3. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия

Развитие современного индустриального строительства связано с созданием и повышением качества теплоизоляционных материалов. При этом наибольший интерес представляют теплоизоляционные материалы на минеральной основе, не подверженные гниению, достаточно огнестойкие и более долговечные, чем материалы из растительного волокна.

В настоящее время номенклатура выпускаемых теплоизоляционных материалов насчитывает более 25 наименований, из них решающее значение имеют изделия и материалы на основе минерального сырья - горных пород, шлаков, стекла и асбеста.

МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА И ИЗДЕЛИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ

Минеральная вата представляет собой теплоизоляционный материал, получаемый из расплава горных пород или металлургических шлаков к состоящий из стекловидных волокон и различных не волокнистых включений в виде капель силикатного расплава и микроскопических обломков волокон. Длина волокон минеральной ваты и зависимости от способа производства 2 до 60 мм, в массе должно содержаться до 80-90% тонкого волокна диаметром менее 7 мкм содержание волокон диаметром свыше 15 мкм допускается не более 7%; теплопроводность – 0.042-0.046 Вт/м*^оС; температуроустойчивость – не менее 600^оС.

В зависимости от плотности минеральную вату выпускают трех марок: 75, 100 и 125.

Транспортируют минеральную вату в рулонах, упакованных в водонепроницаемую бумагу, пергамин или синтетическую пленку массой 50 кг. Перевозку ваты необходимо производить в крытых вагонах, предохраняя от механических повреждений. Минеральная вата хранится рассортированной по маркам в штабелях высотой до 2,5 м в закрытых складах или под навесами, предохраняющих от уплотнения и загрязнения.

Минеральная вата прочно занимает ведущее положение среди теплоизоляционных материалов из неорганического сырья. Это обусловлено неограниченностью сырьевых запасов, простотой производства, высокой морозостойкостью, малой гигроскопичностью и небольшой стоимостью; ее можно применять для изготовления теплоизоляционных изделий и теплоизоляции при температуре изолируемых поверхностей от -200 до +600°С. Однако применение рыхлой минеральной ваты для тепловой изоляции затруднено присущими ей специфическими недостатками. При перевозках и хранении вата уплотняется и комкуется, часть волокон ломается и превращается в пыль; в конструкциях рыхлая вата должна быть защищена от механических воздействий, ее укладка требует больших трудозатрат. Перечисленные недостатки рыхлой минеральной ваты частично или полностью устраняются при переработке ее в минераловатные изделия: маты, полужесткие и жесткие плиты, а также скорлупы, сегменты, цилиндры и другие изделия.

Теплоизоляционные маты на основе минерального волокна предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов тепловых сетей.

Маты минеральные прошивные применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 400°С. Изготовляют их следующим образом: слои минеральной ваты из камеры осаждения сначала подают транспортером в камеру охлаждения, где минераловатный ковер уплотняется до заданной толщины и одновременно через него просасывается холодный воздух. Охлажденный ковер затем направляют на прошивочную машину, прошивают нитями с помощью специальных игл. На этом же станке с помощью дисковых ножей осуществляют продольную разрезку ковра, после чего разрезанные на заданные размеры маты поступают на рулоноукладчик, а затем на упаковку. Маты минераловатные прошивные изготовляют длиной 2000 мм, шириной 900-1300 мм и толщиной 60 мм, плотностью 150 кг/м³, теплопроводностью в сухом состоянии не более 0,046 Вт/(м*°С).

Маты минераловатные прошивные на металлической сетке используют для изоляции при температуре до 600°С. Изготовляют их из фильерной ваты марки ВФ путем прошивки ковра минеральной ваты на металлической сетке хлопчатобумажными нитками.

Маты выпускают размерами 3000*500*50 и 5000*1000*100 мм, плотностью 100 кг/м³ теплопроводностью при 100°С 0.05 Вт/ (м*^оС).

Минераловатные маты на обкладке из стеклохолста используют для изоляции поверхности с температурой 400°С. Состоят они из минеральной ваты, прошитой стекложгутом, прошедшим обработку в мыльном растворе. Эти маты выпускают размером 2000*500*40 мм, плотностью 125-175 кг/м³ теплопроводностью 0,044 Вт/(м*°С) при (25±5)°С.

