ваты: 1 — вагонетка для засыпки кокса и сырья, 2 — паровой котел, 3 — вагранка, 4 — форсунка, 5 — камера распыления и сбора ваты, 6 — вата, осевшая на ленту транспортера

форму шариков, жгутиков. Такие включения носят название корольков. Корольки увеличивают объемный вес и коэффициент теплопроводности минеральной ваты, поэтому содержание их не должно быть более 25%.

По объемному весу, который зависит от толщины волокон, степени уплотнения и количества корольков, минеральная вата делится на три марки: 150; 200; 250. Коэффициент теплопроводности ее колеблется в пределах 0,04-0,06 ккал/м ч град. Минеральная вата не горит, обладает морозостойкостью и малой гигроскопичностью. В связи с тем, что она хрупка и при ее укладке образуется много пыли, комовую вату гранулируют, т.е. превращают в рыхлые комочки — гранулы, и используют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий.

Этот процесс протекает в грануляторах, состоящих из двух зубчатых валков, ниже которых расположены барабанные сита. Проходя между вращающимися валками, вата разрывается на кусочки размером 15-25 мм; последние попадают на сита, где скатываются в комки.

При грануляции из минеральной ваты отсеиваются корольки, что улучшает ее качество.

К наиболее распространенным изделиям из минеральной ваты относятся минеральный войлок, минеральные маты и минеральная пробка.

Минеральный войлок представляет собой рулонный или листовой материал, полученный при уплотнении минеральной ваты, пропитанной битумом или синтетическими смолами.

Для изготовления минерального войлока применяют расплавленный нефтяной битум марки БН-IV или раствор фенолформальдегидных смол, которыми опрыскивают волокна минеральной ваты в момент их образования (в камере волок-нообразования); при этом волокна обволакиваются тонкой пленкой вяжущего. При выходе из камеры слой войлока, движущийся на транспортере, уплотняется валками.

После этого войлок на битумной связке охлаждается, а затем дисковыми пилами разрезается на листы нужного размера. Войлок на синтетических смолах поступает сначала в сушильные камеры, где его обогревают горячим воздухом, температура которого 150-160°. Под действием тепла смола затвердевает и склеивает волокна.

Размеры листов минерального войлока: длина 1000 — 3000 мм, ширина 375-<1200 мм, толщина 20, 40 и 60 мм. Показатели основных физико-механических свойств войлока из минеральной ваты приведены в табл. 22.

Содержание связующего в войлоке на битуме 2-5%, на синтетической смоле 4-8%.

Минеральный войлок применяется для теплоизоляции ограждающих конструкций (стены, чердачные перекрытия), трубопроводов, а также технологического оборудования промышленных предприятий.

Минераловатные маты получают, прошивая нитками слой минеральной ваты, покрытой с одной или двух сторон битумизированной бумагой. Прошивают вату на специальных прошивочных машинах параллельно длинной стороне мата не менее чем в шесть рядов.

Размеры матов: длина 1000-3000 мм, ширина 500-1000 мм, толщина 30 и 50 мм. По длине маты могут быть изготовлены любых размеров; в этом случае их скатывают в рулоны.

Объемный вес матов из минеральной ваты — не выше 250 кг/м3, коэффициент теплопроводности — не более 0,06 ккал/м чград, предельная температура применения +1000°. Маты применяются для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий, технологического оборудования и трубопроводов.

Минеральная пробка представляет собой жесткие минераловатные плитыкоторые получают, смешивая минеральную вату с битумной эмульсией или искусственными смолами, при последующем формовании и прессовании полученной массы. Минеральная пробка выпускается следующих размеров: длина 500 и 1000 мм; ширина 500 мм, толщина 40 и 50 мм, объемный вес 300-400 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,06-0,07 ккал/м ч град, предел прочности при изгибе не менее 1,5 кг/см2.

Минеральная пробка водостойка и малогигроскопична. Плиты, изготовленные на синтетических смолах, можно применять при температуре до +130°, плиты на битумной эмульсии — не выше +70°. Минеральная пробка заменяет дорогую натуральную пробку и применяется для теплоизоляции холодильников и тепло-звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий. В настоящее время минеральная вата и изделия из нее являются наиболее эффективными теплоизоляционными материалами.

Стеклянная вата и изделия из нее

Стеклянная вата представляет собой волокнистый материал, состоящий из тонких и гибких стеклянных нитей, которые получают из расплавленной стекломассы.

Для изготовления стеклянной ваты используют стеклянный бой или сырье, служащее для производства обычного стекла: кварцевый песок, кальцинированную соду и сульфат натрия.

Стеклянный бой или сырьевую смесь расплавляют в стекловаренных печах, а затем из расплава через небольшие отверстия-фильтры вытягивают тонкие нити, которые наматываются на быстровращающийся барабан (фильерный способ). По этому способу можно получить очень длинные и тонкие (до 0,1 мк) нити.

