Минеральные теплоизоляционные материалы

 

К минеральным материалам и изделиям относятся: минеральная и стеклянная вата, ячеистое стекло, из вспучивающихся горных пород и минералов, бетоны ячеистые, асбестосодержащие, керамические и др.

Минеральная вата и изделия из нее. Минеральная вата представляет собой волокнистый рыхлый материал, получаемый из силикатного расплава горных пород и шлаков. Сырьем служат известняки, доломиты, мергели, граниты, сиениты, диориты, габбро, базальты, глины, доменные, ваграночные и мартеновские шлаки. Наибольшее применение находят доменные шлаки. Минеральную вату из них называют шлаковатой.

Силикатные расплавы получают плавлением сырья в шахтных (вагранках), ванных и электродуговых печах. Широкое распространение получили вагранки, которые представляют плавильные печи непрерывного действия.

Сырье и кокс, загруженные в верхнюю часть вагранки, опускаются вниз, превращаясь в расплав. Струя жидкого расплава расщепляется в волокна дутьевым, центробежным или комбинированным способами. Минеральный ковер формируется в камере осаждения.

По стандарту минеральная вата выпускается марок 75, 100, 125. Теплопроводность при 25 ⁰С не должна превышать 0,045 Вт/(м· ⁰С). Применяют ее при температуре 600–700 ⁰С.

Из минеральной ваты изготавливают штучные изделия – плиты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты; рулонные – маты (прошивные и на синтетическом связующем); шнуровые – шнуры, жгуты; сыпучие – гранулированную вату. Прошивные маты и шнурованные материалы изготавливают без применения связующего, остальные – со связующим. Связующие соединяют волокна в жесткий каркас. В качестве связующих применяют битумы, фенолоформальдегидные и карбамидные смолы, крахмал.

Высококачественную минеральную вату получают из базальта. Она выдерживает температуру 1000 ⁰С, обладает коррозионной стойкостью, средняя плотность составляет 75–100 кг/м³,^. теплопроводность – 0,03–0,04 Вт/(м^оС). Изготавливают из базальтовой ваты огнестойкие маты, плиты. В последние годы плиты применяют для наружной теплоизоляции зданий.

Минеральная вата и изделия из нее составляют более половины всех теплоизоляционных материалов. Применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, трубопроводов и промышленного оборудования.

Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата представляет собой рыхлый материал, состоящий из стеклянных волокон, получаемых из расплавленного стекла. Сырьевыми материалами является кварцевый песок, глинозем, кальцинированная сода, сульфат натрия, известняк. Изготовление стекловаты включает варку стекломассы в ванных печах при температуре 1200–1500 ⁰С и получения волокон центробежным, фильерно-дутьевым и центробежно-фильерно-дутьевым способами.

Из стекловаты изготавливают маты, плиты полужесткие и жесткие, сегменты, шнуры, жгуты. В качестве связующего применяются в основном фенолоформальдегидные и карбамидные смолы. Маты могут изготавливаться без связующего. Изделия из стеклянной ваты имеют среднюю плотность от 8 до 150 кг/м³, теплопроводность (в зависимости от вида изделия) – от 0,03 до 0,087 Вт/(м· ⁰С). Температура применения – от 150 до 500 ⁰С. Изделия из стекловаты предназначены для строительной и монтажной изоляции и как акустический материал.

Ячеистое стекло (пеностекло). Ячеистое стекло представляет собой пористый материал из стекла с равномерно распределенными закрытыми ячейками.

Сырьем для изготовления являются отходы стекольного производства, бой оконного и тарного стекол, специально изготовленный гранулят. Газообразователем служит кокс, антрацит, мрамор, мел.

Основным способом производства пеностекла является порошковый. Шихту, состоящую из молотого стекла и газообразователя, засыпают в формы, нагревают в печи до температуры 600 ⁰С и охлаждают. При этой температуре стекло размягчается, начинает разлагаться газообразователь, который вспенивает стекломассу. Затем температуру в печи снижают, чтобы закрепить полученный объем и структуру.

Пористость стекла составляет 80–95 %, средняя плотность – от 150 до 800 кг/м³ , прочность – от 0,8 до 15 МПа, теплопроводность 0,055–0,085 Вт/(м ⁰С), водопоглощение – до 10 %. Температура применения силикатного стекла 400–500 ⁰С, высококремнеземистого – до 1000 ⁰С. Коэффициент звукопоглощения 0,5–0,65. Оно легко поддается механической обработке, имеет высокую морозостойкость. Применяют в строительстве как теплоизоляционный и отделочный материал.

Вспученный перлит и изделия из него. Вспученный перлит представляет собой теплоизоляционный материал, состоящий из пористых зерен.

Сырьем служат горные породы вулканического происхождения стекловидной структуры с наличием связанной воды до 6 %.

Вспучивание происходит при обжиге при температуре 850–1250 ⁰С в результате испарения воды. Получают щебень с зернами размером от 5 до 20 мм и песок с зернами до 5 мм. Щебень имеет среднюю плотность от 300 до 600 кг/м³, песок от 80 до 300 кг/м³.