Маты минераловатные на крахмальном связующем с бумажной обкладкой предназначены для теплоизоляции трубопроводов, прокладываемых внутри помещений, и промышленного оборудования с температурой до 150°С. Эти маты выпускают длиной 1000...2000 мм, шириной 950...2000 мм, толщиной 40, 50, 60 и 70 мм, плотностью 100 кг/м³, теплопроводностью 0,044 Вт/(м*^оС) при (25±5)°С.

Теплоизоляционные полужесткие плиты на основе минерального волокна применяют в качестве эффективного теплоизоляционного материала в строительных конструкциях, а также для тепловой изоляции промышленного оборудования, трубопроводов и холодильных установок, полужесткие плиты производят на фенольном и синтетическом связующих.

Полужесткие плиты марки ИМ на фенольном связующем изготовляют из минерального волокна путем на несения на него распылением раствора фенолоспиртов с последующей поликонденсацией и охлаждением. Плиты выпускают размером 1000*500*3О (40, 60) мм, плотностью до 100 кг/м³, теплопроводностью 0,046 Вт/(м*^оС) при (25±5)°С.

Полужесткие плиты марки ППМ на синтетическом связующем вырабатывают из ковра минеральной ваты марки Вф, пропитанной синтетическим связующим с последующей тепловой обработкой. Их производят плотностью 80-100 кг/м³ теплопроводностью при 0 ^оС и 100^оС соответственно 0,031 и 0,058 Вт/(м*°С).

Теплоизоляционные жесткие плиты и изделия на основе минерального волокна. Жесткие минеральные изделия изготовляют в виде плит, скорлуп и полуцилиндров на основе минеральной ваты и какого-либо органического связующего вещества: синтетического и битумного. Из синтетических связующих применяют фенолоформальдегидные и карбамидно-формальдегидные, а из битумных - битумы высоких марок с температурой размягчения не менее 45-50°С.

Производство жестких минераловатных изделий состоит из смешивания волокон с вяжущими в виде эмульсии или пасты, формования изделий из полученной массы при уплотнении и тепловой обработке. Формование изделий производят с применением вакуум-прессов вследствие повышенного содержания воды в формовочной массе и недопустимости большого давления при формовании. Сушку изделий ведут при температуре 110-120°С, но после испарения влаги температуру сушки повышают до 130-140°С. При этом изделия на битумной связке приобретают лучшие физико-механические свойства вследствие образования битумом тонкой расплавленной пленки, обеспечивающей затем хорошую связь между волокнами.

Жесткие минераловатные плиты производят нескольких видов. Жесткие плиты типа СМ 250 на битумном связующем производят мокрым способом формования гидросмеси. Применяют их для теплоизоляции строительных конструкций. Они обладают низкой гигроскопичностью, водостойки и биостойки. Плиты выпускают размером 1000_*500_*60 мм, теплопроводностью 0,042 Вт/(м_*°С) и для температуры эксплуатации до 70°С. Жесткие плиты марки ПЖ на синтетическом связующем применяют в крупнопанельных ограждающих конструкциях, для утепления совмещенных кровель в гражданском и промышленном строительстве. Выпускают их размером 1000х500х60 мм, повышенной жесткостью и теплопроводностью 0,04 Вт/(м*°С). Жесткие плиты на бентоколлоидном связующем благодаря высокой отражательной способности особенно эффективны для теплоизоляции объектов с высокой температурой поверхности (600°С). Плиты стойки к воздействию химических и биологических сред. Выпускают их размером 500 (1000)*5000 мм, плотностью до 150 кг/м³, теплопроводностью 0,04 Вт/(м*°С) при температуре (25±5)°С и 0,11 Вт/(м*°С) при температуре (270±5)°С.

Полуцилиндры на синтетическом связующем используют для теплоизоляции трубопроводов с температурой до +400°С. Производство полуцилиндров осуществляют по непрерывному способу на пресс-полимеризационной установке по принципу формования изделий в камерах полимеризации. Полуцилиндры на синтетическом связующем производят плотностью до 200 кг/м³ и теплопроводностью 0,044-0,048 Вт/(м*°С).

