§ 83. Неорганические теплоизоляционные материалы

К неорганическим теплоизоляционным материалам относят минеральную вату, стеклянное волокно, пено­стекло, вспученные перлит и вермикулит, асбестосодер­жащие теплоизоляционные изделия, ячеистые бетоны и

др.

Минеральная вата и изделия из нее. Минеральная ва­та — волокнистый теплоизоляционный материал, получа­емый из силикатных расплавов. Сырьем для ее произ­водства служат горные породы (известняки, мергели, доломиты, глинистые сланцы, базальты, граниты, диори­ты и др.), отходы металлургической промышленности (доменные и топливные шлаки) и промышленности стро­ительных материалов (бой глиняного и силикатного кир­пича) .

Производство минеральной ваты состоит из двух ос­новных технологических процессов: получение силикат­ного расплава и превращение этого расплава в тончай­шие волокна. Силикатный расплав образуется в вагран­ках—шахтных плавильных печах, в которые загружают минеральное сырье и топливо (кокс). Расплав с темпера­турой 1300—1400 °С непрерывно выпускают из нижней части печи.

Существует два способа превращения расплава в ми­неральное волокно': дутьевой и центробежный. Сущность дутьевого способа заключается в том, что на струю жид­кого расплава, вытекающего из летки вагранки, воздей­ствует струя водяного пара или сжатого газа. Центро­бежный способ основан на использовании центробежной силы для превращения струи расплава в тончайшие ми­неральные волокна толщиной 2—7 мкм и длиной 2—40 мм. Полученные волокна осаждаются в камере волокно- осаждения на движущуюся ленту транспортера. Мине­ральная вата — это рыхлый материал, состоящий из тон­чайших переплетенных минеральных волокон (рис. 97) и небольшого количества стекловидных включений (шари­ков, цилиндриков и др.), так называемых корольков.

Чем меньше в пате ко- ролькоз, тем выше ее качество.

В з ависимости от плотности минераль­ная вата подразделяет­ся на марки 75, 100,

125 и 150. Она огне­стойка, не гниет, мало- гигроскопична и имеет низкую теплопровод­ность —0,04—0,05 Вт/

/(м-°С).

Минеральная ва­та хрупка, и при ее ук­ладке образуется мно­го пыли, поэтому вату гранулируют, т. е. прев­ращают в рыхлые комочки — гранулы. Их используют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий. Сама минеральная вата является как бы по­луфабрикатом, из которого выполняют разнообразные теплоизоляционные минераловатные изделия: войлок, маты, полужесткие и жесткие плиты, скорлупы, сегмен­ты и др.

Минераловатные маты представляют собой листовой или рулонный материал, состоящий из минеральной ва­ты, покрытой с одной или двух сторон битуминизирован- ной бумагой, прошитый прочными нитками. Размеры ма­тов: длина 3000—5000, ширина 500 и 1000, толщина 50— 100 мм (рис. 98, а).

Маты выпускают марки 100 (по величине плотности), теплопроводность их 0,04 Вт/(м-°С). Маты применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий, технологического оборудования и трубопроводов.

Плиты из минеральной ваты на синтетическом связу­ющем (рис. 98, б) изготовляют длиной 900—1800, шири­ной 500—1000 и толщиной 40—100 мм. По плотности пли­ты подразделяют на марки 50, 75, 125, 175, 200 и 300. Теплопроводность их 0,044—0,058 Вт/(м-°С).

Плиты используют для тепловой изоляции строитель­ных конструкций, промышленного оборудования и трубо­проводов.

Плиты из минеральной ваты на битумном связующем получают смешиванием волокон минеральной ваты с би­тумной эмульсией или пастой с последующим формо­ванием и сушкой сформованных плит. Длина минерало- ватных плит 1000—1500 и 2000, ширина 500 и 1000, тол­щина 40—100 мм. По плотности плиты делят на марки 200 и 250. Теплопроводность плит зависит от марки и находится в пределах 0,06-—0,076 Вт/(м-°С).

