3.1.5.2. Материалы и изделия из поризованных искусственных стекол

Ячеистое стекло (пеностекло) – высокопористый теплоизоляционный материал ячеистой структуры. Получают пеностекло из стекольного боя, либо используют те же сырьевые материалы, что и для производства других видов стекла: кварцевый песок, известняк, соду и сульфат натрия. Могут использоваться так же горные породы: трахиты, сиениты, нефелины, обсидианы.

При спекании порошка стекольного боя с газообразователями – коксом и известняком – выделяется углекислый газ, образующий поры. Газообразующими добавками могут служить также мел или карбиды кальция и кремния. При выходе из печи от непрерывно двигающегося бруса отрезаются блоки определенной длины, направляемые в печь отжига. Благодаря этому предотвращается возникновение внутренних напряжений, вызывающих растрескивание. Ячеистое стекло имеет в материале стенок крупных пор мельчайшие микропоры, обусловливающие малую теплопроводность (λ = 0,05…0,08 Вт(м·⁰С)) при достаточно высокой прочности, водостойкости и морозостойкости. Пеностекло –несгораемый материал с высокой температуростойкостью – 400 ⁰С; хорошо обрабатывается. Выпускается в виде плит, блоков или в виде гранул. Применяют для утепления ограждающих конструкций и кровель зданий, теплоизоляции промышленного оборудования и тепловых сетей, в конструкциях холодильников.

Стеклопор получают путем смешивания жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, тальком, золой ТЭС и др.), грануляции полученной шихты и ее вспучивания при температуре 320…360 ⁰С. Стеклопор выпускают трех марок: «СЛ» со средней плотностью ρ_m = 15…40 кг/м³, λ = 0,028…0,035 Вт/(м·⁰С); «Л» с ρ_m = 40…80 кг/м³, λ = 0,032…0,04 Вт/(м·⁰С) и «Т» с ρ_m = 80…120 кг/м³, λ = 0,038…0,05 Вт/(м·⁰С).

В сочетании с различными связующими стеклопор используют для изготовления различных изделий, а также штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Характеристика изделий на основе стеклопора

Вид изделия	Вид связующего	Расход связующего на 1 м3, кг	Средняя плотность изделий, кг/м3	Прочность при сжатии, МПа
Стеклогипс	Гипс	55…80	130…250	0,1…0,3
Стеклосиликат	Жидкое стекло	50…80	80…200	0,15…0,4
Стеклобитум	Расплавленный битум	50…75	120…200	0,15…0,3
Стеклоцемент	Цементное молоко	55…70	120…200	0,15…0,3
Стеклополимер	Термопласты	30…40	70…110	0,15…0,7

Наиболее эффективно применение стеклопора в наполненных пенопластах, так как введение его в пенопласт позволяет снизить расход полимера и значительно повысить огнестойкость теплоизоляционных изделий.

3.1.5.3. Теплоизоляционные материалы и изделия из горных пород

Вспученный перлит представляет собой сыпучий теплоизоляционный материал в виде пористых зерен, полученный путем измельчения и обжига водосодержащих горных пород вулканического происхождения (вулканических стекол). В зависимости от размера зерен его подразделяют на песок (зерна размером до 5 мм) и щебень (5…20 мм). Он характеризуется высокопористой структурой; общая пористость, включая межзерновые пустоты, составляет 90…98 %, при объеме замкнутых пор не более 25 %. Внутризерновые поры, как правило, имеют сферическую и щелевидную форму, их размер колеблется от 0,5 до 10 мкм.

Вспученный перлитовый песок имеет марки по плотности от 75 до 500 и теплопроводность – от 0,047 до 0,093 Вт/(м·⁰С). Перлитовый песок, используемый для теплоизоляции, имеет насыпную плотность от 80 до 120 кг/м³; более тяжелый (ρ_н = 150…300 кг/м³) применяется в качестве мелкого заполнителя в легких бетонах.

Высокие теплоизоляционные свойства вспученного перлита обеспечивают возможность получения на его основе различных изделий: плит, скорлуп, сегментов, кирпича (табл. 3.6).