СТЕКЛЯННАЯ ВАТА И ИЗДЕЛИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ

Стеклянная вата представляет собой волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из расплавленной стекломассы. Стеклянная вата имеет повышенную химическую стойкость, теплопроводность 0,05 Вт/(м-°С) при 25°С, она не горит и не тлеет, плотность в рыхлом состоянии не должна быть более 130 кг/м³. Диаметр волокон стеклянной ваты, применяемой для теплоизоляции, не превышает 21 мкм. Структура ваты должна быть рыхлой - количество прядей, состоящих из параллельно расположенных волокон, не более 20% по массе.

Стеклянную вату изготовляют фильерным, дутьевым и штабиковым способами. Стеклянную вату из непрерывного стекловолокна применяют для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий и теплоизоляции при температуре изолируемых поверхностей от -200 до +450°С.

Керамоперлитофосфатные и керамоперлитовые изделия завоевали большую популярность при строительстве электронагревательных печей, реакторов в химической промышленности и других объектов благодаря высоким теплоизоляционным показателям. Технологическая линия для производства перлитовых обжиговых теплоизоляционных изделий на различных связующих (пластичная глина, фосфаты, жидкое стекло) включает в себя процессы по вспучиванию перлитовой породы, приготовлению формовочной массы, полусухого прессования изделий и их термической обработки (сушки и обжига). Керамоперлитофосфатные изделия на фосфатном связующем применяют для тепловой изоляции печей и оборудования с температурой до 1150°С, в том числе для электронагревательных печей с контролируемыми углеводородсодержащими средами. Формовочная масса состоит из вспученного перлитового песка плотностью 60-120 кг/м³, пластичной глины огнеупорностью 1680-1710^оС и фосфатного связующего. Формование изделий производят на прессах в металлических формах. Изделия выпускают плотностью 250-400 кг/м³, огнеупорностью 1350-1400°С, теплопроводностью не более 0,2 Вт/(м*°С) при 600°С. Керамоперлитовые изделия - плиты, кирпич, сегменты, получаемые из вспученного перлитового песка и глинистого связующего, - применяют для тепловой изоляции поверхностей промышленных печей и оборудования при температуре до 900°С. При плотности 250-400 кг/м³ теплопроводность их составляет 0,07-0,1 Вт/(м*°С). Перлитовые изделия на цементном связующем применяют для теплоизоляции промышленного оборудования с температурой эксплуатации до 600°С. Их производят в виде полуцилиндров, сегментов и плит плотностью 250-350 кг/м³ теплопроводность при 325°С составляет 0,12-0,13 Вт/(м*°С).

Теплоизоляционные плиты из перлитопластбетона являются конструктивно-теплоизоляционным изделием. Их используют в ограждающих конструкциях стен и кровель типа «сэндвич», а также при полистовой сборке ограждающих конструкций с воздушной прослойкой и как плитный утеплитель. Перлитопластбетон изготовляют из вспенивающейся композиции, состоящей из фенолоформальдегидной смолы, вспученного перлитового песка, порофора и уротропина, которая отверждается при определенной температуре. Плиты облицовывают бумагой, фольгой, стеклотканью, самоклеящейся пленкой и т. д. Их производят размером 3000х100х50 мм, плотностью 100-150 кг/м³, с пределом прочности при сжатии 0,2-0,4 МПа, влажностью до 1 %, водопоглощением не более 8% и теплопроводностью 0,035-0,04 Вт/(м*°С). Плиты из перлитопластбетона обладают повышенной огнестойкостью и прочностью, они могут применяться в качестве самонесущих конструкций.

Перлитогелевые изделия используют для теплоизоляции поверхностей энергетического оборудования и трубопроводов при температуре до 650 °С. Перлитогелевые плиты, скорлупы и сегменты получают из вспученного перлитового песка, обработанного серной кислотой, и тонкомолотой силикат-глыбы с добавкой кремнефтористого натрия. Изделия имеют плотность 200-250 кг/м³, теплопроводность 0,06 Вт/(м*°С) при 25°С и 0,11 Вт (м*°С) при температуре 325°С.