Минераловатные плиты на битумном связующем слу­жат для утепления бесчердачных покрытий и чердачных перекрытий, теплоизоляции стен жилых и промышлен­ных зданий, а также для изоляции поверхности промыш­ленного оборудования.

Для изоляции трубопроводов (рис. 99) широко при­меняют минераловатные изделия — полуцилиндры и ци­линдры, обладающие такими же показателями физико­механических свойств, что и минераловатные плиты.

Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата- материал, состоящий из беспорядочно расположенных стеклянных волокон, полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служит сырьевая шихта для варки стекла (кварцевый песок,

кальцинированная сода и сульфат натрия)' или стеколь­ный бой. Производство стеклянной ваты и изделий из нее состоит из следующих технологических процессов: вар* ка стекломассы в ванных печах при 1300—1400 °С, изго­товление стекловолокна и формование изделий.

Стекловолокно из расплавленной массы получают способами вытягивания или дутьевым. Стекловолокно вытягивают штабиковым (подогревом стеклянных пало­чек до расплавления с последующим их вытягиванием в стекловолокно, наматываемое на вращающиеся бараба­ны) и фильерным (вытягиванием волокон из расплавлен­ной стекломассы через небольшие отверстия—фильеры с последующей намоткой волокон на вращающиеся бараба­ны) способами. При дутьевом способе расплавленная стекломасса распыляется под действием струи сжатого воздуха или пара.

В зависимости от назначения вырабатывают текстиль­ное и теплоизоляционное (штапельное) стекловолокно. Средний диаметр текстильного волокна 3—7 мкм, а теп­лоизоляционного 10—30 мкм.

Стеклянное волокно значительно большей длины, чем волокна минеральной ваты и отличается большими хи­мической стойкостью и прочностью. Плотность стеклян­ной ваты 75—125 кг/м³, теплопроводность 0,04—0,052 Вт/(м/°С), предельная температура применения стек­лянной ваты 450 °С. Из стекловолокна выполняют маты, плиты, полосы и другие изделия, в том числе тканые.

Маты и полосы изготовляют из непрерывного стеклян­ного волокна, скрепленного прошивкой стеклонитью. Плотность этих изделий не более 175 кг/м³, теплопровод­ность не более 0,04—0,05 Вт/(м-°С). Маты выпускают длиной 1000—3000, шириной 200—700, толщиной 10— 50 мм. Длина полос 500—5000, ширина 30—250, толщина 10—50 мм. Для изоляции трубопроводов диаметром 108 мм и аппаратов используют маты, а полосы — для трубопроводов диаметром до 108 мм.

Изоляцию матами трубопроводов (рис. 100) выполня­ют в один или два слоя ( с перекрытием швов). Каж­дый слой закрепляется бандажными кольцами через 100—250 мм ( в зависимости от ширины изделия),

Полуоюесткие плиты из стеклянного волокна на синте­тическом связующем оклеены с одной или двух сторон стеклотканью, алюминиевой фольгой или без оклейки. Плотность плит не более 75 кг/м³, теплопроводность не

Рис. 100. Тепловая изоляция трубо- Рис. 101. Структура пеностекла проводов изделиями из стеклово- j — поры; 2 — плотное вещество локна

1 — маты; 2 — проволочные коль­ца; 3 — полосы

утепления стен, перекрытий, кровель и других частей зда­ний, а в виде полуцилиндров, скорлуп и сегментов — для изоляции тепловых агрегатов и теплосетей, где темпера­тура не превышает 300 °С. Кроме того, пеностекло слу- жит звукопоглощающим и одновременно отделочным ма­териалом Для аудиторий, кинотеатров и концертных за­лов.

Вспученный перлит — высокопористый материал в виде зерен преимущественно белого цвета, получаемый вспучиванием природного перлита при обжиге его во вращающихся или шахтных печах при 900—1200 °С. В про­цессе обжига из горной породы интенсивно удаляется структурно связанная вода, что приводит к получению высокопористого материала. Объем перлита при обжиге может увеличиваться в 5—12 раз и более.