Таблица 3.6

Характеристика теплоизоляционных перлитовых изделий

Вид изделий	Средняя плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м·0С)	Прочность, МПа		Температура применения, 0С
			при сжатии	при изгибе
Битумоперлит	200…300	0,07…0,087	0,2…0,3	0,15…0,2	От – 60 до + 100
Пластоперлит	120…300	0,052…0,08	0,3…1,3	0,15…0,9	До 200
Цементоперлит	225…350	0,065…0,081	-	0,2…0,3	До 600
Стеклоперлит	180…300	0,064…0,093	0,3…1,2	0,2…0,7	600…700
Силикатоперлит	350…600	0,081…0,105	0,9…2,4	-	750…800
Керамоперлит	250…400	0,076…0,105	0,3…1,0	-	875
Керамоперлитофосфат	200…500	0,07…0,087	0,3…0,5	-	1150

Вспученный перлит в изделиях выполняет роль высокопористого заполнителя, потому его количественное содержание в формовочных смесях определяет пористость изделий, их среднюю плотность и теплопроводность. Вид связующего также оказывает влияние на основные свойства изделий, но главным образом определяет их температуру применения.

В зависимости от применяемого вяжущего изделия из вспученного перлита подразделяют на два типа: безобжиговые (битумоперлит, пластоперлит, цементоперлит, силикатоперлит, стеклоперлит и др.) и обжиговые (керамоперлит, керамоперлитофосфат, термоперлит).

Применяют перлитовые изделия для хладоизоляции (до – 200 ⁰С), а также для тепловой изоляции при средних (до 600 ⁰С) и высоких (до 1150 ⁰С) температурах.

Вспученный вермикулит – сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый из гидрослюд (магнезиальных, алюминиевых, литиевых) путем вспучивания при нагревании в результате испарения межпакетной влаги.

Обладает высокой огнестойкостью, малой плотностью, звукопоглощающими и фильтрующими способностями, химико-биологической инертностью. Теплопроводность вермикулита зависит от насыпной плотности, размера зерен и находится в пределах 0,056…0,07 Вт/(м·⁰С).

Основные месторождения вермикулита в РФ – Мурманская область, Урал [15].

Из вспученного вермикулита изготавливают различные изделия, применяя в качестве связующего битум, жидкое стекло, портландцемент, диатомит и их комбинации. Свойства наиболее распространенных изделий приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Основные свойства изделий из вспученного вермикулита

Вид изделий	Средняя плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м·0С)	Прочность, МПа		Температура применения, 0С
			при сжатии	при изгибе
Битумовермикулит: в изделиях в монолитной изоляции	250…310 500…600	0,08 0,09…0,11	- 0,4…0,6	0,2…0,25 0,2…0,25	- 50 до + 60 - 50 до + 60
Керамовермикулитовые	300…400	0,07…0,09	0,5…1,0	0,2…0,5	До 1100
Вермикулитовые изделия на жидком стекле	250…300	0,07…0,09	0,4…0,6	0,2	До 500
Асбестовермикулитовые	250…350	0,07…0,09	-	0,18…0,26	-
Цементно-вермикулитовые	400..500	0,08…0,10	0,5…1,0	-	1100
Струнит	100…150	0,05…0,06	-	-	До 50

Струнит – плотно упакованный в полиэтиленовую пленку и прошитый вспученный вермикулит. В результате получается изделие в виде мата.

Материалы на основе вспученного вермикулита применяются для изоляции горячих поверхностей в виде штучных изделий и торкрет-масс, в качестве термовкладышей в ограждающих конструкциях зданий, для получения конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Диатомитовые изделия. Диатомит – рыхлая, землистая пористая и легкая осадочная горная порода, образованная из обломков панцирей диатомитовых водорослей. Диатомит состоит, в основном, из аморфного кремнезема. Его плотность – 400…600 кг/м³, водопоглощение по массе более 100 %, огнеупорность – 1570…1650 ⁰С.

На основе диатомита изготавливают изделия путем введения выгорающих добавок (кирпичи, полуцилиндры, сегменты средней плотностью 500…600 кг/м³), путем введения пенообразующих веществ (кирпичи со средней плотностью 350…400 кг/м³) и путем добавления вспученного перлита (кирпичи со средней плотностью 300…400 кг/м³). Изделия на основе диатомита применяют для тепловой изоляции сооружений, промышленного оборудования и трубопроводов при температурах изолируемых поверхностей до 900 ⁰С.

Теплоизоляционные легкие бетоны готовят из пористого заполнителя – вспученного перлита, легкого керамзита или вермикулита и минерального (реже органического) вяжущего.