Битумоперлитовые изделия применяют (при температуре эксплуатации от -60 до +50°С) для тепловой изоляции конструктивных элементов зданий, для монолитной изоляции тепловых и холодильных установок, а также трубопроводов при их бесканальной прокладке. Разогретый до температуры 170-180°С битум подают в растворосмеситель и перемешивают с перлитовым песком в соотношении 1:6-1:9 (по объему). Из перемешанной горячей битумоперлитовой массы могут быть изготовлены скорлупы, сегменты или монолитная теплоизоляция трубопроводов. Плотность битумоперлитовых изделий составляет 300-450 кг/м³, теплопроводность 0,08-0,10 Вт/(м*°С) при 20°С.

ВСПУЧЕННЫЙ ВЕРМИКУЛИТ И ИЗДЕЛИЯ НА ЕГО ОСНОВЕ

Вспученный вермикулит получают ускоренным обжигом до вспучивания горной породы вермикулита из группы гидрослюд. Вермикулит при нагревании до 1000-1100°С выделяет кристаллизационную воду и быстро вспучивается. Пары воды действуют перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигают пластинки слюды, увеличивая первоначальный объем до 20 раз и более. Технология производства вспученного вермикулита состоит из следующих основных операций: дробления природного вермикулита и рассева его на фракции, подсушивания, обжига в шахтных или вращающихся печах и охлаждения. Вспученный вермикулит представляет собой пористый материал в виде чешуйчатых частиц золотисто-желтого цвета размером 5-15 мм, плотностью 80-150 кг/м³, а при более мелких зернах – 200-400 кг/м³. Теплопроводность при температуре до 100°С составляет 0,048-0,10 Вт/(м*°С). С повышением температуры до 400°С увеличивается теплопроводность до 0,14-0,18 Вт/(м*°С). Вспученный вермикулит при нагревании до 1100°С начинает разрушаться, а при 1300°С он плавится. Водопоглощение очень велико, оно может быть более 300% по массе. Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционной -засыпки при температуре изолируемых поверхностей до 900°С, для изготовления теплоизоляционных изделий, а также в качестве заполнителя для легких бетонов и для приготовления штукатурных огнезащитных, теплоизоляционных и звукопоглощающих растворов.

Цементно-вермикулитовые плиты МЗОО используют для тепловой изоляции ограждающих конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений. Изготовляют их из вспученного вермикулита на вяжущем портландцементе. Цементно-вермикулитовые плиты имеют размеры 500*500*100 мм, небольшую теплопроводность - до 0,08 Вт/(м*°С), плотность до 300 кг/м³, предел прочности при сжатии 0,5 МПа. Технология производства плит состоит из смешения вспученного вермикулита с цементным молоком, формования плит прессованием с последующей их тепловой обработкой.

Керамовермикулитовые плиты М350 применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, горячих поверхностей печных и других тепловых агрегатов и оборудования. Плиты выпускают размером 500*500*125 мм, плотностью 350 кг/м³, теплопроводностью до 0,08 Вт/(м*°С). Их можно использовать при температуре до 1200°С. Производство плит состоит из смешения вспученного вермикулита со шликером, приготовленным из смеси огнеупорной глины и воды. Формовочная масса подается на ленточный пресс, а отформованные изделия направляются на сушку и обжиг.

АСБЕСТСОДЕРЖАЩИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основным сырьем для производства асбестсодержащих теплоизоляционных материалов и изделий является хризотил-асбест. На основе асбеста изготовляют сыпучие (порошкообразные) материалы, а также рулонные и штучные материалы и изделия в виде картона, плит, скорлуп и сегментов. В зависимости от состава асбестовые материалы делят на асбестовые, состоящие только из асбестового волокна, и асбестсодержащие.

Асбестовый картон — огнестойкий теплоизоляционный материал, получаемый на основе хризотилового асбеста. Исходными материалами для получения картона являются асбест 4-го и 5-го сортов (65%), каолин (30%) и крахмал (5%).

Асбестовый картон изготовляют на листоформовочных машинах в виде листов длиной и шириной 900-1000 мм и толщиной 2-10 мм. Теплопроводность картона в сухом состоянии 0,157 Вт/(м*°С), плотность 1000-1400 кг/м³, предел прочности при растяжении не менее 0,6 МПа, влажность не более 3% по массе.