Насыпная плотность вспученного перлита при круп­ности зерен и кусков 5—20 мм 250—600 кг/м³, а перли­тового песка — 100—500 кг/м³, теплопроводность 0,07— 0,08 Вт/(м-°С).

Вспученный перлит в виде песка и щебня применяют как легкий заполнитель при изготовленгши разнообраз­ных теплоизоляционных изделий. В качестве связующих материалов используют портландцемент, пластичные глины, растворимое стекло, нефтяной битум, синтетиче­ские смолы и др. Получаемые изделия (плиты, полуци­линдры, сегменты и др.) имеют плотность 250—500 кг/м³ и теплопроводность 0,05—0,2 Вт/(м-^сС).

Изделия из вспученного перлита употребляют в раз­личных областях в зависимости от температуростойкости связующих веществ, которые были использованы для их производства. Так, изделия на цементном вяжущем или растворимом стекле предназначены для тепловой изоля­ции горячих поверхностей заводских печей, котлов, тру­бопроводов и др., изделия на основе органических свя­зующих (битумы, синтетические смолы и др.) — для утепления строительных конструкций и холодильников.

Вспученный вермикулит — высокопористый сыпучий материал в виде чешуек золотистого цвета, полученный путем вспучивания при обжиге природного вермикулита.

Технология производства вспученного вермикулита состоит из следующих основных операций: дробление природного вермикулита, рассев его на фракции, обжиг в шахтных или вращающихся печах, фракционирование вспученного вермикулита.

Процесс вспучивания вермикулита при нагревании до 1000—1100 °С происходит благодаря энергичному выде­лению из зерен минерала паров химически связанной во­ды. При этом объем его увеличивается по сравнению с первоначальным в 20 и более раз.

Вспученный вермикулит характеризуется высокой по­ристостью, малой теплопроводностью и повышенной ог­нестойкостью. Этот материал в виде зерен размером 1— 15 мм и плотностью 100—200 кг/м³ используют в каче­стве засыпки изолируемых поверхностей с температурой до 1100 °С, а также для изготовления формованных из­делий.

В качестве связующих веществ при производстве теп­лоизоляционных изделий из вспученного вермикулита применяют цемент, гипс, пластичную глину, битум, раст­воримое стекло, синтетические смолы и др. Добавками служат волокнистые материалы, например асбест, сте­кловолокно и др.

Изделия из вспученного вермикулита (плиты, полу­цилиндры, сегменты и др.) имеют плотность 250— 500 кг/м³ и теплопроводность 0,05—0,11 Вт/(м-°С). Они предназначены для тех же целей, что и изделия из вспу­ченного перлита.

Асбестосодержащие материалы и изделия. К матери­алам и изделиям из асбестового волокна без добавок или с добавкой связующих веществ относят асбестовые бу­магу, шнур, ткань, плиты и др. Асбест может быть так­же частью композиций, из которых изготовляют разно­образные теплоизоляционные материалы (совелит и др). В рассматриваемых материалах и изделиях использова­ны ценные свойства асбеста: температуростойкость, вы­сокая прочность, волокнистость и др.

Асбестовая бумага — огнестойкий листовой или ру­лонный материал. Размеры листов 1000X950, толщина 0,5; 1 и 1,5 мм. Бумагу в рулонах выпускают с шириной полотна 670, 950 и 1150, толщиной 0,3; 0,4; 0,5; 0,65 и 1 мм. Плотность асбестовой бумаги 650—1500 кг/м³, теплопро­водность 0,1 Вт/(м-°С), предельная температура при­менения 500 °С.

