2.5 Теплоизоляционные изделия из минеральных расплавов

Теплоизоляционными называют строительные материалы, которые обладают малой теплопроводностью и предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций жилых, производственных и сельскохозяйственных зданий, поверхностей производственного оборудования и агрегатов (промышленных печей, турбин, трубопроводов, камер холодильников и др.). Эти материалы имеют небольшую среднюю плотность, что достигается повышением пористости.

В строительстве тепловая изоляция позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций (стен, кровли), снизить расход основных материалов (кирпича, бетона, древесины), облегчить конструкции и понизить их стоимость, уменьшить расход топлива в эксплуатационный период.

Одними из основных теплоизоляционных материалов из минеральных расплавов является минеральная вата.

Минеральная вата состоит из стекловидных волокон и не волокнистых включений, образованных в результате затвердевания силикатного расплава. Волокна минеральной ваты имеют диаметр 1-10 мкм и длину от 2-3 до 20-30 см. При слишком тонких волокнах вата легко уплотняется и смешивается. С повышением диаметра волокон от 3до12 мкм теплопроводность увеличивается на 10 %.

Для минеральной ваты характерна высокая пористость, достигающая 96-98 %, и низкая плотность. Минеральную вату выпускают трёх марок по плотности: М75, 100,125.

Допустимая теплопроводность минеральной ваты зависит от условий применения. Предельная температура применения ваты 600-700С, выше этой температуры наблюдается её спекание.

Для минеральной ваты характерно высокое водопоглощение, достигающее при погружении в воду до 600%. Её гигроскопичность составляет 0,2-2%. Сырьём для производства минеральной ваты служат горные породы (диабазы, базальты, габбро) и близкие к ним метаморфические горные породы и мергели. Химический состав этих горных пород находится обычно в пределах: 45-65 % SiO₂; 10-15 % Al₂O₃; 35-45 % CaO; 5-10 % MgO; 0,5 % (Fe₂O₃+FeO).

Технологический процесс получения минеральной ваты складывается из получения расплава и переработки его в минеральное волокно. Для получения расплава применяют шихтные плавильные печи (вагранки), иногда ванные, электродуговые и другие печи. Силикатный расплав перерабатывают в минеральное волокно тремя способами: дутьевым, центробежным и комбинированным.

Сущность дутьевого способа заключается в воздействии на струю расплава водяного пара или сжатого газа, подаваемого со скоростью 400-800 м/с. При этом струя расплава расщепляется на отдельные элементы, вытягиваемые в волокна. В зависимости от направления струи энергоносителя различают горизонтальный и вертикальный дутьевые способы. Последний, позволяет получить волокно более высокого качества и уменьшить содержание неволокнистых включений. При центробежном способе волокно из силикатного расплава образуется за счёт использования центробежной силы. Расплав обрабатывается на одной или нескольких центрифугах, которые по форме рабочего органа могут быть дисковыми, чашечными и валковыми.

Комбинированные способы основаны на использовании как силы дутья, так и центробежной силы.

В рыхлом виде минеральная вата имеет ряд недостатков: она уплотняется при транспортировании и хранении, укладка её требует очень больших затрат ручного труда. Укладка в конструкцию облегчается при использовании гранулированной ваты. В строительстве широкое применение получили минераловатные изделия, которые изготовляют с применением связующего или без него.

Наиболее часто используют органические связующие: битумы, полимеры, крахмал, которые обладают высокой склеивающей способностью, хорошо диспергируются и покрывают волокна тонкой плёнкой. При производстве минераловатных изделий получили распространение водорастворимые фенолоформальдегидные смолы - фенолоспирты, карбомидные смолы и композиционные битумно-бентонитовые, и крахмально - бентонитовые и др.

Технологический процесс получения минераловатных изделий включает приготовление связующего, нанесение его на волокно, уплотнение и тепловую обработку. При получении рулонных изделий, мягких и жёстких, или с низкой плотностью раствор или эмульсию связующего наносят пульверизацией. При получении жёстких и твёрдых минераловатных изделий связующее вводят проливом с последующим отжимом и вакуумированием в процессе смешивания с волокном и образования гидромассы. Минераловатный ковёр, уплотнённый с помощью подпрессовочных устройств, поступает в камеры теплообработки.