Асбестовый шнур применяют для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре: при наличии в составе органического волокна - до 200°С, при отсутствии его - до 500°С. Получают его из нескольких крученых нитей или ровницы, сложенных вместе в сердечнике и обвитых или оплетенных снаружи асбестовой нитью или пряжей. Асбестовый шнур может изготовляться и без оплетения. Диаметр асбестовых шнуров может быть 3-25 мм. Теплопроводность не более 0,12 Вт/(м*°С), влажность не более 4% по массе. По плотности в сухом состоянии асбестовый шнур делят на марки от 100 до 380.

Асбестомагнезиальный порошок используют для тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования при температуре до 350°С. Получают его путем смешения измельченного асбеста с водной углекислой солью магния. Для получения ньювеля магнезий размалывают и смешивают с 15% асбеста. Этот теплоизоляционный материал выпускают в виде порошка, который используют не только в виде засыпной теплоизоляции, но и для приготовления мастики и изготовления плит, скорлуп и сегментов. Отформованные и высушенные изделия имеют плотность до 350 кг/м³ теплопроводность 0,08 Вт/(м*°С) при 50°С и предел прочности при изгибе не менее 0,15 МПа.

Известково-кремнеземистые теплоизоляционные изделия изготовляют путем формования и последующей автоклавной обработки водной суспензии тонкоизмельченной смеси извести, кремнеземистого материала (диатомита, трепела или кварцевого песка) и асбеста хризотилового 5-го и 6-го сортов. Известково-кремнеземистые изделия выпускают в виде плит прямоугольного сечения (ППС) размером 1000*500*75,1 мм, плит трапецеидального сечения (ПТС); полуцилиндров (Ц) с внутренним диаметром от 112-280 мм и длиной 1000 мм и сегментов длиной 1000 мм. Известково-кремнеземистые изделия в зависимости от плотности производят двух марок: Д 200 и 225; их применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 600°С.

Совелитовые материалы и изделия применяют для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 500°С. Состоят они из легких углекислых солей магния и кальция, получаемых переработкой каустического доломита и асбеста. Для производства совелита обычно применяют асбест 5-6-го сортов. Технология производства совелита состоит из следующих процессов: распушки асбеста, смешивания его с каустическим магнезитом и проваривания массы в варочных чанах. Полученную массу отфильтровывают, и последняя приобретает вид пасты с влажностью около 70-75%, которая может быть использована для монтажа мастичных теплоизоляционных конструкций или для формования плит, скорлуп и сегментов. Формование изделий производят вакуум-фильтрованием или прессованием, для чего массу подают на гидравлический пресс, где она прессуется при давлении 0,16-0,18 МПа. Прессованные плиты имеют влажность 66-70%. При вакуум-фильтровании масса из варочных чанов поступает на вакуум-фильтры, которые приспособлены для формования плит. Масса на них формуется в блоки, которые после сушки распиливаются на плиты. Получаемые этим способом плиты отличаются пористостью, но вместе с тем и повышенной влажностью (до 75%). Свежесформованные изделия направляют в сушила с температурой 200°С. После сушки блоки распиливают на плиты размером 500*170*(30-60) мм. По плотности в сухом состоянии плиты имеют марки Д350 и 400 с пределом прочности при изгибе соответственно не менее 0,17 и 0,2 МПа, теплопроводность в сухом состоянии не более 0,075-0,86 Вт/(м*°С), влажность не более 15% по массе.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны (плотностью 500 кг/м³и менее) применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 400°С. Теплоизоляционные изделия из ячеистых бетонов изготовляют в виде плит размером 1000*500*(80-200) мм, при плотности в сухом состоянии они имеют марки Д300-500, классы по прочности на сжатие В5-10, теплопроводность в сухом состоянии 0,08-0,11 Вт/(м*°С), влажность не более 15% по массе.

Нами рассмотрены основные и наиболее характерные неорганические теплоизоляционные материалы. Наряду с ними имеется обширная номенклатура теплоизоляционных материалов в виде композиционных смесей.