Асбестовый шнур изготовляют диаметром 0,75—55 мм из нескольких крученых нитей с сплетением или без не­го. Шнуры наматывают в бобины, клубки или бухты и упаковывают в бумагу или полиэтиленовую пленку. Ас­бестовые шнуры применяют для тепловой изоляции тру

Рис. 102. Тепловая изоляция трубопроводов асбестовой тканью

а — для снижения теплопотерь; б — для предохранения от ожогов; 1 — пару­сина; 2 — проволочное кольцо; 3 — асбестовая ткань; 4 нить; 5 — проволока

бопроводов малых диаметров (до 89 мм) и промышлен­ного оборудования при температурах теплоносителя до 500 °С.

Асбестовую ткань, полученную прядением асбестовых нитей на ткацких станках, выпускают в виде полотнищ длиной до 25 м, шириной 1—1,5 м, толщиной 1,4—3,5 мм, свернутых в рулоны. Плотность асбестовой ткани около G00 кг/м³, теплопроводность около 0,1 Вт/(м-°С). Ис­пользуют такую ткань для обшивки горячих трубопро­водов малых диаметров в один или несколько слоев (рис. 102). Продольные и поперечные швы покровного слоя из асбестовой ткани сшивают тонкой проволокой.

Поверхность трубопроводов, покрытых асбестовой тканью, обшивают парусиной или окрашивают красками.

Теплоизоляционные асбестовые матрицы изготовляют в виде тюфяков, сшитых из асбестовой ткани, с напол­нителем из сыпучих или волокнистых теплоизоляционных материалов (минеральной или стеклянной ваты, волок­нистого асбеста). Толщина матрацев 30—50 мм, длина 8—10 м, ширина по требованию. Плотность асбестовых матрацев 300—400 кг/м³, теплопроводность 0,09—• 0,11 Вт/(м-°С).

Матрацы простегивают насквозь и прошивают по пе­риметру асбестовой нитью. Готовые матрацы свертывают в рулоны. Употребляют матрацы в качестве съемной изо­ляции фланцевых соединений арматуры, механизмов и т. д.

Совелит — наиболее распространенный в нашей стра­не асбестомагнезиальный теплоизоляционный материал, сырьем для производства которого служат доломит (80%) и распушенный асбест (20 %), Совелитовый по

рошок затворяют водой и накосят ка изолируемую по­верхность.

На основе совелитового порошка изготовляют плиты длиной 500, шириной 170, 250, 500, толщиной 40—75 мм, сегменты и полуцилиндры длиной 500, внутренним диа­метром 57—426, толщиной 40—80 мм. Плотность сбве- литовых изделий в сухом состоянии не более 400 кг/м³, теплопроводность не более 0,083 Вт/(м-°С).

Совелитовые изделия применяют для тепловой изо­ляции энергетического и технологического оборудования, а также трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 500 °С. Изделия устанавливают насухо или на мастике со смещением поперечных швов и крепят бандажными кольцами (два на длину полуцилиндра). Теплоизоляционный слой должен быть защищен покров­ным слоем (рис. 103).

Алюминиевая фольга (альфоль) — новый теплоизо­ляционный материал, представляющий собой ленту го­фрированной бумаги с наклеенной на гребне гофров алю­миниевой фольгой. Данный вид теплоизоляционного ма­териала в отличие от любого пористого материала сочетает низкую теплопроводность воздуха, заключенного между листами алюминиевой фольги, с высокой отража­тельной способностью самой поверхности алюминиевой фольги. Алюминиевую фольгу для целей теплоизоляции выпускают в рулонах шириной до 100, толщиной 0,005— 0,03 мм.

Практика использования алюминиевой фольги в теп­лоизоляции показала, что оптимальная толщина воздуш­ной прослойки между слоями фольги должна быть 8— 10 мм, а количество слоев должно быть не менее трех. Плотность такой слоевой конструкции из алюминиевой фольги 6—9 кг/м³, теплопроводность — 0,03— 0,08 Вт/(м-⁰С).

: Алюминиевую фольгу употребляют в качестве отра­жательной изоляции в теплоизоляционных слоистых кон­струкциях зданий и сооружений, а также для теплоизо­ляции поверхностей промышленного оборудования и тру­бопроводов при температуре 300 °С.