Расщепляя расплав струей пара или горячего газа высокого давления (дутьевой способ), получают более грубое волокно небольшой длины. Для получения, стеклянного волокна применяют также штабиковый способ, по которому стеклянные па-лочки-штабики подогревают до расплавления специальными горелками. При этом капля стекла, падая вниз, тянет за собой тонкие стеклянные волокна, которые наматываются на вращающийся барабан.

Объемный вес стеклянной ваты в рыхлом состоянии — не более 150 кг/м3, коэффициент теплопроводности — не выше 0,045 ккал/м ч град. Стеклянная вата имеет значительно большую длину волокон, чем минеральная, и отличается большой химической стойкостью, но меньшей теплопроводностью. При высоких температурах и во влажных условиях стеклянное волокно быстро разрушается. Для теплоизоляционных целей применяются главным образом изделия из минеральной ваты: маты у полосы, плиты, скорлупы и различные фасонные изделия в проволочной сетке. Наибольшее распространение получили маты и полосы, которые изготовляют, прошивая стеклянную вату, покрытую сверху и снизу проклеенным слоем стеклянных волокон (корочкой) толщиной 1,5 мм. Корочка скрепляет волокна наружных слоев изделия и предохраняет его от повреждений при транспорте и монтажных работах. Прошивают маты и полосы асбестовыми нитями или нитями из стеклянного волокна. Изделия, предназначенные для изоляции поверхностей с температурой до +100°, можно прошивать хлопчатобумажной нитью. Выпускают также непрошитые маты; в этом случае требуемая форма и прочность изделий достигается за счет использования вяжущих веществ (крахмала, синтетических смол). Маты и полосы из стеклянной ваты применяются для теплоизоляции наиболее ответственного промышленного оборудования, тепловых установок и трубопроводов, если температура изолируемых поверхностей доходит до +450°. В жилищном строительстве они используются в качестве теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях.

Ячеистое стекло (газостекло)

Ячеистым называется стекло, имеющее пористую (ячеистую) структуру.

Этот материал получают, смешивая стекло с газообразователем, а затем расплавляя и охлаждая смесь. Для изготовления газостекла используют чаще всего стеклянный бой и газообразователи (молотый известняк, уголь). Температура разложения газообразователя должна быть на 150-200° выше температуры расплавления стекла.

Тонкоизмельченный стеклянный бой тщательно смешивают с газообразователем; смесь засыпают в формы и нагревают. По мере повышения температуры сначала расплавляются частицы стекла, а затем происходит разложение газообразователя, выделяющиеся при этом газы вспучивают стекломассу и образуют большое количество пор. При охлаждении массы получается прочный материал ячеистой структуры.

Основные изделия из ячеистого стекла — блоки и плиты. Объемный вес ячеистого стекла 150-600 кг/м3. Коэффициент теплопроводности зависит от объемного веса и колеблется в пределах от 0,05 до 0,11 ккал/м- ч- град.

Характерной особенностью ячеистого стекла по сравнению с другими теплоизоляционными материалами является высокая прочность — предел прочности при сжатии 20-150 кг/см2. Ячеистое стекло является водостойким, морозостойким и несгораемым материалом и легко поддается механической обработке — пилится, режется, сверлится и гвоздится. Вводя в стекломассу минеральные красители, можно получать ячеистое стекло различной окраски.

Ячеистое стекло — высокоэффективный тепло- и звукоизоляционный материал. Применяется для изоляции стен и перекрытий, утепления полов и кровель промышленных и гражданских зданий. Ячеистым стеклом изолируют камеры холодильников и горячие поверхности отопительных устройств.

Материалы на основе асбеста

Асбест является основным сырьем для производства теплоизоляционных материалов, которые эффективно используются для тепловой изоляции поверхностей с высокой температурой. Ими покрывают котлы, автоклавы, трубопроводы и другое заводское оборудование. На заводы теплоизоляционных изделий поступает обогащенный асбест, т.е. отделенный от горных пород (асбестовых руд), и частично распушенный. Обогащенный асбест представляет собой смесь мелких частиц волокнистого строения (пучков волокон) и отдельных волокон различной длины. Окончательная распушка асбеста является первой стадией технологического процесса при производстве всех материалов на его основе.