Основными видами минераловатных изделий являются плиты мягкие, полужёсткие и жёсткие, навивные цилиндры и скорлупы (рис.2.3).

Основные свойства изделий приведены в таблице 2.1

Минераловатные твёрдые плиты, имеющие повышенную жёсткость, изготовляют на синтетическом связующем (фенолоспирте, растворе или дисперсии карбомидного полимера и др.). Ранее принятая технология предусматривает изготовление твёрдых плит из гидромассы (т.е. «мокрым» способом), состоящей из минерального волокна, раствора полимера, пенообразователя. Плиты из массы жидкотекучей консистенции формуют в вакуум - прессах и подвергают тепловой обработке при 150-180 ^оС. Получают плиты толщиной 30-70 мм.

Рис.2.3. Теплоизоляционные изделия из минеральной ваты:

а - минеральный войлок; б - полужесткие плиты; в - полуцилиндры; г - прошивной мат

Таблица 2.1 - Свойства минераловатных изделий

Изделия	Марка по плотности Кт/м3.	Теплопроводность при (25+-)С, не более Вт/(м2*С)	Предел прочности, не менее МПа, при…		Сжимаемость под удельной нагрузкой 0,002Мпа,%
			растяжении	изгибе
Плиты на битуме: - мягкие - полужёсткие	100 150 200 250 300	0,046 0,052 0,056 0,064 0,07	- - - - -	- - - - -	55 27 24 17 12
Изделия на битуме жёсткие	200 250 300 350	0,058 0,064 0,07 0,076	- - - -	0,1 0,11 0,12 0,13	6 6 6 6
Плиты на синтетическом связующем: - мягкие - полужёсткие - жёсткие повышенной жёсткости	50 75 100 125 150 200	0,047 0,047 0,049 0,049 0,051 0,052	0,008 0,008 - - - -	- - - - - 0,25	- - 20 15 6 -

Существенно важным для свойств изделий является ориентация волокон. Наиболее прогрессивная технология формования твёрдых минераловатных плит с вертикальной ориентацией волокон, осуществляется на 10 и 17 – этажных прессах. Там же происходит тепловая обработка изделий. Прочность на сжатие минераловатных изделий возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон.

Минераловатные изделия с гофрированной структурой содержащие до 30% ориентированных в вертикальном направлении волокон, имеют плотность 140-200 кг/м³. По сравнению с плитами с горизонтальной ориентацией волокон гофрированные плиты отличаются меньшей деформативностью и повышенной в 1,7-2,5 раза прочностью. При утеплении бесчердачных кровель твёрдыми минераловатными плитами гидроизоляционный слой устраивают, наклеивая рулонный гидроизоляционный материал непосредственно на сами плиты. При жёстких плитах не требуется устройство стяжки между плитой и гидроизоляцией. Возможно применение самонесущих плит.

Минераловатные жёсткие плиты и фасонные изделия (скорлупы, сегменты) выпускают с синтетическим, битумным и неорганическим связующим (цементом, глиной, жидким стеклом и др.). Для повышения прочности и снижения количества связующего в состав изделий вводят коротковолокнистый асбест. Плиты толщиной 40-100мм выпускают плотностью 100-400 кт/м3 и теплопроводностью 0,051-0,135Вт/(м ·^оС).

Минераловатные полужёсткие и мягкие плиты изготовляют с синтетическим, битумным и крахмальным связующим. Изделия (плиты, цилиндры, сегменты, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, более прочны и привлекательны на вид по сравнению с изделиями на битумном связующем.

Прошивные маты – это гибкие изделия из слоя прошитого волокнистого материала. Последнее время используются вертикально-слоистые гибкие маты, состоящие из приклееных к покровному материалу полос волокнистых плит при преимущественно перпендикулярном расположении волокон. Гибкие изделия, состоящие из слоя волокнистого материала со связующим веществом, называют войлоком.

Минераловатные маты в рулонах выпускают следующих видов: с синтетическим связующим, прошивные с металлическими, тканевыми, бумажными обкладками, с обкладкой из теплохолста, из штапельного стекловолокна, в виде холста из базальтового волокна.

Базальтовое волокно выдерживает температуру до 1000С, как и основная порода. Базальтовая вата применяется в виде огнестойких матов, лент и плит, поставляемых в рулонах, обладает стойкостью к коррозии.