Вспученный перлит имеет высокую гигроскопичность, водопоглощение составляет до 60 % по объему (800–900 % по массе), теплопроводность – до 0,055 Вт/(м· ⁰С).

 

 

На основе вспученного перлита, который выполняет роль высокопористого заполнителя, и различных связующих получают изделия безобжиговые: битумоперлит, цементоперлит, пластоперлит, стеклоперлит, силикатоперлит, гипсоперлит – и обжиговые: керамоперлит, керамоперлитофосфат, перлитовый легковес на основе легкоплавких связок.

Щебень и песок применяют в качестве засыпок при температуре от –200 ⁰С до +1200…1300 ⁰С и в виде заполнителя для легких бетонов.

Битумоперлит применяется для утепления и гидроизоляции совмещенных покрытий, теплоизоляции промышленных холодильников и пр.; пластоперлиты – в трехслойных стеновых панелях, для утепления холодильников, покрытий из профилированного настила; цементоперлит – для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 600 ⁰С; стеклоперлит – для изоляции горячих поверхностей с температурой до 600 ⁰С; силикатоперлит – для изоляции панелей стен, холодильных установок, горячих поверхностей с температурой до 900 ⁰С; керамоперлит – для изоляции оборудования и трубопроводов с температурой поверхности до 900 ⁰С; керамоперлитофосфат – для футеровки электронагревательных печей; перлитовый обжиговый легковес – для изоляции горячих поверхностей промышленного оборудования.

Вспученный вермикулит и изделия из него. Вспученный вермикулит представляет собой теплоизоляционный материал, получаемый в результате обжига измельченного материала вермикулита. При нагревании до температуры 850–880 ⁰С он вспучивается в результате испарения воды, при этом расщепляется на отдельные пластинки, увеличиваясь в объеме в 15 раз и более.

Средняя плотность вермикулита составляет 80–220 кг/м³, теплопроводность 0,056–0,07 Вт/(м· ⁰С), температура плавления 1210–1350 ⁰С. Из вспученного вермикулита и различных связующих получают жесткие плиты, полуцилиндры, сегменты для тепловой изоляции конструкций, оборудования, трубопроводов.

Изделия на битуме применяют при температуре до 60 ⁰С, на жидком стекле – до 500 ⁰С, на бентонитовой глине – до 900–1100 ⁰С, на цементе – до 1100 ⁰С.

Ячеистые бетоны. Представляют собой искусственные пористые материалы, получаемы из минеральных вяжущих, кремнеземистых компонентов и порообразователей.

В качестве вяжущих применяются известь, цемент и гипс. Кремнеземистым компонентом служит молотый кварцевый песок. Применяют также золу-уноса, кислые металлургические шлаки, отходы глиноземистого производства.

Поры создаются за счет введения газообразователей (алюминиевой пудры, перекиси водорода) или пенообразователей (клееканифольного, смолосапонинового, гидролизованной крови).

По способу твердения ячеистые бетоны разделяют на неавтоклавные и автоклавные. Названия ячеистого бетона отражают способ образования пор и вид вяжущего: газосиликаты, пеносиликаты, газобетоны, пенобетоны, газошлакобетоны, пеношлакобетоны.

Теплоизоляционный ячеистый бетон выпускается со средней плотностью до 500 кг/м³, предел прочности при сжатии составляет не менее 0,8–1,2 МПа, теплопроводность – 0,11–0,128 Вт/(м ⁰С). Плиты из ячеистого бетона применяют для теплоизоляции строительных конструкций и поверхностей промышленного оборудования при температуре до 400 ⁰С.

Фибропенобетон – композиционный материал, состоящий из цементного пенобетона, армированного полиамидными, полиэфирными, полипропиленовыми и другими волокнами, Имеет среднюю плотность от 200 до 1000 кг/м³ , прочность при сжатие от 0,5 до 10 МПа, при изгибе от 0,2 до 4,5 МПа, морозостойкость до 150 циклов, теплопроводность от 0,05 до 0,29 Вт/(м ⁰С).

Асбестовые и асбестосодержащие материалы. К асбестовым материалам относят асбестовую бумагу и картон, асбестовый шнур, асбестовую ткань. Асбестосодержащие состоят из асбеста в количестве от 3,2 до 30 % и других материалов.

Асбестовая бумага – листовой или рулонный материал толщиной от 0,3 до 1 мм, изготовленный из асбеста. В качестве клеящего вещества применяется крахмал. Средняя плотность асбестовой бумаги составляет 450–950 кг/м³, теплопроводность – 0,128–0,174 Вт/(м· ⁰С). Применяют для изоляции поверхностей при температуре до 500 ⁰С.

Асбестовый картон – листовой материал, изготавливаемый из асбестовой бумаги или из асбестового волокна, смешанного с каолином и крахмалом. Средняя плотность картона составляет 900–1000 кг/м³, теплопроводность – 0,157 Вт/(м· ⁰С). Применяют его для изоляции плоских поверхностей и трубопроводов при температуре до 500 ⁰С.