Распушка асбеста вначале производится на бегунах, состоящих из двух тяжелых катков, движущихся по кругу в неподвижной чаше. На бегунах волокнистые пучки асбеста разминаются, при этом взаимосвязь между волокнами нарушается. Затем асбест поступает в голлендеры. Голлендер представляет собой металлическую ванну, в одной половине которой расположен барабан, снабженный стальными ножами; на дне ванны, под барабаном, закреплена чугунная коробка с укрепленной на ней гребенкой из ножей. Ванну на половину объема заполняют водой, а затем подают обработанный на бегунах асбест. При вращении барабана со скоростью 180-240 оборотов в минуту водная смесь увлекается в зазор между ножами барабана и гребенкой, перебрасывается через горку и, проходя по ванне, снова попадает на барабан. Беспрерывная циркуляция смеси продолжается в течение 15-20 мин., при этом волокна асбеста, подвергаясь ударам ножей, окончательно распушиваются. Распушенный асбест дает возможность получать легкие, эластичные и в то же время прочные теплоизоляционные материалы, обладающие низкой теплопроводностью и высокой темпера-гуростойкостью (до 500°).

Материалы на основе асбеста могут быть сыпучие (порошкообразные), штучные (плиты, скорлупы и сегменты) и рулонные. На рис. 91 а, б представлен внешний вид скорлуп и сегментов.

В зависимости от состава материалы на основе асбеста делятся на две» группы: асбестовые — состоящие только из асбестового волокна, и асбестосодержащие, в состав которых, кроме асбеста, входят другие вещества, обладающие вяжущими свойствами.

Асбестовые материалы. Асбестовая бумага представляет собой листовой или рулонный материал, состоящий из асбеста и небольшой добавки склеивающих веществ (обычно крахмала, в количестве до 5% от веса асбеста). Асбест подвергают мокрой раепушке, а затем из приготовленной ма-ссы изготовляют листы на листоформовочной машине.

В зависимости от степени распушки асбеста и уплотнения массы на листоформовочной машине объемный вес асбестовой бумаги колеблется в пределах от 450 до 950 кг/м3. Коэффициент теплопроводности при 0° 0,11-0,15 ккал/м ч град и при 100° 0,12-0,17 ккал/м-ч-град. При нагревании выше 200° объемный вес и прочность асбестовой бумаги уменьшаются в результате выгорания органических склеивающих веществ, а при температуре выше 500° происходит разрушение волокон. Толщина асбестовой бумаги от 0,3 до 1,5 мм, вес 1 м2 650-1900 г. нормальная влажность — не выше 3%.

Асбестовый картон — это листовой материал, который изготовляют из асбестовой бумаги или асбестового волокна, смешанного с наполнителем (каолин) и связующим веществом (крахмал).

Рис. 2. Штучные материалы из асбестоцемента: а — скорлупа, б — сегмент

Из асбестовой бумаги производят ячеистый асбестовый картон, состоящий из чередующихся слоев гладкой и гофрированной бумаги, склеенных между собой растворимым стеклом или клеем.

Размер ячеистого асбестового картона 1000X1000 мм, толщина от 5 до 50 мм. В зависимости от толщины бумаги и размеров воздушных прослоек его объемный вес составляет 250-600 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,045- 0,08 ккал/м ч град.

Асбестовый картон, состоящий из асбестового волокна и наполнителя, изготовляется на листоформовочных машинах примерно так же, как асбестовая бумага. Размер листов 1000 X 1000 мм, толщина от 2 до 12 мм. Объемный вес 900-1000 кг/м3, коэффициент теплопроводности при 0° 0,135 ккал/м * ч град и при 100° 0,157 ккал/м ч град. Картон имеет предел прочности при разрыве от 7 до 14 кг/см2.

Асбестовый картон в виде плит применяется для теплоизоляции плоских поверхностей, а в виде цилиндрических и полуцилиндрических покрышек — для изоляции трубопроводов.

Асбестосодержащие материалы. Из этой группы теплоизоляционных материалов наибольшее применение получили асбесто-кремнеземистые, асбесто-магнезиальные, асбесто-известково-кремнеземистые и асбесто-доломитовые материалы.

Асбесто-кремнеземистые материалы представляют собой порошкообразные смеси, состоящие в основном из распушенного асбеста и кремнеземистых горных пород, к которым иногда добавляют другие вещества.

Наиболее распространенным видом этих материалов является асбозурит — смесь асбеста с трепелом или диатомитом. Количество асбеста составляет 15-30°/о от веса сухой смеси. Диатомит и трепел обладают небольшим объемным весом и при смешивании с водой в тонкоизмельченном состоянии образуют пластичное легко формующееся тесто, которое затвердевает при высыхании.

Асбест выполняет роль армирующего материала и способствует повышению прочности затвердевшей асбесто-трепельной (диатомитовой) массы. Порошкообразный асбозурит затворяется водой и в виде мастики, т.е. в пластичном состоянии, наносится на теплоизолируемую поверхность. С уменьшением количества воды, взятой для затворения, мастика становится слишком жесткой консистенции, что затрудняет ее нанесение на изолируемую поверхность, но при этом уменьшается объемный вес затвердевшей и высохшей массы, а следовательно, улучшаются ее теплоизоляционные свойства.