Асбестовый шнур изготавливают диаметром 0,75–55 мм из нескольких крученых нитей. Применяют для изоляции трубопроводов диаметром до 89 мм и промыщленного оборудования с температурой до 500 ⁰С.

Асбестовую ткань выпускают в виде полотнищ толщиной 1,4–3,5 мм. Их ткут из асбестовых нитей на ткацких станках. Средняя плотность ткани составляет около 600 кг/м³, теплопроводность около 0,1 Вт/(м ⁰С). Применяют для обшивки горячих трубопроводов.

Теплоизоляционные асбестовые матрацы изготавливают толщиной 30–50 мм. Шьют из асбестовой ткани и заполняют волокнистым асбестом, минеральной или стеклянной ватой. Средняя плотность изделия составляет 300–400 кг/м³, теплопроводность 0,09–0,011 Вт /(м⁰С). Применяют для съемной изоляции фланцевых соединений арматуры, механизмов и пр.

Асбестокремнеземистые материалы состоят из асбеста и кремнеземистых компонентов. Наибольшее распространение получил асбозурит, в состав которого входит 20–30 % асбеста и 70–80 % трепела или диатомита. Средняя плотность его составляет 650–850 кг/м³, теплопроводность 0,186–0,256 Вт/(м· ⁰С). Температура применения до 600 ⁰С. Предназначен для приготовления асбозуритовых растворов.

Асбестодоломитовые материалы (совелит) изготавливают из смеси асбеста 15 % и доломита 85 %, обожженных при температуре 900–1000 ⁰С. Выпускаются плиты со средней плотностью до 400 кг/м³ с теплопроводностью до 0,093 Вт/(м· ⁰С). Температура применения составляет 500 ⁰С.

Асбестоизвестковокремнеземистые материалы (вулканит) изготавливают из асбеста (24 %), гашеной извести (7 %), трепела или диатомита (68 %) и строительного гипса (1 %). Свое название получил из-за того, что для его изготовления ранее использовали вулканический пепел. Изделия из вулканита пропаривают в автоклаве при давлении 0,8 МПа. Средняя плотность его 350–400 кг/м³, теплопроводность – 0,087–0,093 Вт/(м•⁰С). Температура применения до 600 ⁰С.

Применяют асбестосодержащие материалы для изоляции горячих поверхностей технологического оборудования и трубопроводов.

Керамические теплоизоляционные изделия. В зависимости от применяемого сырья керамические теплоизоляционные материалы подразделяются на диатомитовые, трепельные, перлитокерамические, шамотные и др. Их получают путем формования, сушки и последующего обжига. Пористая структура образуется в результате введения выгорающих и пористых добавок. Преимущественно применяется способ изготовления изделий с выгорающими добавками, как самый технологичный.

Диатомитовые и трепельные изделия изготавливают в виде кирпича, сегментов, скорлуп способами выгорающих добавок и вспенивания. Средняя плотность их до 735 кг/м³, теплопроводность от 0,087 до 0,174 Вт/(м· ⁰С), предел прочности при сжатии 0,6–1 МПа. Предельная температура применения 850–900 ⁰С.

В керамических перлитовых теплоизоляционных изделиях в качестве порообразователя используют перлитовый песок. Для изделий с температурой применения 800–900 ⁰С берут легкоплавкие глины, с температурой применения до 1300–1500 ⁰С – огнеупорные глины и в качестве добавок вводят шамот или дистен-силиманитовый концентрат.

Шамотными называются изделия, получаемые путем формования, сушки и обжига огнеупорных глин или каолинов с отощением шамотом. Шамот – огнеупорная, обожженная измельченная глина, которая вводится как добавка, уменьшающая усадку керамической массы. Огнеупорность шамотных изделий составляет от 1580 до 1750 ⁰С, теплопроводность – 0,149–0,418 Вт/(м ⁰С), средняя плотность от 400 до 1000 кг/м³.

Высокопористую корундовую керамику получают из технического глинозема. Поризацию осуществляют способом выгорающих добавок. Изделия имеют среднюю плотность 1100–1400 кг/м³, огнеупорность – 1330 ⁰С, теплопроводность – 0,52 Вт/(м ⁰С).

Применяют керамические теплоизоляционные материалы для тепловой защиты печей, топок, трубопроводов и другого оборудования, работающего при высоких температурах.

Алюминиевая фольга (альфоль) – теплоизоляционный материал из гофрированной бумаги с наклеенной на гребне гофров алюминиевой фольги. Теплоизоляция осуществляется за счет теплоизоляционных свойств воздуха, бумаги и отражательной способности алюминиевой фольги. Алюминиевая фольга для теплоизоляции выпускается толщиной 0,005–0,03 мм в рулонах.

Теплоизоляционный материал изготавливают трехслойным с воздушной прослойкой между слоями фольги 8–10 мм со средней плотностью 6–9 кг/м³, с теплопроводностью 0,03–0,08 Вт/(м) ⁰С).

Применяют альфоль в теплоизоляционных слоистых конструкциях зданий и сооружений, а также для теплоизоляции трубопроводов и промышленного оборудования с температурой до 300 ⁰С.