Показатели основных физико-механических свойств асбозурита в мастичных конструкциях следующие: объемный вес 650-850 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,16- 0,22 ккал/м ч град, предел прочности при изгибе не менее 10 кг/см2, температуростойкость до 600°. Мастика наносится только на горячие изолируемые поверхности тонкими слоями, вручную; металлические поверхности предварительно покрывают асбестовой прокладкой для лучшего сцепления материала с металлом. Каждый последующий слой мастики накладывается только после того, как высохнет предыдущий слой (во избежание образования трещин при высыхании). После образования слоя нужной толщины мастику оштукатуривают, чтобы защитить от механических повреждений, а затем оклеивают мешковиной и окрашивают. Использование асбозурита в виде мастики дает возможность производить теплоизоляцию поверхности любой кривизны и формы, но сам процесс является очень трудоемкой операцией.

Асбесто-магнезиальные материалы состоят в основном из смеси асбеста с солями магния и кальция. К асбесто-магнезиальным материалам относится совелит, который содержит асбест (до 15%) и доломит.

Из доломита в результате обжига получается легкий порошок каустического магнезита с примесью неразложившегося углекислого кальция. Порошкообразный совелит затворяется водой и в виде мастики наносится на теплоизолируемую поверхность. Более эффективно применение совелита в виде изделий, полученных заводским способом. Для изоляции плоских поверхностей применяют совелитовые плиты, а для изоляции криволинейных поверхностей — сегменты и скорлупы.

Совелитовые плиты укладываются на асбестовой прокладке и подмазке из мастичного совелита и прекрепляются к изолируемой поверхности туго натянутым проволочным каркасом, а швы между ними промазываются мастикой. Вся поверхность изоляционного слоя оштукатуривается.

Асбесто-известково-кремнеземистые материалы. Из материалов этого вида наиболее широко применяется вулканит, представляющий собой теплоизоляционный материал, получаемый при формовании и автоклавной обработке смеси асбеста с гашеной известью и кремнеземистой горной породой (трепел или диатомит). Примерный состав вулканита: асбеста 20°/о, извести 20%, трепела или диатомита 60%.

Вулканитовые изделия выпускаются в основном в виде плит. Для изготовления вулканитовых плит приготовленную сухую смесь затворяют водой, затем формуют и подвергают автоклавной обработке. Вулканитовые плиты изготовляют двух видов — плоские и лекальные.

Размеры плоских плит: длина 500 мм, ширина 170 мм, толщина от 20 до 50 мм. Объемный вес в сухом состоянии не более 400 кг/м3, коэффициент теплопроводности не выше 0,078 ккал/м ч град, предел прочности при изгибе не менее 3 кг./см2, влажность должна быть не более 20%.

Предельная температура применения вулканитовых плит + 600°. Теплоизоляция из вулканитовых плит производится так же, как из совелитовых плит.

Вспученные вермикулит и перлит

Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий теплоизоляционный материал, полученный путем измельчения и кратковременного обжига природного вермикулита.

В процессе обжига при температуре 800-1000° вермикулит вспучивается и увеличивается в объеме в 20 и более раз. Вспученный вермикулит обладает высокой пористостью, малым объемным весом, низкой теплопроводностью и значительной теплостойкостью. Насыпной объемный вес зависит от условий обжига и размеров зерен и колеблется от 80 до 150 кг/м3 (в сухом состоянии). Коэффициент теплопроводности составляет 0,09-0,14 ккал/м ч град. Максимальная температура применения 1100°. Из вспученного вермикулита в смеси с вяжущими веществами (портландцементом, глиной с добавкой крахмала) изготовляют плиты и скорлупы. Теплостойкость изделий из вспученного вермикулита определяется теплостойкостью вяжущего вещества.

Вспученный перлит получают кратковременным обжигом при температуре 700-1200° измельченного перлита (кремнеземистая горная порода).

Обжигают перлит так же, как и вермикулит, в шахтных или вращающихся печах. Насыпной объемный вес вспученного перлита 160-250 кг/м3, коэффициент теплопроводности — 0,052 ккал/м ч град.

Вспученные перлит и вермикулит применяются для тепло- и звукоизоляционной штукатурки и засыпки кожухов технологического оборудования, а изделия из них — для теплоизоляции сбодов заводских печей и ответственных трубопроводов. В последние годы перлит стали использовать в качестве заполнителя для легкого бетона (перлитобетона), наиболее эффективного материала из легких бетонов на пористых заполнителях.



Читать далее:
Битуминозные кровельные и гидроизоляционные материалы
Асфальтовые и дегтевые растворы и бетоны
Дегти и пеки
Природные битумы
Битуминозные материалы
Органические теплоизоляционные материалы
Асбестоцементные изделия
Материалы и изделия на основе магнезиальных вяжущих веществ
Изделия на основе гипса
Изделия на основе извести



Ваш отзыв